Влияние химических факторов окружающей среды на систему крови

В связи с ростом численности населения на планете возникли проблемы, связанные с загрязнением среды и истощением ее природных ресурсов. В на­стоящее время во многих городах России антропогенному воздействию подвер­гаются все элементы биосферы: атмосфера, поверхностные и грунтовые воды, почвенные экосистемы, растения и животные. Исследования показывают, что антропогенные нагрузки превысили до­пустимый уровень, состояние окружающей среды близко к потере равновесной стабильности. С обострением экологической ситуации особую актуальность приобрета­ет изучение влияния на организм животных и человека вредных химических факторов. Химические загрязнения приводят к нарушению практически всех при­родных биогеохимических циклов. Любая деятельность человека оказывает влияние на окружающую среду, а ухудшение состояния биосферы опасно для всех живых существ, в том числе и для человека.

Система крови прямо и опосредовано реагирует на воздействия различ­ных факторов. Особенностью крови как функциональной системы является то, что она объединяет работу многих физиологических систем организма. Поэтому реакция системы крови часто оказывается в поле зрения авторов, занимающихся проблемами воздействия производственных, экологических, физических и химических факторов, окру­жающих человека. При любом воздействии этих факторов происходит их непо­средственный контакт с клетками кроветворной и иммунной систем и формируется целостная системная реакция с соответствующими клинико-иммунологическими и гематологическими проявлениями.

Исходя, из характера действия токсических химических соединений на систему крови в литературе выделены:

1. Химические вещества «первичного действия» с избирательной токсич­ностью на систему крови – так называемые «кровяные яды».

2. Химические реагенты «вторичного действия», влияние которых на со­стояние крови осуществляется опосредованно через другие органы и системы организма.

В то же время отмечено, что химические вещества «первичного дейст­вия» имеют различные звенья-мишени в системе крови. Химические соедине­ния, нарушающие процесс синтеза гемоглобина (тяжелые металлы); химиче­ские вещества, обусловливающие токсические превращения гемоглобина с об­разованием метгемоглобина и карбоксигемоглобина (окись углерода, бензол и его производные); химические факторы, угнетающие процессы кроветворения (ароматические углеводороды); химические реагенты гемолитического дейст­вия.

Изучение влияния химических факторов на систему крови наиболее востребовано в процессе токсикологических, санитарно-гигиенических, экологических исследований отдельных объектов в промышленности, сельском хозяйстве, бы­ту и в окружающей среде.

Так, рядом авторов исследовано состояние крови при действии тяжёлых металлов, присутствующих в окружающей среде. Содержание свинца в крови составляет от 100 до 150 мкг/л, независимо от пола и считается фоновым. Исследования показали, что допустимая концентрация свинца в крови составляет 400 мкг/л. Отравление свинцом называют тихой эпидемией. Признаки анемизиции – эритроцитопения, ретикулоцитоз, выявлены при воздействии фторида свинца. При введении в организм железа проявляется токсический эффект и выявляются гематологические сдвиги. Различные исследователи определяют нормальное содержание железа в крови здорового человека в широком диапазоне: 309–521; 415–600; 447 мг/л.

При попадании марганца в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт или кожу происходит замещение в ферментативных реакциях других металлов, и он может вступать в виде катализатора других ферментов. Обычное его содержание может составлять 16 мкг/л в эритроцитах и 4,3 мкг/л в плазме крови. Рядом исследователей изучался токсический эффект кадмия при введении его в организм. Исследования позволили выявить допустимую величину накопления кадмия в крови, которая составила 5 мкг/л. Повышение его содержания вызывает в организме гипохромную анемию и протеинурию.

При влиянии лития в разных концентрациях выявлена цитопеническая реакция системы крови и раздражение красного костного мозга. Во время экспериментальных исследований токсических свойств тетрафторида кремния обнаружен анемический синдром. Аналогичные гематологические сдвиги описаны рядом авторов при действии препаратов цинка, фтора, молибдена, оксида и окиси азота.

Среди токсических металлов наиболее распространены ванадий, никель, ртуть. Их соединения действуют как разнообразные яды, угнетая ферментативную активность, поражая органы дыхания, кровообращения, нервную систему, кожу. Так, среднее содержание никеля колеблется в широких пределах и составляет 0,005; 0,001–0,05; 0,05 мг/л. В организме никель быстро всасывается в кровь, связывается с аминокислотами сыворотки и поступает в межклеточную жидкость, а затем проникает в клетку. Никель находится в анта­гонистических взаимоотношениях с медью, цинком, йодом. В различных мета­болитах клетки никель способен замещать медь. При ванадиевой интоксикации организма человека и животных происхо­дит снижении содержания гемоглобина и гематокрита, эритроцитов и лейкоци­тов крови. Допустимым критерием для ртути является концентрация 2–5 мкг/л.

Таким образом, соединения различных тяжелых металлов в зависимости от их концентрации и времени воздействия в большей или меньшей степени оказывают негативное влияние на систему крови, что проявляется в сдвигах форменных элементов (эритроцитопения, ретикулоцитоз), в снижении содер­жания гемоглобина, тромбоцитопении и лейкоцитозе. В механизме действия вышеприведенных химических соединений логично предположить угнетение не только синтеза гемоглобина, но и репаративного процесса в очагах эритроцитопоэза. Оценка содержания тя­желых металлов в крови человека значительно отличается от их содержания в биосредах, адекватно отражая экологическую ситуацию, и может использовать­ся как объективный критерий интенсивности техногенной нагрузки на орга­низм.

Группа химических реагентов обусловливает образование в крови метгемоглобина. К метгемоглобинообразователям отнесены главным образом бензол и его производные – хлорбензол, анилин, толуол, ксилол, азокрасители.

В настоящее время в литературе широко представлены результаты о дей­ствии этих химических реагентов. Так, в ряде исследований было выявлено неспецифическое действие бензола на систему крови, которое состоит в ранней лейкопении сменяющейся нейтрофильным лейкоцитозом, лимфопенией, эозинофилопенией, ретикулоцитозом, снижением клеточности лимфоидных орга­нов и количества лимфоидных клеток в костном мозге.

При бен­зольной интоксикации отмечается развитие гипохромной анемии. Бензол в высоких концентрациях оказывает наркотиче­ское и судорожное действие, в малых – вызывает поражение кроветворных ор­ганов и нервной системы. Рядом авторов было изучено действие производных бензола, толуола, ксилола на количественный состав эритроцитов и их биологическую активность. Результаты исследования выяви­ли различно выраженные проявления (эритроцитоз и эритроцитопения) под влиянием разной концентрации веществ. Токсическим эффектом обладают и соединения группы фенолов. В опыт­ных группах животных выявлены достоверные изменения в показателях крови. Отмечался умеренный лейкоцитоз, тенденция к снижению числа эритроцитов и содержания гемоглобина.

Среди химических соединений, влияние которых на организм осуществ­ляется посредством избирательного действия на гемоглобин, отмечена окись углерода. Специфическим в этих условиях является образование в крови пато­логического пигмента – карбогемоглобина. Ряд химических соединений (мышьяковистый водород, фенилгидразин, бертолетова соль) вызывали гемолитические процессы в эритроцитах с после­дующим развитием анемического синдрома гипохромного типа.

Мониторинг чистоты окружающей среды преимущественно осуществ­лялся по состоянию атмосферного воздуха. При этом часто использовались ге­матологические тесты. Загрязнения окружающей среды современных промышленных городов представляют собой многокомпонентные смеси ксенобиотиков, поступающих в организм с атмосферным воздухом, воздухом жилой среды и питьевой водой. Отчасти, воздей­ствие токсических веществ сочетается с влиянием физических факторов. При совместном действии анилина, бензола, окиси углерода, а также шума установлена высокая чувствительность мононуклеарных фагоцитов (макрофаги и моноциты крови).

Описаны морфометрические сдвиги лимфоцитов крови при одновременном воздействии хлорофоса и радиации. При сочетанном влиянии стирола и вибрации наблюдалось достоверное повышение количества лейкоцитов, гемоглобина и эритроцитов. Токсикодинамика отравлений зависит от экспозиции влияния внешней среды и интенсивности физической нагрузки. Известно, что ранние периоды онтогенеза характеризуются повышенными адаптивными возможностями. Были установлены адаптивные явления у молодых животных и патологическая направленность в гематологических показателях у старых крыс. Определённая разница в реакции на химическое воздействие обнаружена и в зависимости от пола крыс. У самцов выявлены более выраженные изменения.

Система крови, как интегральная система, использовалась не только при определении негативного действия химических реагентов, но и для установле­ния биостимулирующего эффекта некоторых веществ природного происхожде­ния. На основе гематологических сдвигов был определён положительный эффект лесного стимулятора.

Возрастающие масштабы производства и применение химических ве­ществ в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства в быту ста­вят задачу разработки новых и совершенствование уже известных ускоренных методов оценки их токсичности на простых биологических моделях. В качестве экспертных тест-систем используют культуру клеток миокарда, печени, почек, крови, клетки простейших и бактерий. Важное место в прогнозировании токсичности на клеточном уровне занимает изучение струк­турно-функционального состояния плазматических мембран клеток, нарушение проницаемости которых является достоверным критерием повреждающего дей­ствия химических веществ даже в случаях, когда сама мембрана не служит ме­стом приложения действия ядов.

Кроветворная система достаточно чувствительна к воздействию вредных химических загрязнителей. Гематологические сдвиги обнаружены даже при отсутствии внешних признаков отравления. На­рушения гемопоэза, часто служат интегральными показателями токсического поражения организма и могут быть использованы для диагностики хрониче­ской интоксикации или выявления неблагоприятного воздействия факторов ма­лой интенсивности. Так, ранняя реакция отмечалась в условиях действия ксенобиотиков со стороны лейкопоэза и лейкоцитов, эритропоэза и эритроцитов, тромбоцитопоэза и тромбоцитов.

Рядом авторов обращается внимание на роль обменных процессов в изуче­нии токсичности химических соединений. Они считают, что токсические эффекты многих химических соединений связаны с их метабо­лической активацией. Авторами выявлено три основных механизма:

- ковалентное связывание активных метаболитов с важными клеточными компонентами-ферментами, регуляторными белками;

- нековалентные взаимодействия по механизмам, включающим образование активных форм кислорода и образование ковалентных соединений с бел­ками, которые приводят к иммунологически опосредованной токсичности;

- нековалентный механизм, который включает окислительные повреждения клеточных макромолекул супероксид-анионом, гидроксил радикалом и пе­рекисью водорода, приводящий к ингибированию функции липидов, нук­леиновых кислот и белков.

Интенсивное развитие химической, нефтеперерабатывающей, микробиоло­гической промышленности способствует загрязнению окружающей среды ве­ществами, обладающими аллергенными свойствами. Так, отмечено усиление аллергизации населения в условиях промышленного загрязнения атмосферного воздуха химическими компонентами.

При изучении эмбриотоксического действия химических факторов окру­жающей среды важное значение приобретают исследования защитных систем, обеспечивающих естественную резистентность как организма матери, так и плода. Одной из них является система мононуклеарных фагоцитов, которая служит основой ведущих механизмов неспецифической резистентности. Формирование данной клеточной системы происходит во внутриутробном периоде. В то же время выяв­лена функциональная несостоятельность мононуклеарных фагоцитов у плода, что обычно обусловливает у новорожденных большую частоту и тяжесть ин­фекционных заболеваний. Следовательно, нормальное развитие плода определяется и функциональным состоянием системы моно­нуклеарных фагоцитов материнского организма. Исходя из важности затрону­того вопроса, некоторыми авторами предприняты исследования изменений в системе мононуклеарных фагоцитов материнского организма при развитии эм­бриотоксического эффекта, в частности, индуцированного хлоридом кадмия. Авторы отмечали при этом повреждение не только альвеолярных макрофагов и усиление их фагоцитарной активности по отношению к тяжелым металлам, но и появление эритроцитов с явлениями де­струкции. Активный фагоцитоз альвеолярными макрофагами эритроцитов, ве­роятно, предотвращает поступление частиц кадмия в ткани легкого, так как из­вестна высокая способность эритроцитов адсорбировать на своей поверхности чужеродные соединения. Кроме того, направленное воздействие на гемопоэз приводит к соответствующим изменениям иммуногенеза. Однако значительное разрушение эритроцитов приводило, очевид­но, к гипоксии матери и плода. В тоже время поврежденные макрофаги способ­ствовали усилению миграции в легкие нейтрофильных гранулоцитов, т.к. со­держание их в органе регулируется продуктами разрушения макрофагов. О влиянии химических загрязнителей на развитие патологических врож­денных уродств было указано в исследованиях ряда авторов.

Иммунологические тесты использовались для оценки влияния на состоя­ние организма тяжелых металлов содержащихся в окружающей среде, лития, бензола, окиси углерода, хлора, диоксида серы, аммиака, пестицидов, инсектицидов.