Загрязнение окружающей среды фтористыми соединениями алюминиевого производства и их влияние на морфогенез костей (стр. 1 )

На правах рукописи

ШАЛИНА

ТАМАРА ИСМАИЛОВНА

ЗАГРЯЗНЕНИе ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ФТОРистыми СОЕДИНЕНИЯМИ алюминиевого производства и их ВЛИЯНИЕ НА МОРФОГЕНЕЗ КОСТЕЙ

14.00.07 – гигиена

14.00.02 – анатомия человека

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора медицинских наук

Иркутск – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию РФ

Научные консультанты:

академик РАМН,

доктор медицинских наук,

профессор

доктор биологических наук,

профессор

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук

доктор медицинских наук

доктор медицинских наук,

профессор

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Защита состоится «____» _________ 2009 года в ___ часов на заседании Диссертационного 208.032.02. при ГОУ ВПО «Иркутском государственном медицинском университете» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию РФ .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГМУ Росздрава

Автореферат разослан «____» ___________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор медицинских наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Размещение крупных промышленных комплексов на территории страны привело к загрязнению объектов окружающей среды до максимальных уровней. Неблагоприятная экологическая обстановка, связанная с высоким уровнем антропогенной нагрузки, представляет существенную проблему для крупных промышленных городов.

Особенно эта проблема в последние годы приобретает все большее значение в связи с возрастающим влиянием экологической ситуации на здоровье населения. Проведены многочисленные исследования, подтверждающие негативное влияние различных токсических веществ на здоровье населения (, 2001; , 2003).

Наиболее восприимчивой возрастной группой населения к воздействию экзогенных факторов является детская популяция. Детский организм более чувствителен, чем организм взрослого человека, к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды вследствие анатомо-физиологических особенностей ( и др., 2005; и др., 2002; 2001). Состояние здоровья детей в последнее десятилетие является актуальной проблемой, так как отмечается тенденция к увеличению частоты и тяжести заболеваний. Здоровье детского населения часто рассматривается как один из наиболее достоверных показателей степени загрязнения окружающей среды. В литературе накоплено достаточно большое количество фактов, свидетельствующих о прямой зависимости между состоянием здоровья детского населения и уровнями загрязнения атмосферного воздуха ( 2003).

Территория Иркутской области представлена предприятиями целлюлозно-бумажной отрасли, цветной металлургии, теплоэнергетики, которые оказывают воздействие на состояние экологической обстановки в регионе ( и др., 2002; , 2001; и др. 2003;). Особого внимания заслуживает алюминиевое производство, сопровождающееся выбросами в атмосферный воздух фтористых соединений, которые представляют высокую степень опасности для здоровья и приводят к росту профессиональной заболеваемости ( и др., 2003; 2001; , 2003; Xiang Zhen., 2002).

Фтор и его соединения обладают широким спектром действия ( и др., 2001; и др., 2003; и др., 2003; Qureshi Bashir., 2000). Основная биологическая роль фтора связана с его участием в процессе морфогенеза костей. Недостаточное поступление фтора в организм проявляется поражением эмали зубов (, 2001; , 2004; Vieira A. P. et al., 2005), при избыточном поступлении в организм фтор оказывает высокотоксичное действие, которое проявляется в виде эндемического или профессионального флюороза ( и др., 2004). Влияние соединений фтора на морфогенез костей изучено у взрослого населения, в основном, у лиц, занятых в производстве алюминия (, 1964; , 2004). Вместе с тем, не менее важной является необходимость изучения влияния соединений фтора на раннем этапе развития организма, в частности, на эмбриональный морфогенез костей. Изучение данного вопроса поможет определенным образом прогнозировать дальнейшее развитие скелета и предупредить возникновение патологии костно-мышечной системы. Тем не менее, сведения об особенностях эмбрионального морфогенеза костей в условиях высоких концентраций соединений фтора в окружающей среде в литературе крайне немногочисленны. Токсическое действие высоких концентраций соединений фтора, механизмы которого раскрыты при флюорозе, может реализоваться и на уровне эмбрионального морфогенеза, что неизбежно приведет к нарушению развития и структуры костей скелета. Не вполне выяснен вопрос о возможности кумуляции фтора в организме. В связи с этим, выявление особенностей развития костей в эмбриональный период и в растущем организме в условиях высоких концентраций соединений фтора в окружающей среде, а также закономерностей формирования на этой основе патологии опорно-двигательного аппарата может дать ценную информацию для разработки комплекса профилактических мероприятий в зонах размещения предприятий цветной металлургии.

Цель исследования: выявить закономерности морфогенеза костей в эмбриональный и постэмбриональный этапы онтогенеза при ингаляционном воздействии соединений фтора на население, проживающее в зоне размещения алюминиевого производства.

Для реализации поставленной цели последовательно решались следующие задачи:

1.  Дать гигиеническую оценку уровням загрязнения окружающей среды соединениями фтора в зоне размещения алюминиевого производства.

2.  Изучить состояние здоровья детского и подросткового населения, проживающего в зоне размещения алюминиевого производства и определить долю нарушений костно-мышечной системы.

3.  Исследовать рентгенологические характеристики костей кисти у детей в возрасте от 5 до 16 лет в зоне размещения алюминиевого производства.

4.  Изучить особенности гисто - и морфогенеза костей скелета в эмбриональном и плодном периодах онтогенеза человека в зоне размещения алюминиевого производства.

5.  В эксперименте, на модели хронической фтористой интоксикации, изучить влияние соединений фтора на морфогенез костей потомства.

Научная новизна Дополнены знания о специфическом влиянии соединений фтора в объектах окружающей среды на общую заболеваемость детского населения и морфогенез костей скелета. Впервые в сравнительной динамике за 15 лет прослежена зависимость морфогенеза костей от воздействия высоких концентраций фтористых соединений, поступающих ингаляционным путем. Впервые, на основании когортных рентгенологических исследований костей кисти у детей, доказано прогрессирование нарушений морфогенеза костей в условиях воздействия соединений фтора, циркулирующих в объектах окружающей среды. Приоритетными являются данные, подтверждающие проникновение соединений фтора через плаценту и их эмбриотоксическое действие. Раскрыты закономерности нарушения эмбрионального развития костей скелета под влиянием соединений фтора, которые выражаются в подавлении размножения столбчатого хряща пластинки роста и синтетической функции остеобластов, повышении резорбирующей функции остеокластов, торможении роста костей в длину и толщину. Установлена неравномерность и диспропорциональность роста костей скелета в длину и толщину в постэмбриональный период онтогенеза под влиянием высоких концентраций соединений фтора в окружающей среде.

Теоретическая значимость определяется разработанной концепцией токсического действия фтора на морфогенез костей в эмбриональном и постэмбриональном периодах онтогенеза человека. В соответствии с полученными результатами, соединения фтора способны проникать через плаценту в организм плода и модифицировать пластические процессы в формирующихся костях, что ведет к стимуляции процессов резорбции и замедлению синтетических и пролиферативных процессов, а в постэмбриональный период – к неравномерному и диспропорциональному росту костей, создавая основу для развития костной патологии.

Практическая значимость диссертационного исследования определяется его направленностью на решение актуальной проблемы профилактической медицины - сохранение здоровья подрастающего поколения в условиях техногенного прессинга. Учитывая высокую заболеваемость детского и подросткового населения, а также выраженные изменения показателей морфогенеза костей в условиях воздействия соединений фтора, аргументирована необходимость первоочередного проведения на экспонированных территориях профилактических мероприятий:

- внедрение системы биомониторинга (определение фтора в моче у детей и подростков);

- ежегодный осмотр организованного детского населения ортопедом;

- использование принципов лечебной физкультуры при проведении занятий по физической культуре в детских дошкольных и образовательных учреждениях.

В работе обоснована необходимость применения региональных критериев для определения биологического возраста у детей и подростков, проживающих на территориях высокого техногенного риска, которые были апробированы в течение 15 лет на базе Областной детской клинической больницы (акт внедрения от 05.04.94 г.).

Материалы исследования включены в систему Регионального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга окружающей среды и здоровья населения Иркутской области. (акт внедрения от 25.03.09г.). Положения теоретического и прикладного характера, сформулированные в диссертационном исследовании, используются в курсе лекций для студентов медико-профилактического, педиатрического и лечебного факультетов по общей гигиене, рентгеноанатомии, судебной медицине (акт внедрения от 22.07.94 г.).

Формы внедрения: методические рекомендации, информационное письмо в Управление Роспотребнадзора по Иркутской области от 21.07.09 г.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1.  Высокие уровни хронического ингаляционного воздействия фторсодержащих выбросов приводят к риску общетоксических и специфических эффектов среди экспонированного населения

2.  Длительное неблагоприятное влияние загрязнения окружающей среды фтористыми соединениями обусловливает рост и изменение структуры общей заболеваемости детского населения, увеличение доли болезней костно-мышечной, эндокринной систем, травм и отравлений, а также болезней системы кровообращения.

3.  Техногенное загрязнение окружающей среды соединениями фтора приводит к нарушению морфогенеза костей, которые регистрируются уже в плодном периоде эмбриогенеза и нарастают в постэмбриональном периоде в связи с кумуляцией фтора в организме.

4.  Нарушения остеогенеза проявляются в ухудшении кровоснабжения, подавлении размножения клеток пластинки роста, активации остеорезорбции, ослаблении остеогенеза, что приводит к формированию диспластических изменений в костях, выявляемых у 76% подростков.

Апробация полученных результатов. Материалы диссертации представлены на III, IV, V Конгрессах Международной Ассоциации морфологов (1996, 1999, 2000 гг.). На Всероссийской научно-практической конференции хирургов (г. Ставрополь 1999 г). На IV Съезде Российских морфологов с международным участием (г. Ижевск 1999 г). На V Съезде Российских морфологов с международным участием (г. Москва 2004 г). На региональной конференции «Актуальные проблемы морфологии» (г. Красноярск 2006 г). На расширенном заседании кафедр анатомии гистологии, цитологии и эмбриологии ИГМУ (Иркутск, 2008). На заседании проблемной комиссии ИГМУ «Гигиена и экология» (Иркутск 2009 г). На Всероссийской конференции «Профилактическая медицина в России: истоки и современность», с международным участием, посвященная 140-летию образования первой гигиенической кафедры в России (Казань, 2009).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 223 страницах по традиционному плану, включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов, изложение и обсуждение собственных результатов, заключение, выводы, список литературы из 263 научных работ, в том числе - 182 работ отечественных и 81 зарубежных авторов. Результаты исследований представлены на 117 рисунках в виде графиков, схем, фотографий рентгенограмм и в 27 таблицах.

Личный вклад автора заключается в определении концептуального направления исследования, определении темы, цели, задач исследования, разработке программы исследования, самостоятельном наборе плодного и экспериментального материала, проведении антропометрических исследований, анкетированного опроса, морфометрии костей кисти по рентгенограммам. Автором выполнен анализ и обобщение материала, сделаны выводы. Самостоятельно автором выполнено более 80% исследований.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 26 работ, в том числе 8 в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, методические рекомендации, 2 информационных письма.

ОБЪЕКТЫ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для выявления и оценки опасности воздействия соединений фтора на детское население, проживающего в зоне размещения предприятий алюминиевого производства разработана программа исследований, включающая несколько этапов: I этап – анализ данных о загрязнении окружающей среды соединениями фтора и общая заболеваемость детского и подросткового населения; II этап - скрининговое исследование детского и подросткового населения; III этап – рентгеноанатомическое исследование костей кисти у детей 5-16 лет; IV этап – морфологическое исследование остеогенеза у плодов человека на экспонированных территориях; V этап – экспериментальное исследование нарушений морфогенеза костей в условиях хронического воздействия соединений фтора.

Объектами исследования являлись состояние окружающей среды и здоровье детей детских дошкольных и образовательных учреждений в возрасте от 5 до 16 лет, человеческие плоды, полученные в гинекологических клиниках, детской прозектуре в промышленных городах, отличающихся степенью загрязнения окружающей среды соединениями фтора, а также потомство крыс с фтористой интоксикацией. На основании анализа материалов государственных служб надзора за 90-е и 2000-е годы, в качестве опытной территории был выбран г. Шелехов (население более 50 тыс.), в качестве контрольной территории - г. Иркутск (население более 600 тыс.).

Объем проведенных исследований, и источники информации представлены в таблице 1.

Методы гигиенической оценки окружающей среды. Анализ загрязнения соединениями фтора объектов окружающей среды (атмосферного воздуха и почвы), городов, расположенных в зоне влияния -СУАЛ» за последние 15 лет проведен по данным ФГУЗ ЦГ и Э Иркутской области.

Гигиеническая оценка состояния окружающей среды дана в соответствии с действующими нормативными документами в области охраны здоровья населения и санитарно-гигиенического благополучия. Изучены источники загрязнения атмосферного воздуха и почвы гг. Шелехов и Иркутск. Качество атмосферного воздуха городов характеризовалось валовыми выбросами за гг., фактическим содержанием примесей в воздушном бассейне селитебной территории. Изучение загрязнения атмосферного воздуха и оценка экспозиции проводилась по 15 показателям, основные из которых: углерода оксид, взвешенные вещества, азота диоксид, фториды твердые и газообразные, формальдегид и бенз(а)пирен.

Таблица 1.

Программа и объем исследований

Объекты	Показатели	Объем исследований	Источник информации
Характеристика объектов окружающей и природной среды	Содержание фторидов: в атмосферном воздухе	13727 проб	ДанныеФГУЗ ЦГ и Э, промышленных лабораторий (Ф.18).
валовые выбросы специфических веществ	е гг.	ДанныеФГУЗ ЦГ и Э
в почве	1584 проб	Данные ГМС
Характеристика здоровья детей	Общая заболеваемость детей и подростков	г. Шелехов г. Иркутск	Данные департамента здравоохранения (Ф.12).
Рентгенологическое исследование костей кисти у детей 5-16 лет Рентгеноантропометрические параметры костей кисти у детей 5-16 лет	394 человек 394 Rn-граммы костей кисти	ГКБ г. Шелехов Поликлиника №1, №2 г. Иркутск Собственные исследования
Содержание фтора в биологических средах (моча)	130 человек	Лаборатория физико-химических исследований Ангарского филиала РАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН НИИ МТ и ЭЧ.
Анкетирование (наступление менархе)	2485 человек	Собственные исследования
Антропометрия	10009 человек	Собственные исследования
Плоды человека	Бедренные кости	70 образцов	Собственные исследования
Эксперимент	Бедренные кости и кости кисти	62 образцов	Собственные исследования
Оценка риска	Определение коэффициентов и индексов опасности		Руководство Р 2.1.10.1920-04

Загрязнение атмосферного воздуха характеризовалось максимально разовыми и среднегодовыми концентрациями. Гигиеническая оценка давалась в соответствии ГН 2.1.6.1338–07; ГН 2.1.6.1983-05. Суммарное загрязнение воздушного бассейна проведено с использованием суммарного показателя «Ксум», предложенного (1995). Для фтористых соединений рассчитан коэффициент потенцирования, величина которого не должна превышать 0,8.

Для оценки возможного неблагоприятного влияния атмосферного воздуха на здоровье населения рассчитывались коэффициенты и индексы опасности по Р 2.1.10.1920-04.

Загрязнение почвы оценивалось по содержанию химических ингредиентов в горизонтах 0-5 и 0-20 см по 5 реперным участкам на расстоянии от ИркАЗ: 0,5; 2; 3; 4; 30 км. Уровень загрязнения почвы оценивался по суммарному показателю загрязнения почвы Zсум.

В соответствии с поставленными задачами, изучена динамика и структура общей заболеваемости детей и подростков, кодирование классов болезней проведено в соответствии с МКБ-10. В ходе скринингового осмотра проведен опрос по специально разработанной анкете и антропометрическое обследование детей и подростков в возрасте 5-16 лет. Для подтверждения экспозиции соединениями фтора проведено определение концентрации фтора в моче у детей.

Метод определения фтора в моче. Фтор определяли потенциометрическим методом с использованием фторселективного электрода в комплекте с pH метром в соответствии (МУК 4.1.773 – 99) в аккредитованной лаборатории НИИ МТ и ЭЧ.

Рентгенологические методы. Рентгенограммы костей кисти изучены у 394 детей в возрасте от 5 до 16 лет (табл.2). Все обследованные дети были разделены на 3 возрастных группы (, 1982): первое детство (5-7 лет), второе детство (8-12 лет), подростки (13-16 лет).

Таблица 2.

Распределение детей по возрасту и месту проживания.

Возраст	Место проживания
г. Шелехов	г. Иркутск
девочки	мальчики	девочки	мальчики
5-7 лет	28	36	23	10
8-12 лет	43	41	39	23
13-16 лет	33	51	33	34
ВСЕГО:	104	128	95	67

У обследуемых детей по рентгенологическим снимкам проводился анализ морфометрических показателей, таких как толщина стенки диафиза, ширина костномозгового канала, толщина метаэпифизарной зоны роста, длина пястных костей кисти, а также длина проксимальных, средних и дистальных фаланг пальцев кисти. Измерения костей проводились при помощи скользящего цирк6). Оценка рентгенограмм детей различных возрастных групп проводилась с учетом возрастных особенностей скелета по схеме (, 1990; , 1976).

У 29 детей, из 76 обследованных в 1993-94 гг. в возрасте 3-7лет и достигших к гг. возраста 13-17 лет, проведен мониторинг рентгенологических изменений костей кисти.

В работе соблюдались этические принципы, предъявляемые Хельсинской Декларацией Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki; 2000). Обследование детей проводилось с письменного согласия родителей.

Морфологические методы. С целью выяснения влияния повышенных концентраций фтора во внешней среде на формирование костей в эмбриогенезе исследованы 70 бедренных костей плодов человека от 15 до 29 недель внутриутробного развития. Материал был набран в городской детской прозектуре и в акушерско-гинекологических клиниках после медицинских абортов и выкидышей и распределен по срокам эмбрионального развития, которые определялись по теменно-копчиковой длине ( и соавт., 1997). Материал для гистологических исследований фиксировали в 10% нейтральном формалине, и после декальцинации (, 1972) экспериментальный материал заливали в парафин, а материал человеческих плодов – в целлоидин. Срезы окрашивали гематоксилин–эозином, а также пикрофуксином по методу Ван Гизон (,1969). Получали парафиновые срезы толщиной 7-9 мкм, целлоидиновые срезы толщиной 10-15 мкм. На срезах, с помощью морфометрических методов (,1990), определяли ряд параметров. У плодов - толщину перихондральной манжетки или стенки диафиза у животных, толщину энхондральной кости сросшейся с манжеткой или стенкой диафиза, толщину костных балок манжетки или стенки диафиза, а также пластинку роста и количество сосудов проросших из надхрящницы в эпифиз. Морфометрия гистологических препаратов проводилась с помощью сетки (,1990) и на Модульном микроскопе Olympus модели CX41 с компьютерной системой анализа изображений Image Scope Color – M.

Экспериментальная модель фтористой интоксикации выполнена в Ангарском филиале учреждения Российской академии медицинских наук Восточно-Сибирского научного центра экологии человека Сибирского отделения Российской академии медицинских наук – НИИ медицины труда и экологии человека. Институт соответствует установленным требованиям по разработке санитарно-гигиенических и эпидемиологических нормативных документов и имеет Сертификат аккредитации Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия №СА 13.98 от 01.01.2001г. и Аттестат аккредитации испытательной лаборатории №ГОЗН. КГ. ЦОА.149, зарегистрированный в Государственном реестре №РООСС. КГ 0001.510164 от 01.01.2001г. Свидетельство об участии в Федеральной системе внешней оценки качества клинических лабораторных исследований – 2005г. №/05.