Введение
Алюминий занимает одно из ведущих мест среди важнейших металлов по уровню использования человеком [18]. На сегодняшний день алюминий относится к жизненно-важным микроэлементам, находящимся в организме в следовых количествах [21]. Суточная потребность организма человека составляет 35 - 49 мг алюминия [8].
Основными источниками поступления алюминия в организм являются пища, вода, атмосферный воздух, лекарственные препараты, возрастающее использование его соединений в пищевой промышленности - пищевые добавки, упаковочный материал, посуда [11].
В последнее время особую тревогу вызывает постоянно возрастающий уровень содержания алюминия и его соединений в окружающей среде, в том числе в питьевых источниках [16, 35]. Интерес изучения токсичности алюминия как металла обусловлен его широким распространением в земной коре (8,8 %), многообразием форм в биосфере, все более растущим антропогенным использованием в последнее время и разнообразностью патологических состояний, связанных с избыточным поступлением и дальнейшем его накоплением [1].
Результаты исследования
По данным ряда контролируемых научных исследований, концентрация алюминия в водных источниках находится в пределах от 2,5 до 121мкг/л [17]. Содержание металла и особенно его соединений в почвенных породах достигает 600 мг/кг и продолжающееся окисление этих пород способствует увеличению концентрации алюминия. Занимая третье место по распространенности в земной коре, алюминий содержится практически во всей воде природного происхождения. В естественных условиях, в воде возрастает его концентрация путем частичного растворении алюмосиликатов и глин, в результате антропогенной деятельности (авиационное, химическое, машиностроительное, нефтеперерабатывающее производство и т.д.), а также в атмосферных осадках и сточных водах [14].
На станциях водоочистки для коагуляции используют гидроксихлориды и сульфаты алюминия [28], а природные цеолиты зачастую применяют для фильтрации и конденционирования воды [13, 12]. Растущее окисление водоемов неуклонно ведет к уменьшению популяций гидробионтов. Одновременно происходит увеличение численности организмов, устойчивых к окислению. Таким образом, происходит нарушение всех уровней экосистемы - от первичных продуцентов и микроорганизмов до макроорганизмов, которые находятся в конечном звене трофической цепи [22, 7].
Все большее применение алюминий находит и в фармакологическом производстве, входя в состав антацидных препаратов, вакцин, а также наполнителей целого ряда нестероидных противовоспалительных препаратов, играя роль буфера [4].
По данным литературы, мнения разных авторов о влиянии алюминия на организм человека носят противоречивый характер. По сведениям одних, алюминий является абсолютно инертным металлом, тогда как другие приводят доказательства его токсичности. В 80-х годах прошлого столетия полагали, что алюминий абсолютно безвреден для человека, животных и растений. Предельно допустимая концентрация для организма может достигать 100 мг/кг, а для растений - до 250 мг/кг [11]. В исследованиях А. П. Кирющенкова и М. А. Тараховского (1990), принимаемые женщинами во время беременности во II-III триместрах, алюминий содержащие антациды, не оказывали негативного влияния на плод, а применение антацидов в период лактации не влияло отрицательно на ребенка [34]. Однако, несмотря на широкое использование, алюминий все же относится к токсическим металлам [40].
Токсичность алюминия и его соединений связывают с антагонизмом по отношению к кальцию [40] и магнию [23], фосфору, цинку и меди [27], а также со способностью образовывать соединения с белками и влиять на функции околощитовидных желез [41], накапливаться в почках, костной и нервной ткани [26].
Установлено, что в реакциях алюминия с ионами железа возникает конкурентное взаимодействие, посредством которого металл связывается с трансферрином, что позволяет в его составе проходить гематоэнцефалический барьер [43].
При изучении абсорбции хлорида алюминия в желудочно-кишечном тракте, выявлено, что наибольшее количество микроэлемента поглощается в толстом кишечнике при воздействии низких доз (в течение 4 месяцев по 0,2 ммоль/л), и в проксимальном отделе тонкого кишечника при воздействии цитрата в дозировке Al (0,2 ммоль/л) + цитрат (50 ммоль/л) [42].
Порядка 40 - 50 % всосавшегося микроэлемента, остается в организме. Выведение происходит в основном через кишечник (84-94%) и в меньшем количестве через почки (6-16%) [17]. Основными органами - мишенями в организме являются нервная ткань, кровь, костная система, почки, легкие, половая система, костный мозг и молочные железы [21].
На сегодняшний день обнаружено, что содержание алюминия в крови колеблется в пределах 0.024-0.070 мг/мл (в основном в сыворотке), легких до 0.59 мг/г, зубах - 0.33 мг/г, сердечной мышце 0.056 - 0.210 мг/г, скелетных мышцах - 0.015мг/г, головном мозге - 0.016 мг/г, с грудным молоком выделяется - до 0.01 мг/мл, в яичниках и семенниках - до 0.4 мкг/г. Наибольшее количество алюминия обнаружено в ногтях (до 0.93 мг/г) [19].
В клинической практике алюминиевой интоксикации выделяют наиболее значимые гематологические, неврологические и костные синдромы [31].
Еще в конце прошлого столетия, ряд авторов указывали на роль алюминия как экзогенного фактора в развитии анемии [44, 32]. Экспериментально доказана связь микроцитарной анемии с интоксикацией алюминием у животных с нормальной функцией почек, а также ухудшение показателей у животных с уже существующей нормоцитарной анемией в виде перехода последней в микроцитарную с ретикулоцитозом и снижение средней осмотической резистентности эритроцитов у животных с почечной недостаточностью [29].
При введении крысам 80 мг/кг гидроксида алюминия интраперитонеально в течение полугода было выявлено в первые два месяца увеличение показателей гемоглобина и гематокрита, а затем последующее снижение данных показателей. На всем протяжении эксперимента отмечалось снижение среднего объема эритроцитов, среднего содержания гемоглобина и свободного протопорфирина в эритроцитах, а также уменьшение показателей их средней резистентности [36].
По мнению одних авторов, подобные механизмы объясняются конкурентным взаимодействием алюминия с железом в молекуле трансферрина [2]. Другие авторы объясняют это изменением функций мембран эритроцитов путем запуска окислительных процессов, вызванных воздействием активных форм кислорода и нарушением или истощением функций антиоксидантной системы защиты клеток при интоксикации солями алюминия [15].
Другой важной мишенью алюминия и его соединений является костная система. Механизмы влияния на костную ткань до конца не выяснены, но имеются предположения, что алюминий путем образования комплекса с цитратом, способен ингибировать рост кристаллов фосфата кальция, что в последствие снижает минерализацию остеоида [39]. Гистологически это подтверждается отсутствием активных остеобластов, а в клетках выстилающих поверхность кости не выявляется эндоплазматический ретикулум, появляются признаки нарушения ремоделирования костной ткани и в дальнейшем остеомаляции [25]. Имеются данные о возникновении рахита и остеопороза у ребенка в возрасте 8 месяцев, который получал в качестве антацида окись алюминия на протяжении полугода. В клинических и лабораторных данных была выявлена гипофосфатемия, которую связывали с интоксикацией алюминием [38].
Ряд авторов приписывает существенную роль алюминия в развитии нейродегенеративных изменений, а также непосредственно в возникновении болезни Альцгеймера [31].
Алюминий, переносимый трансферрином, через гематоэнцефалический барьер необратимо накапливается в нейроцитах, что неизбежно ведет к развитию энцефалопатии. Клинические проявления нейротоксического действия алюминия весьма разнообразны: это и судороги, и нарушения двигательной активности, снижение или потеря памяти, трудности в обучении, различные психопатические реакции, склонность к депрессии [5].
Так, в исследовании С. Еxley (1999) была озвучена «каскадная гипотеза» развития болезни Альцгеймера, где алюминий повышает полимеризацию белка амилоида и SDS - формы стабильных олигомеров (in vitro). Индуцированный алюминием белок амилоида имеет высокую степень сродства к поверхностной мембране нейроцита, а также этот белок оказался весьма токсичным и вызывал нарушения структуры и функции мембраны нейроцита (нейрональный гомеостаз кальция и нарушение митохондриального дыхания).
Токсичность алюминия в отношении иммунной системы практически не изучена. При его кумуляции происходит подавление функций макрофагальной системы, Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов [33]. В определении влияния ионов алюминия на первичный Т-зависимый гуморальный иммунный ответ (введение мышам А1С13 х 6Н20 из расчета 402,4 мг/кг по 0,5 мл интраперитониально) через сутки были выявлены достоверные показатели иммунодепрессии, а также подавление антителообразование в сопровождении иммунной депрессии селезенки и тимуса [16]. Предполагают, что алюминий может быть одной из причин старческого клеточного иммунодефицита [20].
В настоящее время неуклонно растет интерес к взаимосвязи алюминия с оксидативной системой организма и перекисным окислением липидов (ПОЛ). Обнаружено, что активность супероксиддисмутазы в эритроцитах крыс, получавших в течение 1 месяца по 0,5 мг/кг AlCl3с пищей, неуклонно снижалась на протяжении всего эксперимента. Введение крысам различных концентраций хлорида алюминия перорально в течение 2 месяцев достоверно показало снижение активности каталазы - одного из основного фермента антиоксидантной защиты [24]. Было установлено, что при хронической интоксикации солями алюминия наблюдается расширение почечной лоханки, нередко встречается и «большая белая почка», как при отравлении тяжелыми металлами. У самцов крыс распространенно явление уретральных пробок при хронической интоксикации [3].
При исследовании репродуктивной системы у крыс при затравке солями алюминия, обнаружено снижение массы семявыводящего протока, эпидидимиса и семенников по сравнению с контрольной группой. При этом отмечалось снижение числа сперматозоидов на единицу массы ткани семявыводящего протока, прекращение созревания и увеличение патологических форм сперматозоидов в семенных канальцах с остановкой сперматогенеза, а также снижение оплодотворяющей способности [9, 37]. При введении самкам крыс соединений алюминия в последнем триместре беременности и во время лактации увеличивался процент мертворождаемости и снижению жизнеспособности потомства. Алюминий способен преодолевать плацентарный барьер и накапливаться в тканях и органах плода [3].
Заключение
Таким образом, на основании изучения и синтеза литературных данных, ключевые патогенетические механизмы влияния алюминия и его соединений на организм человека еще до конца не изучены. Однако, отталкиваясь от полученных результатов более 50-летних экспериментальных исследований, можно предположить о существовании возможного многообразия клинико-морфологических проявлений токсичности алюминия и его соединений.
Проводя анализ данных литературы отечественных и зарубежных авторов, можно прийти к выводу, что в настоящее время один из самых распространенных металлов на земле оказывает токсическое действие на живые организмы в биосфере. Токсичность алюминия обусловлена все более обостряющейся проблемой «кислотных дождей», окислением почвенных пород, увеличивающимся антропогенным использованием в фармакологической, пищевой, химической, лакокрасочной промышленности и пр.
Опираясь на данные изученной литературы, можно предположить, что накопление алюминия в организме человека неизбежно ведет к структурно-функциональным нарушениям в крови, костной и нервной ткани, репродуктивной системе и в системе иммунного ответа. Существующий обширный научный экспериментальный материал может способствовать влиянию на разработку научно-обоснованных принципов и методов гигиенического нормирования соединений алюминия в окружающей среде, а также принципов организации производства на предприятиях. Широкий спектр токсического влияния алюминия на живые организмы требует серьезного контроля через плановые мониторинги здоровья у лиц, работающих или проживающих рядом с производством алюминия, а также постоянной оценки качества питьевых источников, что может служить рекомендацией для медико-профилактических служб.
Рецензенты:Джиоев И.Г., д.м.н., профессор, профессор кафедры нормальной физиологии, зав. ЦНИЛ ГБОУ ВПО СОГМА Минздрава РФ, г. Владикавказ.
Урумова Л.Т., д.м.н., доцент кафедры патологической физиологии ГБОУ ВПО СОГМА Минздрава РФ, г. Владикавказ.