Исследование свободнорадикальных процессов при воздействии пыли медеплавильного производства

В статье представлены результаты изучения in vitro и в условиях эксперимента на животных свободнорадикальных процессов при воздействии пыли, входящей в состав атмосферных выбросов медеплавильного предприятия. Показано, что исследуемая пыль обладает выраженным свободнорадикальным механизмом действия, которое проявляется интенсивной генерацией и накоплением активных форм кислорода, увеличением содержания липоперекисей и снижением активности антиоксидантной защиты. Ключевые слова: пыль, эксперимент, перекисное окисление липидов, антиоксидантная защита.

УДК 669.054.83:577.1 15.4:616-008.9:616-092.4

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПЫЛИ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

© 2006 г. И. В. Шешунов, С. Б. Петров, П. И. Цапок

Кировская государственная медицинская академия, г. Киров

В состав атмосферных выбросов медеплавильных предприятий наряду с серо- и мышьяксодержащими соединениями входит пыль сложного химического состава. Ежегодно медеплавильным предприятием средней производственной мощности в атмосферный воздух выбрасывается до 2 тысяч тонн пыли. Выбрасываемая в атмосферный воздух металлургическая пыль содержит диоксид кремния, ряд тяжелых и редких металлов. В районах размещения медеплавильных предприятий отмечаются высокие уровни общей заболеваемости населения и смертности от злокачественных новообразований [8].

Известно, что в механизме воздействия на организм факторов среды и условий жизнедеятельности имеется общее патогенетическое звено — избыточная продукция свободных радикалов и активация процессов липопероксидации. Активация процессов перекисного окисления липидов приводит к нарушению структурной и функциональной ориентации мембран, мембранного транспорта, целостности генетических структур, модификации клеточных белков, снижению антиоксидантной защиты и развитию преморбидных и патологических состояний [2, 3, 4, 7].

В связи с вышеизложенным представляло интерес исследовать в условиях эксперимента свободнорадикальные процессы при воздействии пыли, входящей в состав атмосферных выбросов медеплавильного производства.

Материал и методы исследования

В эксперименте изучалась металлургическая пыль, отобранная из газоходной системы перед выбросом в атмосферу. Вещественный состав пыли: меди — 32,40 %, железа — 22,25, диоксида кремния — 13,78, алюминия — 7,64, цинка — 0,69, кальция — 0,65, мышьяка — 0,35, свинца — 0,30 %. Содержание таких элементов, как висмут, кадмий, марганец, олово, никель, кобальт, сурьма, теллур, хром, ванадий, вольфрам, молибден, цирконий, литий, индий, германий и скандий, составляет сотые, тысячные и десятитысячные доли процента.

Фазовый состав пыли: Fe3O4 — 20,0 %, CuS — 17,8, Cu5FeS4 - 15,7, Al2SiO4 - 12,0, Cu2O - 11,4, SiO2 - 9,4, ZnS - 6,2, PbS - 3,8, нераспознанные фазы - 3,7 %.

Дисперсный состав пыли: частиц размером до 1 мкм - 23,7%, от 1 до 2 мкм - 48,6, от 2 до 5 мкм - 21,8, свыше 5 мкм - 5,9 % (данный состав примерно соответствует дисперсному составу витающей в приземном слое атмосферы металлургической пыли).

В исследовании in vitro хемилюминесцентным методом проведено изучение способности металлургической пыли стимулировать активность перитонеальных макрофагов и вызывать образование свободных радикалов [6]. Интенсивность генерации активных форм кислорода оценивалась по изменению показателя общей светосуммы (S) за периоды 5 сек. и

15 мин. инкубации суспензии макрофагов и взвеси пылевых частиц в термостатируемой кювете.

Эксперимент проведен на 20 беспородных белых крысах с исходной массой тела 170 — 200 г. Животным опытной группы исследуемая пыль вводилась внутрибрюшинно в 0,5 мл физраствора. Животным контрольной группы внутрибрюшинно вводилось 0,5 мл физраствора. Через 15 дней животные забивались с последующим отбором крови для исследований.

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) в сыворотке крови экспериментальных животных определяли хемилюминесцентным методом на приборе Emilite El 1105 по максимальному показателю фотовспышки (I , имп./сек.), дающему оценку содержания первичных продуктов перекисного окисления [2, 5].

Для характеристики кинетики хемилюминесцен-ции (ХЛ) использовали показатели светосуммы вспышки (S) за определенный отрезок времени (S/30 сек., и S/60 сек.) и максимальной интенсивности рекомбинационного свечения (I , имп./сек).

Определение в сыворотке крови диеновых конъюгатов и продуктов, реагирующих с тио-барбитуровой кислотой (ТБК ап), производилось флуориметрическим и спектрофотометрическим методами (Цапок П. И. и соавт., 2000; Андреева Л. И. и соавт., 1988).

Антиоксидантную активность сыворотки крови (АОА) определяли по показателям ХЛ -S/60 сек., Imax/ S/60 сек., содержанию церулоплазмина по реакции окисления р-фенилендиаминдигидрохло-рида методом Раввина в модификации В. Г. Колба и

В. С. Камышникова (1982).

Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием программ Microsoft Exsel XP и включала описательную статистику, оценку различий по Стьюденту.

Результаты и обсуждение

Как видно из приведенных на рисунке данных исследования in vitro, уровень общей светосуммы через 5 сек. после начала инкубации в образце, содержащем суспензию макрофагов и взвесь пыли, в 3,6 раза превысил уровень S контрольного образца

- 895,4 ± 42,4 и 250,2 ± 20,4 соответственно (разница статистически достоверна - p < 0,05).

1800 1600 1400 1200 . 1000 * 800 600 400 200 о

5 сек. 15 мин.

Хемилюминесцентный ответ (уровень общей светосуммы) суспензии макрофагов на введение образца пыли

контроль | | образец пыли

В течение 15 мин. инкубации уровень S в опытном образце продолжал нарастать и превысил исходный на 46,4 %. Напротив, в контрольном образце уровень S через 15 мин. инкубации снизился по сравнению с исходным более чем на половину (52,0 %).

Известно, что первичный механизм генерации активных форм кислорода (АФК) обусловлен активизацией фагоцитов за счет слабых физико-химических взаимодействий (дисперсионное и гидрофобное взаимодействие; электростатическое связывание) при контакте поверхности пылевых частиц с клеточной мембраной [1].

Увеличение уровня S через 15 мин. инкубации, вероятно, связано с интенсивной вторичной трансформацией АФК на поверхности частиц пыли за счет развития каталитических реакций с участием ионов переходных металлов (особенно железа) [1].

Свободные радикалы химически исключительно активны и, реагируя с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов, инициируют цепную реакцию их перо-ксидации [2].

Показатели сыворотки крови, характеризующие процессы липопероксидации, представлены в таблице.

Характеристика процессов липопероксидации в сыворотке крови экспериментальных животных

Показатель Опытная группа Контрольная группа

S/ , имп. 1 30 сек.’ 1190,0±47,4* 782,4±29,6

S/ , имп. 60 сек. 2384,3±62,7* 1384,2±45,9

I , имп./сек. max’ 1 208,0±6,8* 142,0±3,6

I / S/Bn max 60 сек. 0,087±0,005* 0,102±0,005

ТБК ап, мкмоль/л 4,72±0,52* 2,20±0,48

Диеновые конъюгаты, усл. ед. 0,840±0,009* 0,520±0,006

Церулоплазмин, мг/л 74,4±7,2* 178,9±12,2

Примечание. * - различия с контролем статистически достоверны (р < 0,05).

Известно также, что одним из эффектов липопе-роксидации является появление хемилюминесценции при рекомбинации пероксидных радикалов с образованием неустойчивого тетроксида, распад которого сопровождается выделением кванта света. В нашем эксперименте в опытной группе животных отмечается статистически значимое увеличение по сравнению с контролем таких показателей ХЛ сыворотки крови, как (S/Q„ , имп.), (S/K„ , имп.).

v 1 30 сек.’ п v '60 сек.’ '

В опытной группе наблюдается статистически достоверное увеличение по сравнению с контролем максимального показателя фотовспышки (I , имп.),

max

дающего оценку содержания первичных продуктов перекисного окисления липидов.

В сыворотке крови животных опытной группы наблюдается статистически значимое увеличение по сравнению с контролем начальных продуктов ПОЛ — диеновых конъюгатненасыщенных жирных кислот и конечных продуктов ПОЛ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК ап), в частности малонового диальдегида.

При оценке антиоксидантной активности по отношению 1п » / S/60 сек . в опытной группе отмечается статистически значимое снижение по сравнению с контролем уровня данного показателя.

Более полную картину активности антиоксидантной системы экспериментальных животных дают данные по определению содержания в сыворотке крови одного из основных антиоксидантов — медьсодержащего белка церулоплазмина (окисляет Ре2+ до Ре3+ молекулярным кислородом). Так, в сыворотке крови животных “пылевой группы” наблюдается статистически значимое снижение по сравнению с контролем содержания церулоплазмина, что свидетельствует о снижении уровня антирадикальной защиты.

Таким образом, входящая в состав атмосферных выбросов медеплавильных предприятий пыль обладает выраженным свободнорадикальным механизмом действия, который, по данным экспериментальных исследований, проявляется интенсивной генерацией и накоплением активных форм кислорода, увеличением содержания липоперекисей и снижением активности системы антиоксидантной защиты.

Список литературы

1. Величковский Б. Т. Экологическая пульмонология (роль свободнорадикальных процессов) / Б. Т. Величковский. — Екатеринбург, 2001. — 86 с.

2. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы в живых системах / Ю. А. Владимиров, О. А. Азизова, А. И. Деев и др. // Итоги науки и техники. Т. 29. Биофизика. — М. : ВИНИТИ, 1991. - С. 250

3. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы и антиоксиданты / Ю. А. Владимиров // Вестник АМН СССР.

- 1998. - № 7. - С. 43-51.

4. Дурнев А. Д. Мутагены: Скрининг и фармакологическая профилактика воздействия / А. Д. Дурнев, С. Б. Середенин. - М. : Медицина 1998. - С. 328.

5. Клебанов Г. И. Антиоксидантная активность сыворотки крови / Г. И. Клебанов, Ю. О. Теселкин, И. В. Бабенкова // Вестник РАМН. - 1999. - № 2. - С. 15-22.

6. Коркина Л. Г. Биолюминесцентное определение АТФ в перитонеальных макрофагах, фагоцитирующих пылевые частицы / Л. Г. Коркина, О. П. Ильинская, Б. Т. Величковский // Гигиена труда. - 1983. - № 3. - С. 22-26.

7. Пескин А. В. Взаимодействие активного кислорода с ДНК / А. В. Пескин // Биохимия. - 1997. - Т. 62, № 12. - С. 1571-1578.

8. Петров Б. А. Вопросы гигиены окружающей среды при комплексной переработке медносульфидных руд / Б. А. Петров // Вестник РАМН. - 2004. - № 3. -

С. 37-41.

EVALUATION AND ESTIMATION OF FREE RADICAL EFFECTS RESULT IN EXPOSURE OF DUST THAT IS A PART OF ATMOSPHERIC POLLUTION OF COPPER-PRODUCING INDUSTRY

I. V. Sheshunov, S. B. Petrov, P. I. Tsapok

Kirov State Medical Academy, Kirov

The current study includes the results and findings of free radical effects result in exposure of dust that resulted from metallurgic copper ore processing. The experiments were carried out on rats and “in vitro”. It was revealed that the dust had evident free radical effects. These effects were characterized by intensive generation and accumulation of active oxygen forms, increase of lipoperoxidation as well as decrease activity of the oxidant-anti-oxidant system.

Key words: dust, experiment, lipoperoxidation, anti-oxidant defence.