На правах рукописи - Южно-Уральский государственный

На правах рукописи
Нургалеев Никита Валерьевич
ВЛИЯНИЕ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ КОЛЧЕДАННЫХ РУД
НА МЕТАБОЛИЗМ КОСТНОЙ ТКАНИ
03.01.04 - Биохимия
14.03.03 - Патологическая физиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Челябинск - 2013
2
Работа выполнена на кафедре биологической химии Государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Башкирский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Научные руководители:
Аглетдинов Эдуард Феликсович доктор медицинских наук
Фаршатова Екатерина Рафаэлевна кандидат медицинских наук
Официальные оппоненты:
Мещанинов Виктор Николаевич доктор медицинских наук, профессор,
ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия» Минздрава
России, кафедра биологической химии, заведующий
Кривохижина Людмила Владимировна доктор медицинских наук,
профессор, ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский
университет» Минздрава России, кафедра патологической физиологии,
заведующий
Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
«Кубанский
государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения
Российской Федерации
Защита диссертации состоится «____»___________2013 года в _____ часов
на заседании Диссертационного совета Д 208.117.02 при Государственном
бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального
образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации, по адресу: 454092,
г.Челябинск, ул.Воровского, 64.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Автореферат разослан « ___ »_________________2013 года
Ученый секретарь
Диссертационного совета
доктор медицинских наук
Н.В. Тишевская
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы и степень ее разработанности
Остеопороз (ОП) в России, как и в большинстве стран мира, входит в четвёрку основных хронических болезней XXI века, наряду с сердечно-сосудистыми,
онкологическими заболеваниями и сахарным диабетом, уносящих жизни и приводящих к инвалидизации населения (Казимирко В.К. Остеопороз: патогенез,
клиника, профилактика и лечение. Киев: Морион, 2006. – 160 с.; Митрохина Т.В.
Остеопороз и остеопатии. - 2012. - № 2. - С. 13-17). При ОП нет характерной, в
том числе ранней, клиники, кроме уже развившихся переломов. В связи с этим
определение и учёт факторов риска при диагностике и организации профилактики
ОП приобретают особое значение. Среди факторов риска развития ОП как важнейшие определяются предшествующие переломы, пожилой возраст, низкая минеральная плотность костной ткани (МПКТ), наследственность, гипогонадизм,
курение, недостаточное потребление кальция и витаминов, злоупотребление алкоголем, низкая физическая активность и другие особенности образа жизни, низкая
масса тела и др. (Лесняк О.М., Беневоленская Л.И., Остеопороз. Диагностика,
профилактика и лечение. М.: «ГЭОТАР-Медиа», 2010. – 269 с.). В развитии остеопороза существенную роль играют также экологические факторы, загрязнение
производственной среды токсическими веществами. Имеется ограниченное число
сообщений о влиянии химических факторов на состояние костной ткани (Камилов
Ф.Х. Астраханский мед. журнал. – 2008. - №3 (приложение). С. 96-98; Мед. вестник Башкортостана. – 2007. - № 1. – С. 78-82.; Меньшикова И.А. Госпитальный
вестник. – 2007. - № 1. - С. 41-43; Рамазанова Л.М. Вестник ОГУ. – 2008. - № 9
(91). – С. 199-203; Маклакова Т.П. Остеопороз и остеопатии – 2010. - № 1, приложение: Тезисы IV Российского конгресса по остеопорозу. – С. 41). При этом, особое внимание среди токсичных соединений привлекают тяжёлые металлы.
Профессиональный контакт с тяжёлыми металлами и другими токсичными
элементами имеют рабочие предприятий по добыче руды и в производстве по
обогащению цветных металлов. В рудах медно-цинковых колчеданных
месторождений обнаружено более 80 минералов, содержащих медь, цинк, свинец,
сурьму, серебро, золото, кадмий, ртуть, мышьяк, хром и другие элементы,
которые с пылью попадают в организм горняков и накапливаются в тканях.
Болезни костно-мышечной системы на предприятиях горнодобывающей
промышленности занимают высокое ранговое место (Кудашева А.Р. Здравоохр.
Башкортостана. - 2005. - № 2. - С. 30–33; Терегулова З.С. Профессиональная и
производственно обусловленная заболеваемость у горнорабочих: особенности
формирования и профилактика – Уфа, 2010. – 176 с.; Аскарова З.Ф.
Профессиональный риск у работников горнодобывающих предприятий – СПб.:
Норд- мед- издат, 2010. – 216 с.). Системный остеопороз очень часто
сопровождается развитием хронического генерализованного пародонтита
(Арутюнов С.Д. Стоматология. - 2008. - № 2. - С. 61-65; Артушкевич В.Г. Лечение
и профилактика.- 2012. - №2(3).-с.42-47; Плескановая Н.В. Стоматолог. — 2008. № 7. - С. 18.; Watawski-Wende Y. J. Periodontal.-2005.-vol.76, №11.-p.2116-2124;
Lopes E. Rev. Bras. Gynecol. Obstet. - 2008. - Vol. 30, № 8. - Р. 379-384).
4
Остеопоротические изменения скелета достаточно рано затрагивают кости
челюсти, усугубляя деструкцию альвеолярной кости и соединительной ткани
пародонта (Артушкевич В.Г. Рос. стоматол. журн. - 2008. - № 1. - С. 48-51; Starka
M. Progresdent. – 2001. – Vol. 2 – P. 6-8). С этих позиций привлекают внимание
результаты
исследования,
характеризующие
развитие
воспалительнодистрофических изменений пародонта при действии химических загрязнителей
окружающей и производственной среды (Поворознюк В.В., Мазур И.П. Здоров'я
Украinu. – 2003. - № 15-16. – С. 24-25; Чемикосова Т.С. Дальневост. мед. журн. —
2004. - № 4. - С. 15-18; Агафонов Ю.Г. Уральский стоматол. журн. - 2004. - № 4. С. 8-12; Галикеева А.Ш. Мед. вестник Башкортостана. - 2008. - № 6. - С. 14-16).
Прогрессирование стоматологических заболеваний с увеличением поражения
твёрдых тканей зуба и усугублением тяжести течения пародонтита наблюдается у
рабочих металлургического производства с увеличением стажа работы (Гарус
Я.Н. Рос. стоматол. журн. - 2005. - № 6. - С. 37-38; Федорова Н.Г. Медицина труда
и пром. экология. – 2008. - № 7. – С. 11-14). Тем не менее, характеристика
состояния тканей пародонта при действии тяжёлых металлов и других токсичных
элементов является одним из малоизученных вопросов.
Цель исследования
Охарактеризовать
особенности
метаболизма
костной
ткани
и
патогенетические механизмы развития остеопенического синдрома при действии
комплекса элементов медно-цинковой колчеданной руды.
Задачи исследования
1. Изучить у горняков, добывающих медно-цинковую колчеданную руду
подземным способом, состояние костной прочности, уровни в плазме крови
кальция, фосфора, магния, биохимических маркёров ремоделирования кости (βCross Laps, активность костной щелочной фосфатазы).
2. Определить у горняков состояние оксидантно-антиоксидантной системы
по интенсивности хемилюминесценции, концентрации ТБК-активных продуктов
и общей антиоксидантной активности плазмы крови, а также содержание
паратгормона, тестостерона и гонадотропных (фолликулостимулирующего и
лютеинизирующего) гормонов.
3. Изучить в костной ткани нижней челюсти и трубчатых костях белых крыс
содержание некоторых тяжёлых металлов, свободного и белковосвязанного
оксипролина, гликозаминогликанов, в плазме крови – уровни кальция, фосфора,
магния, С-концевых телопептидов коллагена типа I и активность костной
щелочной фосфатазы при длительном ежедневном внутрижелудочном введении
суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды.
4. Оценить состояние оксидантно-антиоксидантной системы в гомогенатах
костной ткани нижней челюсти и эпифизов трубчатой кости (интенсивность
хемилюминесценции, содержание продуктов ПОЛ (ТБК-активные продукты) и
окислительной модификации белков, общую антиокислительную активность,
активность супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и каталазы) при
длительном введении руды.
5
5. Исследовать в плазме крови при действии компонентов руды уровень
паратгормона, тестостерона, фолликулостимулирующего и лютеинизирующего
гормонов, витамина Д.
6. Изучить влияние элементов медно-цинковой колчеданной руды на
гистологическую структуру костной ткани нижней челюсти и трубчатой кости.
Методология и методы исследования
В работе использованы результаты обследования 608 рабочих ОАО
«Учалинский горно-обогатительный комбинат» (г. Учалы). Обследованные
работники были поделены на две группы: основную и сравнения. Основную
группу составили 500 горнорабочих, добывающих медно-цинковую колчеданную
руду подземным способом, которые в процессе производственной деятельности
подвергаются воздействию комплекса вредных факторов, основным среди
которых является рудничная пыль. Медно-цинковые колчеданные руды содержат
различные тяжёлые металлы и токсичные элементы (Рв, Сr, Cd, Hg, Ag, As, Cu,
Mn, Sr и др.). В группу сравнения (108 мужчин) были включены работники
наземных служб этого же предприятия. Возраст обследуемых горняков колебался
от 21 до 57 лет (38,4±8,62 года), рабочих группы сравнения — от 22 до 60 лет
(39,8±7,14 года).
Экспериментальные исследования выполнены на 194 белых крысах-самцах
массой 180-260 г. При проведении экспериментов неуклонно соблюдали положения Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным (Касаткина
Т.Б. Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2002. - № 2. – С. 17-21). Животным подопытных групп ежедневно внутрижелудочно с помощью специального металлического зонда вводили суспензию мелко растёртого порошка медноцинковой колчеданной руды Учалинского месторождения в 2% растворе крахмала из расчёта 60 мг на 100 г массы крысы. Интоксикацию проводили в течение
трёх месяцев. Расчёт вводимой дозы порошка руды осуществляли исходя из минимальной токсичной дозы меди, составляющего для крыс 2,11 мг/100 г массы
(Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов - М.:
ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 1016 с.) и среднего содержания её в руде — 3,5%. Крысы
контрольной группы получали внутрижелудочно раствор крахмала.
В
работе
использованы
биохимические,
иммуноферментные,
гистологические
методы,
атомно-абсорбционная
спектрометрия,
хемилюминесценция, ультрасонометрия.
Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора
Достоверность результатов работы, обоснованность выводов и
рекомендаций
базируется
на
достаточном
числе
наблюдений
и
экспериментальных данных, использовании современных методов и
статистической обработке материалов исследования.
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на III
Международной научно-практической конференции «Биоэлементы» (Оренбург,
2011), научно-практической конференции с международным участием
«Илизаровские чтения» (Курган, 2012), Российской научно-практической
конференции «Остеопороз – важнейшая мультидисциплинарная проблема
6
здравоохранения ХХI века» (Санкт-Петербург, 2012), Международной
конференции молодых учёных «Медицинская наука – 2012» (Уфа, 2012), IV и V
Российских научно-практических конференциях «Здоровье человека ХХI века»
(Казань, 2012; 2013), VI Архангельской Международной медицинской научной
конференции молодых ученых и студентов (к 80-летию Северного ГМУ)
(Архангельск, 2013), на совместном заседании кафедр биологической химии и
патологической физиологии ГБОУ ВПО «Башкирский государственный
медицинский университет» Минздрава России (Уфа, 2013).
Содержащиеся в работе результаты получены лично автором или при его
непосредственном участии на всех этапах выполняемой диссертации: проведение
научно-информационного поиска, анализ и обобщение данных специальной
литературы, постановка задач, выбор и освоение методов, проведение
экспериментов и лабораторных исследований, сбор, статистическая обработка и
оценка полученных данных, написание статей, оформление диссертационной
работы.
Положения, выносимые на защиту
1. У горнорабочих, добывающих медно-цинковую колчеданную руду
подземным способом, во всех возрастных группах снижение костной прочности
наблюдается чаще, чем у рабочих наземных служб, выявляются нарушения
фосфорно-кальциевого обмена, интенсивности ремоделирования костей с
превалированием резорбции.
2. У горняков со сниженной костной прочностью обнаруживается
интенсификация процессов свободнорадикального окисления липидов, зависящая
от стажа работы на рудниках, выявляется уменьшение в плазме крови
концентрации тестостерона, повышение паратиреоидного и гонадотропных
гормонов.
3. Хроническая интоксикация экспериментальных животных компонентами
медно-цинковой колчеданной руды приводит к накоплению в костной ткани
периферического (трубчатые кости) и лицевого (нижняя челюсть) скелета ряда
тяжёлых металлов (Zn, Cu, Pb, Hg, Mn, Fe, Cd, Cr), усилению катаболизма
костного коллагена, активации костной резорбции и нарушениям фосфорнокальциевого обмена.
4. Накопление токсичных элементов в костной ткани при хроническом
поступлении в организм экспериментальных животных компонентов руды
приводит к ингибированию ферментативного и неферментативного звеньев
антиоксидантной защиты, усилению свободнорадикального окисления с
накоплением продуктов липопероксидации и карбонилирования белков,
нарушению гистологической структуры компактной и губчатой кости, тканей
пародонта. В плазме крови при этом изменяется содержание системных гормонов,
участвующих в регуляции метаболизма костной ткани – снижается уровень
тестостерона у самцов и повышается – паратиреоидного гормона.
5. Основными патогенетическими механизмами, приводящими к
нарушению метаболизма костной ткани со снижением её прочности при действии
компонентов руды, являются интенсификация свободнорадикальных процессов,
7
снижение физиологического уровня антиоксидантной защиты. Дезинтеграция
гормонального баланса, вытеснение кальция из минеральной фазы костной ткани,
снижение содержания витамина Д, нарушения фосфорно-кальциевого обмена
способствуют развитию этих нарушений.
Научная новизна
Установлено, что у горных рабочих (проходчики, взрывники, крепильщики,
машинисты буровых установок и погрузочно-доставочных машин), добывающих
руду подземным способом, во всех возрастных группах, значительно чаще, чем у
работников наземных служб выявляется снижение показателей костной
прочности. Впервые показано, что у горняков, имеющих низкий уровень костной
прочности, наблюдается повышение в плазме крови концентрации маркёра
костной резорбции – С-концевых телопептидов коллагена типа I, при
физиологическом уровне маркёра остеогенеза – активности костной щелочной
фосфатазы, обнаруживается интенсификация процессов свободно-радикального
окисления липидов на фоне снижения общей антиоксидантной активности
плазмы. У этой группы рабочих подземных рудников установлены снижение
уровня тестостерона, повышение содержания паратгормона, ФСГ и ЛГ.
Впервые установлено, что длительное (в течение трех месяцев) ежедневное
внутрижелудочное введение самцам крыс суспензии порошка медно-цинковой
колчеданной руды приводит к резкому увеличению в костях периферического и
лицевого скелета содержания тяжёлых металлов (ртути, кадмия, свинца,
марганца, железа, стронция, цинка, меди).
Получены новые данные, характеризующие комплекс нарушений
метаболизма костной ткани при действии компонентов медно-цинковой
колчеданной руды: усиление катаболизма коллагена, превалирование
резорбтивных процессов над остеогенезом, нарушение фосфорно-кальциевого
обмена,
интенсификация
свободнорадикального
окисления
липидов,
ингибирование общей антиоксидантной активности и активности основных
антиокислительных ферментов (СОД, глутатионпероксидазы, каталазы). Выявлен
характер изменений гистологической структуры эпифизов и диафизов трубчатых
костей, костной ткани нижней челюсти и некоторых структур зуба и пародонта
под влиянием токсичных элементов руды.
Экспериментально подтверждён характер развития гормонального
дисбаланса (снижение тестостерона, повышение паратгормона) при действии
элементов руды, наблюдаемый у горняков подземных рудников цветных
металлов. Впервые выявлено при действии элементов руды на
экспериментальных животных снижение в плазме крови содержания витамина Д.
Сформулированы патогенетические механизмы остеотоксического влияния
компонентов медно-цинковой колчеданной руды.
Теоретическая и практическая значимость работы
Получены данные, характеризующие распространенность снижения
костной прочности у горняков подземных рудников по добыче цветных металлов.
Показана динамика зависимости падения показателей костной прочности от
возраста горнорабочих и стажа работы на рудниках. Эти результаты являются
8
основой для формирования информационной базы распространённости
остеопенического синдрома и вероятности малотравматичных переломов среди
горнорабочих, имеющих профессиональный контакт с тяжёлыми и другими
токсичными элементами руды, для оценки медико-социальной значимости
остеопении и остеопороза среди работников цветной горнодобывающей
промышленности. Выявленные механизмы остеотоксического действия
компонентов медно-цинковой колчеданной руды позволяют патогенетически
обоснованно разработать целенаправленные профилактические приёмы и
мероприятия. Результаты исследования также являются основанием для
проведения периодического контроля состояния костной прочности, характера
фосфорно-кальциевого обмена у некоторых категории горнорабочих.
Внедрение результатов исследования в практику
Полученные данные используются в учебном процессе кафедр
биологической химии, патологической физиологии, гистологии с куром
эмбриологии, общей гигиены с экологией с курсом гигиенических дисциплин
ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет»
Минздрава России, кафедры биологической химии ГБОУ ВПО «ЮжноУральский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 работ в объеме 2,55 печатных
листа, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства
образования и науки России для публикации результатов диссертационных
исследований.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 172 страницах включая приложение, содержит 26
таблиц, 15 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, результатов
исследования, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка
литературы, включающего 274 источников, из которых 93 иностранных, и
приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
Применительно к цели и задачам был сформирован дизайн исследования
(таблица 1)
Таблица 1 – Дизайн исследования
А. Обследование работников ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат»
Основная группа: 500 горняков, добывающих Группа сравнения: 108 работников наземных
руду подземным способом
служб
Ультразвуковая остеоденситометрия
Содержание в плазме крови: Са, Р, Mg, С-концевых телопептидов, КЩФ, ОЩФ
Содержание в волосах некоторых макро- и микроэлементов
Уровень в плазме крови тестостерона, ФСГ, ЛГ, ПТГ
Интенсивность хемилюминесценции плазмы крови. Уровень ТБК-РП, ОАА
9
Б. Моделирование хронического действия компонентов медно-цинковой колчеданной
руды на костную ткань в эксперименте
Основная группа: 128 половозрелых белых
Контрольная группа:66 половозрелых белых
крыс-самцов
крыс-самцов
Содержание некоторых элементов в трубчатых костях и кости нижней челюсти
Относительная масса и толщина кортикального слоя трубчатых костей
Содержание в плазме крови: Ca, Mg, P, C-концевых телопептидов, КЩФ, ОЩФ
Уровень тестостерона, ФСГ, ЛГ, пролактина, ПТГ, витамина Д в плазме крови
Интенсивность хемилюминесценции гомогенатов костей, содержания в них ТБК-активных
продуктов, карбонилированных белков, ОАА, активности СОД, ГПО, каталазы
Содержание в бедренной кости и кости нижней челюсти ГАГ, белковосвязанного и
свободного оксипролина
Гистологическая структура эпифиза и диафиза бедренной кости и кости нижней челюсти
Объем проведенных исследований представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Перечень материалов и исследуемых показателей
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Материалы и исследуемые показатели
Объем
исследования
А. У работников ОАО «УГОК»
Количественная ультрасонометрия костной прочности
Определение содержания Ca, Mg, Р, ОЩФ в плазме крови
Определение маркеров костного ремоделирования в плазме крови
рабочих (β-Сross Laps, КЩФ)
Определение содержания макро- и микроэлементов в волосах
методом атомно-абсорбционной спектрометрии (10 элементов)
Исследование уровня в плазме крови тестостерона, ФСГ, ЛГ,
паратгормона
Определение
интенсивности
Fe-индуцированной
хемилюминесценции, общей антиоксидантной активности в плазме
крови, уровня ТБК-РП, ОАА
Б. При моделировании хронического действия
компонентов медно-цинковых колчеданных руд у самцов крыс
Исследование содержания некоторых элементов (10) в ткани
трубчатых костей и костей нижней челюсти
Относительная
масса
трубчатых
костей
(бедренной,
большеберцовой, плечевой) и кости нижней челюсти, толщины
кортикального слоя трубчатых костей
Определение содержания Ca, Mg, Р в плазме крови
Исследование содержания β-Сross Laps, активности КЩФ в плазме
крови
Исследование уровня в плазме крови тестостерона, ФСГ, ЛГ,
паратгормона, пролактина и витамина Д
Хемилюминесценция гомогенатов эпифизов бедренной кости и
нижней челюсти, содержание в них ТБК-РП
Определение в гомогенатах эпифизов бедренной кости и кости
нижней челюсти активности СОД, ГПО, каталазы и ОАА
Подготовка и описание гистологических срезов эпифиза и диафиза
бедренной кости, тканей пародонта нижней челюсти
1216
по 80
по 60
по 99
по 131
по 63
по 40
по 34
по 40
по 30
по 27
по 38
по 39
300
Определение
костной
прочности
осуществляли
количественной
ультразвуковой ультрасонометрии по Т-критерию на нижней трети лучевой кости
недоминантной руки и середины диафиза большеберцовой кости (Speed of Sound
10
– SOS, м/сек) на приборе «Оmnisense 7000 S» фирмы Sunlight Medical Ltd
(Израиль) с применением общеевропейской программы. Интенсивность
свободнорадикального окисления (СРО) оценивали с использованием
хемилюминометра ХЛ-03 (Россия), ТБК-активные продукты - реагентов «ТБК
АГАТ», окислительную модификацию белков – методом Е.Е. Дубининой (Вопр.
мед. химии. - 1995. - Вып. 2. - С. 24-26), общую антиокислительную активность
(ОАА) - по Клебанову Г.И. (Лаб. дело. – 1988. - № 2. – С. 59-62). В плазме крови
исследовали маркёры ремоделирования костной ткани: С-концевые телопептиды
коллагена типа I (реагенты «Serum Cross Laps ELISA»), активность костной
щелочной фосфатазы («Metra BAF EIA Kit»), содержание Са, Р и Мg (реагенты
фирм «HUMAN»), общую щелочную фосфатазу (реагенты ЗАО «Вектор-Бест»),
уровни тестостерона, гонадотропинов и паратиреоидного гормона с помощью
стандартных наборов: RIA Testosterone direct (Франция), LH IRMA Kit (Чехия),
FSH IRMA Kit(Чехия), IRMA PTH (Франция).
В экспериментальных исследованиях через 2 и 3 месяца от начала животных выводили из опыта под лёгким эфирным наркозом. В гомогенатах эпифизов
трубчатой кости (бедренная) и передней части кости нижней челюсти исследовали ОАА, активность СОД, ГПО (наборы реагентов фирмы «Randox Labor Ltd») и
каталазы по Королюку М.А. с соавт. (Лаб. дело. – 1988. - № 1. – С. 16-49), интенсивность хемилюминесценции и уровень ТБК-активных соединений, а также содержание белковосвязанного (БСО) и свободного (СО) оксипролина, гликозаминогликанов (Шараев П.Н. Биохимические методы анализа показателей обмена
биополимеров соединительной ткани: методические рекомендации - Ижевск,
1990. – С. 3-10). В плазме крови животных исследовали содержание Са, Р и Мg,
С-концевых телопептидов (β-Cross Laps), активность КЩФ, уровни тестостерона,
ПТГ и гонадотропинов.
У животных проводили гистологическую оценку состояния костной ткани,
определение относительной массы и толщины кортикального слоя (трубчатые
кости) по Поворознюку В.В. (Пробл. остеологii. – 2006. – Т. 7, № 3-4. – С. 3-13),
концентрацию некоторых металлов - методом атомно-абсорбционной
спектрометрии (Spectr AA 110).
Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета
программ Statistica 6,0 for Windows. В группах определяли выборочную среднюю
( X ) и стандартную ошибку средней (sx) при соответствии распределения признака
закону нормального распределения, а также медиану (Ме) и межквартильные
интервалы [25%; 75%]. Достоверность межгрупповых различий средних величин
оценивали по t-критерию Стьюдента и U-критерию Манна-Уитни (Гланц С.
Медико-биологическая статистика: пер. с англ. – М.: Практика, 1998. – 459 с.).
Различия считали значимыми при Р≤0,05.
Результаты исследования
У горняков подземных рудников снижение костной прочности (КП)
установлено у 65,8%. Падение КП ниже -1,0 SD при этом выявлено в 42,6%
случаев, ниже -2,5SD – в 23,2% (таблица 3). Средние показатели Т-критерия у
групп мужчин с «остеопенией» по нижней трети дистального отдела лучевой
11
кости составили — 1,51±0,16 SD, с «остеопорозом» — 3,27±0,28 SD при
нормальных величинах 0,33±0,26 SD. Средние показатели Т-критерия по середине
диафиза большеберцовой кости составили соответственно: -1,85±0,13 SD; 3,60±0,34 SD и 0,55±0,08 SD. В контрольной группе обследуемых частота
выявления снижения КП была существенно реже, составляя в целом 39,8%, в том
числе «остеопения» обнаружена у 25,0%, «остеопороз» — у 14,8%.
Таблица 3 - Характеристика костной прочности у горняков и работников
наземных служб ОАО «УГОК» в зависимости от возраста (абс/%)
Возраст,
годы
Группы
От 2,0 до 1,0
От -1,1 до 2,5
От -2,6 и ниже
Итого
21-39
основная
57/44,5%
50/39,0%
21/16,4%
128
сравнения
14/70,0%
4/20,0%
2/10,0%
20
основная
87/32,7%
112/42,1%
67/25,2%
266
сравнения
30/60,0%
12/24,0%
8/16,0%
50
основная
27/25,5%
51/48,1%
28/26,4%
106
сравнения
21/55,3%
11/28,9%
6/15,8%
38
основная
171/34,2%
213/42,6%
116/23,2%
500
сравнения
65/60,2%
27/25,0%
16/14,8%
108
40-49
50-60
Итого
Т-критерий, SD
Обращает внимание высокая выявляемость снижения костной прочности у
мужчин молодого возраста, младше 50 лет. В то же время, после 50 лет
распространенность
снижения
костной
прочности
приближается
к
популяционной (Поворознюк В.В. Проблемы остеологii. – 2006. – Т.9 (додаток):
Мiжнародна науково-практична конференцiя «Остеопороз: эпiдемiологiя,
дiагностика, профiлактика та лiкування». – Евпаторий. – С. 92-93; Казимирко В.К.
Остеопороз: патогенез, клиника, профилактика и лечение – Киев: Морион, 2006. –
160 с.; Ершова О.Б. Остеопороз - мультидисциплинарная проблема
здравоохранения ХХI века: материалы научно-практической конеренции в рамках
Форума остеопороза. – СПб., 2012. - С. 23-27).
Распространённость снижения КП у горняков нарастала с увеличением
стажа работы на рудниках: при стаже 1-5 лет «остеопороз» выявлен у 5,6%, 6-10
лет – у 20,8%, 41 и более лет – 30,6%. «Остеопения» соответственно – у 52,4%,
608% и 54,3%.
У рабочих основной группы в плазме крови было снижено содержание Са и
Р, повышено Мg, что сопровождалось резким падением коэффициента Са/Мg.
Снижение содержания Са в крови приводит к повышению резорбции в костной
ткани. Дефицит Р способствует подавлению активности остеобластов с
ограничением минерализации костного матрикса (Marie P.J. J. Bone Miner. Res. –
1993. Vol.8. – P. 607-615).
Результаты определения КП и состояния фосфорно-кальциевого обмена
подтверждаются данными полученными при исследовании биохимических
маркёров ремоделирования костной ткани в плазме крови (таблица 4). У горняков
второй и третьей групп с выявленным снижением КП в плазме крови повышен
12
уровень С-концевых телопептидов коллагена типа I, а активность КЩФ
сохраняется на уровне группы сравнения, отражая процессы остеогенеза как
достаточно стабильные. Таким образом, в процессах ремоделирования у
горнорабочих, добывающих медно-цинковую колчеданную руду подземным
способом, превалирует резорбция костной ткани.
Таблица 4 – Уровень маркёров костного ремоделирования в плазме крови у
горняков подземных рудников, X ±sх
Группа рабочих, n=15
Показатели
β-Cross Laps,
нг/мл
КЩФ, Ед/л
Сравнения
1-я, от 2 до -1 SD
«норма»
2-я, от -1,1 до-2,5 SD
«остеопения»
1,85±0,09
2,09±0,13
Р=0,0342
2,68±0,16
Р=0,0083
3-я, от -2,6 SD и
ниже
«остеопороз»
2,85±0,19
Р<0,0001
22,0±4,53
24,1±3,43
21,3±2,34
20,8±2,39
Примечание: в этой и последующих таблицах P>0,05 не обозначены.
При определении гормонов обследованные рабочие были разделены на две
возрастные группы, поскольку после 40-45 лет происходит снижение секреции
тестостерона в год на 0,4% (Мсхалая Г.Ж., Калинченко С.Ю., Остеопороз и
остеопатии. – 2004. – № 1. – С. 26-32). У горняков с физиологическим уровнем
КП снижение медианы содержания тестостерона выявляется на уровне
тенденции, у горняков с низким и очень низким показателями КП – тестостерон
снижен статистически значимо (таблица 5). Содержание ПТГ в крови повышен,
характеризуя развитие явлений гиперпаратиреоза. Падение секреции тестостерона
Таблица 5 — Содержание некоторых системных гормонов у работников
ОАО «УГОК», Ме [25%; 75%]
Возраст
Группы
Тестостерон,
нМ/л
ФСГ, Ед/л
ЛГ, Ед/л
ПТГ, пг/мл
Сравнения, n=15
26,8[24,2;32,8]
13,6[11,8;16,6]
7,3[6,2;15,3]
22,3[17,5;25,8]
24,5[19,5;32,7]
14,8[11,6;17,2]
23,8[20,5;31,4]
19,1[14,6;25,3]
P=0,0132
P1=0,0356
19,5[13,1;28,9]
P=0,0077
P1=0,0289
20,4[16,1;24,8]
P=0,0084
P1=0,0109
20,5[15,8;26,4]
P=0,0276
P1=0,0188
10,4[6,2;15,3]
P=0,0463
15,3[8,4;16,2]
P=0,0001
P1=0,0001
14,6[10,3;17,3]
P=0,0001
P1=0,0016
20,1[16,8;25,6]
12,7[9,6;15,3]
6,8[5,9;10,3]
19,8[17,1;29,6]
1-я, n=10
20-39 лет
2-я, n=16
3-я, n=31
Сравнения, n=15
1-я, n=12
23,6[21,7;25,9] 16,3[14,2;20,7]
8,3[6,2;10,8]
15,8[13,0;24,2] 18,6[12,7;22,1] 11,9[9,5;15,7]
40-50 лет 2-я, n=16
P=0,0513
P=0,0244
P=0,0008
P1=0,0308
P1=0,2003
P1=0,0044
13,8[12,0;21,3] 17,9[12,3;20,9] 12,9[9,6;16,0]
3-я, n=16
P=0,0352
P=0,0347
P=0,0001
P1=0,0282
P1=0,4172
P1=0,0028
Примечания: Р — различия с группой сравнения, Р1 — с 1ой группой
27,4[20,1;28,8]
P=0,0483
P1=0,1126
29,2[19,3;42,7]
P=0,0346
P1=0,0462
20,3[16,6;22,6]
37,6[30,2;41,3]
P=0,0146
P1=0,0218
39,9[26,3;47,6]
P=0,0022
P1=0,0041
13
сопровождается у горняков повышением продукции гонадотропинов
гипоталамуса, свидетельствуя о сохранении физиологических механизмов
регуляции в гормональной оси гипоталамус-гипофиз-гонады.
Горняки в процессе работы в течение рабочей смены постоянно
контактируют с полиметаллической пылью руды. Для характеристики
длительного воздействия различных элементов, особенно при риске
интоксикации рекомендуется использовать определение их содержания в
образцах волос (Скальный А.В. Биоэлементы в медицине – М.: ИД «Оникс 21
век»; Мир, 2004. – 272 с.). Исследование некоторых элементов в образцах волос у
горняков выявили выраженное повышение относительно группы сравнения меди,
магния, цинка, ртути, свинца, хрома, кадмия, мышьяка и снижение селена, йода.
Эти результаты не противоречат данным, полученным другими авторами (В.П.
Чащин. Медицина труда и пром. экология. - 2007. - № 10. – С. 9-13).
Одним из механизмов патохимического действия ряда токсичных элементов
на метаболизм различных тканей является нарушение окислительного баланса.
Изучение
хемилюминесценции,
определение
содержания
продуктов
пероксидации и активность антиокислительной защиты показало, что под
влиянием полиметаллической пыли руды у горняков повышается уровень
окислительных процессов (увеличение спонтанной светимости и амплитуды
быстрой вспышки хемилюминесценции, содержания ТБК-активных продуктов) и
снижается ОАА плазмы крови (таблица 6). Повышение содержания ТБКактивных продуктов и снижение ОАА плазмы крови особенно интенсивно
происходит у горняков в первые 10 лет работы в подземных рудниках.
Таблица
6
–
Уровень
показателей
хемилюминесценции
и
липопероксидации, общая антиоксидантная активность плазмы крови у
горнорабочих, X ±sх
Группа
рабочих
Сравнения,
n=18
Основная,
n=45
Спонтанная
светимость,
усл.ед.
Показатели
Амплитуда
ТБК-акт.
быстрой
продукты, мкМ/л
вспышки, усл.ед.
ОАА, %
ингибирования
1,88±0,25
6,08±0,27
2,80±0,36
36,4±3,90
2,79±0,14
P<0,02
8,19±0,16
P<0,01
3,87±0,16
P<0,01
27,1±2,55
P<0,05
C целью уточнения основных механизмов снижения КП у горняков при
действии комплекса элементов рудничной пыли были проведены серии
экспериментов с длительным введением самцам крыс растёртого порошка медноцинковой колчеданной руды.
У подопытных животных при введении суспензии порошка руды
наблюдалось накопление в костях ряда элементов (таблица 7). Несмотря на
некоторые различия в зависимости от исследуемой кости, у подопытных
животных увеличено содержание цинка, марганца, стронция, железа, хрома,
кадмия, ртути и свинца, концентрация магния снижено, а меди не отличается от
контроля.
14
Таблица 7 - Содержание некоторых элементов в костной ткани у
экспериментальных животных при введении суспензии порошка руды в течение
трёх месяцев (мг/кг сухой массы кости)
Ткань и
группа животных
Cu
Трубчатая кость
контроль
0,71 198 3138
0,6
33,4 12,0 3,64
следы 0,0008 следы
Трубчатая кость
опыт
0,89 295 2237
1,41 56,3 31,9 4,08
0,0044 0,0045 0,0011
Нижняя челюсть контроль 1,08 192 2993
1,94 45,7 30,4 2,75
следы 0,0007 следы
3,91 70,6 48,7 3,36
0,0048 0,0040
Нижняя челюсть опыт
Zn
Mg
Mn
0,93 288 2638
Sr
Fe
Cr
Cd
Hg
Pb
0,001
Падение КП прочности, как правило, сопровождается снижением массы
кости, изменениями структуры и минерального обмена. У подопытных животных
при действии элементов руды в течение 3-х месяцев были установлены некоторое
снижение относительной массы костей периферического и лицевого скелета и
толщины кортикального слоя, уменьшение в плазме крови уровней Са и Р,
повышение – Мg, С-концевых телопептидов коллагена типа I при незначительных
изменениях активности КЩФ. Медиана содержания β-Cross Laps увеличилось с
0,555 [0.446; 0.648] нг/мл до 1,054 [0,624; 1,589] (Р=0,322), а активность КЩФ с
14,5 [11.6; 16.9] до 15,9 [13,8; 17,3] (Р=0,4216).
Усиление резорбции костной ткани при действии компонентов руды
подтверждаются активацией катаболизма основного белка межклеточного
матрикса - костного коллагена (таблица 8). У животных через 3 месяца введения
руды уровень БСО снижается, отражая уменьшение содержания коллагена, а СО
повышается, указывая на интенсификацию протеолиза коллагена.
Таблица 8 – Влияние элементов медно-цинковой колчеданной руды на
содержание в эпифизах бедренной кости фракций оксипролина и
гликозаминогликанов, Ме [25%; 75%]
Группы животных
БСО
Бедренная кость
Показатели, мкмоль/г ткань
СО
ГАГ
Бедренная кость
Бедренная кость
Контрольная,
n=12
3,55[3,15;3,65]
0,91[0,85;0,92]
1046[1034;1075]
Подопытная, n=15
2,70[2,4;3,2]
Р=0,00091
1,32[1,0;1,36]
Р=0,00009
1191[1126;1239]
Р=0,00128
У подопытных животных после трёхмесячной интоксикации компонентами
руды в крови снижались концентрации тестостерона, ФСГ, ЛГ, пролактина и
витамина D, а ПТГ – повышалась (рисунок 1).
В костной ткани при трехмесячном введении животным суспензии порошка
руды (таблица 9) наблюдается усиление оксидативных процессов - повышается
интенсивность радикалообразования как в интактной ткани (спонтанная
15
витамин Д
84% *
ПТГ
174%*
пролактин
146% *
ЛГ
80% *
ФСГ
85% *
тестостерон
64% *
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Рисунок 1 - Содержание некоторых гормонов и витамина D в плазме крови
у самцов крыс при интоксикации элементами медно-цинковой колчеданной руды
(в % к контролю)
Таблица 9 - Влияние интоксикации элементами руды на состояние
окислительной системы костей у крыс, Ме [25%; 75%]
Показатели
Спонтанная светимость,
усл. ед.
Амп. быстрой вспышки,
усл. ед.
Максимальная светимость,
усл. ед.
Светосумма,
усл. ед
ТБК-апр.,
нмоль/г ткани
ОАА,
%
СОД,
Е/мг белка
ГПО,
Е/мг белка
Каталаза,
мкмоль/мг белка
Группа животных
Контрольная, n=12
Подопытная, n=15
Эпифиз
Кость
Эпифиз
Кость
бедренной
нижней
бедренной
нижней
кости
челюсти
кости
челюсти
3,01
2,18
1,64
1,2
[2,85;3,98]
[1,82;2,56]
[1,46;1,89]
[1,03;1,4]
P=0,00014
P=0,00001
7,42
5,71
4,06
4,33
[6,26;9,30]
[5,15;6,3]
[3,57;4,52]
[4,1;4,7]
P=0,00002
P=0,0008
2,71
2,20
2,52
2,9
[2,21;3,18]
[1,83;2,50]
[2,31;2,91]
[2,56;3,18]
P=0,02990
7,05
5,57
4,87
5,77
[6,12;7,61]
[5,22;5,96]
[4,78;5,57]
[5,61;6,06]
P=0,00006
2,99
2,43
1,57
1,67
[2,54;3,43]
[2,16;2,83]
[1,43;1,82]
[1,43;1,8]
P=0,00015
P=0,00068
30,6
29,3
42,8
49
[25,9;34,3]
[24,6;36,6]
[35,9;48,3]
[45,8;52,9]
P=0,00108
P=0,00002
50,2
47,6
68,4
72
[42,9;53,3]
[42,9;52,2]
[62,9;73,3]
[68,6;75,7]
P=0,0003
P=0,00001
305
341
491
491
[300;326]
[315;376]
[462;511]
[468;523]
P=0,00011
P=0,0014
4,93
5,08
7,67
6,8
[4,51;5,68]
[4,76;5,72]
[7,23;8,07]
[6,47;7,17]
P=0,00001
P=0,00015
16
светимость), так и при инициации этих процессов ионами двухвалентного железа
(амплитуда
быстрой
вспышки),
а
также
содержание
продуктов
липопероксидации.
Одновременно
происходит
ингибирование
неферментативного (ОАА) и ферментативного звена антиокислительной защиты
(СОД, ГПО, каталаза). Таким образом, дисбаланс оксидативных процессов с
усилением свободнорадикального окисления при действии элементов руды,
прежде всего, тяжелых и высокотоксичных металлов (Hg, Pb, Cd и др.)
обусловлено суммацией активации окислительных и ингибирования
антиоксидантных компонентов этой системы в костной ткани. Изменения
минерального состава межклеточного матрикса, снижение витамина D и
гормональный дисбаланс дополняют патогенетические механизмы нарушений
метаболизма костной ткани.
Гистологическое исследование структуры бедренной кости и передней
части кости нижней челюсти подтвердило результаты биохимических
исследований, свидетельствующих об активации резорбтивных процессов на
фоне некомпенсированного остеогенеза. Гистологические изменения в структуре
костной ткани подопытных животных отражают развитие остеопенического
состояния с развитием деструктивно-дегенеративных процессов и нарушением
минерализации межклеточного матрикса (рисунки 2 и 3).
Диафиз бедра с надкостницей (1), общей Губчатое вещество эпифиза с трабекулами (1)
пластинкой (2), остеонами (3) и красным и костным мозгом (2) бедра у крысы
костным мозгом (4) у крыс контрольной контрольной группы.
группы.
Неравномерная
окрашиваемость
и
извилистость костных пластинок (1),
увеличенные размеры костных лакун (2),
отслойка цементирующей линии (3) остеона
диафиза бедра крысы подопытной.
Губчатое
вещество
с
выраженными
разветвлениями трабекул (1), отслойкой
красного мозга от костных балок (2) эпифиза
бедра крысы подопытной группы.
Рисунок 2 - Гистологическая картина эпифиза и диафиза бедренной кости
экспериментальных животных. Окраска гематоксилин-эозин. Микрофотография
(х400).
17
Специфические эффекты отдельных металлов связаны с особенностями их
метаболизма в тканях: с аффинностью к определенным функциональным группам
органических соединений, способностью к образованию металл белковых
комплексов с различными кинетическими характеристиками, возможностью
длительного воздействия на структуру — мишень, наличием различных
химических форм и др. (Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и
анализ токсикантов - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 1016 с .).
Многие металлы образуют прочные комплексы с аминокислотами и
другими биомолекулами, содержащими тио- или алкилтиогруппировки.
Формируя ковалентные связи с этими группами, металлы ингибируют активность
ферментов и/или нарушают целостность клеточных мембран. Кроме того,
возможна замена металлов в металлсодержащих биокомплексах с последующим
изменением их биологической активности. Ещё одним механизмом токсического
действия металлов является нарушение синтеза семейства цитохрома Р-450, что
приводит к нарушению биотрансформации других токсикантов и эндогенных
биологически активных веществ; гормонов, витаминов и др.
Пульпа (1), одонтобласты (2), предентин (3) Губчатая кость альвеолы нижней челюсти
и дентинные трубочки зуба нижней челюсти крысы контрольной группы.
крысы контрольной группы.
Структура костной ткани нижней челюсти Нарушения гистоструктуры губчатой кости
(1), нарушения структуры периодонтальной нижней челюсти крысы подопытной
связки корне зуба (2) крысы подопытной группы.
группы.
Рисунок 3 - Гистологическая картина костной ткани нижней челюсти
экспериментальных животных. Окраска гематоксилин-эозин. Микрофотография
(х400).
18
Окислительный стресс, вызываемый металлами, приводит к усилению ПОЛ
биологических мембран. Ионы Hg2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, Zn2+, обладающие высоким
сродством к SH-группам при окислительном стрессе стимулируют выход Са2+
через ионные каналы, дезорганизуют гомеостаз и ингибируют Са-, Мgсодержащие ферменты, нарушая функции митохондрий, энергетический обмен,
активируя фосфолипазы, протеиназы, гликозидазы и другие лизосомальные
ферменты (Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ
токсикантов - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 1016 с.; Abbas S. Toxicol. Sci. – 2013. –
Vol. 134, № 1. – P. 207-20; Arbon K.S. Food Chem. Toxicol. – 2012. – Vol. 50, № 2. –
P. 198-205; Jones E.R. Toxicol. Mech. Methods. – 2012. – Vol. 22, № 7. – P. 560-567).
Свинец, кадмий, стронций, магний, уран, радий способны встраиваться в
кристаллическую решетку гидроксиапатита, снижая минеральную прочность
кости и её метаболизм. Свинец распределяется по скелетному типу, наиболее его
высокая концентрация обнаруживается в зубах (Гильденскольд C.Р. Гигиена и
санитария. – 1992. - № 5-6. – С. 6-9; Vidaud C. Chem. Res. Toxicol. – 2012. – Vol.
25, № 6. – P. 1161-75; Lanocha N. Biol. Trace Elem. Res. – 2012. – Vol. 147, № 1-3. –
P. 103-12; Beier E.E. Environ. Health Perspect. – 2013. – Vol. 121, № 1. – P. 97-104).
Опосредованным механизмом остеопенического влияния элементов,
поступающих в организм рабочих поземных рудников, является изменения
гормонального статуса, прежде всего секреции гормонов, принимающих активное
участие в регуляции ремоделирования и метаболизма костной ткани — половых,
паратгормона, кальцитонина, Д-гормона. Действие главных гормонов,
регулирующих фосфорно-кальциевый обмен, реализуется через систему «кровькость», абсорбцию кальция и фосфата в кишечнике и их экскрецию почками.
Результаты определения тестостерона и паратгормона у горняков и самцов
крыс подопытной группы, экспонированных действием компонентов руды,
показывают снижение экскреции тестостерона и повышение паратиреоидного
гормона. У подопытных животных кроме того выявляется падение в
периферической крови витамина Д.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведённых экспериментов, исследования состояния костной
ткани и некоторых биохимических констант у горняков, добывающих руду
подземным способом, а также данные литературы позволяют представить
следующую обобщённую схему токсического действия компонентов (элементов)
медно-цинковой колчеданной руды на костную ткань (рис. 4). Таким образом,
ведущими патогенетическими механизмами токсического действия при
длительном поступлении элементов медно-цинковой колчеданной руды является
активация свободно-радикальных процессов и ингибирование компонентов
антиоксидантной защиты. Важное значение имеют также изменения
эндокринного статуса, поражение основных выделительных органов (печени,
почек), нарушения фосфорно-кальциевого обмена и возможность замены ионов
кальция в структуре кристаллов гидроксиапатита.
19
Сопоставимость и однонаправленность изменений метаболизма костной
ткани периферического скелета и нижней челюсти, а также других элементов
пародонта подтверждают сведения, имеющиеся в литературе, о взаимосвязи разПоступление тяжёлых металлов и
других токсических элементов руды
Активация
процессов свободнорадикального окисления
Изменения конформации
ферментов, рецепторов и др.
белков
Связывание SH- и
других
функциональных групп
Нарушения индукции
компонентов
антиоксидантрепонсивного элемента
Недостаточность механизмов
и ресурсов, регулирующих
свободнорадикальное окисление
и выделение токсичных металлов
Включение элементов в структуру
кристаллов гидроксиапатита
Повреждающее действие радикалов и метаболитов на мембраны,
структуру и функции биологически важных молекул
Нарушения метаболических и физиологических процессов тканей и органов
Изменение секреции гормонов,
регулирующих костный обмен
Повышение
секреции ПТГ
Снижение реабсорбции Са в почках,
абсорбции в кишечнике
Снижение продукции
тестостерона
Гипокальцемия
Костная ткань
Снижение функции остеобластов
и остеогенеза
Повышение активности остеоцитов,
остеокластов, резорбции (катаболизма) кости
Снижение МПК и костной прочности
Рисунок 4 - Обобщённая схема патогенетических механизмов снижения костной
прочности при действии элементов, содержащихся в медно-цинковой
колчеданной руде.
вития хронического генерализованного пародонтита с системным остеопорозом и
обнаруженную высокую частоту выявления нарушений стоматологического
статуса у горняков подземных рудников по сравнению с работниками наземных
20
служб того же горно-обогатительного комбината. Полученные результаты
экспериментальных исследований ещё раз подчёркивают важность исследования
МПК при хронических заболеваниях пародонта и, наоборот, при наличии
системного остеопороза — состояния стоматологического статуса неоднократно
постулируемого некоторыми авторами [Зекий А.С. Врач скорой помощи. - 2008. № 9. - С. 27-33; Арутюнов С.Д. Рос. стоматол. журн. - 2009. - № 1. - С. 23-26;
Артушкевич В.Г. Лечение и профилактика. – 2012. - №2 (3). – С. 42-47; Lopes E.
Rev. Bras. Gynecol. Obstet. - 2008. - Vol. 30, № 8. - Р. 379-384).
ВЫВОДЫ
1. У горных рабочих, добывающих медно-цинковую колчеданную руду
подземным способом, во всех возрастных группах снижение костной прочности
обнаруживается статистически значимо чаще, чем у работников наземных служб
горнодобывающего предприятия. С увеличением стажа работы по добыче руды
частота уменьшения костной прочности возрастает. Развитие остеопенического
синдрома у горняков подтверждается активацией костного ремоделирования с
превалированием резорбтивных процессов над остеогенезом, нарушением
фосфорно-кальциевого обмена.
2. У горняков наблюдается активация свободнорадикального окисления
липидов, снижение общей антиоксидантной активности плазмы крови,
повышение в крови содержания паратиреоидного гормона, снижение
тестостерона на фоне увеличения продукции гонадотропинов (ЛГ, ФСГ).
3. Моделирование хронической интоксикации элементами руды у самцов
экспериментальных животных сопровождается накоплением в костях
периферического и лицевого скелета содержания ряда тяжёлых металлов: меди,
цинка, стронция, железа, марганца, кадмия, свинца, ртути с усилением резорбции
костной ткани и катаболизма костного коллагена.
4. Хроническая интоксикация элементами руды приводит к дезорганизации
гистологической структуры трубчатых костей и костной ткани нижней челюсти
экспериментальных животных с развитием деструктивно-дегенеративных
процессов, со снижением массы и истончением кортикального слоя трубчатых
костей. У экспериментальных животных наблюдается также деминерализация
дентина зубов, нарушения структуры их связочного аппарата.
5. В усилении катаболических процессов в костной ткани со снижением её
прочности при действии элементов руды основную роль играют интенсификация
свободнорадикального окисления и ингибирование антиоксидантной защиты. На
это указывают активация в костной ткани процессов радикалообразования,
липопероксидации
и
карбонилирования
белков,
снижение
общей
антиокислительной
активности
и
активности
основных
ферментов
антиоксидантной защиты – супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и
каталазы.
6. Длительное поступление в организм самцов экспериментальных
животных элементов медно-цинковой колчеданной руды характеризуется
изменениями в периферической крови уровня ряда системных гормонов,
21
участвующих в регуляции метаболизма костной ткани: повышением
паратиреоидного гормона, снижением тестостерона. У животных, подвергшихся
воздействию элементов руды, наблюдается также снижение в плазме крови
содержания витамина Д, общего кальция и фосфора.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Высокая распространённость снижения костной прочности у горняков
горно-обогатительного комбината, добывающих медно-цинковую колчеданную
руду подземным способом, обосновывает необходимость проведения
систематического контроля состояния минеральной плотности костной ткани,
планирования
и
осуществления
целенаправленных
профилактических
мероприятий для предупреждения низкоинтенсивных малотравматичных
переломов костей.
2. В целях повышения резистентности и для предотвращения или
минимизации негативных эффектов производственной среды на организм
работников горнорудной промышленности, имеющих непосредственный контакт
с рудничной пылью, считаем целесообразным разработку персонифицированных
лечебно-профилактических
подходов,
учитывающих
индивидуальную
реактивность и основанных на мониторинге накопления токсичных элементов в
волосах и оценке состояния оксидантного статуса плазмы крови горнорабочих.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ
1. Аглетдинов, Э.Ф. Влияние полиметаллической пыли медноцинковых колчеданных руд на состояние минерального обмена и костной
ткани / Э.Ф. Аглетдинов, Н.В. Нургалеев, Е.Р. Фаршатова, Э.И. Таирова,
А.И. Алтынбаева, Г.В. Иванова, Ф.Х. Камилов, З.С. Терегулова, А.А.
Никоноров // Вестник Оренбурского государственного университета. – 2011. № 15 (134). – С. 15-18.
2. Аглетдинов, Э.Ф. Метаболизм костной ткани нижней челюсти при
действии элементов медно-цинковых колчеданных руд в эксперименте / Э.Ф.
Аглетдинов, Е.Р. Фаршатова, Н.В. Нургалеев, Л.М. Мустаева, Г.В. Иванова, Ф.Х.
Камилов // Медицинская наука – 2012: материалы Международной конференции
молодых ученых, посвящ. году благополучного детства и укрепления семейных
ценностей. – Уфа, 2012. – С. 6-10.
3. Фаршатова, Е.Р. Влияние на обмен костной ткани нижней челюсти
полиэлементов медно-цинковых колчеданных руд при хроническом воздействии
/ Е.Р. Фаршатова, Н.В. Нургалеев, Э.Ф. Аглетдинов, Ф.Х. Камилов // Остеопороз –
важнейшая мультидисциплинарная проблема здравоохранения ХХI века: в рамках
Форума остеопороза. – СПб., 2012. – С. 159-162.
4. Нургалеев, Н.В. Характеристика минерального обмена при действии
компонентов медно-цинковых руд в эксперименте / Н.В. Нургалеев, Э.Ф.
Аглетдинов, Е.Р. Фаршатова, Ф.Х. Камилов, Г.В. Иванова // Здоровье человека
22
ХХI века: сборник научных статей IV-й Российской научно-практической
конференции. – Казань, 2012. – С. 829-834.
5. Нургалеев, Н.В. Метаболизм костной ткани нижней челюсти при
длительном поступлении элементов медно-цинковых колчеданных руд в
эксперименте / Н.В. Нургалеев, Е.Р. Фаршатова, Э.Ф. Аглетдинов, Ф.Х.
Камилов // Медицинский вестник Башкортостана. - 2012. – № 5. - С. 78-81.
6. Нургалеев, Н.В. Гистологическая структура трубчатой кости у белых
крыс при действии компонентов медно-цинковых колчеданных руд / Н.В.
Нургалеев, Э.Ф. Аглетдинов, Е.Р. Фаршатова, Э.Р. Бикметова, И.А.
Меньшикова, Ф.Х. Камилов // Медицинский вестник Башкортостана. - 2013
– Т. 8, № 1. - С. 89-92.
7. Камилов, Ф.Х. Особенности обмена костной ткани при хронической
интоксикации элементами, содержащимися в медно-цинковых колчеданных
рудах / Ф.Х. Камилов, Е.Р. Фаршатова, Н.В. Нургалеев, Г.В. Иванова Э.Р.
Бикметова, И.А. Меньшикова // Медицинская наука и образование Урала. –
2013. - № 1. – С. 76-79.
8. Камилов, Ф.Х. Интенсивность ремоделирования костной ткани у
горнорабочих подземных рудников по добыче цветных металлов/ Ф.Х. Камилов,
Е.Р. Фаршатова, Н.В. Нургалеев, Э.Р. Бикметова, Г.В. Иванова // Здоровье
человека в ХХI веке: сборник научных статей V-ой Российской научнопрактической конференции. – Казань, 2013. – С. 747-753.
9. Нургалеев, Н.В. Показатели прочности и интенсивности ремоделирования
костной ткани у горнорабочих подземных рудников цветных металлов / Н.В.
Нургалеев // Бюллетень Северного Государственного Медицинского
Университета. – 2013. - № 1: Материалы VI Архангельской международной
конференции молодых ученых и студентов (к 80-летию Северного МГУ). – С.
133-134.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
БСО – белковосвязанный оксипролин
ПОЛ – перекисное окисление
ГАГ – гликозаминогликаны
липидов
ГПО – глутатионпероксидаза
ПТГ – паратгормон
КП – костная прочность
СО – свободный оксипролин
КЩФ – костная щелочная фосфатаза
СОД – супероксиддисмутаза
ЛГ – лютеинизирующий гормон
ТБК — тиобарбитуровая кислота
МПКТ – минеральная плотность
ТБК-РП – ТБК-реагирующие
костной ткани
продукты
ОАА – общая антиокислительная
ФСГ – фолликулостимулирующий
активность
гормон
ОЩФ – общая щелочная фосфатаза
23
На правах рукописи
Нургалеев Никита Валерьевич
ВЛИЯНИЕ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ КОЛЧЕДАННЫХ РУД
НА МЕТАБОЛИЗМ КОСТНОЙ ТКАНИ
03.01.04 - Биохимия
14.03.03 - Патологическая физиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Лицензия № 0177 от 10.06.96 г.
Подписано к печати 02.10.2013 г.
Отпечатано на ризографе с готового оригинал-макета,
представленного авторами.
Формат 60х84 1/16. Усл.-печ. л. 1,4.
Тираж 100 экз. Заказ № 119
450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3,
Тел.: (347) 272-86-31
ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России