Колическтвенное определение ароматических углеводородов антропогенного происхождения в желчи у детей с нарушениями функции гепатобилиарной системы

социальная медицина

УДК 616.36/.37-053.2-07:616.36-008.8:547.31

количественное определение ароматических углеводородов антропогенного происхождения в желчи у детей с нарушениями функции гепатобилиарной системы

Н. В. Зайцева, Т. С. Уланова, Т. В. Нурисламова, Н. А. Попова, А. И. Аминова, У. С. Бакулина

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, г. Пермь

В статье рассматриваются современные инструментальные физико-химические методы анализа ароматических углеводородов (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы) в желчи. Приведены результаты экспериментальных исследований по разработке метода определения ароматических углеводородов в биосредах. Метод включает выделение ароматических углеводородов (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы) из биологического материала (желчь) путем его нагревания и последующего газохроматогра-фического анализа парогазовой фазы. Методы апробированы при изучении состояния здоровья группы детей (25 чел.) в возрасте 6—8 лет, проживающих на территории с высокой химической нагрузкой с момента рождения. Проведено клинико-анамнестическое, клинико-лабораторное и инструментальное обследование биологического материала (желчь) детей и установлено неблагоприятное влияние ароматических углеводородов на органы гепатобилиарной системы.

Ключевые слова: бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, детектор ионизации в пламени, желчь, ультразвуковое исследование, биохимический и иммунологический анализ, гепатобилиарные нарушения.

Введение

В период выраженного демографического спада, переживаемого Россией, сохранение здоровья детей имеет первостепенное значение и является важнейшим условием развития любого цивилизованного общества [3]. Особую важность приобретает проблема воздействия химических факторов окружающей среды на детские популяции в условиях промышленно развитых городов. Под влиянием антропогенной нагрузки адаптационные способности снижаются, что про-

является в ухудшении здоровья детского населения [8].

В числе приоритетных гигиенических проблем, связанных с риском для здоровья населения, остается проблема загрязнения атмосферного воздуха предприятиями химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, которые являются источниками многокомпонентных выбросов в окружающую среду химических соединений II—III классов опасности, в том числе ароматических углеводородов (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы) [4].

Известно, что ароматические углеводороды обладают широким спектром действия и влияют на функции основных органов и систем организма человека. Эти соединения высокотоксичны, характеризуются раздражающим, нейротоксическим, гепатотроп-ным, канцерогенным действием, могут вызывать отдаленные неблагоприятные последствия у потомства [1, 9].

Особенно опасна контаминация ароматическими углеводородами, обладающими выраженной способностью кумулироваться в организме человека. На фоне широкого спектра органических соединений, характерных для предприятий химической и нефтехимической промышленности, увеличивается содержание ароматических углеводородов в крови и усиливается их повреждающее действие на кроветворную систему; накопление в костном мозге создает депо этих соединений и их метаболитов. Имеются данные о нарушении синтеза нуклеиновых кислот (главным образом дНК), ведущем к угнетению продукции клеток, их неполноценности, нарушению хромосомных структур и т. д.

Общий характер токсического действия ароматических углеводородов проявляется в гепатотоксическом эффекте. Гепатобилиар-ная система организма является самой чувствительной системой, реагирующей на любые, патогенные в том числе, внешнесредо-вые воздействия [7]. химические соединения окружающей среды, действуя на организм немеханическим путем, могут вызывать структурно-функциональные нарушения печени. Токсиканты, проникающие в организм через желудочно-кишечный тракт, поступают в печень; таким образом, это первый орган, стоящий на пути ксенобиотика, резорби-ровавшегося во внутренние среды организма. Печень — основной орган, ответственный за метаболизм чужеродных веществ, выделение которых с желчью зависит от размера молекул и молекулярной массы [6]. С увеличением 110

молекулярной массы токсических веществ возрастает скорость выделения их с желчью. Желчь, содержащая токсические вещества, поступает в кишечный тракт, из которого эти соединения всасываются в кровь [5].

Кроме того, вероятно повреждение печени высокореакционноспособными промежуточными продуктами, образующимися в ходе метаболизма. Гепатотоксиканты, избирательно нарушая механизмы экскреции желчи, угнетают захват гепатоцитами из плазмы крови веществ, подлежащих выведению, что в дальнейшем может привести к патологическим изменениям печени химической этиологии [2].

При хроническом воздействии химических соединений изменения со стороны печени могут быть трудно диагностируемы, ге-патотоксическое действие может развиваться постепенно в течение нескольких месяцев, и даже лет, при этом оставаясь нераспознанным. Рутинные методы исследования оказываются недостаточно чувствительными, чтобы выявить неблагоприятный эффект от длительного действия промышленных токсикантов. В таких случаях патологию можно выявить только с помощью специальных химико-аналитических методов диагностики.

Материал и методы

ИССЛЕДОВАНИЯ

При разработке метода определения ароматических углеводородов в желчи использовали газовую капиллярную хроматографию и различные приемы пробоподготовки, способствующие повышению чувствительности и избирательности определения изучаемых соединений на фоне сложной биологической матрицы.

Разработка метода базировалась на следующих принципах: изучение физико-химических свойств; установление хроматогра-фического разделения определяемых соеди-

Пермский медицинский журнал

2010 том XXVII № 3

нений в условиях анализа (по критериям разделения), использование пламенно-ионизационного детектора; выбор оптимальных условий пробоподготовки для минимизации влияния сложной матрицы биологической среды; изучение полноты извлечения способом «внесено — найдено»; установление метрологических характеристик измерительного процесса.

В процессе проведенных исследований разделение ароматических углеводородов было достигнуто на капиллярной колонке DB-624-30m*0,32mm*1,8цm при температурном режиме: колонка — 50—180°С; испаритель — 200°С; детектор — 250°С; расход газа-носителя 1 (азот) — 20 см3/мин; расход газа-носителя — 30 см3/мин. Для изолирования токсичных соединений из биосред (желчь) использовали комбинированный метод газо-хроматографического анализа равновесной паровой фазы (ПФА).

Средняя полнота извлечения изучаемых соединений из желчи при использовании рекомендованного способа составила от 78,5% для п-, м-ксилола до 87,5% для о-ксилола. Предел обнаружения исследуемых соединений (мкг/см3) составил: бензол — 0,0035, толуол — 0,01, этилбензол — 0,0002, п-, м-кси-лол — 0,001, о-ксилол — 0,0005. Погрешность определения изучаемых соединений составила 8,96—17,5%.

Разработанный метод апробирован при обследовании детей с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, проживающих на территориях воздействия предприятий химической промышленности (гг. Губаха, Пермь).

Параллельно проведено клинико-ана-мнестическое, клинико-лабораторное и инструментальное обследование детей: общий и биохимический анализ крови, УЗИ органов брюшной полости.

Для исследования были использованы фракции желчи: пузырная темно-желтого

или коричневого цвета (порция В) и желчь из желчных протоков золотисто-желтого цвета (порция С).

Результаты и их обсуждение

В результате проведенных исследований проб пузырной желчи (порция В) детей обнаружено повышенное содержание бензола в 90% проб, толуола — в 40% проб, этилбензо-ла и п-, м-ксилола не обнаружено, о-ксило-ла — в 30% проб группы обследования. Средняя концентрация ароматических углеводородов в пробах желчи порции В составила (мкг/см3): бензол — 0,0114±0,0102, толуол — 0,0022±0,0015, о-ксилол — 0,0007±0,0001.

Хроматограммы показаны на рисунке.

В пробах желчи из желчных протоков (порция С) обнаружено бензола в 43% проб, толуола — в 36% проб, этилбензола и п-, м-ксилола — в 21% проб, о-ксилола — в 21% проб группы обследования. Средняя концентрация ароматических углеводородов в пробах желчи порции С составила (мкг/см3): бензол — 0,0032±0,0027, толуол — 0,0021± ±0,0003, этилбензол — 0,0002±0,0001, п-, м-ксилол — 0,001±0,0002, о-ксилол — 0,0006±0,0003.

В процессе исследований было установлено, что в пробах пузырной желчи (порция В) концентрация бензола превышала в 3,6 раза концентрацию бензола в пробах желчи из желчных протоков (порция С). Кроме того, в пробах пузырной желчи (порция В) не обнаружены этилбензол и п-, м-ксилол, а в пробах желчи из желчных протоков (порция С) обнаружен весь спектр изучаемых ароматических углеводородов.

Вместе с тем нами выявлено, что ряд симптомов и клинико-лабораторных показателей находились в причинно-следственных взаимосвязях с уровнем содержания изучаемых ароматических углеводородов в крови и желчи. Так, содержание бензола статисти-

МБ

А >

Мб

01 2345 6789 10 время, мин

б

Ё_

^ ^ ^

ООО о ^ X

0) о О Ю и

§г

01 234 5678910 время, мин

Рис. Хроматограммы смеси стандартного раствора ароматических углеводородов в желчи (а) и образец желчи (б), содержащий изучаемые соединения с учетом оптимальных условий газохроматографического разделения

а

чески достоверно увеличивалось при наличии отрыжки пищей (0,004±0,0001 и 0,001±0,0001 мг/дм3; р<0,015); появлении рвоты после еды (0,00б±0,0001 и 0,001± ±0,0001 мг/дм3; р<0,002), съеденной пищей (0,007±0,0001 и 0,002±0,0001 мг/дм3; р<0,017), с примесью желчи (0,007±0,001 и 0,002±0,0001 мг/дм3; р<0,018), которая приносила облегчение (0,005±0,0001 и 0,001±0,0001 мг/дм3; р<0,009).

Тошнота и рвота во время езды в автомобильном транспорте и после жирной пищи имели достоверную зависимость от содержания толуола, превышающего референтные значения (0,005±0,001 мг/дм3; р<0,021). Повышенный уровень толуола в организме отмечался при склонности к разжиженному стулу (0,019±0,001 мг/дм3; р<0,0001) и субиктеричности склер (0,010±0,0001 мг/дм3; р<0,0016).

Методом дисперсионного анализа выявлена достоверная взаимосвязь повышенного содержания ароматических углеродов с признаками гипертонуса сфинктера Одди (толуол - 0,019±0,001 мг/дм3; р<0,001),

внутрипеченочного холестаза (бензол — 0,00б±0,001 мг/дм3; р<0,01; толуол — 0,010±0,001 мг/дм3; р<0,02), гипокинеза желчного пузыря (бензол — 0,007±0,001 мг/дм3; р<0,05).

Неблагоприятное влияние изучаемых ароматических углеводородов на органы ге-патобилиарной системы подтверждено оценкой корреляционных взаимосвязей между концентрацией бензола, толуола и параметрами ультразвукового исследования печени и желчного пузыря, данными биохимического и иммунологического анализов крови. Так, показатели содержания бензола находились в прямой причинно-следственной связи с эхографическими размерами правой доли печени (г=0,25; р<0,0001), уровнем щелочной фосфатазы (г=0,17; р<0,03), количеством тромбоцитов (г=0,48; р<0,03) и Т-лимфоци-тов (г=0,43; р<0,03). Отмечалась прямая статистически достоверная корреляционная взаимосвязь концентрации толуола с размерами желчного пузыря после желчегонного завтрака (г=0,95; р<0,0001), активностью ас-партатаминотрансферазы (г=0,22; р<0,01),

Пермский медицинский журнал

2010 том XXVII № 3

щелочной фосфатазы (г=0,24; р<0,0001) и уровнем фагоцитоза (г=0,16; р<0,04).

Показатели кардиоинтервалографии, характеризующие напряжение адаптационно-компенсаторных процессов (ИН1), коррелировали с содержанием толуола (г=0,25; р<0,02), что могло усугублять течение гепа-тобилиарных нарушений.

Вывод

Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о неблагоприятном воздействии изучаемых ароматических углеводородов на состояние гепато-билиарной системы, способствующем развитию гипертонически-гипокинетических дис-кинезий желчного пузыря, формированию внутрипеченочного холестаза. Разработанный газохроматографический метод селективного определения ароматических углеводородов в желчи может быть использован в диагностике экозависимых поражений ге-патобилиарной системы, служить доказательной базой для оценки неблагоприятного влияния внешнесредовых техногенных химических факторов на состояние здоровья населения.

Библиографический список

1. Абрамова Ж. И. Вопросы токсикологии и специфической профилактики производственных интоксикаций бензолом и сероуглеродом: автореф. дис. ... докт. мед. наук/Ж. И. Абрамова.— Л., 1966.— 32 с.

2. Агаджанян Н. А. Проблема адаптации и экологии человека/Н. А. Агаджанян^//Экология человека. Основные проблемы.— М.: Наука, 1988.—С. 93—103.

3. Баранов А. А. Новые возможности профилактической медицины в решении проблем здоровья детей и подростков

России/А А. Баранов, В. Р. Кучма, В. А. Туте-льян— М., 2006.- 120 с.

4. Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей/Под ред. М. В. Лазарева. 7-е изд.— Л.: Химия, 1976.— Т. 1.— С. 88—97.

5. Козлова Н. М. Особенности функциональных изменений гепатобилиарной системы у больных с заболеваниями желчевыводя-щих путей/Н. М. Козлова, Ю. М. Галеев, М. В. Попов///Сибирский мед. журнал— 2005.— № 3.— С. 53—56.

6. Куценко С А. Основы токсикологии/ С. А. Куценко— СПб., 2003.— Т. 4.— 119 с.

7. Рафиков С. Р. Методы определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений/С. Р. Рафиков, С. А. Павлова, И. И. Твердохлебова.— М., 1963.— 336 с.

8. Рахманин Ю. А. Общий подход к оценке, сравнению и нормированию риска для здоровья человека в зависимости от различных факторов среды обитания/ Ю. А Рахманин, В. Ф. Дёмин, С. И. Иванов// Вестник Российской АМН.— 2006.— № 4— С. 5—9.

9. Рашевская А. М. Профессиональные заболевания системы крови химической этиологии/А. М. Рашевская, Л. А. Зорина— М., 1968.— 304 с.

N. V. Zaitseva, T. S. Ulanova, T. V. Nurislamova, N. A. Popova, A. I. Aminova, U. S. Bakulina

QUANTITATIVE DETERMINATION OF ANTROPOGENIC AROMATIC CARBOHYDRATES IN BILE OF CHILDREN WITH HEPATOBILIARY DISTURBANCES

Modern instrumental physical-chemical methods of analysis of aromatic carbohydrates (benzol, toluol, ethylbenzene, xylene) in the bile are considered in the paper. Results of

experimental investigations used to work out the method of biosphere aromatic carbohydrates determination are presented. The method included excretion of aromatic carbohydrates (benzol, toluol, ethylbenzene, xylene) from the biological material (bile) by means of heating and subsequent gas chromatography analysis of the steam and gas phase. The method allows to perform determination with the following detection limit (mkg/cm3) for the bile: benzol - 0,0035, toluol - 0,01, ethylbenzene -0,0002, p-, m-xylene — 0,0005. Determination error was 8,96—17,5%. Methods were approved in the group of children (25 persons) aged 6—8, who live in the territories with high chemical load from the moment of birth. Clinico-anamnestic, clinicolaboratory and instrumental investigation of children's biological material (bile) was fulfilled. Unfavourable effects of

aromatic carbohydrates on hepatobiliary organs were established.

Keywords: benzol, toluol, ethylbenzene, xylene, flame ionization detector, bile, ultrasound investigation, biochemical and immunological analysis, hepatobiliary disturbances.

Контактная информация: Зайцева Нина Владимировна, доктор мед. наук, профессор, член-корр. РАМН, директор Федерального научного центра медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 614045, г. Пермь, ул. Орджоникидзе, 82, тел. 8 (342) 233-10-37

Материал поступил в редакцию 27.02.2010