Одной из особенностей экологически обусловленных интоксикаций является латентный период, в течение которого происходят метаболические изменения как ответ на постепенное накопление ксенобиотиков. Кумуляция ксенобиотического фактора в организме проявляется на первом этапе реакцией адаптации, трансформирующейся затем в предпатологические изменения, которые в последующем дают основания для развития патологии [1].
В последнее время при скрининговых обследованиях населения, в экспедиционных и экспериментальных условиях, в гигиенической практике для выявления ранних форм заболеваний в качестве удобного объекта исследований используют риноцитограмму и клетки буккального эпителия полости рта. Эти объекты являются одними из неинвазивных тестов, отражающих общее состояние человека [2–4]. Также цитохимические методы можно использовать для раннего выявления функциональных изменений неспецифической мононуклеарной системы защиты организма от факторов окружающей среды в зависимости от влияния экологической нагрузки [5].
Цитологическое состояние слизистых оболочек носа и рта отражает состояние организма, меняющееся в зависимости от загрязнения окружающей среды [2, 3, 6, 7]. Как показали исследования, эпителиальные слизистых оболочек различной степени дифференцировки, находящиеся в определенных стабильных соотношениях друг с другом, меняются от различных неблагоприятных воздействий как химической, так и биологической природы и, таким образом, могут рассматриваться в качестве мишени [8].
Микрофлора полости рта является интегральным показателем состояния организма, так как она находится под двойным влиянием — постоянным многофакторным воздействием окружающей среды и регуляторным воздействием организма. Поэтому эпителий слизистой оболочки полости рта (СОПР) служит важнейшим барьером на пути поступления в организм антигенов, аллергенов и канцерогенов, а также областью вероятного внедрения микроорганизмов. Нарушение барьерной функции этого эпителия приводит к развитию различных патологических процессов, отчего он часто служит объектом диагностических исследований [3, 9].
Проведены исследования в г.Темиртау, который является крупным промышленным центром и подвергается мощному техногенному воздействию. К основным источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся крупные промышленные предприятия г.Темиртау, такие как: АО «Арселор Миттал Темиртау», ТОО «Алаш» ТЭМК, ТЭЦ-2, КарГРЭС. Помимо крупных промпредприятий, в г.Темиртау действуют около 7 тыс. средних и мелких хозяйственных субъектов. Металлургический комбинат является современным производством с полным циклом технологического процесса. Атмосферный воздух от выбросов АО «Арселор Миттал Темиртау» загрязняется следующими вредными веществами: пыль, оксид углерода, диоксид азота, сероводород, бенз(а)пирен и др. Общее количество образующихся вредных веществ от источников комбината составляет 1988510 т/год, после очистки в атмосферу поступает 687657 т/год, а от неорганизованных источников — 23166 т/год [10].
Состояние экологической ситуации в городе Темиртау зависит также и от развития автотранспорта, который вносит существенный вклад в загрязнение окружающей среды. Через выхлопные трубы автомобилей в атмосферу выбрасывается более двухсот химических веществ. Самое токсичное воздействие на живые организмы оказывают соединения тяжелых металлов, среди них наиболее опасен свинец, накапливающийся в радиусе 100–200 м от дороги. На 1000 жителей г.Темиртау в среднем приходится 200 легковых и грузовых автомашин [11].
Целью исследований является изучение метаболических изменений слизистых оболочек верхних дыхательных путей и периферической крови у детей, проживающих в районе с высоким уровнем загрязнения.
Материалы и методы. Для определения влияния вредных факторов окружающей среды на состояние здоровья детей-школьников в качестве показателей, отражающих защитно-адаптационные реакции организма, использовали цитоморфологический и цитохимический методы исследования — риноцитограмму, буккальную эпителию щек и периферическую кровь. Обследованы 90 школьников в возрасте 13–15 лет. Первую, контрольную, группу (район Юго-Востока — относительно экологически чистый район) составили 30 практически здоровых детей. Во 2-й группе обследованы 30 школьников, проживающих в городе Караганде (район К со средним уровнем загрязнения), в 3-ю группу вошли 30 школьников, проживающих в городе Темиртау (район Т — с высоким уровнем загрязнения).
Забор материала проводили стерильной ватной палочкой, вращательными движениями с внутренней стороны слизистой оболочки носа делали на предметном стекле тонкие мазки. Со слизистой внутренней части щеки стерильным шпателем очень осторожно брали соскоб и делали мазкиотпечатки. Кровь брали из пальца утром, натощак. Все мазки высушивали при комнатной температуре, фиксировали и окрашивали их в зависимости от проводимой методики. Цитохимические и цитологические методы подробно описаны в методических рекомендациях Л.Т.Базелюк [7].
Цитохимические исследования проводили по активности катехоламинов (КА), сукцинатдегидрогеназы (СДГ), эстеразы (ЭС) и миелопероксидазы (МП) в клетках слизистой оболочки носа, буккального эпителия щек и периферической крови (в эритроцитах, лимфоцитах и нейтрофилах).
На цитоморфологические исследования подсчитывали 300 клеток, а на цитохимические — по 200 клеток с каждого препарата. Оценку значимости результатов проводили по t-критерию Стьюдента. Количество анализов 3420.
Результаты. При цитоморфологической оценке мазков слизистых оболочек полости носа (СОПН) у 10 (33,3 %) детей 2-й группы выявлен острый ринит, у 9 (30 %) — хронический ринит, у 11 человек (36,7 %) слизистая носа была без изменения.
У детей 3-й группы обнаружено, что у 18 (60 %) зарегистрирован острый ринит, у 7 (23,3 %) — хронический ринит, у 5 (16,7 %) детей было умеренное количество слизи.
При анализе результатов исследования СОПН (по риноцитограмме) у детей 2-й и 3-й групп наблюдается повышение на 32 % и в 2 раза плоского эпителия. Также у 2-й и 3-й групп плоский эпителий с признаками повреждения встречается в 22,4 раза и 28,5 раза чаще, особенно у детей 3-й группы, по сравнению с контрольной (р‹0,001).
Кубических и цилиндрических эпителиальных клеток в обеих группах было меньше в 2,9 раза; количество кубических и цилиндрических эпителиальных клеток с признаками повреждения повышено в обеих группах в 8,2 и 14 раз. У 2-й и 3-й групп количество сегментои палочкоядерных нейтрофилов снижено на 35 % и в 3,3 раза, количество сегментои палочкоядерных нейтрофилов с признаками повреждения (вакуолизированные и деструктивные) в обеих группах встречалось в 2,9–3 раза чаще. Содержание эозинофилов было повышено в 3-й группе на 40 %. Отмечено также повышение количества микрофлоры (стрептококков и стафилококков) у школьников 2-й и 3-й групп на 67 % и в 4,6 раза. Во 2-й и 3-й группах индекс альтерации плоского эпителия был повышен в 6,7 и 9,4 раза, кубического и цилиндрического — в 10 раз и 14,2 раза, а нейтрофилов — на 67 % и в 2,4 раза соответственно по сравнению с контрольной группой.
При сравнении результатов исследования у детей 2-й группы с 3-й было получено следующее. Так, у 3-й группы наблюдается снижение клеток плоского эпителия в 2,6 раза, а плоский эпителий с признаками повреждения повышается на 28 % (табл.1). Количество кубических и цилиндрических эпителиальных клеток с признаками повреждения повышено на 72 %. Число сегментои палочкоядерных нейтрофилов нормальных было снижено в 2,4 раза. Содержание эозинофилов было повышено на 70 %. Отмечено повышение количества микрофлоры (стрептококков и стафилококков) в среднем в 2,8 раза. Индекс альтерации плоского эпителия, кубического и цилиндрического эпителия и нейтрофилов повышено одинаково — на 42 % по сравнению с 3-й группой (р‹0,001) (табл.1).
Риноцитограмма и морфометрия (в %) мазков слизистой оболочки полости носа у обследованных детей (М±m; n=90)
Т а б л и ц а 1
Полученные результаты согласуются с литературными данными. Поступающие в организм из атмосферного воздуха пыль, газы, химические вещества общетоксического действия вызывают в первую очередь полиморфные изменения СОПН. Наибольшие изменения наблюдаются при острых и хронических ринитах.
Как показали наши наблюдения, у детей, проживающих в «грязном» районе Т, отмечено снижение очищающей способности эпителия верхних дыхательных путей. Наблюдается повышение нагрузки на фагоцитирующие клетки. Перегруженные пылью и метаболитами они становятся функционально недостаточно активными. Способны оседать в эпителии воздухоносных путей. Часть клеток проникает до базального слоя, что, возможно, является одним из пусковых механизмов развития ранней альтерации эпителия, нейтрофилов, макрофагов; нарушение их функциональных свойств нарастает одновременно с функциональной недостаточностью мукоцилиарного клиренса, кислотнощелочного баланса.
Параллельно были исследованы цитологический статус клеток буккального эпителия щек у детей, проживающих в изучаемых районах.
При цитоморфологической оценке мазков СОПР у детей 2-й и 3-й групп обнаружено повышение количества клеток с мелкокапельными включениями в цитоплазме в 4,7 и 19 раз, особенно у детей 2-й группы, чаще с крупнокапельными включениями — в 1,2 и 2,1 раза, с признаками кариорексиса — на 72 % и в 3 раза. Количество безъядерных клеток у детей-школьников 3-й группы повышено на 39 %, число дегенерированных нейтрофильных лейкоцитов во 2-й группе повышено в 2,5 раза, а в 3-й — снижено на 57 % по сравнению с контрольной группой (р‹0,01). Количество нормальных буккальных клеток щек в обеих группах было снижено в 1,4 и 2,4 раза. В 3-й группе наблюдается повышение вакуольной дистрофии в 8,4 раза. Процент обсемененности микрофлорой (стрептококки, стафилококки) во 2-й и 3-й группах было повышено на 26 % и в 2,8 раза (табл.2).
При сравнении результатов исследования у детей 2-й группы с 3-й группой отмечено снижение количества клеток с мелкокапельными включениями в цитоплазме в 4 раза и повышение количества клеток с крупнокапельными включениями в цитоплазме — на 78 %, с признаками кариорексиса — на 74 %. Количество безъядерных клеток снижено на 34 %, дегенерированных нейтрофильных лейкоцитов — в 3,9 раза. Наблюдается повышение количества двуядерных клеток на 50 % и снижение количества нормальных буккальных клеток на 71 %. Повышен процент обсемененности микрофлорой в 2,2 раза по сравнению с районом города Темиртау (р‹0,01).
Цитоморфологические показатели (в %) клеток буккального эпителия щек у обследованных детей (М±m; n= 90)
Т а б л и ц а 2
Как показали наши исследования, цитологический статус БЭЩ у детей из районов К и Т направлено на изменение барьерных свойств эпителиального пласта. Появление мелких и крупных включений в цитоплазме эпителиоцитов указывает на воздействие экотоксикантов внутренней среды.
Буккальные эпителиоциты обладают чувствительностью к различным экзогенным и эндогенным экофакторам воздействия, что сказывается на функциональных изменениях клеток, где наблюдаются различные нарушения местного значения [5].
Тучные клетки (ТК) осуществляют местные регуляторные функции в организме [12]. Характерной особенностью ТК является синтез биологически активных веществ (БАВ) — гистамина, гепарина, серотонина и др., накопление в цитоплазме в виде метахроматических гранул и экскреция их под действием вредных факторов среды. Благодаря этому тучноклеточная популяция способна вмешиваться в процессы кровоснабжения и проницаемости, регулируя доставку энергетических и пластических веществ, удаление продуктов обмена, миграцию и активность клеток, осуществляя таким образом роль тканевого регулятора на клеточном уровне в общей реакции адаптации [13]. Несмотря на значительный объем научных исследований о роли тучных клеток, неясным остается вопрос о характере реагирования тучноклеточной популяции на раздражители различной природы. В связи с этим была изучена цитоморфологическая и функциональная активность ТК популяций в буккальном эпителии щек у обследованных детей, что представлено в таблице 3.
Прослеживается фазность функционального ответа популяций ТК у детей, проживающих в районах К и Т. В районе Т наблюдается резкое снижение количества нормальных ТК в 10,9 раза по сравнению с контролем. Повышено количество светлых ТК с признаками секреции в 3,9 и 5 раз, количество темных ТК с видимым ядром во 2-й группе было снижено на 64 %, а в 3-й — повышено в 3,2 раза по сравнению с контрольной группой (р‹0,01). Количество очень темных тучных клеток с признаками депонирования в 3-й группе было повышено на 97 %.
При сравнении результатов исследования у детей 2-й группы с 3-й нормальная тучноклеточная популяция снижена в 9 раз, а количество светлых ТК с признаками секреции повышено на 27 %, количество темных ТК с видимым ядром повышено в 5,3 раза, количество очень темных депонированных ТК выше на 81 %.
Функциональная активность в (%) тучноклеточной популяции клеток буккального эпителия щек у обследованных детей (М±m; n=90)
Т а б л и ц а 3
При цитохимической оценке клеток слизистой оболочки носа у детей 2-й группы наблюдается снижение активности СДГ на 36 %, а остальные цитохимические показатели оставались без изменений. В БЭЩ нами отмечено, что во 2-й и 3-й группах наблюдается повышение активности КА в 2,2 и 3,6 раза. Наблюдается снижение активности СДГ у детей 2-й группы на 59 %, ЭС — на 16 %, а у 3-й группы — на 13 % по сравнению с контрольной группой. В клетках периферической крови в 3-й группе отмечено повышение активности КА на 37 %. Во 2-й группе наблюдается снижение СДГ на 24 % и эстеразы на 36 %, в 3-й группе — повышение СДГ в 2,3 раза и снижение ЭС в 3 раза по сравнению с контрольной группой. В обеих группах повышена активность МП на 14 и 36 %.
При анализе результатов показателей активности КА в клетках буккального эпителия и периферической крови во 2-й группе по сравнению с 3-й наблюдается повышение на 39 и 29 % соответственно. Также повышается активности СДГ в клетках СОПН, БЭЩ и ПК на 43 %, 57 % и в 2,8 раза, МП на 19 % соответственно, а ЭС снижается в 2,2 раза по сравнению с 3-й группой (р‹0,001) (табл.4).
Т а б л и ц а 4
Цитохимические показатели в клетках слизистой оболочки полости носа (СОПН), буккального эпителия щек (БЭЩ) и периферической крови (ПК) у обследованных детей (М±m; в 1 кл; усл.ед. n=90)
Полученные результаты свидетельствуют, что снижение активности ферментов (катехоламины, сукцинатдегидрогеназа, эстераза, миелопероксидаза) в клетках слизистой оболочки полости носа и рта связано с поступлением вредных веществ из атмосферного воздуха в организм детей через органы дыхания. При этом может изменяться внутриклеточная ферментативная регуляция, что в свою очередь может вызвать нарушения метаболических процессов в клетках слизистого дыхательного тракта. Изменение метаболизма привело к нарушению защитно-приспособительных механизмов воздухоносных путей, степень выраженности которых зависит от продолжительности воздействия экофакторов и индивидуальных особенностей организма.
Таким образом, подводя итог изложенным исследованиям, мы можем отметить, что у детей, проживающих в крупном промышленном городе, вблизи крупной автомагистрали, обнаружены нарушения репаративных процессов в слизистой эпителия носа. В результате этого создаются условия для развития хронической патологии верхних дыхательных путей.
В ходе дифференцировки эпителиальных клеток слизистой оболочки щек закономерно изменяются их поверхностные физико-химические свойства, что отражается на их способности к адгезивным взаимодействиям с микроорганизмами, постоянно присутствующими в полости рта. Связь характера дифференцировки эпителиоцитов с адгезивными свойствами имеет существенное клиническое значение, так как любые взаимодействия, направляющие эпителий по такому пути дифференцировки, при котором на его поверхности оказываются клетки с повышенной способностью к адгезивным взаимодействиям с патогенными микробами, приводят к ослаблению барьерных свойств эпителиального пласта, а также появлению мелких и крупных включений в цитоплазме эпителиоцитов, что указывает на воздействие вредных факторов внутренней и внешней среды. При наших исследованиях буккальные эпителиоциты могут быть индикатором изменения дифференцировки эпителия, регистрируемого цитоморфологически (размер и количество включений в цитоплазме, характер ядер, признаки цитолиза), а также служат для скрининговой оценки состояния здоровья, стрессирующих воздействий, вредных факторов среды [14, 15].
Исследования тучноклеточной популяции в слизистой эпителия щек имеет важное значение для установления безопасных уровней воздействия техногенных факторов. Совместно с применением цитоморфологических методов исследования, характеризующих специфическое действие факторов на организм, указанная модель позволяет выявить степень и характер напряжения местных регуляторных механизмов на клеточном уровне. Различие патогенетических механизмов активации и дегрануляции ТК проявляется в различной реактивности тучноклеточной популяции. Так, при воздействии техногенных загрязнителей, обладающих кумулятивной активностью, происходит сначала накопление гранулированных форм ТК, а затем они активно секретируют БАВ, вызывая нарушение реактивности эпителия как верхних дыхательных путей, так и в БЭЩ.
Цитоморфологическое и цитохимическое исследование мазков СОПН, БЭЩ и ПК позволило выявить ранние проявления метаболических изменений в организме детей-школьников.
Приведенные данные позволяют сделать следующее заключение: обладая чувствительностью к экофакторам, клетки верхних дыхательных путей подвергаются функциональным изменениям при различных нарушениях локального и системного гомеостаза.
Список литературы
- Намазбаева З.И., Базелюк Л.Т., Мукашева М.А., Айткулов А.М., Салимбаева Б.М. Информативность биохимических и цитохимических маркеров у лабораторных животных при натурных исследованиях // Гигиена и санитария. — 2001. —№ 1. — С. 20–22.
- Булочникова Е.К., Кумпан Н.Б., Захарова А.Ф. и др. Цитологический анализ мазков слизистой оболочки носа и глотки у детей, проживающих в районах с разным уровнем загрязнения атмосферного воздуха // Гигиена и санитария. — № 11. — С. 87–88.
- Беляева Н.Н., Сычева Л.Т., Журков В.С., Шамарин А.А. и др. Оценка цитологического и цитогенетического статуса слизистых оболочек носа и рта у человека: Метод. рекомендации. — М., 2005. — 37 с.
- Бонашевская Т.И. О барьерной функции слизистой оболочки носа при воздействии атмосферных загрязнений // Гигиена и санитария. — 1975. — № 9. — С. 14–16.
- Хусаинова И.С., Варвулева И.Ю., Кожина Н.А. Оценка цитологических показателей буккального эпителия для диагностики функционального состояния человека // Клиническая лабораторная диагностика. — 1997. — № 3. — С. 10–12.
- Базелюк Л.Т., Бекеева С.А. Морфометрическая оценка мазков слизистой оболочки носа детей Караганды // Гигиена и санитария. — 1999. — № 5. — С. 9–10.
- Базелюк Л.Т. Морфометрические и цитохимические тесты у рабочих, контактирующих с пылегазовыми смесями: Метод. рекомендации. — Караганда, 1994. — 21 с.
- Кутепов Е.Н., Беляева Н.Н., Чарыева Ж.Г. и др. Оценка цитологического статуса слизистой полости носа и рта // Гигиена и санитария. — 1998. — № 4. — С. 54–57.
- Маянский А.Н., Абаджиди М.А., Маянская И.В. и др. Реактивность буккальных эпителиоцитов: индикация местных и общих нарушений гомеостаза // Клиническая лабораторная диагностика. — 2004. — № 8. — С. 31–34.
- Данные ГСЭН по г. Темиртау,
- Намазбаева З.И., Мукашева М.А., Жумакаева К.Д., Бенц Т.В. Условия формирования антропогенных факторов в промышленном городе: Сб. науч. тр. «Актуальные вопросы охраны здоровья работающего населения». — Караганда,— С. 185–188.
- Гюллинг Э.В., Дюговская Л.А. Роль тучных клеток в развитии иммунологических реакций // Успехи современной биологии. — 1979. — Т. 88. — Вып.3 (6). — С. 401–409.
- Шейна Н.И., Фасенко М.А. Методические подходы к использованию тучноклеточной популяции при гигиеническом нормировании вредных факторов окружающей среды // Токсикологический вестник. — 2007. — № 5. — С. 2–6.
- Базелюк Л.Т., Намазбаева З.И., Бекеева С.А. Цитохимические показатели периферической крови у детей, проживающих в экологически неблагоприятных районах Караганды // Здравоохранение Казахстана. — 1998. — № 3. — С. 21–22.
- Потапова С.Г., Шахбазян Г.П., Демидова Н.В. Цитохимическое изучение активности кислой неспецифической эстеразы лимфоцитов // Лабораторное дело. — 1981. — № 2. — С. 74–76.