Оценка биологического действия пыли, входящей в состав атмосферных выбросов медеплавильного производства

Петров С.Б., Шешунов И.В., Цапок П.И.

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПЫЛИ, ВХОДЯЩЕЙ В СОСТАВ АТМОСФЕРНЫХ ВЫБРОСОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ГОУ ВПО «Кировская ГМУ Росздрава», г. Киров

Ежегодно медеплавильным предприятием средней производственной мощности в атмосферный воздух выбрасывается до 3 тыс. тонн пыли, для которой в качестве максимально-разовой и среднесуточной предельно допустимой концентрации приняты величины равные соответственно 0,5 мг/м3 и 0,15 мг/ м3. Данные величины в действующих гигиенических нормативах ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в

атмосферном воздухе населенных мест» установлены для нетоксичной пыли.

Современные представления о молекулярных и клеточных механизмах патогенного действия пылевых частиц, связаны с пагубным воздействием на фагоцитирующие их мононуклеарные и полиморфнонуклеарные лейкоциты, благодаря способности стимулировать избыточное длительное образование активных форм кислорода. В связи с вышеизложенным представляло интерес исследовать в условиях эксперимента свободнорадикальные процессы при воздействии пыли, входящей в состав атмосферных выбросов медеплавильного производства.

В эксперименте изучалась металлургическая пыль, отобранная из газоходной системы перед выбросом в атмосферу.

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%.

В исследовании “in vitro” хемилюминесцентным методом проведено изучение способности металлургической пыли стимулировать активность фагоцитов и вызывать образование свободных радикалов. Интенсивность генерации активных форм кислорода фагоцитами оценивалась по изменению показателя общей светосуммы (S) за периоды - 5 секунд и 15 минут инкубации суспензии макрофагов и взвеси пылевых частиц в термостатируемой кювете.

Эксперимент на животных проведен на 20 беспородных белых крысах с исходной массой тела 170

- 200 г. Исследуемая пыль вводилась экспериментальным животным внутрибрюшинно в дозе 2,0 г/кг массы тела в 0,5 мл физраствора. Животным контрольной группы внутрибрюшинно вводилось эквивалентное количество физраствора. Через 15 дней

животные забивались с последующим отбором крови для исследования.

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.

Для характеристики кинетики хемилюми-несценции (ХЛ) использовали показатели светосуммы вспышки (S) за определенный отрезок времени (S/,„ , имп и S/,„ , имп) и максимальной

v 30 сек 60 сек7 '

интенсивности рекомбинационного свечения (I , имп/сек).

v max7 '

Определение в сыворотке крови церулоплазмина, диеновых коньюнгатов и продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК ап) производилось по стандартным методикам.

Как видно из приведенных на рисунке 1 результатов исследования “in vitro”, уровень общей светосуммы через 5 секунд после начала инкубации в образце содержащего суспензию макрофагов и взвесь пыли в 3,6 раза превысил уровень S контрольного образца - 895,4 ± 42,4; 250,2 ± 20,4 соответственно (разница статистически достоверна - P < 0,05).

Первичный механизм образования активных форм кислорода (АФК) обусловлен активизацией фагоцитов за счет слабых физико-химических взаимодействий (дисперсионное и гидрофобное взаимодействие; электростатическое связывание, участками которого являются фосфолипиды клеточных мембран) при контакте поверхности частиц пыли с клеточной мембраной

В течение 15 минут инкубации уровень S в опытном образце продолжал нарастать и превысил исходный на 46,4 %. Напротив, в контрольном образце

Рис.1: Хемилюминесцентный ответ (уровень общей светосуммы) суспензии макрофагов на введение образца металлургической пыли

уровень 8 через 15 минут инкубации снизился по сравнению с исходным более чем на половину (52,0%).

Увеличение уровня 8 в пылевых образцах через 15 минут инкубации вероятно связано с интенсивной вторичной трансформацией АФК на поверхности частиц пыли за счет развития каталитических реакций с участием ионов переходных металлов (особенно железа).

Возможен и другой механизм вторичной трансформации АФК. В фазовом составе пыли присутствуют силикаты алюминия, меди и цинка, следовательно, данную пыль можно отнести к примесным полупроводникам. Согласно разработанной отечественным физиком Ф.Ф. Волькинштейном, теории гетерогенного катализа на полупроводниках, можно предположить, что на поверхности пылевых частиц возможна каталитическая реакция полупроводникового типа, продуктами которой могут быть свободные радикалы.

Свободные радикалы химически исключительно активны и реагируя с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов, инициируют цепную реакцию их пероксидации.

Показатели сыворотки крови, характеризующие процессы липопероксидации представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика процессов липопероксидации

в сыворотке крови экспериментальных __________животных (X±Sx)___________

Показатели Опытная группа ^тролЕная группа

(S/30 сек, имп.) П90,0±47,4* 782,4±29,6

(S/60 сек, имп.) 2384,3±62,7* І384,2±45,9

(Imax, имп.) 208±6,8* І42±3,6

I / S/ -*-max ' 07 60 сек 0,087±0,005* 0,І02±0,005

ТБК ап, мкмоль/л 4,72±0,52* 2,20±0,48

Диеновые конъюгаты, усл. 0,84±0,009* 0,52±0,006

* - различия с контролем статистически достоверны (P<0,05);

Известно, что одним из эффектов

липопероксидации является появление

хемилюминесценции при рекомбинации пероксидных радикалов с образованием неустойчивого тетроксида, распад которого сопровождается выделением кванта света. В нашем эксперименте, в опытной группе животных, по сравнению с контролем, отмечается статистически значимое увеличение таких показателей ХЛ сыворотки крови, как (8/30 сек, имп)., (8/60 сек, имп.).

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

т 4 шах

дающего оценку содержания первичных продуктов перекисного окисления липидов.

В сыворотке крови животных опытной группы наблюдается статистически значимое по сравнению с контролем увеличение начальных продуктов ПОЛ -

диеновых коньюгат ненасыщенных жирных кислот и конечных продуктов ПОЛ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК ап), в частности малонового диальдегида.

При оценке антиоксидантной активности по отношению I / S/„ в опытной группе

max 60 сек, А J

отмечается статистически значимое по сравнению с контролем снижение уровня данного показателя.

Более полную картину активности антиоксидантной системы экспериментальных животных дают данные по определению содержания одного из основных антиоксидантов -медьсодержащего белка - церулоплазмина Так, в сыворотке крови животных “пылевой группы” по сравнению с контролем наблюдается статистически значимое снижение содержания церулоплазмина, что свидетельствует о снижении уровня антирадикальной защиты (опыт 74,4±7,2 - 93,9±8,7, контроль 178,9±12,2 мг/л; P < 0,05).

Таким образом, входящая в состав атмосферных выбросов медеплавильных предприятий пыль, обладает выраженным свободно-радикальным механизмом действия, которое проявляется интенсивной генерацией и накоплением активных форм кислорода, увеличением содержания липоперекисей и снижением активности системы антиоксидантной защиты.

Данные экспериментального исследования свидетельствуют о необходимости коррекции величины ПДК пыли медеплавильного производства в атмосферном воздухе населенных мест с учетом выраженного свободно-радикального механизма действия.

І42