Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Изучение влияния на организм медно-цинковой колчеданной руды (МЦКР) является чрезвычайно важным для Республики Башкортостан, так как в регионе функционируют крупные производства горнодобывающей промышленности, к которым относится ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (УГОК). Медно-цинковые колчеданные руды (МЦКР) кроме основных металлов, таких как медь, цинк и сера, содержат тяжёлые металлы и токсичные элементы: кадмий, ртуть, свинец, селен, мышьяк и другие. Они находятся в составе рудничной пыли, которая образуется в процессе ведения горных работ и находится во взвешенном состоянии. Данная пыль может оседать на поверхности и проникать в организм в основном с пищевыми продуктами, с водой и атмосферным воздухом [1]. Действие МЦКР может оказывать на организм комбинированное воздействие, уменьшая устойчивость различных клеток за счет окислительного повреждения мембран, модифицируя скорость метаболических процессов ферментов, вызывая мутации генов, некроз и апоптоз клеток [2-5].

Одним из наиболее широко используемых лабораторных исследований, позволяющих быстро оценить состояние организма, является общий анализ крови. Различные изменения состава периферической крови имеют важное диагностическое значение и могут быть использованы при диагностике состояния здоровья работников горно-обогатительной промышленности. Особый интерес представляет изучение влияния МЦКР на лейкоциты, так как они составляют основное звено крови, защищающее организм от воздействия внешних и внутренних факторов. Однако изучению этой проблемы посвящены лишь единичные исследования [6-9]. При этом анализировались преимущественно количественные параметры лейкоцитов.

Целью исследования явилось изучение взаимосвязей между количественными и корпускулярными показателями лейкоцитов в динамике воздействия медно-цинковой колчеданной руды на организм крыс.

Материал и методы исследования

Экспериментальное исследование проводили на 48 белых беспородных крысах-самцах в возрасте 3–4 мес., массой 210,5 ± 10,5 г. Опытной группе крыс перорально вводили водную суспензию руды в дозе 600 мг/кг массы тела [10]. В исследуемом образце руды доля свинца и кадмия составила 0,060% и 009% соответственно. По условию эксперимента крысы были разделены на группы, в зависимости от срока интоксикации: в первую группу вошли контрольные крысы, не получавшие МЦКР, вторую группу составили крысы, получавшие МЦКР в течение 10 суток, третью – в течение 20 суток, четвертую – в течение 30 суток. Образец руды был выделен УГОК (г. Учалы). Измерения показателей крови проводили на ветеринарном полуавтоматическом гематологическом анализаторе Vet Exigo 19 (Швеция), на котором определяли: общее количество лейкоцитов (WBC), абсолютное количество лимфоцитов (LYM), моноцитов (MONO) и гранулоцитов (GRAN).

При проведении исследования соблюдали принципы гуманности, изложенные в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации, в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» и рекомендациями о соблюдении биоэтических норм биоэтического совета ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России. Животные содержались в стандартных клетках в условиях свободного доступа к питью и еде при температуре воздуха в виварии 24 ± 2 °С в соответствии с правилами СП 2.2.1.3218 и с Директивой 2010/63/EU по охране животных, используемых в научных целях. Все болезненные манипуляции с животными при взятии периферической крови и эвтаназии животных путем декапитации проводили под эфирным наркозом в отдельном от вивария помещении.

Статистическую обработку полученных данных проводили в русифицированной лицензионной программе Statistica 12 (StatSoft, США). С помощью описательной статистики рассчитывали следующие показатели: медиану распределения клеток по объему (Ме), SD, As и Ex распределения клеток. Оценку связей учтенных показателей осуществляли с помощью факторного анализа, достоинство использования которого заключалось в возможности по структуре выделенных факторов получить объективную информацию о характере и динамике взаимоотношений количественных и корпускулярных параметров в ходе эксперимента.

На основе выдаваемых прибором гистограмм распределения клеток по объему в популяциях однотипных клеток после расшифровки осей кривых были составлены интервальные вариационные ряды данных и рассчитаны средние объемы гранулоцитов (MGV), моноцитов (MMV), лимфоцитов (MLV). Дополнительную информацию об особенностях популяции лейкоцитов можно получить, количественно оценивая параметры, характеризующие форму распределения этих клеток по объему: стандартное отклонение (SD), коэффициент асимметрии (As), коэффициент эксцесса (Ex) лейкограмм.

По коэффициенту асимметрии принято судить о соотношении в общей популяции долей клеток с разным объемом. Положительная As свидетельствует о преобладании в общей массе лейкоцитов с пониженным объемом, отрицательная – с повышенным. Коэффициент эксцесса является показателем гетерогенности популяции: при положительном Ex совокупность характеризуется относительной однородностью клеток, соответственно, отрицательная – повышенным разнообразием. Стандартное отклонение описывает ширину распределения гистограмм, что с физиологических позиций можно рассматривать как анизоцитоз лейкоцитов. При возрастании SD наблюдается увеличение анизоцитоза, то есть повышение в популяции клеток с резко отличающимися от средней величины размерами.

Результаты исследования и их обсуждение

На основе матриц корреляций показателей всех типов лейкоцитов (количественные и корпускулярные характеристики) для каждой опытной группы было сформировано по два фактора (F1, F2), совместно описывающих 65-80% общей дисперсии (таблица).

Факторные матрицы параметров клеток белой крови

Примечание: приведены только достоверные факторные нагрузки – коэффициенты корреляции признаков с факторами (р < 0,05).

При анализе связей показателей лимфоцитов было установлено, что в контроле фактор F1 состоял из параметров, характеризующих состояние популяции (As, SD). При этом увеличение ширины распределения сопровождалось сдвигом вершины гистограммы влево. С физиологической точки зрения такие взаимоотношения означают, что чем больше возрастал диапазон варьирования клеток, тем больше накапливались в сосудистом русле мелкие клетки. Уменьшение дисперсии, напротив, сочеталось со смещением вершины в область высоких значений показателя, свидетельствуя об увеличении доли крупных клеток по мере снижения анизоцитоза. Фактор F2, включавший показатели MLV и Ex, характеризовал варьирование среднего объема клеток путем изменения неоднородности популяции.

В опытной группе на 10-е сутки эксперимента воздействия МЦКР фактор F1 имел структуру, аналогичную контрольной, фактор F2 описывал независимое варьирование показателя Ex. В опытных группах 20- и 30-дневного этапов эксперимента ведущий фактор (F1) контролировал взаимосвязи показателей состава популяции со средними величинами объема. В обеих группах средний объем лимфоцитов возрастал параллельно с увеличением размаха колебания признака. На 20-е сутки воздействия МКЦР система связей была дополнена корреляцией между MLV и As. На 30-е сутки эта связь перестала быть статистически значимой, однако появилась отрицательная корреляция показателей MLV и SD с коэффициентом Ex, которая объясняла влияние степени гетерогенности популяции лимфоцитов на средние размеры клеток (таблица).

Фактор 1 контрольной группы, характеризующий состояние популяции гранулоцитов, включал параметры распределения и среднюю величину объема. Показатель MGV повышался при условии преобладания в популяции доли крупных клеток на фоне увеличения однородности популяции (возрастание Ex и снижение SD).

На 10-е сутки воздействия МЦКР F1 также координировал изменения показателя MGV путем перераспределения клеток в популяции: возрастание их среднего объема обусловлено относительным приростом крупных клеток и уменьшением анизоцитоза. Фактор F2 состоял из показателя Ex.

На 20-е и 30-е сутки факторные структуры были практически однотипны, но существенно отличались от картины контрольной и опытной группы на 10-е сутки. В эти сроки определялась четкая взаимосвязь параметров распределения (As и Ex) с количеством клеток (F1). Учитывая знаки переменных к фактору, можно заключить, что с уменьшением количества клеток в циркуляции увеличивалась доля крупных клеток и уменьшалась однородность популяции. В завершение срока эксперимента воздействия МЦКР (30-е сутки) показатель MGV коррелировал только с дисперсией F2. Фактор F2 свидетельствовал об уменьшении среднего объема гранулоцитов при уменьшении физиологического анизоцитоза.

При оценке моноцитарного звена выяснилось, что в контрольной группе фактор F1 объяснял сопряженное варьирование размера клеток и степени однородности популяции (Ex и SD). При снижении анизоцитоза и однородности популяции показатель MMV уменьшался. Фактор F2 описывал независимые вариации количества клеток.

В опытных группах на 10-е и 20-е сутки была выявлена картина, сходная со структурой связей в контроле: фактор F1 связывал средние размеры клеток с однородностью популяции; в этих группах фактор F2 включал показатель As. Характер распределения моноцитов на 30-е сутки существенно отличался от исходного состояния и от предыдущих сроков эксперимента. В сферу действия фактора F1 не входили параметры, влияющие на размер клеток.

Таким образом, при анализе факторных структур было установлено, что параметры распределения, средний объем и количество клеток варьировали согласованно. Однако степень и характер взаимодействия этих показателей у лейкоцитов разных типов различались в зависимости от сроков интоксикации крыс рудой. В норме (в контроле) выделенный для всех типов лейкоцитов по сути однотипный фактор (F1) регулировал состояние популяции клеток по их среднему объему, соотношению субпопуляций и степени анизоцитоза. Под влиянием МЦКР в первый период исследования (10-е сутки) существенных перемен в системе корреляции не происходило. Позднее, начиная с 20-х суток интоксикации, наблюдалась перестройка структуры популяции, различающаяся у лейкоцитов разных типов. У лимфоцитов формировались связи, указывающие на усиление вклада степени гетерогенности популяции в варьирование их среднего объема. У моноцитов структура популяции на 20-е сутки практически не отличалась от картины контроля и начала эксперимента.

Что касается гранулоцитов, на 20-е и 30-е сутки под влиянием МЦКР выявилась связь особенностей состава популяции с их количеством. По мере снижения количества циркулирующих в крови клеток в сосудистом русле увеличивалась доля более крупных лейкоцитов при сохранении однородности распределения. Взаимосвязи между количеством лейкоцитов и их объемом были продемонстрированы также в периферической крови человека [11]. Считается, что молодые клетки крупнее, чем клетки, которые находятся долгое время в сосудистом русле. Можно допустить, что относительное преобладание крупных клеток при уменьшении их количества в сосудистом русле обусловлено активацией миелопоэза. Так, в литературе приводятся сведения о стимуляции процесса созревания миелоидных и лимфоидных ростков в красном костном мозге под влиянием наночастиц золота [12]. В свою очередь в популяциях моноцитов и лимфоцитов корреляции между количеством клеток и параметрами их распределения по объему были статистически незначимы. Судя по картине изменений факторных структур показателей лейкоцитов разных типов под влиянием МЦКР, в наибольшей степени модифицируется система корреляций параметров гранулоцитов. В отличие от клеток других видов в регуляцию баланса соотношений клеток по объему существенный вклад вносит изменение количества циркулирующих клеток.

Выводы

1. В норме регуляция состава клеточных популяций по объему у лейкоцитов разных видов осуществляется относительно однотипно и независимо от количества клеток в сосудистом русле.

2. Влияние медно-цинковой колчеданной руды на взаимоотношения количественных и морфофункциональных характеристик лейкоцитов проявляется на 20-е и 30-е сутки эксперимента только у гранулоцитов.