Характер изменений активности свободнорадикального окисления и метаболизма соединительной ткани в легких при действии полиметаллической и угольно-породной пылей

В статье предоставлены результаты экспериментальных исследований по оценке характера изменений активности свободнорадикального окисления и метаболизма соединительной ткани в ткани легких при действии полиметаллической и угольно-породной пылей. Выявлено, что в ткани легких крыс при действии рассматриваемых пылей изменения биохимических показателей происходили в разные сроки эксперимента. Наиболее выраженные изменения метаболизма соединительной ткани в легких были обнаружены при запылении пылевыми аэрозолями полиметаллической пыли в сравнении с угольно-породной, причем это происходило в более ранние сроки эксперимента. 

Ведущее место среди профессиональных заболеваний занимают заболевания органов дыхания, обусловленные действием пыли [1-3]. Токсическое действие пыли определяется не только образова­нием в легких волокнистой соединительной ткани, но и изменением метаболизма в бронхолегочной системе [4, 5].

Чувствительным показателем реагирования организма на воздействие производственной и окружающей среды являются изменения состояния свободнорадикального окисления (СРО). В ре­зультате различного токсического воздействия, стресса, гипоксии, воспаления происходит срыв кон­троля над процессами липопероксидации и усиление СРО, в результате чего накапливаются продук­ты липопероксидации, что приводит к ослаблению барьерной функции и увеличению проницаемости биомембран. Свободные радикалы и продукты перекисного окисления липидов нарушают деление и рост клеток, инактивируют тиоловые ферменты, участвующие в дыхании, гликолизе и других про­цессах, разобщают дыхание и окислительное фосфорилирование, увеличивают вязкость липидов мембран [6].

Соединительная ткань составляет самую обширную систему регуляции в организме животных и человека. Она участвует в процессах гомеостаза, влияет на рост, развитие и регенерацию всех видов тканей, иммунобиологические и саногенетические механизмы. Оксипролин является аналитическим «индикатором» концентрации коллагена в тканях. Мономеры гексуроновых кислот реагируют с по­сторонними токсическими веществами, попадающими в организм, связывают их в виде гликозида и выводят с мочой из организма.

Определение активности СРО, антиоксидантной активности (АОА) организма, оксипролина и гексуроновых кислот является важным для оценки характера изменений метаболизма какой-либо ткани и организма в целом.

Цель: Оценка характера изменений активности свободнорадикального окисления и метаболизма соединительной ткани в ткани легких при действии полиметаллической и угольно-породной пылей.

Материалы и методы. Был проведен эксперимент на 135 белых крысах-самцах с изначальным весом 180-200 г. Для проведения эксперимента были взяты полиметаллическая пыль из груди забоя 55 рудника г. Сатпаева и угольно-породная пыль из груди забоя шахты им. Костенко г. Караганды. Проводилась динамическая ингаляционная затравка в пылевых затравочных камерах по стандартизированной методике Л.Т.Еловской в модификации [7, 8] по 4 ч в день 5 дней в неделю в камерах цилиндрической формы с внекамерным размещением животных в индивидуальных пена­лах. Угольно-породная пыль использовались в концентрации 50 мг/м³, полиметаллическая — 10 мг/м³. Для затравки животных использовалась устройство, предложенное А.И.Бурхановым и В.Н.Агапкиным [9]. Для затравки полиметаллической пылью нами было разработано устройство для ингаляционной затравки экспериментальных животных [10]. Концентрация пыли в камере на протяжении эксперимента контролировалась с помощью аналитического измерителя концентрации пыли «Прима».

По истечении срока эксперимента животные были умерщвлены методом мгновенной декапитации. Проводилось определение состояния системы ПОЛ-АОЗ в тканях легких экспериментальных крыс в хемилюминометре с использованием прикладной компьютерной программы Lab Graphic Sys­tem, разработанной С.Соколовским и А.Федоровым [11]. К основным преимуществам хемилюминесцентного метода относится определение абсолютного содержания свободных радикалов, простота проведения метода, возможность непрерывной регистрации течения СРО в биологических субстра­тах, возможность получения информации о скорости свободнорадикальных реакций и мощности эн­догенной АОА.

В ткани легких крыс проводили определение уровня оксипролина по методу Бергмана и Локслей в модификации Л.Б.Борисовой и соавт. [12], в основе которого лежит окисление оксипролина до со­единения, близкого к пирролу, и последующей конденсации этого соединения с п-(диметиламино)-бензальдигидом, с образованием стойко окрашенного комплекса. Кроме того, проводили определе­ние гексуроновых кислот карбазоловым методом согласно описанию Р.В.Меркурьевой и соавт. [13]. Интенсивность этого процесса определяли на фотоэлектроколориметре ФЭК-22.

Статистическая обработка анализируемого материала проводилась на персональном компьютере Pentium IY с использованием пакета прикладных программ «Statistika 5.0». Проводился расчет коэф­фициента достоверности (P), который оценивался по таблице значений критерия (t) по Стьюденту, дисперсионный анализ, корреляционный анализ, регрессионный анализ, факторный анализ [14-17].

Результаты исследований. В ткани легких крыс при действии полиметаллической пыли (2 группа) отмечалось увеличение Imax на 74 % относительно контроля к 40м суткам эксперимента. Tmax достоверно повышался в сравнении с контролем на 55 % к 40-м суткам эксперимента, а с 90-х суток и до конца эксперимента происходило его снижение на 42 % в сравнении с предыдущим сро­ком. В 3 группе у крыс Imax в легких достоверно не изменялся на протяжении всего эксперимента от­носительно контроля. Однако к 180м суткам происходило достоверное увеличение Imax на 50 % в сравнении с 90ми сутками. Tmax на 180е сутки стал на 44 % выше, чем на 90е сутки (рис.).

При проведении сравнительного анализа между опытными группами было отмечено, что при действии угольно-породной пыли (3я группа) Imax был меньше на 40, 90 и 180-е сутки эксперимента, чем во 2й группе на 31, 51 и 37 % соответственно. Наряду с этим Tmax в легких крыс 3й группы был достоверно ниже на 21 % — на 40-е сутки и достоверно выше — на 45 % — на 90е сутки и в 3,6 раза — на 180-е сутки, чем во 2й группе.

Рисунок. Динамика изменений показателей ПОЛ-АОЗ (I_max (a) и T_max (б)) в ткани легких при действии пылевых аэрозолей полиметаллической и угольно-породной пылей

Таким образом, пылевые аэрозоли полиметаллической пыли оказывают наиболее агрессивное действие на систему ПОЛ-АОЗ в ткани легких крыс, что проявлялось в более высокой активности образования свободных радикалов и угнетении АОЗ на более ранних сроках запыления.

Увеличение уровня оксипролина в ткани легких крыс 2й группы происходило на 40-е сутки на 21 % относительно контроля, на 90-е сутки он стал на 21 % выше, чем на 40-е сутки, а на 180-е сутки эксперимента — на 48 % выше, чем на 90-е сутки. Увеличение уровня гексуроновых кислот наблюдалось на 90-е сутки эксперимента на 56 % в сравнении с контрольными значениями, а на 180-е сутки их стало на 20 % больше, чем на 90-е сутки эксперимента (табл.).

В 3-й группе содержание оксипролина и гексуроновых кислот в легких увеличивалось в сравне­нии с контролем только на 180-е сутки эксперимента на 34 и 44 % соответственно (табл.).

При сравнительном анализе показателей метаболизма соединительной ткани в ткани легких крыс 3й группы выявлено, что на 40-180-е сутки уровни оксипролина и гексуроновых кислот были ниже на 15-34 % и 16-30 % соответственно, чем во 2й группе.

Показатели метаболизма соединительной ткани в ткани легких при действии пылевых аэрозолей полиметаллической и угольно-породной пылей

Таким образом, увеличение коллагенообразования в ткани легких крыс при запылении пылевы­ми аэрозолями полиметаллической пыли происходило с 40-х суток эксперимента. Повышение уровня гексуроновых кислот с 90-х суток эксперимента указывает на увеличение синтеза гликозаминоглика-нов. Нарушение метаболизма соединительной ткани (оксипролин и гексуроновые кислоты) при за-пылении пылевыми аэрозолями угольно-породной пыли происходило только к 180-м суткам.

Наиболее выраженные изменения метаболизма соединительной ткани в легких были обнаруже­ны при запылении пылевыми аэрозолями полиметаллической пыли, причем это происходило в более ранние сроки эксперимента (40е сутки). В то же время наименее выраженные изменения данных по­казателей в более поздние сроки эксперимента отмечались при запылении пылевыми аэрозолями угольно-породной пыли (180 суток). Выводы

1. В ткани легких крыс при действии полиметаллической пыли активация свободнорадикаль-ных процессов отмечалась уже к 40-м суткам эксперимента (увеличениеImax на 74 % относительно контроля). С 90-х суток эксперимента происходило угнетение антиоксидантной активности (сниже­ние Tmax на 42 % в сравнении с предыдущим сроком).
2. В ткани легких крыс при действии угольно-породной пыли наблюдалось незначительное повышение активности свободнорадикальных процессов только к 180-м суткам эксперимента (досто­верное увеличениеImaxна 50 % в сравнении с 90-ми сутками). На этом же сроке происходило увели­чение антиоксидантной активности (Tmax на 180-е сутки стал на 44 % выше, чем на 90-е сутки).
3. Наиболее выраженные изменения метаболизма соединительной ткани в легких были обна­ружены при запылении пылевыми аэрозолями полиметаллической пыли, причем это происходило в более ранние сроки эксперимента (40-е сутки) (увеличение уровня оксипролина на 21 % относитель­но контроля).
4. Наименее выраженные изменения метаболизма соединительной ткани в легких при запыле-нии пылевыми аэрозолями угольно-породной пыли происходили в более поздние сроки эксперимента (на 180-е сутки) (увеличение содержания оксипролина и гексуроновых кислот на 34 и 44 % соответ­ственно). 

References

1. Izmerov N.F. Occupational role in the system of occupational medicine // Occupational Medicine and Industrial Ecology. — — № 11. — Р. 1-8.
2. Izmerov N.F. Global Plan of Action for the Protection of the health of workers for 2008-2017 GG: solutions and prospects of implementation // Occupational Medicine and Industrial Ecology. — 2008. — № 6. — 1-9.
3. Kulkybaev G.A. The health of the working population of the Republic of Kazakhstan // Industrial hygiene and medical ecol­ — 2003. — № 1. — P. 3-11.
4. Velichkovsky B.T. Main pathogenetic mechanisms of lung disease occupational dust etiology // Occupational Medicine and Industrial Ecology. — 1998. — 1. — № 10. — P. 28-38.
5. Baymanova A.M. Pathogenetic mechanisms of anthracosilicosis. — Karaganda, — 231 p.
6. Vladimirov Yu.A. The role of the desirable attributes of the lipid bilayer membranes in the development of a pathological process // Pat.fiziologiya. — 1989. — № 4. — 7-19.
7. Elovskaya L.T. Model of experimental pneumoconiosis and dust bronchitis inhalation // Hygiene and Sanitation. — 1986. — № 6. —19-22.
8. Borisova L.B., Mareeva L.B., Dosmagambetova R.S. Inhaled dust priming animals in toxicological experiment // Guidelines. — Almaty, — 17 p.
9. № 939016 USSR. Device for the dust to a bare cell / Burkhanov A.I., Agapkin V.N. Publ. 23.02.82. — 2.
10. Patent RK № 23391, Device for inhalation seed experimental animals polymetallic dusts. Application 2009/0814.1 // Ibraeva LK Sraubaev EN, Pudov AM and others — Astana,
11. Tnimova G.T., Kuznetsova L. Correction of the lipid status with physical stress antioxidants // Vestn. of the Karaganda state. Univ.-1996. — № 3. — 137-144.
12. Borisov L.B., Mareeva L.B., Uzbekov V.A., Tekebayev A.M. Method for determination of hydroxyproline in the liver // In-form.listok Kazgos PS-760 — Almaty, 1998. — 2 p.
13. Merkuryeva R.V., Altynbekov B.E., Dzhangozina D.M. Biochemical methods for the determination of enzyme activity at various sites and the enzyme-substrate systems, indicators of neuro-humoral regulation in Environmental Health // Training guide­ — Karaganda, 1982. — 102 p.
14. Aivazian S.A., Bukshtaber V.M., Eniukov I.S., Meshalkin L.D. Applied Statistics. Classification and reduction raznomer-nostey. — Moscow: Finance and Statistics, — 488 p.
15. Chernova T.V. Economic Statistics / Tutorial. — Taganrog, — 234 p.
16. Borovikov V.B. Statistica: the art of analyzing data on a computer. — Moscow, — 688.
17. Rebrova O.Yu. Statistical analysis of medical data. Application software package Statistica. — Moscow: Media Industry, — 312 p.