facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ КАК КРИТЕРИИ ЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ

Автор Доклада: 
Величковский Б.Т., Фишман Б.Б., Лежнев О.К., Раздобреев А.С.

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ КАК КРИТЕРИИ ЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ

Величковский Б.Т., д-р мед. наук, проф., академик РАМН, главный науч. сотр.
Российский государственный исследовательский медицинского университета им. И.П.Пирогова
Фишман Борис Борисович, академик РАЕН, д-р мед. наук, проф.
Лежнев О.К., аспирант
Раздобреев А.С., 
аспирант
Новгородский Государственный университет им. Я. Мудрого

 

Как было показано нами ранее (Б.Т. Величковский и соавторы, 1980-1995 г.г.) пыль отличает особый механизм вредного влияния на организм. Он заключается в способности пылевых частиц стимулировать длительное избыточное образование в легких активных форм кислорода (АФК). В основе этого процесса лежат 3 механизма: первый - обусловлен стимуляцией фагоцитов пылевыми частицами за счет слабых химических взаимодействий при контакте поверхности частицы с клеточной мембраной; второй - связан с трансформацией образовавшихся АФК на каталитических центрах пограничного слоя частиц; третий - с развитием в кониофаге энергодефицитного состояния и внутриклеточной гипоксии [3 -5].

Преобладающая форма образующегося активного кислорода зависит от химического состава, молекулярного строения и свойств поверхности пылевых частиц. Так, угольная пыль генерирует преимущественно супероксидный анион - радикал 02; кварцевая - пероксид водорода Н2О2, асбестовая - гидроксильный радикал Н0- [7].

Образующиеся под влиянием фиброгенной пыли АФК не только вызывают гибель кониофагов, но и активируют перекисное окисление липидов (ПОЛ) клеточных мембран, обусловливают зависимый от характера и концентрации пыли мутагенный эффект в соматических клетках: местный - при генерации свободного гидроксильного радикала; генерализованный - при накоплении продуктов ПОЛ, обладающих свойствами эндогенных мутагенов, –малонового диальдегида (МДА) и гидроперекисей липидов [8] .

Ранее экспериментальными исследованиями доказано, что действия пыли, вызывающей образование, главным образом, супероксидного анион-радикала, приводит к развитию хронического пылевого бронхита, а при более высокой нагрузке - и диффузно-склеротической формы пневмокониоза. Пыль, приводящая к накоплению повышенных количеств пероксида водорода, способна запускать аутоиммунный механизм возникновения гиперчувствительности замедленного типа и формирования в легких гранулематозного воспаления, завершающегося узелковой формой пневмокониоза. Пыль, генерирующая гидроксильные радикалы, способна вызвать развитие зкзогенного фиброзирующего альвеолита, приводящего к возникновению сетчатого фиброза. Когда подобная пыль имеет жесткую волокнистую структуру, затрудняющую выведение её из легких, возникает опасность развития и злокачественных новообразований [6].

В доступной нам литературе данных, характеризующих каталитические и генотоксические свойства высокоглиноземистых огнеупоров, крайне недостаточно.

В настоящем эксперименте исследование фиброгенности пыли высокоглиноземистых муллитовых огнеупорных глин проведено на двух образцах материалов, стоящих в начале и в конце технологического процесса: пыли сырья - высокоглиноземистой огнеупорной глины (каолин) и пыли товарного продукта -  муллитовых огнеупоров (муллит). Наряду с опытными образцами, для сравнения были исследованы три вида фиброгенной пыли: пыль кварца, хризотил - асбеста и каменного угля. Содержание свободного диоксида кремния в кварцевой пыли составляет 92,6 %, в угольной пыли - 2,1 %, в асбестовой - 0 %.

Биологическое влияние нерастворимых пылевых частиц в значительной мере обусловлено каталитическими свойствами их поверхности, содержащей ионы переходных металлов - железа, меди и др. На подобных каталитических центрах происходит трансформация АФК, образующихся первоначально в результате стимуляции окислительного метаболизма фагоцитов. Прежде всего это касается относительно более устойчивой АФК - пероксида водорода.

Учитывая значение каталитических свойств фиброгенной пыли в её биологическом воздействии на организм, указанную способность пылевых образцов исследовали двумя методами: прямым определением способности пылевых частиц катализировать превращение пероксида водорода и опосредованным определением соотношения содержания супероксидного анион-радикала (супероксида) и пероксида водорода (пероксида) в суспензии гранулоцитов с пылью.

Оценка результатов проводится по следующему алгоритму:

- если Сп  = 0 и Сф = Со, то образец не обладает ни "каталазной" ни "пероксидазной" активностью;
- если Сп = 0 и Сф < Со, то образец обладает "каталазной" активностью;
- если Сп + Сф ? Со , то образец обладает и "каталазной" и “пероксидазной” активностью;
- если Сп + Сф  < Со , то образец обладает и "каталазной" и “пероксидазной” активностью и следует рассчитать, какая из них является преобладающей (табл.1) [1,2].

Табл. № 1

Результаты определения каталитической активности пыли

Светосуммы свечения

Для каолина

Для муллита

Сп

0,750 ± 0,032

0,410  ± 0,01

Сф

468,3 ±  121,2

604,2 ± 74,4

Со

537,5  ± 152,3

523,1 ±  88,5

Поскольку для каолина сумма Сп + Сф меньше Со (0,750 + 468,3 = 469,05, что меньше 537,5 на 68,45) указанная пыль обладает как “каталазной”, так и “пероксидазной” активностью. Но с учитом того, что светосумма свечения после внесения в кювету опытного образца, зависящая от его “пероксидазной” активности, оказалась мала (Сп= 0,750), а “каталазная” активность изменила величину светосуммы свечения гораздо больше, снизив ее на 69,95 (537,5 + 0,750 - 468,3 = 69,95), именно этот тип каталитических свойств для каолина является преобладающим почти в 100 раз (69,95 : 0,75 = 93,2).

Для муллита, напротив, сумма  Спф больше Со (0,41 + 604,2 = 604,61, что больше 523,1 на 81,51). Следовательно, он обладает каталитической активностью “пероксидазного” типа, разлагая пероксид водорода с образованием свободных радикалов.

Минералы, обладающие выраженной "пероксидазной" активностью,  характеризуются высокой цитотоксичностью и фиброгенностью, а также являются потенциальными мутагенами и канцерогенами. Примером такого рода пыли служит хорошо известный асбест, “пероксидазная” активность которого, правда, существенно выше, чем у муллита.

При высокой “каталазной” активности минералы, напротив, отличаются низкой цитотоксичностью и фиброгенностью и наносят вред организму главным образом, за счет нарушения в легочной ткани баланса протеаз и антипротеаз и развития хронического обструктивного бронхита.

Каталитические свойства влияют на содержание АФК в протоплазме фагоцитов (табл.2) [8].

Табл. 2

Содержание различных АФК в суспензии фагоцитов, активируемых фиброгенной пылью

Образцы

Содержание (мМ на 106 клеток (мин))

Соотношение

Н202 /02

02

Н202

Каолин

0,028 ± 0,003

0,064 ± 0,007

2,29

Муллит

0,031 ± 0,006

0,078 ± 0,007

2,52

Кварц

0,041 ± 0,007

0,071 ± 0,011

4,17

Под влиянием каолина в суспензии фагоцитов образуется 0,028 мМ супероксида и 0,064 мМ пероксида с соотношением данных форм активного кислорода 2,29. Под влиянием муллита образуется 0,031 мМ супероксида и 0,078 мМ пероксида, соотношение 2,52. Кварцевая пыль дает 0,041 мМ супероксида, 0,171 мМ пероксида и соотношение 4,17.

Таким образом, в суспензии клеток с исследуемой пылью различие в содержании супероксида выражено меньше (0,028 - 0,041), чем в содержании пероксида (0,064 - 0,171). Это обстоятельство обусловлено тем, что на количество супероксида влияет только один фактор: степень активации ферментной системы фагоцита, а количество пероксида зависит от двух разнонаправленных факторов: активности фермента супероксиддисмутазы (СОД), образующего пероксид из супероксида и каталитических свойств поверхности частиц, разрушающих пероксид. Чем выше значение коэффициента Н202/02, тем меньше каталитическая спо­собность пылевого образца. В данном эксперименте наименьшей каталитической способностью обладает кварц, на поверхности которого содержится ничтожная примесь ионов переходных металлов, разлагающих пероксид водорода. Минимальное значение коэффициента имеет каолин, который, с одной стороны, лишь умеренно активирует фагоциты, а с другой стороны, усиленно разлагает пероксид, к тому же в реакции "каталазного" типа, т.е. без образования свободных радикалов. Муллит также имеет низкое значение коэффициента, но на его поверхности протекает реакция "пероксидазного" типа с образованием свободных радикалов, что и определяет его большую цитотоксичность и биологическую агрессивность.

Перекисное окисление липидов  плазмыможет быть оценено по накоплению одного из продуктов реакции - МДА, концентрация которого определяется спектрофотометрически по тесту с 2-тиобарбитуровой кислотой (2-ТБК).

Расчет количества МДА производят с учетом разведения по формуле

С = А/Ie, где А - оптическая плотность пробы; 1 - длина оптического пути, равная толщине кюветы (1 см); e - молярный коэффициент экстинции (1,56? 10-5  моль-1  см-1); С - концентрация МДА в мкмоль на 1 мл плазмы [10].

Табл. № 3

Перекисное окисление липидов под действием пыли.

Проба

Уровень ПОЛ, % к контролю

Контроль

100,0

Каолин

121,1

Муллит

152,6

Кварц

126,3

Асбест

236,8

Таким образом, каолин незначительно повышает уровень ПОЛ, увеличивая концентрацию МДА в плазме на 21,1%. Влияние его сопоставимо с воздействием кварца (26,3%) и в 2,5 раза меньше по сравнению с муллитом, в 6,5 раз - с асбестом. Различие обусловлено свойственной муллиту и асбесту каталитической активностью "пероксидазного" типа, ведущей к образованию гидроксильных радикалов - главных инициаторов ПОЛ.

Способ выявления генотоксичности основан на способности пылевых частиц вызывать образование гидроксильных радикалов, повреждающих 2-дезокси-Д-рибозу (ДОР). Последняя является обязательной составной частью ДНК. Поэтому степень повреждения ДОР служит мерой потенциальной опасности образца для генетических структур клетки (табл.4) [9].

Табл. № 4

Деградацию ДОР выраженная в % к контролю, не содержащему пыли.

Образец пыли

Степень генотоксичности, %

Каолин

5,0 ± 0,7

Муллит

18,0 ± 1,1

Кварц

15,0 ± 2,1

Асбест

97,0 ± 2,6

Уголь

1,0 ± 0,5

Каолин и уголь практически не обладают генотоксичностью. Муллит и кварц проявляют способность, однако она в 5,4 раза меньше, чем у асбеста.

Заключение.

Патологическое воздействие фиброгенной пыли в значительной мере определяется каталитическими свойствами поверхности частиц, трансформирующими АФК, образующиеся в результате стимуляции фагоцитов.

Исследование каталитических превращений пероксида водорода на поверхности пылевых частиц показало, что каолин обладает двумя типами каталитической активности: пероксидазной (способностью разлагать Н2О2 с образованием свободных радикалов) и каталазной (без образования свободных радикалов), причем последний тип каталитической активности является преобладающим: "производительность его выше почти в 100 раз. Муллит, напротив, реализует каталитическую способность только одного "пероксидазного" типа и разлагает Н202 с образованием свободных радикалов. Подобной каталитической способностью отличается и асбест, но у этого минерала она значительно более выражена.

При высокой "каталазной" активности поверхности пылевых частиц вокруг них уменьшается концентрация биологически активных форм кислорода, что обуславливает низкую цитотоксичность и фиброгенность подобной пыли. Однако она вовсе не является инертной, как полагали ранее, так как длительно нарушает в легочной ткани баланс протеаз и антипротеаз. Это, в свою очередь, приводит к повреждению эластического каркаса легких и развитию мелкоочаговой эмфиземы и хронического  обструктивного синдрома легких.

Известно, что наиболее сильное отрицательное воздействие на легочную ткань оказывают активированные нейтрофилы. Поэтому представляло интерес исследовать влияние каталитических свойств пылевых частиц на состав АФК в стандартной суспензии гранулоцитов.

Пыль каолина в меньшей степени, чем муллит и кварц повышает содержание супероксидного анион-радикала и пероксида водорода в суспензии гранулоцитов и обуславливает наименьшее значение коэффициента Н2О22, так как, с одной стороны, медленно активирует фагоциты, а с другой - усиленно разлагает пероксид водорода без образования свободных радикалов. Под влиянием пыли муллита обнаруживается тенденция к более высокой концентрации этих форм активного кислорода и значению коэффициента их соотношения. И хотя превышение всех указанных показателей по сравнению с таковыми под воздействием пыли каолина статистически недостоверно, на поверхности муллита протекает каталитическая реакция разложения пероксида водорода "пероксидазного" типа с образованием свободных радикалов, что и определяет его большую цитотоксичность. Кварц статистически значимо повышает содержание в суспензии клеток как супероксида, так и особенно пероксида водорода и, следовательно, коэффициента их соотношения. Чем обусловлено накопление Н2О2 в суспензии гранулоцитов под влиянием кварцевой пыли ? Однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Могут иметь значение два фактора: меньшее количество каталитических центров разложения пероксида водорода на единице поверхности пыли или наличие на ней каталитических центров особого рода, превращающих супероксид в пероксид водорода подобно ферменту СОД - "СОД-активность". Как бы то ни было, именно со способностью кварцевой пыли повышать концентрацию пероксида водорода в тканях можно связать клинико-морфологические особенности силикоза. Полагаем, что доказанная возможность пероксида водорода вызывать окислительную модифизацию эндогенных макромолекул обусловливает образование в организме больных силикозом как аутоантигенов и развитие гиперчувствительности замедленного типа, так и формирование характерных силикотических гранулем в легочной ткани.

Различие в характере каталитической способности исследованных видов пыли подтверждают результаты определения их влияния на ПОЛ плазмы крови. Увеличивают концентрацию МДА и, следовательно, повышают уровень ПОЛ плазмы меньше всего каолин (21,1%) и кварц (26,3%). Влияние муллита (52,6%) в 2,5 раза, а асбеста (136,8%) в 6,5 раз выше. Различие обусловлено свойственной муллиту и, особенно, асбесту повышенной каталитической активностью "пероксидазного" типа, ведущей к образованию гидроксильного радикала - наиболее мощного инициатора ПОЛ.

С образованием гидроксильных радикалов связано и генотоксическое действие фиброгенной пыли в результате химического взаимодействия их с рибозой - составной частью ДНК. Каолин (5,0%) как и уголь (1,0%) практически не обладают генотоксичностью. Генотоксичность муллита (18,0%) несколько выше, чем кварца (15,0%) и существенно - в 5,4 раза - ниже, чем асбеста (97,0%).

Литература:
1.        Величковский Б.Т., Коркина Л.Г., Черемисина 3.П. и др. Механизм инициации и роль свободных радикалов в цитотоксическом воздействии фиброгенной пыли на макрофаги // Борьба с силикозом.- Наука.- М.-1986.- Т.ХII.- С. 174-187
2.        Величковский Б.Т., Черемисина 3.П., Суслова Т.Б., Коркина Л.Г. Способ определения  токсических свойств промышленных пылей . Авт. Свидетельство № 1381439 от 8.11.1987 г.
3.        Величковский Б.Т. О механизме воздействия фиброгенной пыли на организм // Гиг. и сан. - 1994.-№ 2.- С. 4-10
4.        Величковский Б.Т. Патогенез профессиональных заболеваний легких пылевой этиологии // Мед. труда.- 1994.- № 5-6.- С. 1-8
5.        Величковский Б.Т. Новые представления о патогенезе профессиональных заболеваний легких пылевой этиологии // Пульмонология.- 1995.- № 1.- С. 6-16
6.        Величковский Б.Т. Патогенетическая терапия и профилактика хронического пылевого бронхита с обструктивным синдромом // Пульмонология.- 1995.- № 3.- С. 5-17
7.        Величковский Б.Т. Молекулярные и клеточные механизмы развития заболеваний органов дыхания пылевой этиологии. Актовая речь.// РГМУ.-М.,-1997.- С. 33.
8.        Гусев В.А., Даниловская Е.В. Влияние минеральных пылей на генерацию супероксидных радикалов и пероксида водорода альвеолярными макрофагами, гранулоцитами и моноцитами // Бюлл. эксперим. биол. и мед.- 1990.- № 10.- С.372-375
9.        Даучель – Дауче Н.О., Дурнев А.Д., Кулакова А.В. и др. Корпускулярный мутагенез и его профилактика.// Вестник РАМН.,- 1995, №1.,-С.29-38.
10.    Экспериментальное обоснование предельно допустимой концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) фиброгенной пыли в воздухе рабочей зоны предприятий топливно-энергетического комплекса. Методические указания.// Минтопэнерго РФ.- М.-1994.- С. 79.

 

8
Ваша оценка: Нет Средняя: 8 (2 голоса)
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.