СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО УРОВНЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2008 года по МПК G01N33/84 

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской экологии, и может быть использовано при оценке экологической опасности для здоровья человека. В последние годы имеется тенденция к росту заболеваемости населения, раннему старению, сокращению продолжительности жизни, росту показателей смертности. Уровень здоровья зависит от многих факторов (социально-экономических, образа жизни, качества пищи, наследственности и т.д.), среди которых заметное место занимают экологические. Среди экологических проблем важную роль играет экологическая безопасность. Контроль безопасности жизнедеятельности человека и качества окружающей среды, продуктов питания входят в перечень приоритетных направлений развития науки и техники (Приказ №295/892/111 от 25.12.1999 Министерства науки и техники РФ и Президиума РАСХН).

Ученые (О.А.Соколов, В.А.Черников, 1999 и др.) считают, что более 90% всех болезней человека прямо или косвенно связано с состоянием окружающей среды. Особенно это важно в отношении тяжелых металлов и стойких органических соединений, так как они в возрастающей степени накапливаются в объектах окружающей среды, растительных и животных организмах и по пищевой цепочке поступают в организм человека.

Известны способы определения средних фоновых уровней содержания тяжелых металлов в различных биологических средах (моча, слюна, волосы, ногти и др.) организма человека. Эти способы заключаются в том, что исследования проводятся на определенном (взрослом или детском) контингенте того или иного региона и определяются средние уровни содержания химических элементов в биологическом материале, которые трактуются как фоновые для данного региона (Б.А.Ревич, 1996; А.В.Скальный, 2004 и др.).

Большинство исследователей сравнивают результаты определения содержания металлов в биосредах человека конкретного региона с литературными данными, в том числе и иностранных авторов. Однако имеющиеся данные по физиологически нормальному содержанию металлов в биосредах, как отечественных, так и зарубежных авторов, весьма разноречивы, кроме того, зачастую выражаются в различных единицах (ммоль/л, мкг/100 г, мг%, мг/л и т.д.), что затрудняет диагностику и интерпретацию элементного баланса в организме. Однако для каждого региона характерно формирование специфической микроэлементной физиологической системы гомеостаза, входящей в общую регуляторную систему организма. В процессе эволюционного развития живые организмы приспособились к определенному элементному составу среды. Колебания содержания отдельных элементов в образцах волос и крови из разных стран бывают настолько значительны (в ряде случаев величины различаются между собой более чем на порядок), что зачастую не подлежат сравнению. Хотя в литературе последних лет приводятся усредненные данные по элементному составу биологических сред человека, однако большинство авторов пришло к выводу о необходимости создания региональных критериев элементного гомеостаза.

Прототипом изобретения является способ определения физиологически нормальных уровней ионов тяжелых металлов по усредненным данным различных исследователей, в котором приведены средние физиологические уровни тяжелых металлов в крови, являющиеся усредненными данными, выбранными из работ А.В.Скального, Дж.Эмсли и др. и составляют: Cu 0,51-1,42 мг/л; Zn 4,5-12,9 мг/л; Fe 232-600 мг/л; Cd 0,005 мг/л; Pb 0,05-0,4 мг/л; Cr 0,02-0,85 мг/л; Ni 0,28 мг/л; Mn 0,02-0,15 мг/л; Hg 0,002-0,005 мг/л (Судебная медэкспертиза, 2001, №5, с.28-32). Однако данная методика не подходит для определения региональных нормативов экологически безопасных уровней содержания тяжелых металлов в крови человека.

Техническим результатом изобретения является получение региональных нормативов экологически безопасных уровней содержания тяжелых металлов в крови человека.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем измерение количества ионов тяжелых металлов в цельной крови, дополнительно определяют гомеостатические показатели, а именно: билирубин прямой и непрямой, β-липопротеиды, серомукоиды, тимоловую пробу, мочевую кислоту, мочевину, креатинин, аланинаминотрансферазу (АЛТ), аспартат-аминотрансферазу (ACT), гамма-глутаминтрансферазу (ГГТ), триглицериды, α-амилазу, холестерин, общий белок, средние молекулы λ₂₅₄-λ₂₅₈, Т-ЕРОК, В-М РОК, Т-нулевые лимфоциты, фагоциты, НСТ-спонт., НСТ-стимул., иммуноглобулины M, J, А, комплементарную активность, ЦИК и по сохранению их клинической нормы определяют безопасные уровни тяжелых металлов.

Гомеостатические показатели являются наиболее чувствительными к воздействию экологических факторов, и эти изменения выявляются еще в донозологическом периоде развития патологии. Мы рассматриваем экологическую безопасность как уровень воздействия внешней среды, не нарушающий гомеостаз функциональных систем организма.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: методом атомно-абсорбционной спектрометрии (или другими методами, позволяющими с достаточной точностью определить содержание металлов в крови) у здоровых людей определяют в крови уровень содержания ионов металлов (меди, цинка, железа, кадмия, свинца, хрома, никеля, марганца, ртути). Одновременно выполняют анализ крови по всем гемостатическим показателям. Биохимические исследования включают определение билирубина прямого и непрямого, β-липопротеидов, серомукоидов, тимоловой пробы, мочевой кислоты, мочевины, креатинина, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартат-аминотрансферазы (ACT), гамма-глутаминтрансферазы (ГГТ), триглицеридов, α-амилазы, холестерина, общего белка, средних молекул λ₂₅₄-λ₂₅₈. Состояние иммунной системы оценивают по показателям Т-ЕРОК, В-М РОК, Т-нулевых лимфоцитов, фагоцитов, НСТ-спонт., НСТ-стимул., иммуноглобулинов M, J, А, комплементарной активности и ЦИК. Все анализы выполняют по стандартным методикам. По сохранению их клинической нормы определяют безопасные уровни тяжелых металлов.

В эксперименте группа обследованных состояла из практически здоровых лиц обоих полов в возрасте 20-40 лет, объем выборки - 129 человек. Все обследованные не имели жалоб на здоровье и врачебных обращений по поводу заболеваний в течение года. Клинический осмотр не выявил хронических заболеваний. Всем обследованным были определены уровни содержания вышеназванных металлов в крови. Одновременно выполнены анализы крови по всем гемостатическим показателям. Биохимические исследования включали определение билирубина прямого и непрямого, β-липопротеидов, серомукоидов, тимоловой пробы, мочевой кислоты, мочевины, креатинина, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартат-аминотрансферазы (ACT), гамма-глутаминтрансферазы (ГГТ), триглицеридов, α-амилазы, холестерина, общего белка, средних молекул λ₂₅₄-λ₂₅₈. Состояние иммунной системы оценивалось по показателям Т-ЕРОК, В-М РОК, Т-нулевых лимфоцитов, фагоцитов, НСТ-спонт., НСТ-стимул., иммуноглобулинов M, J, А, комплементарной активности и ЦИК. Все анализы выполнены по стандартным методикам.

Уровни тяжелых металлов в крови у каждого обследованного были сопоставлены с его показателями крови, отдельных видов обменных процессов и показателями иммунитета и установлены "пороги чувствительности" для каждого из них (т.е. были определены верхние уровни содержания металлов в крови, при которых происходят сдвиги в гематологических, биохимических и иммунологических показателях).

Известно, что в отличие от токсичных элементов для эссенциальных (жизненно-необходимых) элементов (медь, цинк, железо, хром, марганец) сдвиги показателей крови наблюдаются как при их избытке, так и недостатке в организме. По достижении верхнего порогового уровня эссенциальные элементы могут выступать в роли токсичных.

Анализ ассоциативных связей уровней тяжелых металлов в крови с биохимическими показателями представлен в таблице 1. Как видно из таблицы, границы физиологического функционирования пигментного обмена совпадают с верхней границей допустимого уровня практически всех изученных металлов, кроме цинка. Сдвиг показателей пигментного обмена наблюдается при недостатке цинка в организме, т.е. при его концентрации ниже 6,0 мг/л. Липидный обмен оказался наиболее устойчивым к присутствию тяжелых металлов: β-липопротеиды находятся в пределах нормы при достаточно высоких концентрациях металлов. Уровень холестерина и триглицеридов изменяется уже при концентрации кадмия в крови 0,001 мг/л. Антитоксическая, детоксикационная функции организма подавляются при более низких уровнях хрома, кадмия, марганца. Показатели средних молекул и АЛТ изменяются при недостатке цинка. Среди показателей ферментной функции наиболее чувствительны АЛТ, особенно на кадмий, хром, никель. Белковый обмен снижается под влиянием 0,002 мг/л кадмия.

Реакция элементов крови на содержание тяжелых металлов представлена в таблице 2. В системе крови нормативные значения эритроцитарной части вполне обеспечиваются верхней границей допустимого содержания всех изученных металлов. Ретикулоциты чрезвычайно уязвимы, например, при недостатке меди (0,5 мг/л). Тромбоциты реагируют на повышенные уровни металлов в значительной степени. Сдвиги в лейкоцитарной формуле также отмечены при содержании меди на уровне 1,0 мг/л, кадмия - 0,001 мг/л, ртути - 0,001 мг/л. Эозинофилия проявляется также при невысоком содержании кадмия, хрома, никеля.

Анализ критериальных уровней экологической безопасности иммунитета (табл.3) показал, что сдвиги в клеточном звене этой системы наступают при недостатке меди (0,5 мг/л), цинка (3 мг/л) и повышенном уровне хрома (0,1 мг/л), никеля (0,14 мг/л), кадмия (0,001 мг/л).

Фагоцитоз подавляется при недостатке меди и цинка и избытке всех металлов, особенно выраженном в присутствии никеля (0,14 мг/л). Снижение НСТ-стимул. свидетельствует о высокой чувствительности организма к более низким уровням хрома, никеля. Порог чувствительности гуморального звена иммунитета определяется на более низких уровнях кадмия (0,001 мг/л), хрома (0,1 мг/л), никеля (0,14 мг/л).

Примеры изменения гематологических, биохимических и иммунологических показателей при содержании металлов в крови, превышающих экологически допустимый уровень, приведены в таблицах 4-5. Однако необходимо отметить, что судить об экологически безопасном уровне того или иного металла в крови конкретного человека невозможно, для его достоверного определения необходима определенная статистическая группа (не менее 100 человек).

Таким образом, предлагаемый способ определения экологически безопасного содержания металлов в крови человека путем анализа ассоциативных связей содержания металлов и гомеостатических показателей наиболее чувствительных систем организма может быть использован для установления региональных критериев элементного гомеостаза.

Для обеспечения экологической безопасности человеческого организма в целом в республике Башкортостан можно обозначить верхние границы содержания для каждого металла, ориентированные на значения их пороговой чувствительности: Cu - не более 0,1 мг/л; Zn - не более 8,0 мг/л, Fe - не более 600 мг/л; Cd - не более 0,001 мг/л; Pb - не более 0,2 мг/л; Cr - не более 0,1 мг/л; Ni - не более 0,14 мг/л; Mn - не более ОД мг/л; Hg - не более 0,001 мг/л.

Установленные критерии экологической безопасности могут быть использованы для биологического мониторинга состояния окружающей среды и здоровья населения, для раннего выявления заболеваний, дифференциальной диагностики экологически обусловленной патологии.

Таблица 1
Критериальные значения экологической безопасности металлов для биохимических показателейБиохимические показателиУровень металла в крови человека, вызывающий сдвиг биохимических показателейCuZnFeCdPbCrNiMnHgБилирубин прямой, мкм/л2,25,2*6000,001*0,35*0,80,210,150,001Билирубин непрямой, мкм/л2,54,96400,002*0,450,60,210,200,001β-липопротеиды, г/л2,58,0*6400,0020,470,570,160,200,001Серомукоиды, ед2,55,26400,002*0,45*0,570,200,200,001Тимоловая проба, ед2,57,06400,001*0,470,61*0,100,13*0,001Мочевая кислота, моль/л2,56,06400,0020,470,720,210,200,001Мочевина, моль/л2,58,0*6400,0020,470,72*0,210,200,001Креатинин, моль/л2,58,0*6400,0020,470,720,180,200,001ACT, ед/л2,58,06400,0020,470,720,010,200,001АЛТ, ед/л2,53,0*6000,001*0,470,22*0,010,200,001ГГТ ед/л2,58,06000,0020,450,740,010,200,001Амилаза, ед/л2,58,06000,0020,450,770,200,200,001Общ. холестерин, моль/л2,58,06400,001*0,450,12*0,20*0,200,001Общ. белок, г/л2,58,06000,0020,450,720,250,200,001Ср. молек λ-254 нм (ед)2,53,0*6400,001*0,450,08*0,250,200,001Ср.молекулы λ-280 нм (ед)2,55,0*6400,001 0,06*-0,10*0,001Триглицериды моль/л2,55,06000,0010,450,420,050,200,001Экологически безопасный уровень<2,5<8,0<6000,0010,450,120,200,100,001Примечание: * - статистически значимые показатели

Таблица 2
Критериальные значения экологической безопасности кровиГематологические показателиУровень металла в крови человека, вызывающий сдвиг гематологических показателейCuZnFeCdPbCrNiMnHgГемоглобин, г/л2,5*8,8*6000,003*0,4*0,700,14*0,130,001*Эритроциты × 10¹²/л2,58,8*6000,0030,3*0,70*0,28*0,13*0,001*Ретикулоциты, ‰0,5*8,8*6000,003*0,2*0,10*0,14*0,01*0,001*СОЭ, мм/ч2,58,8*6000,0030,40,800,280,130,001*Тромбоциты, × 10⁹/л1,0*8,8*6000,0030,4*0,40*0,010,130,001*Лейкоциты, × 10⁹/л2,5*8,8*6000,003*0,40,80*0,14*0,13*0,001*Лейкоцитарная - Формула, %П/ядерные нейтрофилы1,0*8,86000,0030,40,10*0,14*0,130,001С/ядерные нейтрофилы1,0*8,86000,0030,40,800,280,13*0,001Эозинофилы2,5*8,86000,001*0,40,10*0,14*0,16*0,001*Лимфоциты1,0*8,8*6000,003*0,20,10*0,14*0,160,001*Моноциты1,0*8,86000,003*0,20,10*0,14*0,160,001*Экологически безопасный уровень<2,5<8,8<600<0,0030,40,100,140,130,001Примечание: * - статистически значимые показатели

Таблица 3
Критериальные значения экологической безопасности иммунитетаИммунологические показателиУровень металла в крови человека, вызывающий сдвиг иммунологических ПоказателейCuZnFeCdPbCrNiMnHgЛимфоциты Т-(Е-РОК), %0,5*3,0*6000,002*0,2*0,2*0,24*0,02*0,001*Т-нулевые, %0,5*4,96000,0020,2*0,1*0,14*0,020,001*В (М-РОК), %2,0*8,8*660*0,0020,2*0,8*0,240,400,002*Фагоцитоз, %0,4*4,0*600*0,007*0,3*0,2*0,14*0,16*0,008*НСТ спонт, у.е.-8,8640*0,001*0,40,8*0,06*0,400,008*ИСТ стимулир, у.е.2,05,76000,006*0,40,2*0,140,020,008Иммуноглобулины М, г/л2,28,0*6000,002*0,40,2*0,14*0,020,008Иммуноглобулины J, г/л2,25,2*6000,001*0,20,8*0,240,400,006Иммуноглобулины А, г/л2,23,0*640*0,001*0,40,1*0,240,01*0,008Комплементарная активность2,08,8*6000,002*0,40,8*0,280,40*0,008ЦИК, ед.2,0*8,8*640*0,0020,3*0,8*0,28*0,400,008Экологически безопасный уровень<2,0<8,0<б000,0010,20,10,280,160,008Примечание: * - статистически значимые показатели

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской экологии, и может быть использовано при оценке экологической опасности для здоровья человека. Изобретения касается способа определения экологически безопасного уровня тяжелых металлов в крови человека, заключающегося в следующем: у здоровых людей определяют в крови уровень содержания ионов металлов. Одновременно выполняют анализы крови по всем гомеостатическим показателям (гемолитические, биохимические, иммунологические), а именно: билирубин прямой и непрямой, β-липопротеиды, серомукоиды, тимоловую пробу, мочевую кислоту, мочевину, креатинин, аланинаминотрансферазу (АЛТ), аспартат-аминотрансферазу (ACT), гаммаглутаминтрансферазу (ГГТ), триглицериды, α-амилазу, холестерин, общий белок, средние молекулы λ₂₅₄-λ₂₅₈, Т-ЕРОК, В-М РОК, Т-нулевые лимфоциты, фагоциты, НСТ-спонт., НСТ-стимул., иммуноглобулины М, J, А, комплементарную активность, ЦИК, и по сохранению их клинической нормы определяют безопасное количество ионов тяжелых металлов. Преимуществом способа является повышение точности определения экологически безопасного (фонового) содержания тяжелых металлов в крови человека. 5 табл.

Способ определения экологически безопасного (фонового) уровня содержания тяжелых металлов в крови человека путем измерения количества ионов тяжелых металлов в цельной крови, отличающийся тем, что дополнительно определяют гомеостатические показатели, а именно: билирубин прямой и непрямой, β-липопротеиды, серомукоиды, тимоловую пробу, мочевую кислоту, мочевину, креатинин, аланинаминотрансферазу (АЛТ), аспартат-аминотрансферазу (ACT), гаммаглутаминтрансферазу (ГГТ), триглицериды, α-амилазу, холестерин, общий белок, средние молекулы λ₂₅₄-λ₂₅₈) T-EPOK, В-М РОК, Т-нулевые лимфоциты, фагоциты, НСТ-спонт., НСТ-стимул., иммуноглобулины М, J, А, комплементарную активность, ЦИК и по сохранению их клинической нормы определяют безопасные уровни тяжелых металлов.