Морфологические изменения эритроцитов крови людей, проживающих на территориях геохимической провинции с месторождениями кадмия

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭРИТРОЦИТОВ КРОВИ ЛЮДЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИЯХГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ С МЕСТОРОЖДЕНИЯМИ КАДМИЯ

Н.Н. Ильинских, С. А. Козлова, И. Н. Ильинских, Е. Н. Ильинских, А. Ю. Юркин В зоне геохимической аномалии в районе села Чаган-Узун Республики Алтай содержание кадмия в почве превышает фоновые значения более чем в 400 раз, достигая в растениях уровня 1,6 мг/кг [1]. Установлено, что при поступлении в кровь кадмий концентрируется в эритроцитах крови [2].

Таблица 1. Число патологических форм эритроцитов в крови. (M ± m) у жителей населенных пунктов Чаган-Узун и Турочак (контроль) Республики Алтай Примечание: Достоверные отличия от контроля (жители с. Турочак) отмечены: ** P<0,05; *P<0,01.

Имеются исследования, свидетельствующие о том, что кадмий вызывает деформацию эритроцитов [3]. Появление в крови экспериментальных животных и у людей связанных с производством кадмия необычных форм эритроцитов обусловлено нарушениями процессов эритропоэза, по-видимому, за счет изменений в генетическом аппарате эритробластов поскольку известно, что кадмий ингибирует активность ДНК-полимераз и влияет на процессы деконденсации ДНК, нарушая синтез темидилата и тимидинкиназы и соответственно репарации и репликации молекул ДНК [2,4−6].

По данным медицинской статистики Министерства Здравоохранения Республики Алтай в районе, где расположено с. Чаган-Узун, среди населения повышена частота гематологических патологий, что, не исключено, может быть связано с высоким уровнем в окружающей среде этой местности месторождений кадмия [7].

В связи с изложенным целью настоящей работы явилось изучение состояния эритроцитов периферической крови у жителей села Чаган-Узун Республики Алтай, расположенного в районе повышенного содержания в почве и геологических породах кадмия, в сравнении с другим поселением (село Турочак) этого региона, где в окружающей среде содержание кадмия находится на уровне фона.

Всего обследовано 148 человек, жителей села Чаган-Узун, расположенном в зоне кадмиевой геологической аномалии и 145 жителя села Турочак (контроль), находящегося в экологически благоприятном регионе Республики Алтай с фоновым содержанием в окружающей среде кадмия. В настоящем исследовании были обследованы только те лица, которые подписали добровольное информирование согласие относительно забора у них из локтевой вены 20 мл крови с последующим определением содержания в крови кадмия и уровня патологически измененных эритроцитов. Анализ был проведен методом «случай-контроль» (жители, проживающие в селе Чаган-Узуни популяционный контроль — жители села Турочак). В связи с тем, что кадмий аккумулируется в организме человека [3], то в настоящей работе всех обследованных мы подразделили на 4 группы: коренные жители, приезжие, прожившие в данной местности менее 5 лет, от 5 до 10 лет и более 10 лет. Анализ эритроцитов проводили на стандартных гематологических мазках окрашенных по Романовскому-Гимза. Учитывали следующие патологические формы эритроцитов: акантоциты, эхиноциты, стоматиты, дакриоциты, дрепаноциты и прочие аномальные формы мембраны, а также размерные изменения эритроцитов (микроциты, макроциты, макроовалоциты, мпегалоциты) согласно критериев изложенных [8]. Изменение размеров эритроцитов регистрировали при помощи эритроцитометрии с использованием окулярного микрометра. Кроме того проведена оценка цитогенетических изменений путем регистрации числа эритроцитов с микроядрами [9]. У каждого обследованного изучено не менее 10 000 эритроцитов.

Содержание кадмия в крови определяли колометрическим методом с использованием спектрофотометра. Все пробы высушивались в муфельной печи при температуре 50С до твердого состояния и истирались в порошок. Аликвотную часть пробы, содержащую ионы кадмия обрабатывали аммиаком и подвергали экстракции хлороформом, содержащим 0,004% дитизона. Определение концентрации осуществлялось при длине волны 508 нм на СФ-46 [10].

Все данные обрабатывали статистически с применением критерия Стьюдента для независимых выборок и корреляционного анализа по Спирмену, используя пакет статистических компьютерных программ [11]. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в исследовании принималась равным 0,05.

кадмий эритроцит кровь геологический Полученные данные свидетельствуют (табл.1), что в периферической крови коренных и пришлых лиц, проживающих в с. Турочак практически нет различий по уровню патологически измененных эритроцитов. В то же время в с. Чаган-Узун у пришлых жителей отмечается достоверное повышение числа такого рода клеток. При сравнении числа дефектных эритроцитов, наблюдаемых в крови у коренных жителей с. Чаган-Узун и Турочак по большинству изученных показателей достоверные различия отсутствовали, за исключением числа дрепаноцитов, микрои макроцитов и эритроцитов с микроядрами. Высокий уровень патологически измененных эритроцитов наблюдался у приезжих жителей, особенно в группах, проживших в с. Чаган-Узун менее 5 лет и от 5 до 10 лет. Наиболее существенно было повышение числа эритроцитов с патологией морфологии оболочки клетки. Число акантоцитов, эхиноцитов, стоматоцитов дакриоцитов увеличивалось почти в 7 раз, а дрепаноцитов в 12 раз по сравнению с аналогичными показателями в соответствующих группах у жителей с. Турочак (Р во всех случаях <0,01). Изменения в крови приезжих жителей с. Чанан-Узун коснулись и размерных показателей эритроцитов. Установлено, что число микроимакроцитов возрастает по сравнению с контролем практически в 1,5 — 2 раза (табл. 1).

Таблица 2. Число эритроцитов с патологическими изменениями. (M ± m) у жителей села Чаган-Узун в связи с содержанием в крови кадмия (мкг/л).

У лиц проживших в данной местности более 10 лет (в среднем 15,6+_3,6 года) наблюдаемые изменения морфологических деформаций оболочки эритроцитов (аканто-, эхино-, стомато-, дакриои дрепаноциты) были сопоставимыми с аналогичными показателями у коренных жителей этого поселения. В то же время число клеток с размерными аномалиями у приезжих было достоверно выше, чем соответствующие изменения в крови у коренных жителей с. Чаган-Узун (табл. 1).

Влияние кадмия, как возможной первопричины повышения числа эритроцитов с аномалиями в крови жителей с. Чаган-Узун видно изданных приведенных в табл. 2. Особенно существенные изменения в числе эритроцитов с патологиями зарегистрированы у лиц с содержанием кадмия в крови в концентрации более 1 мкг/л. Корреляционный анализ свидетельствует о том, что имеется достоверная прямая зависимость между частотой эритроцитов с акантоцитами, эхиноцитами, стомацитамии концентрацией кадмия в крови у донора (соответственно r=0,89; 0,78 и 0, 66; P во всех случаях <0,01).С частотой дакроцитов такой закономерности не отмечено (r=0,08; P>0,05). Корреляционный анализ числа клеток с измененным размером эритроцитов и концентрации в крови кадмия свидетельствует о том, что прямая зависимость имеется в отношении числа регистрируемых макроцитов, макроовалоцитов и мегалоцитов (соответственно r=0,58; 0,62 и 0,54; P во всех случаях 0,05).

Имеется достоверная прямая связь между числом эритроцитов с микроядрами и содержанием в крови кадмия (r=0,88; P<0,01).

Нами проведен анкетный опрос жителей с. Чаган-Узун. Анализ частоты патологий эритроцитов и данных анкеты не позволил выявить связи между высоким уровнем цитогенетических нарушений в крови донора и наличием бытовых, производственных вредностей, отягощенности анамнеза по онкозаболеваниям, мертворождениям и рождению детей с патологиями.

Таким образом, полученные данные позволяют говорить о существовании в окружающей среде селения Чаган-Узунфактора, способного вызвать у жителей существенные патологические изменения эритроцитов периферической крови. Корреляционный анализ свидетельствует о том, что высокая концентрация кадмия в крови может обусловить повышение некоторых регистрируемых показателей. Известно, что дрепаноциты или серповидные эритроциты могут являться результатом изменения молекулы гемоглобина, в результате нарушения конформационной структуры этой молекулы. [12]. Показано, что кадмий проявляет сродство к этой молекуле, влияя на SHгруппы, что может вызвать изменение в процессах конформации и, как следствие, повлиять на фенотип еритроцита [2, 13].

При нарушении эритропоэза и различных видах анемии происходит сдвиг кривой Прайс-Джонса вправо (макроцитоз) или влево (микроцитоз). Более пологая ее форма, появляющаяся в результате увеличения числа как макроцитов, так и микроцитов, характерна для анизоцитоза [3].

Известна стимуляция перекисного окисления липидов кадмием, что связано сего ингибирующим воздействием на некоторые ферменты-антиоксиданты. Известно, что активность эритроцитарной супероксид-дисмутазы и каталазы под воздействием кадмия уменьшается. [14−15].

Еще одна причина усиления окислительного повреждения клеток кроется в истощении содержания глутатиона в эритроцитах при кадмиевой обработке [16−18].

Глутатион принимает участие во всех основных процессах, связанных с сохранением структуры эритроцита. Способный легко окисляться, он защищает от окисления и инактивации ряд ферментов, содержащихся в эритроците и имеющих сульфогидрильные группы.

Одним из гипотетических механизмов, приводящих к появлению клеток с патологиями при интоксикации кадмием является его способность лабилизировать мембраны лизосом, что может сопровождаться выходом ферментов, разрушающих структурные компоненты клетки [4, 15, 19]. Не исключено и непосредственное влияние кадмия на структуру клеток, за счет влияния на процессы биосинтеза ДНК [3−4].

Полученные данные свидетельствуют о наличии резистентности к повышенной концентрации в окружающей среде у коренных жителей обследованного поселения. Известно, что кадмий связывается в клетках с металлотионинами [20−21]. В экспериментах на животных исследователи вырабатывали толерантность к кадмию. Повторные дозы кадмия вызывают активацию генов определяющих биосинтез металлотионинов с которыми связывается кадмий и это, по мнению авторов существенно снижает его токсический эффект [22]. Не исключено, что устойчивость коренных жителей к кадмию может быть связана с диетой алтайцев-кижи, где практически 80−90% превалирует мясная пища. Установлено, что детоксикация кадмия наблюдается при большом содержании в рационе животного белка и цинка [23]. В связи с этим возможно, что толератность коренных жителей, испытывающих постоянное поступление в организм высоких доз кадмия, обусловлено как образом жизни, так и процессами адаптации, что, по-видимому, наблюдается у пришлых жителей, проживших в этой местности более 10 лет. Для коренных жителей не исключен также генетический механизм толерантности, связанный с отбором возможными микроэволюционными процессами.

• 1. О. А. Ельчининова. Микроэлементы в наземных экосистемах Алтайской горной области. Автореф. д.с.-х.н, Барнаул, 2009, 3−35.
• 2. Р. С. Воробьева, Кадмий, М., 1984, 3−48
• 3. А. А. Тугарев, Влияние кадмия на морфофункциональные характеристики эритроцитов, Автореф. к.б.н, М., 2009, 3−42.
• 4. Л. М. Михалева. Арх. патологии, 1988, 50, 9, 81−85.
• 5. Ю. А. Ершов, Т. В. Плетенева, Механизмы токсического действия неорганических соединений, М., 1989, 45−270
• 6. A. Hartwig, M. Asmuss, I. Ehleben I., Environ. Health Perspect., 110, 5, 2002, 797−799.
• 7. Н. Н. Ильинских, Л. М. Огородова, П. А. Безруких, Эпидемиологическая генотоксикология тяжелых металлов и здоровье человека, Томск, 1998, 122−290.
• 8. M. Bessis, Nouv. Rev. Franc. Hematol., 1977, 18, l, 75−94.
• 9. Н. Н. Ильинских Н.Н., В. В. Новицкий, Н. Н. Ванчугова, И. Н. Ильинских, Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность, Томск, 1992, 89−268.
• 10. Е. Сендел, Колориметрические методы определения следов металлов, М., 1964, 567−672.
• 11. SAS Institute Inc., SAS/STAT TM User’sGuide, Version 6, 1989, FourthEdition. Cary NC. N.Y., SASInstitute Inc. 1989, 3−24
• 12. Дж. Харрисон, Дж. Уайнер, Дж. Тэннер, Биология человека, М., 1979, 259−342.
• 13. Х. Зигель, А. Зигель, Некоторые вопросы токсичности ионов металлов, М., 1993, 147−152.
• 14. B. Braeckman, K. Brys, U. Rzeznik, Tissue and Cell, 1999, 31, 1, 45−52.
• 15. T. Hamada, A. Tanimoto, N. Arima, Biochem. Mol. Biol. Int., 1998, 45, 4, 841 — 847.
• 16. M.H. Bhattachryya, Sci. Total Environ., 1983, 28,327 -342
• 17. M.D.Frame, M.A. Milanick, Am. J. Physiol., 1991,261, 3, 467 -475.
• 18. M. Lou, R. Garay, J.O. Alda J.O., J. Physiol., 1991,443, 11,123 — 136.
• 19. A. Al-Nasser Ibrahim, J. Toxicol. Clin. Toxicol., 2000, 38, 4, 407−413.
• 20. E.C. Foulkes, Biol. Trace Elem.Res., 1989, 21, 4, 195−200.
• 21. K.S.Min, N. Ohyanagi, M. Ohta, Toxicol. Appl. Pharmacol., 1995, 134, 2, 235 — 240.
• 22. K. Tanaka, K.S.Min, S. Onosaka, Toxicol. Appl. Pharmacol., 1985, 78, 1, 63 — 68.
• 23. Э. Н. Левина Общая токсикология металлов, Л., 1982, 31−68.