Статья опубликована на с. 66-73
Введение
Здоровье детей и подростков является, с одной стороны, неотъемлемой составляющей понятия богатства нации, а с другой — наиболее ярким показателем ее благополучия, состояния экономической и социальной сфер [2, 8, 10, 11]. Следовательно, изучение факторов, влияющих на состояние здоровья, остается одним из актуальных медико-социальных направлений, особенно в обществе, где до сих пор не преодолена тенденция к снижению уровня жизни населения, обусловленная демографическими и экономическими кризисами [14, 16, 17].
В настоящее время из-за экологического неблагополучия более 90 % детей рождаются с наличием какой-либо патологии или предпатологии. В связи с этим около 20 % всех трудовых потерь по болезни в системе производства материальных благ происходит из-за болеющих детей [4, 13].
До настоящего времени комплексно не исследовалось влияние промышленных аэрополлютантов на иммунные и метаболические показатели детей 12–14 лет, проживающих в разных хозяйственных зонах Луганской области. Не изучалось состояние фагоцитарной, клеточной, гуморальной систем иммунитета, интерлейкиновый и интерфероновый статусы. Имеются единичные работы, в которых приведены данные об активности перекисного окисления липидов (ПОЛ), ферментов системы антиокислительной защиты (АОЗ) [6, 15], а также о состоянии простагландиновой системы [7] организма детей среднего школьного возраста. Недостаточно исследованным аспектом остается также профилактика развития иммунных и метаболических нарушений у детей, проживающих в экологически загрязненных регионах [3, 5, 12].
Цель исследования: разработать патогенетически обоснованный способ коррекции иммунных и метаболических показателей у детей среднего школьного возраста, подвергающихся влиянию промышленных аэрополлютантов.
Материалы и методы
Под нашим наблюдением находилось 233 ребенка в возрасте от 12 до 14 лет (средний возраст — 13,4 ± 0,7 года), в том числе 129 мальчиков (55,4 %) и 104 девочки (44,6 %). Их относили к среднему школьному возрасту, или подростковому (10, 11–15 лет, возраст IV–VIII классов) [1].
Для выполнения задач нашего исследования мы обследовали детей, проживающих в разных зонах Луганской области, на территории которой достаточно обособленно сосредоточились 3 типа перерабатывающей антропогенной деятельности: промышленно-производственная, сельскохозяйственная и рекреационная [9].
Изучался иммунный и метаболический статус детей 12–14 лет, проживающих в разных хозяйственных зонах Луганской области; влияние промышленных аэрополлютантов на количественные и качественные характеристики клеточного и гуморального звеньев иммунитета, а также на активность ПОЛ, ферментативной системы АОЗ и систему простагландинов детей 12–14 лет, проживающих в трех хозяйственных зонах Луганской области.
Методы исследования: химические (определение в воздухе пыли, сажи, диоксида серы, сероводорода, оксидов углерода и азота, аммиака, фенола, формальдегида, серной кислоты, бенз(а)пирена, фтористого водорода, хлористого водорода, нитрохлорбензола, анилина, бензола, солей тяжелых металлов (железа, кадмия, марганца, меди, никеля)), иммунологические (определение в крови нейтрофилов, моноцитов и их фагоцитарной активности; Т-лимфоцитов и их субпопуляций, В-лимфоцитов, натуральных киллеров (НК-лимфоцитов) и их цитотоксичности, иммуноглобулинов (Іg) классов М, G и А); биохимические (количественное определение диеновых конъюгатов (ДК), малонового диальдегида (МДА), простагландинов — ПГЕ2, ПГF2α, 6-кето-ПГF1α, тромбоксана — ТхВ2, активности каталазы и супероксиддисмутазы (СОД)); статистические (метод вариационной статистики).
Результаты исследования
Установлено, что повышенное содержание промышленных загрязнителей в воздушных массах промышленных зон угнетает функциональную активность нейтрофилов и моноцитов крови детей 12–14 лет. Отмечено, что степень снижения показателей фагоцитоза и секреции моноцитами и нейтрофилами медиаторов прямо зависит от степени загрязнения поллютантами воздуха промышленных зон. Результаты проведенного исследования фагоцитарной активности нейтрофилов и моноцитов, изолированных из периферической крови детей среднего школьного возраста, проживающих в разных промышленных зонах Луганской области, представлены в табл. 1.
Как следует из приведенных в табл. 1 данных, наиболее высокая фагоцитарная активность нейтрофилов и моноцитов крови наблюдалась у здоровых детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне Луганской области, где имела место наименьшая степень загрязнения воздуха промышленными поллютантами. Зарегистрированные при этом показатели были приняты нами в качестве референтной нормы. В отличие от практически здоровых детей среднего школьного возраста, проживающих в сельскохозяйственной зоне, в группе аналогичных детей, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, изучаемые показатели фагоцитарной активности нейтрофилов и моноцитов периферической крови оказались существенно сниженными. Так, фагоцитарный индекс (ФИ) нейтрофилов в анализируемой группе детей составил в среднем 69,7 ± 3,5 %, что оказалось в 1,2 раза ниже, чем у детей, проживающих в сельскохозяйственной зоне (р < 0,05). Кроме того, сниженной оказалась и поглотительная способность нейтрофилов, о чем свидетельствовало уменьшение фагоцитарного числа (ФЧ) нейтрофилов до среднего уровня 7,7 ± 0,4 у.е. против 9,4 ± 0,5 у.е. у здоровых детей — жителей сельскохозяйственной зоны (степень снижения 1,22 раза, р < 0,05).
У практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, ФИ моноцитов был в 1,19 раза ниже аналогичного показателя в группе детей, проживающих в зоне сельского хозяйства. Для ФЧ моноцитов подобное снижение составило 1,18 раза. В обоих приведенных сопоставлениях различия между сравниваемыми показателями были статистически достоверными — р < 0,05. ФИ нейтрофилов в названной группе детей составил в среднем 66,8 ± 3,3 %, а ФЧ нейтрофилов — 7,3 ± 0,4 у.е., что оказалось в 1,25 и в 1,29 раза ниже аналогичных показателей в группе здоровых детей того же возраста, но проживающих в экологически чистой сельскохозяйственной зоне соответственно (р < 0,01 в обоих случаях сравнения). ФИ нейтрофилов у здоровых детей, проживающих в зоне химической промышленности с наибольшим уровнем промышленных загрязнителей в воздухе, был в 1,25 раза ниже, чем в группе здоровых детей 12–14 лет — жителей сельскохозяйственной зоны (р < 0,01), а также в 1,04 раза ниже (р > 0,1) показателя, зарегистрированного в группе детей этого же возраста, но проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности. Подобные различия для ФЧ моноцитов составили 1,24 и 1,06 раза соответственно (р < 0,01 и р < 0,05). Существенный интерес представляло также изучение влияния промышленных загрязнителей, содержащихся в воздухе, на секреторную способность нейтрофилов и моноцитов крови практически здоровых детей — жителей разных промышленных зон. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 2.
Как следует из приведенных в табл. 2 данных, наиболее высокие концентрации изучаемых медиаторов, спонтанно секретируемые in vitro культурами нейтрофилов и моноцитов, были зарегистрированы у практически здоровых детей, проживающих в сельскохозяйственной зоне Луганской области как в наиболее благополучной по показателям содержания в воздухе промышленных загрязнителей. Полученные при этом результаты исследования были приняты в качестве референтной нормы.
В культурах нейтрофилов, изолированных из крови практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, секреция интерлейкина (ИЛ)-6 оказалась в 1,19 раза ниже аналогичного показателя практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне Луганской области (р < 0,05), что свидетельствовало о недостаточности секреторной активности нейтрофилов по данному показателю.
Аналогичная ситуация наблюдалась и в отношении секреции нейтрофилами ИЛ‑8 и фактора некроза опухоли альфа (ФНО-α). Еще более выраженное угне–тение способности нейтрофилов периферической крови секретировать ИЛ‑6, ИЛ‑8 и ФНО-α наблюдали в группе практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в наиболее загрязненной промышленными поллютантами зоне химической промышленности. Полученные результаты позволили отметить следующее.
В конце инкубации in vitro культур нейтрофилов, изолированных из крови указанных выше детей, уровень ИЛ‑6 в культуральной жидкости составил в среднем 1,78 ± 0,09 пг/мл против 2,30 ± 0,12 пг/мл и 1,91 ± 0,10 пг/мл в группах детей, проживающих в сельскохозяйственной зоне и зоне металлургической и коксохимической промышленности (снижение — 1,29 и 1,09 раза соответственно; р < 0,01 в первом случае сравнения, р > 0,05 — во втором случае). Для ИЛ‑8 и ФНО-α аналогичные различия составили 1,29, 1,08 и 1,28, 1,06 раза соответственно (различия статистически значимы в первом и третьем случаях сопоставления).
Уровень спонтанной секреции ИЛ‑6 в культурах моноцитов крови у детей группы референтной нормы (зона сельского хозяйства) в конце эксперимента составил в среднем 3,10 ± 0,15 пг/мл. Вместе с тем у детей — жителей зоны металлургической и коксохимической промышленности аналогичный показатель был в среднем равен 2,64 ± 0,13 пг/мл, что оказалось в 1,17 раза ниже (р < 0,05). Снижение секреции ИЛ‑6 в культурах моноцитов, изолированных от практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в зоне химической промышленности, составило 1,26 раза, то есть было наибольшим (р < 0,01).
Спонтанная продукция ИЛ‑8 в культурах моноцитов in vitro была также наиболее высокой у детей — жителей сельскохозяйственной зоны — 2,6 ± 0,1 пг/мл. По сравнению с приведенным показателем спонтанная продукция ИЛ‑8 в суспензиях моноцитов, изолированных от детей, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, оказалась ниже, чем в указанных выше группах детей, — в 1,19 и в 1,05 раза соответственно (р < 0,01 и р > 0,1). Уровень промышленных загрязнителей, содержащихся в воздушных массах, влиял и на индуцированную способность нейтрофилов и моноцитов продуцировать указанные ранее медиаторы. Результаты проведенного исследования представлены в табл. 3. Секреция изучаемых медиаторов была наибольшей в культурах нейтрофилов и моноцитов, выделенных из крови практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне Луганской области. Полученные при этом данные были приняты в качестве референтной нормы. Аналогичные уровни секреции изучаемых медиаторов в группах практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, а также в зоне химической промышленности, оказались существенно ниже.
У детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне, стимулированная секреция ИЛ‑6 нейтрофилами крови составила в среднем 12,4 ± 0,6 пг/мл. В то же время стимулированная секреция ИЛ‑6 в культурах нейтрофилов, выделенных из крови практически здоровых детей, жителей зоны металлургической и коксохимической промышленности, оказалась в 1,19 раза ниже (р < 0,05). Уровень ИЛ‑6 в культурах нейтрофилов детей, проживающих в зоне химической промышленности, также оказался ниже, чем показатель референтной нормы (снижение — 1,27 раза, р < 0,01), а также в 1,06 раза ниже (р > 0,05), чем в предыдущей анализируемой группе детей. То есть в наиболее благоприятной зоне по содержанию в воздухе промышленных загрязнителей наблюдалась наименьшая стимулированная секреция ИЛ‑6.
При сравнении секреции ИЛ‑8 между группами практически здоровых детей — жителей разных промышленных зон оказалось, что наиболее высокие концентрации стимулированной продукции ИЛ‑8 были у детей из сельскохозяйственной зоны. Средний уровень ИЛ‑8 в данной группе детей оказался выше, чем у детей из зоны металлургической и коксохимической промышленности, в 1,19 раза, а против уровня ИЛ‑8 в группе детей из зоны химической промышленности — в 1,3 раза (в обоих случаях сравнения различия статистически достоверны).
Стимулированная секреция ФНО-α в культурах нейтрофилов, изолированных из периферической крови практически здоровых детей, проживающих в сельскохозяйственной зоне, составила в среднем 10,5 ± 0,5 пг/мл против 8,8 ± 0,4 пг/мл и 8,4 ± 0,4 пг/мл в группах аналогичных детей, жителей зоны металлургической и коксохимической промышленности соответственно (превышение — 1,19 и 1,25 раза; р < 0,05, р < 0,01). В то же время уровни ФНО-α в культурах нейтрофилов от детей двух последних промышленных зон достоверно не отличались (различие составило 1,05 раза).
Результаты исследования показателей клеточного иммунитета у практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в разных зонах Луганской области, представлены в табл. 4. Состояние клеточного звена иммунитета практически здоровых детей 12–14 лет существенно различается в зависимости от зоны их проживания. Наиболее высокие показатели клеточного иммунитета имели место в группе детей, являющихся жителями сельскохозяйственной зоны, в связи с чем все изучаемые показатели данной группы были приняты в качестве референтной нормы.
Напротив, у практически здоровых детей того же возраста, но проживающих в зонах с повышенным содержанием в воздухе промышленных загрязнителей, подавляющее большинство изучаемых показателей клеточного иммунитета было существенно снижено. При этом наиболее значительное снижение имело место в группе практически здоровых детей 12–14 лет, являющихся жителями зоны химической промышленности. Менее выраженное угнетение клеточного звена иммунитета регистрировали в группе практически здоровых детей среднего школьного возраста, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности.
Результаты исследования гуморальных показателей иммунитета у детей 12–14 лет, являющихся жителями разных зон Луганской области, представлены в табл. 5. Как следует из приведенных данных, минимальные концентрации общих циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) и их фракций, а также максимальные уровни иммуноглобулинов, интерлейкинов, ФНО-α и интерферона альфа (ИФН-α) наблюдали у практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне. Полученные результаты исследования указанной группы детей были приняты в качестве референтной нормы. Напротив, в группах практически здоровых детей 12–14 лет, являющихся жителями промышленных зон с повышенным содержанием в воздушных массах промышленных загрязнителей, изучаемые показатели гуморального звена иммунитета оказались существенно измененными. При этом степень выраженности выявленных нарушений зависела от степени загрязнения воздуха зон проживания промышленными поллютантами.
В группе практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне, средний уровень общих ЦИК в сыворотке крови составил 1,84 ± 0,09 г/л. В то же время содержание общих ЦИК в крови практически здоровых детей аналогичного возраста, но являющихся жителями зоны металлургической и коксохимической промышленности, достигло в среднем 2,16 ± 0,11 г/л, что было в 1,17 раза выше, чем в предыдущей группе детей (р < 0,05). Увеличение концентрации общих ЦИК в сыворотке крови практически здоровых детей среднего школьного возраста, жителей зоны химической промышленности, составило 1,21 раза (р < 0,05). Этот же показатель был недостоверно (в 1,03 раза) выше такового у детей, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности.
У детей, жителей промышленных зон, содержание иммуноглобулинов указанных классов в сыворотке крови было существенно ниже. Так, в группе практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, концентрация сывороточного IgM оказалась в 1,18 раза ниже, чем это имело место у детей, являющихся жителями сельскохозяйственной зоны. У практически здоровых детей старшей школьной группы — жителей зоны химической промышленности концентрация IgM в сыворотке крови была ниже таковой в двух предыдущих группах в 1,24 и 1,05 раза (р < 0,01 и р > 0,05).
Сходная ситуация наблюдалась и в отношении IgG и IgА. Так, по сравнению с референтной нормой содержание IgA в крови практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, а также в зоне химической промышленности, оказалось соответственно в 1,2 и в 1,25 раза ниже (р < 0,05 и р < 0,01). Для IgA подобные различия в указанных группах детей составили 1,18 и 1,31 раза (в обоих случаях сравнения разница статистически достоверна).
Результаты проведенного исследования метаболического статуса здоровых детей среднего школьного возраста, проживающих в разных промышленных зонах, представлены в табл. 6. Наименьшие концентрации продуктов метаболизма ПОЛ и арахидоновой кислоты, играющих существенную роль в воспалительных процессах, имели место у практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в сельскохозяйственной зоне Луганской области, в связи с чем данные показатели были приняты в качестве референтной нормы. Кроме того, к референтной норме были отнесены активность ключевых ферментов системы АОЗ — каталазы и СОД, а также значения коэффициентов Ф, ПГЕ2/ПГF2α и 6-кето-ПГЕ1α/ТхВ2, выведенные из полученных данных, характеризующих ПОЛ и метаболизм арахидоновой кислоты. Все последующие сравнения проводили относительно этих референтных показателей.
У практически здоровых детей 12–14 лет, проживающих в промышленных зонах, наблюдается существенное увеличение в сыворотке крови концентраций как промежуточных, так и конечных метаболитов ПОЛ — ДК и МДА соответственно. При этом степень указанного увеличения этих метаболитов оказалась не–одинаковой, а зависела от концентрации промышленных загрязнителей в воздухе зон проживания детей.
Так, в крови практически здоровых детей среднего школьного возраста, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, содержание ДК в сыворотке крови оказалось в 1,26 раза выше аналогичного показателя, принятого в качестве референтной нормы (р < 0,05). Увеличение уровня МДА для детей зоны металлургической и коксохимической промышленности составило 1,16 раза (р < 0,05).
Сходная ситуация наблюдалась и в группе практически здоровых детей, проживающих в зоне химической промышленности, однако зарегистрированные при этом концентрации сывороточных ДК и МДА были заметно выше таковых у детей — жителей зоны металлургической и коксохимической промышленности.
Существенный интерес представляло также изучение в крови детей активности ключевых ферментов системы АОЗ — каталазы и СОД. Как оказалось, активность указанных ферментов в сыворотке крови детей из промышленных зон была повышенной относительно таковой у детей сельскохозяйственной зоны проживания, что, вероятно, являлось компенсаторной реакцией системы АОЗ на активацию процессов пероксидации липидов.
Выводы
— Промышленные аэрополлютанты угнетают фагоцитарную и секреторную функции нейтрофилов и моноцитов периферической крови практически здоровых детей 12–14 лет, что проявляется снижением ФИ, ФЧ, спонтанной и индуцированной липополисахаридом секреции ИЛ‑1, ИЛ‑6, ИЛ‑8 и ФНО-α. Угнетение фагоцитарной и секреторной активности нейтрофилов и моноцитов возрастает по мере увеличения концентрации промышленных аэрополлютантов.
— Проживание в зонах с повышенным содержанием в воздухе промышленных поллютантов отрицательно влияет на состояние клеточного звена иммунной системы детей 12–14 лет, что проявляется снижением в периферической крови содержания лейкоцитов, лимфоцитов, СD4+-, СD8+-, СD22+- и СD25+-клеток, формированием супрессорного варианта иммунодефицита и нарушением количества СD16+-лимфоцитов при угнетении их цитотоксической активности. С увеличением концентрации промышленных аэрополлютантов нарушения клеточного звена иммунитета возрастают. Наиболее значительные изменения имеют место у детей, проживающих в зоне металлургической и коксохимической промышленности, тогда как менее выраженные нарушения с формированием в 24,7 % случаев гипосупрессорного варианта иммунодефицита наблюдают у детей, проживающих в зоне химической промышленности. Нарушения клеточного звена иммунитета отсутствуют у детей — жителей зоны сельского хозяйства.
— Промышленные аэрополлютанты вызывают у детей 12–14 лет нарушения гуморального звена иммунитета, что выражается в накоплении в крови ЦИК, преимущественно за счет наиболее патогенных средне- и мелкомолекулярных фракций, при снижении удельного веса крупномолекулярных иммунных комплексов; развитии гипоиммуноглобулинемии; в снижении в крови содержания ИЛ‑1, ФНО-α при увеличении концентрации ИЛ‑6. Степень выраженности изменений гуморального звена иммунитета прямо зависит от концентрации в воздухе промышленных поллютантов. Наи–большие нарушения показателей гуморального звена иммунной системы имеют место у детей, проживающих в зоне химической промышленности, при отсутствии нарушений у детей — жителей сельскохозяйственной зоны.
— Промышленные аэрополлютанты отрицательно влияют на метаболический статус практически здоровых детей 12–14 лет, что выражается в интенсификации в организме детей процессов ПОЛ с увеличением в крови ДК и МДА; в накоплении ПГЕ2, ПГF2α, 6-кето-ПГF1α и ТхВ2; в повышении активности сывороточных ферментов системы АОЗ (каталазы и СОД), при тенденции к снижению баланса в системах ПОЛ/АОЗ, ПГЕ2/ПГF1α и 6-кето-ПГF1α/ТхВ2. Наибольшие метаболические нарушения имеют место у детей, проживающих в зоне химической промышленности, при отсутствии нарушений у жителей сельскохозяйственной зоны.