Текст (PDF):
Читать
Скачать
Введение Наиболее распространенным профессиональным заболеванием рабочих алюминиевого произ- водства является хроническая фтористая интокси- кация (профессиональный флюороз), которая со- ставляет около 70 % всех профессиональных забо- леваний в данной отрасли [1, 8]. Фтор обладает исключительной реакционной способностью среди всех неметаллических элемен- тов, проявляет кумулятивные свойства и накапли- вается главным образом в костной ткани. Экспери- ментальные исследования убедительно показыва- ют, что с увеличением поступления фтора содержание его в скелете нарастает, при этом образуются его комплексные соединения с кальцием, магнием, другими элементами, нарушая прежде всего мине- ральный обмен и, как следствие, ферментативные процессы на клеточном уровне. Хроническая фто- ристая интоксикация (ХФИ) сопровождается сбоем компенсаторных механизмов и развитием остеопо- роза на поздней её стадии, что усугубляется дефи- цитом кальция. Клиническая картина профессионального флюо- роза у пациентов с остеосклерозом и остеопорозом однотипна, характеризуется монотонным, медленно прогрессирующим полиартралгическим синдромом с присоединением функциональных нарушений вследствие дегенеративных поражений суставов и околосуставных тканей. Степень выраженности по- ражения опорно-двигательного аппарата показана на основе проведения биохимических, электрофизиоло- гических, рентгенологических и генетических ис- следований. Остеопороз нередко сочетается с дру- гими проявлениями воздействия фторидов: пери- остозами, кальцификацией мягких тканей, одновре- менным наличием остеопороза и остеосклероза в различных отделах скелета [2, 10]. Обращает внимание наличие у работников ме- таллургических производств всесезонного полиги- повитаминоза. Все это снижает работоспособность, увеличивает затраты на временную нетрудоспособ- ность, что в целом приводит к неоправданным со- циальным и экономическим потерям [8, 13]. В настоящее время отсутствуют действенные методы лечения флюороза, недостаточно разрабо- таны специфические профилактические и реабили- тационные мероприятия. Одним из эффективных способов профилактики и ликвидации дефицита микронутриентов в орга- низме рабочих может быть применение специализированных продуктов в рамках оптимизации ле- чебно-профилактических рационов [13]. Показано положительное влияние минеральных солей кальция, магния, натрия, а также витаминов группы В и D, назначение которых при фтористой интоксикации способствует снижению абсорбции фтора в организме на фоне его активной экскреции [5, 11, 15-17]. Разработка научно-обоснованных рационов в соответствии с профессиональной деятельностью населения является одним из приоритетных направлений государственной политики в области здравоохранения, профилактики распространенных заболеваний, в том числе профессионально- обусловленных, что отражено в Указах Президента и Постановлениях Правительства РФ [9, 14]. Объект и методы исследования Объектом исследования служили лабораторные животные - белые половозрелые крысы - самцы линии Вистар. В качестве специализированного продукта ис- пользован инстантный напиток «Золотой шар», разработанный Институтом питания РАМН сов- местно со специалистами компании «Валетек про- димпэкс» (г. Москва). Напиток содержит 12 витаминов и бета-каротин, кальций и магний в природных органических формах. Письмом Министерства труда и социального развития № 1668-ВС от 10.04.2005 разрешена заме- на молока на витаминизированные напитки и кисе- ли «Золотой шар» в качестве фактора защиты организма от неблагоприятных производственных факторов, в том числе горячих цехов металлургических предприятий. Фтор мочи определяли методом Голованова; фосфор, кальций и магний - колориметрическим методом с использованием наборов фирмы «Биоком» на фотомере ПМ-750 (Германия). С-концевые телопептиды (фрагменты деградации коллагена 1-го типа) изучали иммуноферментным тестом наборами CrossLaps. Содержание сывороточного остеокальци- на и гормонов (паратиреоидного и кальцитонина) - иммуноферментным тестом наборами Diagnostic System Laboratories и Nordicbioscience на мультискане EX (Labsystems, Финляндия). Биохимический анализ плазмы крови проводили фотоколориметрическим методом на анализаторе FP-901M (Финляндия). Продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) определяли по изолиро- ванным связям (ИДС), диеновым конъюгатам (ДК), кетодиенам и триенам (КиТ) спектрофотометриче- ским методом на спектрофотометре СФ-26 при длине волны 220, 232 и 278 нм соответственно. Ис- следования ферментативной активности проводили цитохимическим методом окрашивания и последующим микроскопическим описанием мазков крови. Статистическая обработка результатов осу- ществлялась на основе расчета средних арифмети- ческих (М) и их ошибок (±m) генеральных сово- купностей. Различия показателей по сравнению с фоном и между группами определялись методом вариационной статистики по t-критерию Стьюдента и считались достоверными при P меньше 0,05. Компьютерная обработка данных - с помощью программы Multiscan Magic. Экспериментальные исследования выполнены на базе вивария и профильных лабораторий НИИ комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний СО РАМН (г. Новокузнецк) под руководством заслуженного врача РФ, доктора ме- дицинских наук В.В. Захаренкова. Результаты и их обсуждение Хроническую фтористую интоксикацию моделировали пассивным запаиванием лабораторных крыс среднетоксичной дозой фторида натрия (еже- дневное назначение фторида натрия с питьевой 75 ISSN 2074-9414. Техника и технология пищевых производств. 2015. Т. 37. № 2 водой в концентрации 10 мг/л, что соответствует суточной дозе 3,5 мг/кг массы тела) в течение 60 дней. На этом фоне половина животных получа- ла ежедневно 300 мг/кг напитка «Золотой шар», который вводился перорально. У животных через каждые 7 дней производили забор суточной мочи для биохимического анализа. Через 60 дней с начала запаивания у выживших крыс забирали для анализа кровь. Все показатели сравнивались с данны- ми, полученными на интактных животных [1]. Результаты экспериментальных исследований показали корректность выбранной модели и её адекватность некоторым звеньям патогенеза произ- водственного флюороза. Основным критерием токсичного действия фто- ра являлось клиническое состояние и динамика содержания фтора и кальция в моче эксперимен- тальных животных. Уровень фтора в моче интакт- ных животных составил 1,8 ммоль/л. Через две не- дели от начала эксперимента его концентрация у животных с фтористой интоксикацией увеличилась в 3 раза, к третьей-четвертой неделе уровень фтора снижался и достоверно не отличался от фоновых значений. Начиная с шестой недели количество фтора в моче поступательно повышалось и к девя- той неделе в 10 раз превысило исходный уровень (рис. 1). Рис. 1. Содержание фтора в моче экспериментальных животных Содержание кальция в моче интактных крыс со- ставило 1,4 ммоль/л, через две недели у экспери- ментальных животных этот показатель снизился в 1,5 раза, с третьей недели - достоверно повысился. К шестой неделе концентрация катиона стала ниже контрольных значений. Начиная с седьмой недели запаивания фтористым натрием уровень кальция в моче поступательно увеличился и к концу экспери- мента превысил исходный уровень в два раза на фоне увеличения его содержания в плазме крови (рис. 2). Экскреция фосфора неорганического в контроле составила 30,3 ммоль/л и сохранялась на этом уровне у опытных животных в течение четырех недель с начала запаивания. К пятой неделе показа- тель увеличился в два раза, к концу эксперимента наблюдался пик повышения уровня фосфора в моче до 75,8 ммоль/л на фоне повышения его содержа- ния в плазме крови (рис. 3). Рис. 2. Содержание кальция в моче экспериментальных животных Рис. 3. Содержание фосфора в моче экспериментальных животных Таким образом, в условиях экспериментального флюороза у животных на второй неделе запаивания уровень фтора в моче значительно увеличивается, а кальция - снижается. Начиная с третьей и до ше- стой недели содержание фтора в моче снижается до контрольных значений при значительном выбросе из организма кальция. К концу эксперимента со- держание в моче обоих электролитов увеличивает- ся. Компенсаторные взаимоотношения фтора и кальция в организме, очевидные на ранних стадиях фтористой интоксикации, нарушаются в более поздние сроки её развития. Усиленное выведение кальция с мочой свиде- тельствует о вымывании его из организма, прежде всего из костной ткани. Это связано с тем, что от- рицательно заряженный ион фтора атакует поло- жительные ионы кальция, образуя слабораствори- мую соль CaF2, которая выводится из организма. Это положение согласуется с мнением ряда авторов, полагающих, что одним из инициальных фак- торов в патогенезе флюороза является нарушение фосфорно-кальциевого обмена. Анализ литературных данных свидетельствует о значительной «заинтересованности» паращитовид- ных желёз и С-клеток щитовидной железы при со- стояниях, сопровождающихся нарушением фос- форно-кальциевого обмена. В наших исследовани- ях показатели паратиреоидного гормона (ПТГ) в сыворотке у животных, затравленных фтористым натрием, оказались в 5 раз выше контрольных зна- чений (табл. 1). 76 ISSN 2074-9414. Food Processing: Techniques and Technology. 2015. Vol. 37. № 2 Таблица 1 Влияние хронической фторной интоксикации на биохимические показатели крови и мочи крыс Биохимический показатель М± m Биохимический показатель Интактные крысы (n = 30) Крысы с ХФИ (n=30) ПТГ сыворотки (пг/мл) 1,2±0,2 5,2±1,1* Кальцитонин сыворотки (пг/мл) 2,6±0,7 3,6±0,8 Кальций плазмы (ммоль/л) 2,0±0,03 2,0±0,02 Фосфор плазмы (ммоль/л) 2,3±0,04 2,4±0,06 Остеокальцин сыворотки (нг/мл) 1,0±0,2 3,2±0,9* С - конц.телопепдиты мочи (мкг/л) 1,5±0,3 3,7±0,8* ПОЛ плазмы крови (ед.оптич.плот.): ИДС ДК К и Т 1,7±0,1 1,1±0,1 0,2±0,02 4,4±0,1* 2,7±0,1* 0,8±0,03* Примечение. * - достоверные отличия показателей по сравнению с интактной группой животных. Известно, что ПТГ потенциальный гормон ре- зорбции костной ткани, который in vivo повышает количество и активность остеокластов, обладает кальциймобилизующими свойствами, повышает концентрацию кальция в сыворотке крови in vivo. Несмотря на то что паратгормон, стимулируя ак- тивность остеокластов, высвобождает ионы каль- ция и фосфора неорганического (на фоне активно протекающего процесса резорбции костной ткани и потери кальция), в то же время усиливает реаб- сорбцию кальция в дистальных почечных каналь- цах, сохраняя его физиологический уровень в плаз- ме крови. С точки зрения поддержания жёсткого параметра гомеостаза ионизированного кальция в крови данный механизм целесообразен, хотя осу- ществляется не в пользу сохранения целостности костной ткани. ХФИ сопровождается также повышением уров- ня кальцитонина, обладающего гипокальциемиче- ским и гипофосфатемическим действием. На кле- точном уровне кальцитонин является прямым ин- гибитором остеокластной активности и образова- ния остеокластов, в результате чего уменьшается мобилизация кальция из кости. Таким образом, фтор, обладая высокой реакци- онной способностью и повышенным сродством к кальцию, при одномоментном повышенном по- ступлении в организм вызывает кратковременную гипокальциемию, которая служит пусковым меха- низмом гиперактивности паращитовидных желёз. В связи с этим происходит гиперпродукция парат- гормона. Естественно, что увеличенное поступле- ние гормона с кальциймобилизующими свойствами должно сопровождаться усилением активности С- клеток щитовидной железы, вырабатывающих гор- мон с кальцийпексическими свойствами и служа- щий естественным антагонистом паратгормона. Мы полагаем, что компенсаторно-приспособитель- ные реакции гормональной системы связаны с адаптацией организма к повреждающему действию фтора и не имеют связи с развитием вторичного гиперпаратиреоза. За тем обстоятельством, что фтор обладает тропностью к кальцию, а 99 % всего кальция орга- низма содержится в костной ткани, из виду упуска- ется тот факт, что кость является сконцентрирован- 77 ной массой соединительной ткани, занимающей первое место по содержанию в ней коллагена. Кол- лаген составляет почти 90 % органического мат- рикса кости. Коллагеновый состав кости в опреде- лённой степени необычен тем, что фактически представлен только коллагеном I типа. Костная ткань постоянно ремоделируется на ос- нове двух разнонаправленных метаболических процессов: образованием новой костной ткани остеобластами и разрушением (резорбцией) старой кости остеокластами. Соотношение этих процессов может оцениваться с помощью биохимических маркеров костеобразования и резорбции: сыворо- точного остеокальцина и С-концевых телопептидов мочи. Последние определяются с помощью твер- дофазного иммуноферментного анализа [ELISA], являются чувствительными и специфичными мар- керами костной резорбции. С-концевые телопептиды - отделы молекулы коллагена, содержащие перекрёстные связи (пири- диновые «сшивки») между пептидными цепями, стабилизируют молекулу. Определение пиридино- вых «сшивок» в моче имеет ряд преимуществ: от- носительно более высокая специфичность этих структур для обмена костной ткани, отсутствие их метаболических превращений in vivo до выведения с мочой. Во время обновления костной ткани коллаген де- градирует и небольшие пептидные фрагменты (С- концевые телопептиды) экскретируются. В наших экспериментах содержание коллагеновых фрагмен- тов костной ткани увеличилось в 2,5 раза в моче жи- вотных с фтористой интоксикацией, что свидетель- ствует о токсичном действии фтора на костную ткань, сопровождающей её резорбцией (табл. 1). Основным неколлагеновым белком костной ткани является остеокальцин, который рассматри- вается как наиболее специфичный белок костной ткани. Он способен связывать кальций с помощью расположенных по соседству карбоксильных групп. Остеокальцин, синтезируемый преимущественно остеобластами и включающийся во внеклеточный матрикс костной ткани, может считаться специфи- ческим маркером костеобразования. При этом не- значительная его часть попадает в систему цирку- ляции. ISSN 2074-9414. Техника и технология пищевых производств. 2015. Т. 37. № 2 Как можно видеть из табл. 1, ХФИ сопровожда- ется трёхкратным повышением остеокальцина в сыворотке, что свидетельствует о неспособности его включаться в костную ткань, вероятно, из-за занятых фтором всех свободных для связывания электронных уровней. Фтористая интоксикация вследствие высокой ре- акционной способности фтора сопровождается нару- шением целостности клеточных мембран, что под- тверждается интенсивностью процессов ПОЛ. К кон- цу эксперимента у крыс с ХФИ показатели продуктов ПОЛ увеличились: ИДС в 2,6 раза; ДК в 2,5; КиТ в 4 раза по сравнению с интактными животными. Молекула фтора способна заменить кислород во многих соединениях. Причина высокой реакцион- ной способности фтора заключается в стремлении к заполнению внешнего нечетного слоя до восьми- электронной конфигурации. Это сопровождается нарушением транспорта электронов в дыхательной цепи и разобщением процессов дыхания и фосфо- рилирования, ингибированием АТФазной активно- сти, что может быть связано со снижением окисле- ния субстратов за счет повреждения митохондри- альных мембран и потери цитохрома. Подтвержде- нием этому являются экспериментальные данные о состоянии активности дыхательных ферментов в условиях ХФИ (табл. 2). Таблица 2 Влияние ХФИ на среднюю цитохимическую активность дыхательных ферментов в крови крыс Группа животных М± m Группа животных СДГ (ед. актив.) α-ГФДГ митохондр. α-ГФДГ цитоплазм. ГТДГ (ед. актив.) Интактные крысы (n = 25) 4,1±0,06 4,5±0,07 6,7±0,1 5,7±0,03 Крысы с ХФИ (n = 25) 4,2±0,1 3,9±0,09* 4,8±0,08* 4,7±0,07* Примечание. * - достоверные отличия показателей по сравнению с интактной группой животных Была изучена сукцинатдегидрогеназная (СДГ), альфа-глицерофосфатдегидрогеназная (α-ГФДГ митохондриальная и α-ГФДГ цитоплазматическая) и глутаматдегидрогеназная (ГДГ) активность дыха- тельных ферментов в крови экспериментальных животных в условиях ХФИ. СДГ-митохондриальный фермент, катализиру- ющий один из этапов реакций цикла Кребса: пре- вращение янтарной кислоты в фумаровую. Уровень этого фермента на протяжении всего эксперимента не изменился. α-ГФДГ, подобно СДГ, является внутримитохон- дриальным флавопротеидом, участвует в альфа- глицерофосфатном челночном механизме, обеспечи- вающем перенос ионов водорода внутрь митохон- дрий. У экспериментальных животных отмечено до- стоверное снижение активности этого фермента. ГДГ - выполняет функцию связующего звена между метаболизмом аминокислот и циклом Креб- са. ХФИ сопровождалась снижением активности данного фермента на 17,5 %. Вероятно, фтор как активный галоген, ингибирует активность ГДГ и, как следствие, малое количество кетоглутарата ис- пользуется в цикле Кребса, что подтверждается снижением α-ГФДГ. Материалы исследований позволили опреде- лить возможный механизм формирования профес- сионального флюороза и пути его профилактики с использованием фактора питания (рис. 4). Механизм повреждающего действия избыточ- ного количества фтора сложен и многообразен. Мы полагаем, что ведущее место в патогенезе ХФИ принадлежит нарушению целостности клеточных мембран и, как следствие, активности клеточных ферментативных систем, обеспечивающих нор- мальное течение окислительных процессов, выра- ботку энергетических ресурсов и осуществление ключевых метаболических процессов. Несомненно, фтор является одним из регулято- ров ферментной активности клетки, нарушая её при избыточном поступлении. Таким образом, экспериментальные исследова- ния убедительно свидетельствуют, что с увеличе- нием поступления фтора в организм возникает дез- организация как механизмов регуляции метаболиз- ма, так и различных видов обмена веществ, сопро- вождающаяся тяжёлым патогенетическим состоя- нием организма, порой не совместимым с жизнью. Так, к концу эксперимента, 26 % животных с ХФИ погибли. Назначение витаминно-минерального напитка «Золотой шар» животным с фтористой интоксика- цией сопровождалось коррекцией некоторых нарушений. Содержание фтора в моче «флюорозных» крыс на фоне специализированного продукта уже на второй неделе эксперимента увеличилось в 6 раз. К концу эксперимента в этой группе животных выве- дение фтора стабилизировалось и было в 3 раза выше фоновых значений, содержание кальция и фосфора находилось на физиологическом уровне 2,7 и 28,4 ммоль/л соответственно. Гормональный статус животных имел тенден- цию к нормализации. Активность процессов ПОЛ сохранялась на уровне физиологических значений (табл. 3). 78 ISSN 2074-9414. Food Processing: Techniques and Technology. 2015. Vol. 37. № 2 Рис. 4. Механизм формирования профессионального флюороза и возможные пути диетотерапии для его коррекции и профилактики Таблица 3 Влияние «Золотого шара» на процессы ПОЛ (ед. оптич. плот.) плазмы крови в условиях ХФИ крыс Показатель М± m Показатель Интактные крысы (n = 30) Крысы с ХФИ (n = 30) Крысы с ХФИ + «Золотой шар» (n = 30) ИДС 1,7±0,1 4,4±0,1* 2,6±0,2* ДК 1,1±0,1 2,7±0,1* 1,8±0,1* К и Т 0,2±0,02 0,8±0,03* 0,3±0,01 Примечание. * достоверные отличия показателей по сравнению с интактной группой животных. Применение «Золотого шара» в условиях дли- тельной фтористой интоксикации не повлияло на активность СДГ. В то же время сопровождалось тенденцией к повышению активности α-ГФДГ и обеспечило сохранение активности ГДГ на физио- логическом уровне. Положительный эффект витаминно-минераль- ного продукта проявился в достаточной компенса- ции минеральных солей кальция, магния, назначе- ние которых при фтористой интоксикации способ- ствовало снижению абсорбции фтора в организме на фоне его активной экскреции. Кроме того, нали- чие комплекса витаминов С, А, Е, D, B1, В2, В6, В12, РР, фолиевой кислоты, биотина и бета-каротина способствовало улучшению метаболических процессов на всех уровнях, свидетельством этому яв- лялось отсутствие летального исхода эксперимен- тальных животных с хронической фтористой ин- токсикацией на фоне поддерживающей терапии БАД «Золотой шар». Полученные результаты дают основание реко- мендовать испытанный продукт для включения в рацион питания рабочих алюминиевого производ- ства с длительным трудовым стажем (с риском остеопороза, выявленного на основе профосмотра). Его ежедневный приём в количестве 2 стаканов в день в качестве третьего блюда или освежающего напитка может быть эффективным фактором по- слесменной реабилитации от воздействия фтора.