Некоторые биохимические механизмы токсического действия 1, 2, 3, 4, 5-тетраметилбензола

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Химическая и нефтехимическая промышленность — основной источник токсичных и устойчивых к биоразложению загрязнений окружающей среды [1,12,76,124,154]. В настоящее время химическая промышленность производит около 100 000 химических веществ, а соединения ароматического ряда составляют треть от 91 миллиона тонн массовых химикатов, производимых ежегодно [115,131,140]. Данный факт обусловил большое внимание исследователей к влиянию на окружающую среду прежде всего самих ароматических углеводородов [133,156,200]. Менее изучены в этом плане производные ароматических соединений, которые широко используются в различных отраслях промышленности [18]. Их выброс в окружающую среду в виде отходов соответствующих производств возрастает и становится все более опасным [10,51] вследствие их сильно выраженного биологического действия на живые организмы [42,57,113,133,156].

Типичным представителем производных ароматических углеводородов является 1,2,4,5-тетраметилбензол. Он обладает угнетающим действием на ЦНС, нерезко выраженным раздражающим свойством, оказывает негативное влияние на кроветворение [47]. До 37% поступившего в организм вещества выводится через почки с мочой в виде коньюгатов с глицином, глюкуроновой и серной кислотами [169]. Относится к веществам 2-го класса опасности, предельно допустимой средне-суточной концентрацией в атмосферном воздухе 0,01 мг/м3 [41], а воздухе рабочей зоны — 10,0 мг/м3 [151].

Большинство физиологических и метаболических процессов клеток тесно связано с системой микросомального окисления и энергообеспечения [5,13,31, 66,111,126,132,142,164]. Изменения в состоянии этих систем представляют собой раннюю, неспецифическую ответную реакцию организма на экстремальные воздействия [82,101,105], которая в начальной стадии может иметь компенсаторный характер [138], в дальнейшем при продолжении действии токсиканта происходят структурно-функциональные повреждения, приводящие к срыву адаптационно-компенсаторных механизмов, становятся причиной и молекулярной основой развития патологии [43,45,80,109,154,205].

Благодаря тесной интеграции процессов выработки энергии с другими видами обмена и метаболическими циклами, изучение состояния энергетического обмена позволяет раскрыть его место в развитии изменений «метаболического полома» и «метаболической компенсации», что имеет существенное значение для разработки и обоснования терапевтических методов воздействий на обменные нарушения, способные оборвать цепную реакцию последующих патологических изменений [128]. Поэтому исследования взаимосвязи изменений состояния микросомального окисления и энергообеспечения с другими биологическими процессами в норме и патологии имеет весьма важное значение для раскрытия патохимических механизмов воздействия негативных факторов.

Несмотря на многолетние исследования биологического действия ароматических углеводородов,.и в частности, 1,2,4,5-тетраметилбензола, ранние механизмы повреждения органов и тканей до сего времени недостаточно раскрыты. Тем более, что большие объёмы производства и дальнейшее расширение внедрения в производство 1,2,4,5-тетраметилбензола ставят важную задачу оценки потенциальной опасности для человека и окружающей среды, выявление ранних метаболических проявлений его воздействия на организм. Все вышесказанное обосновывает актуальность изучения молекулярных механизмов формирования повреждения и адаптационных изменений при воздействии 1,2,4,5-тетраметилбензола.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Оценить активность микросомальных моноок-сигеназ, особенности метаболизма адениловых нуклеотидов и баланс некоторых макроэлементов при ингаляционном воздействии паров 1,2,4,5-тетраметилбензола в эксперименте и у рабочих производства ароматических углеводородов нефтехимической промышленности.

Задачи: 1. Изучить при остром и хроническом ингаляционном воздействии.

1,2,4,5-тетраметилбензола в различных концентрациях содержание цитохромов Р450 и Ь5 в тканях лёгких, печени и почек экспериментальных животных.

2. Изучить при воздействии экотоксиканта в ингаляционных концентрациях 1,0 и 10,0 мг/м в тканях и эритроцитах животных содержание и интенсивность метаболизма адениловых нуклеотидов.

3. Исследовать активность транспортных АТФаз в тканях и эритроцитах животных, подвергнутых воздействию поллютанта.

4. Изучить состояние электролитного баланса в эритроцитах и плазме крови, общее содержание К, Са, М^- и Рн в тканях при ингаляционном воздействии паров 1,2,4,5-тетраметилбензола.

5. Изучить содержание адениловых нуклеотидов и активность транспортных АТФаз в эритроцитах рабочих производства 1,2,4,5-тетраметилбензола.

6. Оценить влияние условий труда на состояние здоровья рабочих путём изучения заболеваемости с временной утратой трудоспособности и обосновать гигиенические мероприятия по оздоровлению условий труда в производстве ароматических углеводородов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Проведёнными исследованиями установлено, что острое и хроническое ингаляционное воздействие 1,2,4,5-тетраметилбензола в малых концентрациях характеризуется в тканях экспериментальных животных усилением активности цитохромов Р450 и Ь5.

Впервые установлено, что в результате однократного и многократных поступлений изучаемого соединения в тканях лёгких, печени, почек и в эритроцитах уменьшается уровень АТФ с одновременным повышением количества АДФ и АМФ. Выраженность изменений содержания и соотношений адениловых производных зависит от концентрации экотоксиканта. Выявлено, что при острой и хронической интоксикации в тканях, наряду с интенсификацией основного пути биосинтеза адениловых нуклеотидов, резко усиливается их новообразование и по альтернативным путям. Рано развивающийся и сохраняющийся длительное время дефицит АТФ является результатом не только нарушений клеточных механизмов энергопродукции, но и выраженного усиления утилизации макроэргов. Установлена прямая зависимость между снижением уровня АТФ и ускорением её- использования в АТФазных реакциях, направленных на поддержание концентрационного градиента основных электролитов во внутрии внеклеточном секторах.

Определение содержания адениловых нуклеотидов и энергетического заряда эритроцитов в крови у рабочих имеет диагностическое значение, позволяющее судить о состоянии энергетического обмена у лиц с острой и хронической интоксикацией химическими загрязнителями, на что получен патент на изобретение «Способ прогнозирования преморбидного состояния при воздействии химических загрязнителей производственной среды» (№ 2 178 563 от 20.01.2002 г.).

Результаты исследований существенно дополняют имеющиеся сведения о состоянии энергетического метаболизма в организме работающих. Выявлено, что условия и характер труда оказывают негативное влияние на состояние здоровья изучаемого контингента. Определены приоритетные направления работы по оптимизации условий труда.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Полученные результаты о позволяют дать общую характеристику состояния процесса микросомального окисления и энергообеспечения в условиях острого и хронического ингаляционного поступления паров 1,2,4,5-тетраметилбензола. На базе полученных данных создаётся возможность раннего выявления метаболических и функциональных изменений в организме, что позволяют выработать рекомендации по улучшению условий труда, интенсивности и длительности трудового стажа.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедр биоорганической и биологической химии, общей гигиены Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации». По материалам исследований, разработаны и проведены оздоровительные мероприятия на предприятии ОАО «Уфахим-пром» (г. Уфа), на что получен положительный отзыв от Профсоюза работников химических отраслей промышленности Республики Башкортостан (№ 7 от 15.05.2000 года), опубликованы методические рекомендации «Клинико-гигиенические подходы к изучению состояния здоровья у рабочих химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности» (Уфа, 2000), используемые Центрами Госсанэпиднадзора РБ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Среда обитания и здоровье населения» (Оренбург, 2001) — на Международной научно-практической конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 2002) — на научной конференции учёных РБ «Новый про-рыв-2002» (Уфа, 2002) — на 3-м Съезде биохимического общества (Санкт-Петербург, 2002) — на Межрегиональной конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья (Оренбург, 2003) — на совместном заседании кафедр биоорганической и биологической химии, патофизиологии, общей гигиены и сотрудников лаборатории новых лекарственных средств Института нефтехимии и катализа АН РБ (Уфа, 2003).

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 4 глав собст.

ВЫВОДЫ.

1. Острая и хроническая ингаляция 1,2,4,5-тетраметилбензола сопровождается изменением содержания в тканях печени, почек и лёгких подопытных крыс микросомальных ферментов и метаболизма основных компонентов адениловой системы. Повышение содержания цитохромов Р450 и Ь5 и снижение уровня АТФ в тканях нарастает с увеличением дозы воздействия поллютанта.

2. При однократном и многократном действии токсиканта в тканях лёгких, печени и почек, а также в эритроцитах экспериментальных животных наблюдается накопление фонда адениловых нуклеотидов, понижение уровня АТФ и относительное повышение количества АДФ и АМФ. Нарастание клеточного пула адениннуклеотидов связано, как с интенсификацией процессов перефосфори-лирования, так и со значительным усилением альтернативных путей их новообразования.

3. Острое и хроническое ингаляционное воздействие паров 1,2,4,5-тетраметилбензола сопровождается в тканях и эритроцитах подопытных крыс активацией основных транспортных аденозинтрифосфатаз: Ыа, К-АТФазы, Са-АТФазы, М§-АТФазы или Са, М§-АТФазы.

4. В результате острого и хронического ингаляционного воздействия экотокси-канта в тканях, эритроцитах и плазме крови подопытных крыс регистрируется изменения электролитного баланса, выражающиеся в повышении уровня Иа и Рн, понижении количества К, М^ и Са в тканях и эритроцитах, увеличении содержания К, Mg и Рн, снижении концентрации Ыа и Са в плазме крови.

5. Направленность и выраженность сдвигов в обмене адениловых производных в эритроцитах в условиях острой и хронической интоксикации отражают отклонения их метаболизма в тканях и организме в целом. На это указывают результаты исследований содержания АТФ, АДФ, АМФ, интенсивности включения 214С-глицина, 614С-глюкозы, 814С-аденозина и 32Р-ортофосфата Ыа в состав аденозинфосфатов, активности транспортных АТФаз, концентрации Иа, К, Mg,.

Са, Рн в тканях и в эритроцитах периферической крови у животных, подвергнутых воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола.

6. Условия труда операторов и машинистов производства 1,2,4,5-тетраметилбензола характеризуется воздействием ряда отрицательных факторов: наличие в воздухе токсических веществ, неблагоприятный микроклимат, производственный шум, недостаточная освещённость. Ведущим негативным фактором условий труда является загрязнённость воздуха производственной среды токсическими соединениями: 1,2,3-триметили 1,2,4,5-тетраметилбензолы, ксилол, толуол, бензол, предельные и непредельные углеводороды и др.

7. У лиц, подвергающихся в процессе профессиональной деятельности воздействию ароматических углеводородов, в эритроцитах выявляется падение уровня АТФ и относительное повышение количества АДФ и АМФ, увеличение активности Ка, К-АТФазьт и снижение Са, М§-АТФазы.

8. Выявлена связь интенсивных показателей заболеваемости с возрастом, полом и стажем, причём зависимость от стажа была более существенной, чем от возраста. Так, у рабочих, имеющих стаж работы до 3-х лет, приходится 76,9 случаев нетрудоспособности, 4−6 лет — 89,1 случая, 7−10 лет — 69,1 случая, 11−15 лет достигает максимума — 132,9 случая.

К значимым классам болезней в структуре заболеваемости с временной утратой нетрудоспособности относятся болезни органов дыхания, нервов и периферических ганглиев, костно-мышечной системы, инфекции кожи и подкожной клетчатки, и хронических неспецифических заболеваний лёгких.

9. Научно обоснован и разработан комплекс мероприятий по оптимизации производственной среды с целью улучшения здоровья работающих.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

На основании проведённых исследований, считаем возможным дать следующие рекомендации, затрагивающие организацию оказания медицинской помощи и основные принципы оздоровления условий труда в цехе по производству 1,2,4,5-тетраметилбенздла.

А. Определение содержания АТФ, АДФ, АМФ и ЭЗ эритроцитов в крови у рабочих позволяет судить ещё- на ранних этапах до появления клинических симптомов заболеваний о состоянии энергетического обмена у лиц с острой и хронической интоксикацией химическими загрязнителями воздушной среды. Поэтому:

— при оценке состояния здоровья в период диспансеризации необходимо проводить определение содержания АТФ, АДФ и АМФ в крови;

— исходя из этого сформировать группу риска — лиц с крайне низкой величиной ЭЗ эритроцитов;

— при выявлении у лиц стабильных отклонений от нормы в величине ЭЗ эритроцитов с целью исключения скрытой патологии, провести в поликлинических условиях или в стационаре углублённое обследование для установления диагноза заболевания;

— при лечении и профилактике различных заболеваний целесообразно обращать внимание на состояние энергетического обмена и при необходимости корригировать этот процесс путём исследования в крови содержания АТФ, АДФ и АМФ.

Б. Оздоровительные мероприятия по борьбе с негативными факторами, должны включать создание благоприятных условий труда путём нормализации воздушной среды в рабочей зоне, устранения или значительного ослабления степени их вредного влияния с учётом технологии получения продуктов и оснащения производства современным оборудованием.

1. С целью снижения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны необходимо:

— внедрить методы аналитического контроля качества продукта в технологическом потоке;

— оборудовать для целей ручного пробоотбора герметичные вакуумные пробоотборники;

— применять бессальниковые насосы и насосы с торцевым уплотнением, высококачественную запорную арматуру.

2. Для устранения выделения веществ и исключения физического труда при до ставке и загрузке катализатора механизировать доставку твёрдых ингредиентов к реакторам, а процесс загрузки автоматизировать. В сборниках предусмотреть автоматическое регулирование подачи пара с выносом контрольных сигналов на пульт управления.

3. Для исключения физического труда при складировании фасованных продуктов, смонтировать транспортировочную линию по перемещению продукта от дозировочных полуавтоматов на склад.

4. Для защиты персонала от воздействия производственного шума следует заменять высокошумные. электронасосы на малошумные, снабжать насосы глушителями шума. При пребывании (временном или постоянном) рабочих в помещениях с высокошумными агрегатами обязательно использование средств индивидуальной защиты — антифонов, заглушек и др.

5. Для обеспечения нормального микроклимата на рабочих местах необходимо, во-первых, соответствие проектных расчётов по отоплению конкретной климатической зоне и, во-вторых, правильная эксплуатация в холодные периоды года аэрационных устройств.