science-review.ru
Важной проблемой современности являются последствия неблагоприятного влияния на здоровье людей промышленного загрязнения, особенно в городах с развитым металлургическим производством. Изучению данной проблемы посвящены разноаспектные исследования зарубежных и отечественных ученых и специалистов [1, 2], разработаны информативные методы экологической токсикологии [3]. Установлено, что из числа опасных загрязнителей среды особое значение имеют тяжелые металлы (кадмий, цинк, свинец и многие другие), обладающие высокими мутагенными свойствами, нарушающими целостность наследственных структур и «разрушающими» механизмы важнейших метаболических процессов организма [4–6]. В результате ухудшается качество здоровья людей нынешнего поколения и возрастает угроза нарушений здоровья у будущих поколений.
В контексте сказанного вызывает интерес изучение исследование токсической и мутагенной активности соединений молибдена – одного из типичных загрязнителей производственной среды. Данные многолетних медицинских наблюдений за состоянием здоровья людей, занятых в молибденовом производстве, констатируют токсические явления, классифицирующиеся как молибденозы, которые появляются при избыточных концентрациях молибденовых соединений в атмосфере и почвах. По симптоматике молибденозы напоминают подагру и сопровождаются повышением содержания в крови мочевой кислоты, наблюдаются артрозы, полиартралгии, снижается активность каталазы и количества глобулинов, увеличивается общее содержание глутатиона. У рабочих молибденовых цехов фиксируются гипотонии, лабильность кровяного давления, функциональное нарушение нервной системы, нарушение обменных процессов.
В воздушной среде цехов молибденового производства обнаруживается высокодисперсионная пыль, содержащая молибден в концентрации 9,6–72,3 мг/м3, при этом у рабочих появляются жалобы на частый кашель, сухость в носу, першение в горле, появляются фарингиты, гастриты, сердечно-сосудистая дистония. По своим токсическим характеристикам молибден внесен во 2-й класс опасности химических элементов, содержащихся в выбросах и почвах промышленных предприятий, уступая лишь свинцу, цинку, кадмию, мышьяку и меди. Предельно допустимые концентрации для растворимых соединений молибдена в виде комплекса аэрозолей конденсации 2 мг/м3, в виде пыли – 4 мг/м3, для нерастворимых соединений молибдена – 6 мг/м3, которые по данным справок о средних концентрациях вредных веществ в воздухе рабочих помещений молибденового цеха могут превышаться вдвое [7].
Исследования по оценке мутагенной активности соединений молибдена (Мо, молибденовый огарок, молибденат аммония) были ранее проведены нами в экспериментальных условиях на лабораторных млекопитающих методом метафазного анализа хромосом в клетках костного мозга, результаты которых показали высокую генотоксическую активность исследуемых веществ [8]. Было установлено, что наибольшим мутагенным эффектом обладал молибденат аммония, который вызывал наибольшее поражение наследственного аппарата животных (ХА = 11,77 ± 21,44 %, число клеток с ХА = 9,66 ± 1,24 %) по сравнению с контрольными данными (ХА = 1,27 ± 0,51 %) и данными по действию Мо (ХА = 2,86 ± 0,9 %) и молибденового огарка (ХА = 2,09 ± 1,05 %).
Приведенные данные свидетельствует о потенциальной генетической опасности воздействия молибдена и его соединения для людей, занятых в молибденовом производстве, а также обуславливает необходимость поиска средств по снижению и защите генома человека от вредного влияния данного мутагена.
В цели исследования входило:
1) изучение спонтанного уровня формирования структурных перестроек хромосом в лимфоцитах рабочих, контактирующих с солями молибдена, в зависимости от стажа работы, а также выяснения возможной адаптации человека к действию тяжелых металлов (in vivo, in vitro);
2) изучение индивидуальной чувствительности рабочих к воздействию молибдена и его соединений;
3) изучение влияния соединений молибдена на процессы репарации ДНК в лимфоцитах рабочих молибденового цеха.
Материалы и методы исследования
1. Анализ хромосомных аберраций (ХА) лимфоциты периферической крови человека культивировали макрометодом общепринятой методики Moorcheda P.S. et а1 (1960) [9].
2. Учет сестринских хроматидных обменов (СХО) и скорости прохождения генерации (СНГ) лимфоцитов периферической крови человека (препараты окрашивали по модифицированной ФПГ-технике, предложенной Лазутка, Лекявичус, 1984) [10].
3. Определение выживаемости клеток при индуцированном влиянии исследуемых агентов (подсчет живых (неокрашенных) и мертвых (окрашенных в синий цвет) клеток проводили в камере Горяева).
4. Математическая обработка полученных результатов.
Результаты исследования и их обсуждение
В цитогенетическом обследовании приняли участие две группы рабочих молибденового цеха, имеющих разный стаж работы на данном производстве (первая группа – стаж работы от 0,5 до 1,5 лет; вторая группа – свыше 10 лет). В третью группу входили 10 здоровых доноров, не имеющих контакта с соединениями молибдена и другими мутагенами. Оценка спонтанного уровня формирования структурных перестроек хромосом осуществлялась методами учета ХА и СХО в лимфоцитах крови и изменения скорости прохождения клеточных генераций под действием мутагенов.
По данным цитогенетического анализа, у рабочих первой группы было зарегистрировано статистически достоверное увеличение спонтанного уровня ХА по сравнению с данными контрольной группы, в которой в среднем уровень ХА был равен 2,01± 0,38 %. При этом у рабочих с малым стажем работы этот уровень был значительно выше и соответствовал 12,41 ± 1,01 %.
Выявленный спектр ХА на 62,35 % характеризовался хроматидными нарушениями в виде микрофрагментов, простых делеций, хроматидных транслокаций, изолокусов с воссоединением. Хромосомные аберрации, которых выявлено 37,95 %, были представлены парными фрагментами и хромосомными обменами, причем последних было всего 7 % от общего числа аберрации, что дает основание предполагать, что мутаген блокировал процессы образования различного рода обменов. Приведенные данные по спектру ХА свидетельствуют о том, что увеличение их числа у рабочих происходило преимущественно за счет перестроек хроматидного типа, что свидетельствует о действии мутагенов по задержанному типу – в S и G2 фазах клеточного цикла.
Уровень СХО в лимфоцитах рабочих этой группы также достоверно превышал контрольные данные. Средние данные в данной группе рабочих равнялись 11,9 обм/кл., в контрольной группе – 7,70 ± 0,23 обм/кл. При этом формирование СХО в клетках рабочих происходило на фоне значительного снижения скорости прохождения генерации лимфоцитов (в контрольной группе СПГ в среднем соответствовала 1,9; в группе рабочих с малым стажем – 1,3).
Средний уровень ХА в лимфоцитах рабочих второй группы (стаж 10 лет) также достоверно превышал уровень контрольной группы, но имел более низкие значения – 7,90 ± 1,14 %. Спектр ХА во второй группе отличался от данных первой группы полным отсутствием как хроматидных, так и хромосомных обменов, что подтверждает высказанное предположение о блокаде процессов образования сложных хромосомных перестроек под действием молибдена и его соединений. Отмечено также изменение соотношения количества аберраций хроматидного и хромосомного типа в сторону увеличения первых (аберрации хроматидного типа – 84,49 %; аберрации хромосомного типа – 15,59 %). Соотношение средних данных по спонтанному уровню СХО в первой и второй группах коррелировало с данными по тесту на ХА, т.е. с увеличением стажа работы снижались показатели СХО. А именно, уровень СХО в лимфоцитах рабочих второй группы был равен 9,10 ± 0,54 обм/кл., что достоверно выше, чем в клетках лиц контрольной группы (7,70 ± 0,23 обм/кл.), но ниже уровня СХО в лимфоцитах рабочих первой группы (11,90 ± 0,71 обм/кл.). Формирование СХО и в данном случае происходило на фоне снижения скорости прохождения генерации лимфоцитов до 1,5.
Из приведенных данных следует, что в процессе хронического контакта рабочих с солями молибдена происходила стабилизация спонтанных уровней ХА и СХО в клетках крови. Можно предположить, что это происходило либо за счет некоторой адаптации организма к их действию, либо за счет «отсева» людей с повышенной чувствительностью генотипа к молибдену, сказывающейся на состоянии их здоровья.
В производственных условиях рабочие молибденового цеха кроме солей молибдена подвергаются воздействию целого ряда других вредных факторов, таких как повышенная температура, аммиачные пары, металлическая пыль и других. В связи с этим целью следующего этапа исследований явилось выяснение степени чувствительности ДНК рабочих данного цеха к основному загрязнителю. С этой целью в условиях in vitro лимфоциты рабочих в течение 24 ч обрабатывались молибденатом аммония в концентрации 10-5 М.
На рис. 1 и 2 представлены средние данные по обеим группам проведенного эксперимента, в котором учитывалась частота ХА, число СХО на клетку и изменения показателей СПГ лимфоцитов, обработанных мутагеном. Наибольшее возрастание индуцированного уровня ХА (на 15,29 %) наблюдалось в лимфоцитах рабочих первой группы – 27,78 ± 2,46 %. В лимфоцитах рабочих второй группы индуцированный уровень ХА был равен 19,12 ± 2,31 %, что на 11,22 % выше спонтанного. У лиц контрольной группы этот уровень возрос до 9,93 ± 1,93 %.
Рис. 1. Спонтанный (СУ) и индуцированный (ИУ) соединениями молибдена уровни хромосомных аберраций (ХА) в лимфоцитах рабочих молибденового цеха с разным стажем работы на фоне контрольных данных
Рис. 2. Спонтанный (СУ) и индуцированный (ИУ) соединениями молибдена уровни сестринских хроматидных аберраций (СХО) в лимфоцитах рабочих молибденового цеха с разным стажем работы на фоне контрольных данных
Спектр индуцированных мутагеном аберраций в лимфоцитах рабочих обеих групп коррелировал со спонтанным уровнем – в обеих группах преобладали структурные нарушения хроматидного типа (до 68 %).
По тесту СХО также была обнаружена повышенная чувствительность ДНК рабочих к действию мутагена в условиях in vitro. В клетках рабочих первой группы ицдуцированный уровень СХО равнялся 17,30 ± 0,91 обм/кл. (спонтанный уровень – 11,90 ± 1,04 обм/кл.), второй группы – 10,50 ± 1,34 обм/кл. (спонтанный уровень – 9,10 ± 1,20 обм/кл.). В лимфоцитах лиц контрольной группы, при индукции мутагеном число СХО на клетку возросло до 11,20 ± 0,87 обм/кл., при спонтанном уровне равном 7,70 ± 0,23 обм/кл. Приведенные данные подтвердили повышенную чувствительность к действию основного мутагена (молибдену и его солям) наследственных структур всех обследованных рабочих молибденового цеха независимо от стажа работы.
При изучении индивидуальных показателей чувствительности к действию молибденовых соединений были получены следующие результаты. Наиболее широкий разброс данных по частоте ХА наблюдался в первой группе (от 4,40 ± 0,32 % до 23,40 ± 3,12 %). Во второй группе показатели уровня ХА были более равномерными и колебались в меньших пределах (от 1,70 ± 0,85 % до 12,0 ± 2,83 %). Разброс данных по уровню ХА в контрольной группе не выявил достоверных отличий (от 1,48 ± 0,24 % до 3,15 ± 1,02 %). Интересным является тот факт, что у лиц с высоким спонтанным уровнем структурных нарушений наследственного аппарата в исследованиях in vivo наблюдалось кратное возрастание числа этих нарушений при индуцированном влиянии молибдената аммония на их лимфоциты в условиях in vitro. Сходные результаты были получены по показателям СХО и СПГ.
По мнению В.С. Баранова, индивидуальная реакция генома на различные экзогенные (экологические) факторы в значительной мере определяется функциональными особенностями генов метаболизма и генов системы репарации ДНК [11]. Данное утверждение подтверждается результатами нашего исследования, в котором выявлена индивидуальная чувствительность генома рабочих к действию соединений молибдена. Полагаем, что свойство индивидуальной чувствительности генома человека к влиянию разных производственных вредностей, в том числе соединений молибдена, может быть использовано для проведения экспресс-диагностики (методом цитогенетического анализа в условиях in vitro) лиц, поступающих на работу во вредное производство, что позволит исключить из штата металлургических предприятий работников с высоким риском неблагоприятных генетических последствий от контакта с названными мутагенами.
Заключение
Проведенные исследования по критериям формирования хромосомных аберраций и сестринских хроматидных обменов показали, что в лимфоцитах рабочих молибденового цеха происходило накопление мутационных преобразований. Процесс индукции структурных перестроек хромосом может быть связан с возникающими под действием мутагенов нарушениями в работе репарационных механизмов, восстанавливающих спонтанные и индуцированные повреждения ДНК в норме. Показатели устойчивости ДНК к влиянию соединений молибдена или, наоборот, повышенной чувствительности к ним характеризуют состояние ключевых систем клеточного гомеостаза в условиях длительного контакта с мутагеном.
Анализ формирования разрывов ДНК в культивируемых лимфоцитах рабочих молибденового цеха с большим стажем показал, что чувствительность ДНК к соли молибдена была значительно повышена по сравнению с чувствительностью. Ресинтез молибден-индуцированных разрывов ДНК у большинства обследованных рабочих был значительно подавлен. Обследованных рабочих можно разделить на две группы: первая характеризовалась определенной устойчивостью к используемому мутагену; вторая группа характеризовалась повышенной чувствительностью к этим мутагенам. Независимо от чувствительности ДНК к использованным мутагенам в большинстве случаев ресинтез возникающих разрывов ДНК был сниженным. Анализ данных по формированию структурных перестроек хромосом и репарации ДНК позволяет предполагать, что в процессе контакта с солями молибдена в организме рабочих адаптационные механизмы на уровне клеток не развивались.
Подводя итог, важно подчеркнуть, что представленные данные о генотоксических эффектах соединений молибдена в производственных и экспериментальных условиях, свидетельствуют о продолжающемся нарастании антропогенного давления на здоровье людей. В группе повышенного риска, по данным исследований, теперь оказываются не только рабочие вредного производства, но и все население промышленных городов, поскольку такое производство сопровождается загрязнением опасными мутагенами среды жизни людей на значительно больших территориях, чем территории самого производства.