Інститут гігієни та медичної екології

ім. О.М.Марзеєва АМН України

Клімкіна Ірина Іванівна

УДК: 575.312.24:612.014.4

Цитогенетична оцінка мутагенної небезпеки

урбанізованих територій України

03.00.15 – Генетика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем природокористування та екології НАН України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

Горова Алла Іванівна

Національний гірничий університет МОН України, зав. кафедри екології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

Обухан Катерина Іванівна

Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України,

головний науковий співробітник

кандидат біологічних наук

Дибський Сергій Сергійович

Науковий центр радіаційної медицини АМН України, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка, кафедра

загальної та молекулярної генетики, м. Київ

Захист відбудеться “ 16 ” травня 2003 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.604.02 Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України за адресою: 02660, м. Київ, вул. Попудренка, 50.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України за адресою: м. Київ, вул. Попудренка, 50.

Автореферат розісланий “ 11 ” квітня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Омельченко Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забруднення довкілля мутагенами хімічного, фізичного та біологічного походження набуває катастрофічного і глобального характеру (Сердюк А.М., 1995; Тимченко О.І., 1997; Дуган О.М., 1998).

Як відомо, збільшення мутагенного навантаження до рівня, здатного подвоїти частоту виникнення мутацій у людини, може привести до істотних змін генофонду нації (Бариляк І.Р., 1995). Тому, вельми необхідним є розв’язання таких проблем, як контроль над процесами забруднення навколишнього середовища мутагенами, запобігання наростанню мутагенного забруднення, розуміння природи дії мутагенів і пошуки засобів захисту живих організмів від їх негативного впливу (Горова А.І., 2001). Саме ці проблеми є центральними в Цільовій програмі генетичного моніторингу в Україні, в межах якої виконана дисертаційна робота.

Традиційні методи оцінки стану об’єктів навколишнього середовища шляхом хімічного аналізу та виміряння радіоактивного фону не можуть відбити сумарної дії різних забруднювачів довкілля. Ця проблема може бути вирішена з використанням індикаторних біотестів, серед яких цитогенетичні є найбільш інформативними, високочутливими і достатніми для адекватних оцінок (Пілінська М.А., Дибський С.С., 1999; Дуган А.М., 2000; Горова А.І., 2000; Обухан К.І., 2002). При цьому важливого значення набуває оцінка навколишнього середовища за мутагенним фоном, генетичною небезпекою для населення з подальшим картографуванням території за цими показниками.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з науковими дослідженнями відділу цитоекології Інституту проблем природокористування та екології НАН України, проведених відповідно до Постанови Кабінету міністрів України “Про затвердження Положення про державну систему моніторингу довкілля” від 30.03.1998 р. № 391: “Розробка методології вибору стратегії раціонального використання природних ресурсів і сталого еколого-економічного розвитку регіонів з високим техногенним навантаженням” (№ ДР 0193U009455); “Розробка методології й рекомендацій експрес-діагностики мутагенного фону природного середовища цитогенетичними і біофізичними методами” (№ ДР 0196U001733); “Підвищення резервів адаптації організмів дітей м. Дніпропетровська з використанням природних адаптогенів гумінового походження” (№ ДР 0195U030118); “Застосування нових методів визначення вмісту та міграції рухомих форм токсичних елементів у ґрунтах і об'єктах геологічного середовища України та їх картування” (включене до програми “Екологічна безпека України”, наказ №102 від 23.04.97.; № ДР 0197U017333); “Розробка наукових основ раціонального природокористування при реалізації стратегії сталого еколого-економічного розвитку території/ Установлення зв'язку в часі між якістю навколишнього середовища й показниками модульного блоку “Здоров'я” (№ ДР 0196U021594).

Метою даної роботи є визначення загального мутагенного фону на основі закономірностей виникнення мікроядер в соматичних клітинах дітей, що проживають у містах з різним техногенним навантаженням.

Поставлена мета досягалась шляхом послідовного вирішення таких задач:

1.

2.

3.

4.

Об'єкт дослідження: соматичні клітини людини та їхні реакції на сумарну дію забруднювачів навколишнього середовища.

Предмет досліджень: цитогенетичні наслідки техногенезу.

Методи досліджень: цитологічні, біохімічні, цитогенетичні, мікроскопічні, методи варіаційної статистики за Стьюдентом-Фішером, кореляційний і дисперсний аналізи.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: - науково обґрунтовано застосування клітин слизової оболонки порожнини рота дітей дошкільного віку в якості тест-об’єкту для виявлення і оцінки сумарного мутагенного фону довкілля; - на підставі цитогенетичних змін в епітеліоцитах порожнини рота визначено групи дітей підвищеного екологічного ризику на територіях досліджених промислових центрів; - застосовано мікроядерний тест для оцінки ефективності комплексу заходів, спрямованих на реабілітацію ушкоджених організмів; - на різновікових групах встановлено закономірності зменшення екологозалежних генетичних змін у клітинах організму людини під впливом системи комплексного оздоровлення природними кліматичними факторами і адаптогенами.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тім, що: - одержані дані використано при розробці екологічних карт м. Дніпропетровська і Дніпропетровської області; - виявлені групи дітей підвищеного генетичного ризику в промислових центрах були рекомендовані для більш поглибленого медичного обстеження з метою подальшого оздоровлення; - систему цитогенетичного тестування впроваджено в Науково-експериментальному фітоцентрі УААН для оцінки ефективності оздоровлення відпочиваючих під впливом природних кліматичних факторів і фітопрепаратів; - результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес Національного гірничого університету при підготовці фахівців за спеціальністю 8.070801 – “Екологія та охорона навколишнього середовища” і студентів інших спеціальностей університету при викладанні курсів: “Основи загальної екології”, “Основи екології”, “Біологія”, “Біоіндикація”, “Екологія людини”, “Радіобіологія”, “Екологічний моніторинг” та ін.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійною працею автора. Проаналізовано відповідну літературу, підготовлено і виконано експериментальні дослідження, статистично оброблено й проаналізовано отримані результати, зроблено висновки, підготовлено і впроваджено матеріали у практику.

Апробація результатів дослідження. Матеріали дисертації оприлюднено на: Міжнародній науково-практичній конференції “Екологізація виробництва і керування відходами” (Дніпропетровськ, 1996); 4-й Міжнародній конференції “Франція та Україна” (Дніпропетровськ, 1997); Abstracts of the 1st European Cytogenetics Conference “Cytogenetics and Cells Genetics” (Athens, Greece, 1997); Екосимпозіумі “Сучасні методи рекультивації земель і виробництва екологічно чистої сільськогосподарської продукції” (Дніпропетровськ, 1998); Міжнародних науково-практичних конференціях: “Від перехідної економіки до сталого розвитку” (Дніпропетровськ, 2001), “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки” (Дніпропетровськ, 2001); “Проблеми, досягнення і перспективи розвитку медико-біологічних наук і практичної охорони здоров'я”, присвяченої 70-річчю КДМУ ім. С.І. Георгієвського (Сімферополь, 2001) та ін.

Публікації. Відповідно до теми дисертації опубліковано 14 наукових праць, в тому числі 4 – статті у фахових наукових журналах, 10 - в збірниках, матеріалах та тезах конференцій і симпозіумів, з яких 6 - міжнародних.

Обсяг і структура дисертації. Робота викладена на 144 сторінках і складається зі вступу, п’яти розділів (огляду літератури, матеріалів та методів, результатів досліджень, представлених у 3 розділах), узагальнення одержаних даних, висновків, списку використаних літературних джерел (250 найменувань, з них – 61 латиницею) і додатків. Дисертація містить 36 таблиць, проілюстрована 17 малюнками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи дослідження. Дослідження загального мутагенного фону довкілля проведено на різних за рівнем і характером техногенного навантаження територіях міст Дніпропетровської області – Дніпропетровська, Марганця і Жовтих Вод, а також міста Червоноград, Львівської області, і міста Чернівці, де інтенсивно розвинені металургійна, гірничовидобувна і переробна, хімічна та інші галузі промисловості й відзначається погіршення хімічного складу атмосферного повітря, забруднення ґрунтового покриву, поверхневих і підземних вод. Контролем слугував фон довкілля та стан здоров'я населення на екологічно чистих територіях АР Крим – смт. Нікіта, Нікітський ботанічний сад, заповідник “Мис Мартьян”, Науково-експериментальний фітоцентр УААН (Національна доповідь про стан навколишнього середовища, 1999).

У комплексі цитогенетичних тестів, які використовуються в еколого-генетичному моніторингу, мікроядерний тест відноситься до одного із можливих скринінгових експрес-методів аналізу мутагенності довкілля, інформативність якого прирівнюється до метафазного аналізу хромосом (Пілінська М.А., 1994; Нерсесян А.К., 1996), але він порівняно простий, швидкий, дешевий, не потребує спеціального лабораторного устаткування для культивування клітин. Тому у наших дослідженнях для оцінки цитогенетичного ефекту сумарної дії забруднювачів навколишнього середовища вибраний мікроядерний тест в епітеліальних клітинах порожнини рота людини (Арутюнян Р.М. та ін.,1987).

З метою оцінки екологічної ситуації за загальним мутагенним фоном використано результати цитогенетичного обстеження дітей дошкільного віку, тому що в результаті чисельних досліджень різновікових груп населення доведено, що саме вони є найбільш чутливими до несприятливого впливу зовнішніх факторів. Крім того, вибір упав саме на цю категорію населення тому, що діти зазнають мінімальної добової міграції, не мають в життєвому анамнезі контактів з виробничими факторами, шкідливих звичок (паління тютюну, вживання алкоголю, та ін.), які можуть псувати цитогенетичну картину організму дорослої людини, і забезпечені, як правило, більш систематичним медичним наглядом. Слід також зазначити, що у дитячому організмі, порівняно з організмом дорослої людини, процеси метаболізму і розподілу клітин відбуваються набагато інтенсивніше. Тому організм дітей вважають найбільш чутливим до впливу негативних екологічних факторів (Grazuleviciene R., 1995; Бердник О.В. і ін., 1999; Івахно И.П., 1999; Іваницька Н.Ф., 2001). Все це надало нам можливості обґрунтувати використання епітеліоцитів слизової оболонки порожнини рота дітей дошкільного віку в біоіндикації загального мутагенного фону навколишнього середовища.

Кожна серія досліджень включала групу дітей кількістю від 25 до 60 чоловік із приблизно однаковим співвідношенням статі. У групу для обстеження входили здорові і практично здорові діти 5-7 літнього віку, які були відібрані спільно з співробітниками Дніпропетровської державної медичної академії за спеціальним анкетуванням. Аналіз препаратів проведено за кодами, тобто анонімно, а їх розшифровку здійснено після отримання експериментальних даних.

Мазки слизової оболонки ротової порожнини брали з внутрішньої сторони правої і лівої щоки і нижньої губи за допомогою стерильного ватяного тампону на індивідуальній скіпі з послідуючим нанесенням їх на предметне скло. Фіксували мазки в суміші спирту (70%) й оцтової кислоти (3:1) або у 96%-ному етанолі. Термін фіксації складав 1 годину. Потім мазки підсушували на повітрі до того моменту, поки не зникав блиск вологи. В такому стані препарати зберігалися до фарбування. Фарбували препарати ацетоорсеїном або реактивом Шиффа за Фьольгеном (Арутюнян Р.М., 1987). Аналізували препарати за допомогою мікроскопу МБІ-3 зі збільшенням Ок.10хОб.60. При визначенні частоти клітин з мікроядрами враховували їхню кількість і відносили до загального числа ядровміщуючих клітин. Аналізували до 500 клітин у кожному варіанті.

Отримані експериментальні дані використовували для обчислення умовних показників пошкоджуваності (УПП) організмів, на підставі яких здійснено оцінку екологічної ситуації за мутагенним фоном (Горова А.І. та ін., 1996). УПП обчислювали за формулою:

, (1)

де УППі – умовний показник пошкодження у структурі та/або функції однієї з біосистем (біопараметру), які спричинені несприятливими умовами довкілля; Пкомф. і Пкрит. – експериментально або експертно визначені значення біопараметру в комфортних або критичних для життєдіяльності організму умовах; Пі – реальне значення біопараметру на поточний момент.

У випадку використання системи біопараметрів обчислювали інтегральний умовний показник (ІУПП) за формулою:

(2)

Значення УПП та ІУПП змінюються в діапазоні від 0 (Пі = Пкомф., сприятливі умови) до 1 (Пі = Пкрит., небезпечні умови).

Для оцінки екологічного стану довкілля за цими показниками використовували наступну оцінюючу шкалу (табл. 1):

Таблиця 1

Шкала оцінки стану біосистем і екологічної ситуації за мутагенним фоном

Показник генетичних пошкоджень (УПП) | Рівень генетичних пошкоджень | Стан

біосистем | Екологічна ситуація території за мутагенним фоном

0 – 0,150 | Низький | Благополучний | Еталонна

0,151 – 0,300 | Нижчий за середній | Насторожуючий | Задовільна

0,301 – 0,450 | Середній | Конфліктний | Незадовільна

0,451 – 0,600 | Вищий за середній | Загрозливий | Незадовільна

0,601 – 0,750 | Високий | Критичний | Катастрофічна

0,751 – 1,000 | Максимальний | Небезпечний | Катастрофічна

Отримані експериментальні дані обробляли загальноприйнятими статистичними методами (Плохинський Н.А., 1970; Лакін Г.Ф., 1990). Математична обробка включала такі методи: розрахунок первинних статистичних показників, виявлення відмінностей між групами за статистичними ознаками, доведення взаємозв’язку між змінними за допомогою кореляційного аналізу, встановлення виду залежностей показників від досліджуваних параметрів за допомогою регресійного аналізу (Дрейпер Н. И др., 1973; Боровіков В.П., 1999). Статистичну обробку даних проводили на персональному комп'ютері Pentium Intel MMX™ - 166 з використанням пакета Microsoft Excel та пакета математичної обробки Statistica.

Сумарний обсяг проведених цитогенетичних досліджень представлено у таблиці 2.

Таблиця 2

Сумарний обсяг проведених цитогенетичних досліджень

Досліджувана територія | Роки дослідження | Вік, років | Кількість людей в групі | Кількість досліджуваних клітин

селище Нікіта АР Крим (контроль) | 1993 | 5-7 | 56 | 14090

м. Дніпропетровськ | 1992 | 5-7 | 48 | 15700

1994 | 5-7 | 55 | 22500

2000 | 5-7 | 28 | 9100

м. Жовті Води Дніпропетровської області | 1997 | 5-7 | 37 | 11700

1999 | 5-7 | 48 | 20500

м. Марганець Дніпропетровської обл. | 1996 | 5-7 | 60 | 17800

м. Чернівці | 1996 | 5-7 | 34 | 9200

м. Червоноград Львівської області | 1996 | 5-7 | 39 | 11000

м. Чернігів | 1995 | 9-15 | 36 | 12100

м. Дніпропетровськ (робітники) | 1995-1996 | 28-48 | 36 | 11200

УСЬОГО | 477 | 154890

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ та ЇХ обговорення

Оцінка еколого-генетичного стану навколишнього середовища за мікроядерним тестом в епітеліоцитах слизової ротової порожнини дітей дошкільного віку

Проведено аналіз результатів цитогенетичного обстеження дітей дошкільного віку за мікроядерним тестом, які проживають у техногенно навантажених містах України. Встановлено, що рівень генетичних змін у соматичних клітинах дитячого населення залежить від рівня антропогенного навантаження на навколишнє середовище.

Визначено (табл. 3), що найбільш високими є середні, мінімальні і максимальні значення МЯ-індексів, які перевищують контроль у 6,1-8,8 рази, у центрі урановидобувної та уранопереробної гірничої промисловості – м. Жовті Води, а найнижчі – у найменш техногенно навантаженому місті – Чернівці (у 4,2-5,7 рази) (р0,05).

Досліджені міста за зменшенням значень мікроядерних індексів у клітинах дітей були ранжировані у наступному порядку: Жовті Води > Марганець > Дніпропетровськ > Червоноград > Чернівці > смт. Нікіта АР Крим (р0,05).

Таблиця 3

Порівняльна характеристика частоти клітин з мікроядрами у дітей, які мешкають у різних містах України (р < 0,05)

Досліджувана територія | Рік | Кількість дітей у групі | МЯ-індекс

Середній

(x Sx) | Перевищення над контролем, раз | Мінімальний

(x а) | Перевищення над контролем, раз | Максимальний

(x а) | Перевищен-ня над контролем, раз

м. Дніпропетровськ | 1992

1994

2000 | 48

31

28 | 0,067 + 0,006

0,073 + 0,006

0,090 + 0,009 | 5,2

5,6

6,9 | 0,030 + 0,002

0,047 + 0,003

0,057 + 0,004 | 4,3

6,7

8,1 | 0,125 + 0,007

0,128 + 0,008

0,140 + 0,010 | 5,2

5,3

5,8

м. Жовті Води,

Дніпропетровської області | 1997

1999 | 37

48 | 0,107 + 0,010

0,114 + 0,008 | 8,2

8,8 | 0,053 + 0,003

0,043 + 0,002 | 7,6

6,1 | 0,170 + 0,009

0,176 + 0,007 | 7,1

7,3

м. Марганець,

Дніпропетровської області | 1996 | 29 | 0,085 + 0,010 | 6,5 | 0,045 + 0,003 | 6,4 | 0,140 + 0,009 | 5,8

м. Чернівці | 1996 | 34 | 0,057 + 0,005 | 4,4 | 0,040 + 0,003 | 5,7 | 0,100 + 0,008 | 4,2

м. Червоноград,

Львівської області | 1996 | 39 | 0,079 + 0,006 | 6,1 | 0,043 + 0,004 | 6,1 | 0,130 + 0,010 | 5,4

АР Крим

селище Нікіта

(контроль) | 1993 | 56 | 0,013 + 0,001 | - | 0,007 + 0,001 | - | 0,024 + 0,003 | -

Примітка. Пкомф. = 0, Пкрит. = 0,180

Обчислені за цитогенетичними параметрами умовні показники пошкоджуваності (УПП) організму дітей (табл. 4) свідчать про те, що у містах Чернівці, Дніпропетровськ і Червоноград рівень пошкодження клітин слизової оболонки порожнини рота в дітей “середній”, м. Марганці – “вище за середній”, м. Жовті Води – “високий”. Це визначає стан дитячого організму в даних містах відповідно як “конфліктний”, “загрозливий” і “критичний”. Екологічна ситуація за мутагенним фоном в зазначених містах вважається “незадовільною”. Виключення становить м. Жовті Води, де вона характеризується як “катастрофічна”. Аналіз динаміки досліджуваного показника свідчить про достовірне (р0,05) погіршення екологічної ситуації за мутагенним фоном довкілля у м. Дніпропетровську, а в м. Жовті Води він залишається, як і раніше, надзвичайно високим (р0,05).

Таблиця 4

Оцінка сумарної мутагенності території за частотою клітин з мікроядрами в епітеліоцитах дітей дошкільного віку, що проживають у різних містах України (р<0,05)

Територія | Роки досліджень | Кількість дітей у групі | МЯ індекс

(x Sx) | УПП | Рівень пошкоджу-ваності клітин дітей | Стан дитячого організму за цитогенетич-ним статусом | Екологічний стан за мутагенним фоном

м. Дніпро-петровськ | 1992

1994

2000 |

48

31

28 |

0,067+0,006

0,073+0,006

0,090+0,009 |

0,372

0,406

0,500 |

Середній

Середній

Вищий за середній | Конфліктний

Конфліктний

Загрозливий |

Незадовільний

Незадовільний

Незадовільний

м. Жовті Води | 1997

1999 | 37

48 | 0,107+0,010

0,114+0,008 | 0,594

0,633 | Вищий за середній

Високий | Загрозливий

Критичний | Незадовільний

Катастрофічний

м. Марганець | 1996 | 29 | 0,085+0,010 | 0,472 | Вищий за середній | Загрозливий | Незадовільний

м. Чернівці | 1996 | 34 | 0,057+0,005 | 0,317 | Середній | Конфліктний | Незадовільний

м. Червоноград | 1996 | 39 | 0,079+0,006 | 0,439 | Середній | Конфліктний | Незадовільний

АР Крим

селище Нікіта (контроль) | 1993 | 56 | 0,013+0,001 | 0,072 | Низький | Благополучний | Еталонний

Примітка. Пкомф. = 0, Пкрит. = 0,180

Отримані дані разом з результатами біотестування за іншими тестами було використано при проведенні комплексної оцінки якості навколишнього середовища за загальним токсико-мутагенним фоном і при складанні екологічних карт м. Дніпропетровська та області.

На підставі МЯ-тестування визначені групи підвищеного генетичного ризику, до яких відносили дітей, в клітинах слизової оболонки ротової порожнини яких МЯ-індекс дорівнював або перевищував 0,100+а (УПП = 0,556), тобто майже у 2 рази (1,9) перевищував встановлений нами критерій умовного нормативного значення УПП (0,300), і цитогенетичний стан організму оцінювався як “загрозливий”.

Найвищий відсоток зустрічальності серед досліджуваних дітей з підвищеним генетичним ризиком за мікроядерним тестом у визначені роки спостерігався у містах Жовті Води (61%) і Марганці (40%). У Дніпропетровську цей показник складав 14 %, Червонограді -–10 %, Чернівцях – 3 % (рис. 1).

Рис. 1 - Частота зустрічальності дітей з підвищеним генетичним ризиком (%)

Таким чином, і відсоток дітей з підвищеним генетичним ризиком визначено в найбільш еколого-небезпечному місті – Жовті Води, що зв’язується з вище наведеними даними.

Генетична небезпека для людини від дії шкідливих екологічних факторів. На території досліджених міст, за нашою методикою (Горова А.І., Клімкіна І.І., та ін., 1996), було визначено еколого-генетичну небезпеку для людини з урахуванням екологічного стану природного середовища за токсико-мутагенним фоном (ІУППбіоінд.) та параметром інтегрального генетичного здоров'я населення (ІУППпопул.) (рис. 2).

Для оцінки токсико-мутагенного фону використовувались результати біотестування за тестами: “мікроядерний тест у соматичних клітинах дітей”, “стерильність пилку індикаторних рослин” і “хромосомні аберації у клітинах кореневої меристеми Allium cepa L.”.

Генетичне здоров'я населення визначалось за доступними медико-статистичними даними про поширеність онкологічних захворювань серед дітей і дорослих, вроджених аномалій розвитку та смертності дітей віком до 1 року. Але це не завершений склад критеріїв, і він повинен бути скоригований в подальших дослідженнях спільно з фахівцями популяційної медичної генетики.

Генетична небезпека для людини

Генетичне здоров’я населення | Токсико-мутагенна ситуація

Показники

генетичних пошкоджень

в популяції: | Цитогенетичні і біофізичні

показники біоіндикаторів

1. Вроджені аномалії розвитку 2. Смертність дітей віком до 1 року 3. Новоутворення серед дитячого населення 4. Новоутворення серед дорослого населення 5. Спонтанні аборти 6. Фертильність статевих клітин

та ін. | 1. Мікроядра в соматичних клітинах дітей 2. Стерильність пилку рослин 3. Аберрантність хромосом в кореневій меристемі 4. Мітотичний індекс в кореневій меристемі 5. Структурна стійкість фотоасимілюючих клітин рослин 6. Функціональна стійкість фото-асимілюючих клітин рослин

та ін.

Рис.2 - Структура показників оцінки генетичної небезпеки для людини, зумовленої дією шкідливих екологічних факторів

Попередні отримані дані свідчать про те, що найбільша генетична небезпека для людини від дії шкідливих екологічних факторів спостерігається також у м. Жовті Води, що в цілому відображає стан загального мутагенного фону довкілля на цій території: рівень ушкодження біосистем є “вище за середній”, а їх стан – “загрозливий” (табл.4). В умовах міст Дніпропетровська, Марганця, Червонограду і Чернівців рівень ушкодження за всіма тест-системами характеризується як “середній”, а їх стан – “конфліктний”. Екологічна ж ситуація, що склалася за показником генетичної небезпеки у вище зазначених регіонах оцінена нами як “незадовільна”. У контрольному пункті (селище Нікіта АР Крим) рівень ушкодження біосистем і їх стан класифікується як “низький” та “благополучний ” відповідно, що, в свою чергу, дає підставу визначити екологічну ситуацію на цій території як “еталонну”.

Визначення території з “еталонним” станом екологічної ситуації має велике значення в комплексному генетичному моніторингу і вирішує проблему біологічного “контролю ”.

Важливо зазначити, що біотести у деяких випадках більш чутливо реагували на зміни екологічних умов, ніж параметри, які використовувались для характеристики генетичного здоров'я населення. Так, серед біотестів найбільш чутливими до впливу негативних факторів довкілля були мікроядерний тест на клітинах слизової оболонки ротової порожнини дітей і тест “хромосомні аберації у мерістематичних клітинах Allium cepa L.”. Незважаючи на те, що тест “стерильність пилку індикаторних рослин” виявився менш чутливим, порівняно з іншими біотестами, він характеризує загальну токсичність (або потенційну мутагенність) забруднювачів повітряного середовища, і також має принципове значення при проведенні комплексної оцінки загального токсико-мутагенного фону довкілля.

Таблиця 4

Рівень еколого-генетичної небезпеки для людини (за даними біотестування і аналізу генетичного здоров'я населення)

Місто | Рік | Біоіндикаційні показники | Показники генетичного здоров'я | Кген.неб.

УПП1 | УПП2 | УПП3 | ІУПП біоінд. | УПП4 | УПП5 | УПП6 | УПП7 | ІУПП попул.

Дніпропетровськ | 1992 | 0,372 | 0,352 | 0,484 | 0,403 | 0,490 | 0,309 | 0,567 | 0,466 | 0,458 | 0,425

1994 | 0,406 | 0,289 | 0,430 | 0,375 | 0,493 | 0,291 | 0,349 | 0,434 | 0,392 | 0,381

2000 | 0,500 | 0,360 | 0,380 | 0,413 | 0,530 | 0,400 | 0,340 | 0,380 | 0,412 | 0,413

Жовті Води | 1997 | 0,594 | 0,395 | 0,380 | 0,456 | 0,867 | 0,318 | 0,338 | 0,451 | 0,493 | 0,471

1999 | 0,633 | 0,466 | 0,467 | 0,522 | 0,800 | 0,473 | 0,462 | 0,449 | 0,546 | 0,532

Марганець | 1996 | 0,472 | 0,380 | 0,470 | 0,441 | 0,477 | 0,291 | 0,582 | 0,306 | 0,414 | 0,430

Червоноград | 1996 | 0,439 | 0,270 | 0,461 | 0,390 | 0,367 | 0,145 | 0,331 | 0,471 | 0,329 | 0,366

Чернівці | 1996 | 0,317 | 0,210 | 0,440 | 0,322 | 0,897 | 0,345 | 0,021 | 0,554 | 0,454 | 0,375

сел. Нікіта, АР Крим | 1993 | 0,072 | 0,072 | 0,100 | 0,081 | 0,090 | 0,127 | 0,116 | 0,0 | 0,084 | 0,082

1999 | 0,016 | 0,064 | 0,119 | 0,066 | 0,032 | 0,100 | 0,273 | 0,0 | 0,102 | 0,080

Примітка. В усіх таблицях і для рис. 3: УПП1 – показник, що був розрахований за частотою трапляння мікроядерних фрагментів у клітинах слизової оболонки ротової порожнини дітей дошкільного віку; УПП2 – за частотою стерильних клітин пилку фітоіндикаторів, що ростуть на досліджуваних територіях (Poa trivialis, Dactylis glomerata, Acacia dealbata, Achillea millefolinium, та ін., > 25 видів); УПП3 – за частотою хромосомних аберацій у клітинах кореневої меристеми Allium cepa L.; ІУППбіоінд. – інтегральний біоіндикаціний показник; УПП4 – за частотою вроджених аномалій розвитку; УПП5 – за поширеністю новоутворень серед дитячого населення; УПП6 – за поширеністю новоутворень серед дорослого населення; УПП7 – за рівнем смертності дітей у віці до 1 року; ІУППпопул. – інтегральний популяційний показник; Кген.неб. – критерій генетичної небезпеки = 0,6 ІУППбіоінд. + 0,4 ІУППпопул.

Між показниками, які характеризують токсико-мутагенний фон (ІУППбіоінд.) і генетичне здоров'я населення (ІУППпопул.) виявлено високу кореляцію (r=0,961, р0,05). Тісний кореляційний зв'язок спостерігався також між показниками стерильності пилку рослин (УПП2) і МЯ-індексом соматичних клітин організму дітей (УПП1) (r=0,947, р0,05), хромосомними абераціями в клітинах мерістеми Allium cepa L. (УПП3) і МЯ-індексом соматичних клітин організму дітей (r=0,823, р0,05), хромосомними абераціями в клітинах Allium cepa L. і стерильністю пилку рослин (r=0,786, р0,05).

Що стосується складових генетичного здоров'я населення, то треба відзначити високий рівень кореляції між частотою вроджених аномалій розвитку (УПП4) і поширеністю новоутворень серед дітей (УПП5) (r=0,822, р0,05), та рівнем смертності дітей віком до 1 року (УПП7) (r=0,842, р0,05). Між частотою вроджених аномалій розвитку і поширеністю новоутворень серед дорослих (УПП6), а також між показниками поширеності новоутворень серед дорослого і дитячого населення зв'язку практично не має (r=0,055 і r=0,309, відповідно).

Кореляційним аналізом також було встановлено, що із вище зазначених тест-систем найвищий рівень кореляції з усіма іншими незалежними показниками має МЯ-тест (УПП1), а найменший – показник поширеності новоутворень серед дорослих (УПП6) (рис. 3).

Рис. 3 – Сила зв'язку між МЯ-індексом та іншими аналізованими показниками, в порівнянні з показником поширеності новоутворень серед дорослого населення

Методами регресійного аналізу досліджено зв'язок між всіма аналізованими показниками. Ця залежність описується лінійними рівняннями виду: у = kх + b, де y та х – показники різних біотестів, k – коефіцієнт пропорційності, b – вільний член (табл. 5).

Таблиця 5

Коефіцієнти регресійних рівнянь між показниками, які характеризують мутагенний фон довкілля та генетичне здоров'я популяції |

УПП1 | УПП2 | УПП3 | ІУПП

біоінд. | УПП4 | УПП5 | УПП6 | УПП7 | ІУПП

попул. | К

ген.неб.

УПП1 | 1

0 | 0,642

0,042 | 0,584

0,151 | 0,749

0,064 | 1,142

0,07 | 0,465

0,103 | 0,449

0,167 | 0,755

0,064 | 0,701

0,102 | 0,73

0,079

УПП2 | 1,44

0,031 | 1

0 | 0,872

0,124 | 1,116

0,03 | 1,566

0,057 | 0,735

0,07 | 0,894

0,082 | 1,033

0,056 | 1,055

0,067 | 1,092

0,045

УПП3 | 1,16

0,052 | 0,773

0,003 | 1

0 | 0,979

0,016 | 1,474

0,046 | 0,562

0,07 | 0,63

0,103 | 1,252

0,116 | 0,978

0,003 | 0,979

0,008

ІУПП біоінд. | 1,279

0,066 | 0,849

0,011 | 0,841

0,08 | 1

0 | 1,472

0,009 | 0,626

0,061 | 0,664

0,106 | 1,054

0,017 | 0,952

0,036 | 0,981

0,014

УПП4 | 0,533

0,111 | 0,326

0,121 | 0,346

0,199 | 0,402

0,146 | 1

0 | 0,337

0,11 | 0,033

0,321 | 0,556

0,071 | 0,48

0,126 | 0,434

0,138

УПП5 | 1,292

0,019 | 0,911

0,031 | 0,786

0,153 | 1,019

0,064 | 2,005

0,057 | 1

0 | 0,45

0,212 | 1,083

0,048 | 1,132

0,051 | 1,065

0,059

УПП6 | 0,587

0,182 | 0,521

0,11 | 0,414

0,233 | 0,508

0,177 | 0,092

0,473 | 0,212

0,208 | 1

0 | 0,226

0,275 | 0,382

0,239 | 0,457

0,202

УПП7 | 0,81

0,096 | 0,494

0,112 | 0,676

0,136 | 0,662

0,116 | 1,277

0,056 | 0,418

0,133 | 0,186

0,273 | 1

0 | 0,719

0,116 | 0,685

0,116

ІУПП попул. | 1,172

0,051 | 0,786

0,004 | 0,822

0,07 | 0,931

0,006 | 1,719

0,129 | 0,68

0,029 | 0,488

0,158 | 1,12

0,061 | 1

0 | 0,959

0,003

Кген.неб. | 1,271

0,073 | 0,847

0,016 | 0,857

0,067 | 1

0,008 | 1,617

0,073 | 0,667

0,042 | 0,609

0,121 | 1,111

0,045 | 0,999

0,012 | 1

0

Примітка: 1) в чисельнику – коефіцієнт пропорційності (k), в знаменнику – вільний член (b).

Таким чином, проведення такого аналізу дає можливість відстежити рівень токсико-мутагенного фону довкілля, а також характеризувати тенденції щодо змін екологічної ситуації і генетичної небезпеки для людини як за одним з названих тестів, так і за їх комплексом.

Результати використання мікроядерного тесту для оцінки ефективності реабілітації адаптогенами організму людини, ушкодженого дією шкідливих екологічних і виробничих факторів. Підвищений мутагенний фон досліджуваних територій обумовлює необхідність проведення реабілітаційних заходів, спрямованих на підвищення захисних функцій організму. Досягти цієї мети можна на основі застосування природних адаптогенів (фіто- і апіпродуктів, тканевих і гумінових препаратів і ін.) (Горова А.І., Орлов Д.С., 1995; Бариляк І.Р. та ін., 1998). В наших дослідженнях для реабілітації ушкоджених організмів використовували гумінат, вітамінні комплекси, фіточаї, мед, прополіс, апілак та природнокліматичні фактори санаторно-курортних центрів АР Крим (фітоцентр УААН, Ялта; санаторій “Маяк”, м. Євпаторія).

Можливість застосування природних адаптогенів для реабілітації організму людини, ушкодженого дією шкідливих екологічних та виробничих факторів, з'ясовувалась на дитячому і дорослому населенні міст Дніпропетровськ, Марганець і Чернігів (табл. 6).

Таблиця 6

Вплив препаратів природних адаптогенів, а також природно-кліматичних факторів на зниження цитогенетичних порушень у дітей і дорослих (р<0,01)

Варіанти | Кіль-кість досліджених | До оздоровлення | Після оздоровлення

Частота клітин з мікроядрами | Частота клітин з мікроядрами

Min max

(x а) | ІУПП | Стан організму за цитогенетич-ними показниками | Min max

(x а) | ІУПП | Стан організму за цитогенетич-ними показниками

Вплив несприятливих екологічних факторів

м.Дніпропет-ровськ (діти дошк. віку) | 24 | 0,048 0,092

0,067 + 0,006 | 0,372 | Конфліктний | 0,038 0,056

0,046 + 0,005(1) | 0,256 | Насторожую-чий

м.Марганець

(діти дошк. віку) | 60 | 0,047 0,140

0,085 + 0,005 | 0,472 | Загрозливий | 0,023 0,070

0,043 + 0,004(2) | 0,239 | Насторожую-чий

м.Чернигів (підлітки) | 36 | 0,064 0,180

0,120 + 0,007 | 0,667 | Критичний | 0,033 0,190

0,061 + 0,009(3) | 0,339 | Конфліктний

Вплив шкідливих виробничих факторів

завод ВАТ”Дніпрошина” (робітники) | 36 | 0,077 0,122

0,094 + 0,003 | 0,522 | Загрозливий | 0,027 0,060

0,043 + 0,002(4) | 0,239 | Насторожую-чий

Примітка: 1) пектинові таблетки і гумінат; 2) вітамінні комплекси і пектинова паста; 3) природно-кліматичні фактори в поєднанні з фітотерапією; 4) гумінат і пектинова паста.

Як видно, найбільшою мірою проявилися генетичні порушення в клітинах підлітків, що проживають на території, яка зазнала значного впливу радіонуклідних викидів внаслідок аварії на ЧАЕС – м. Чернігові. З двох промислових центрів Дніпропетровської області більш високий рівень генетичних ушкоджень відзначено у дітей м. Марганця. Досить високим рівнем цитогенетичних порушень, незалежно від статі, характеризується контингент дорослих – група працівників шкідливого виробництва м. Дніпропетровська – ВАТ “Дніпрошина”.

В усіх досліджених групах застосування природних адаптогенів у системі комплексної реабілітації ушкоджених організмів призвело до поліпшення цитогенетичного статусу (р<0,01). Так, у містах Дніпропетровськ і Марганець цитогенетичний стан організму дитини, визначений як “конфліктний” і “загрозливий”, відповідно, після проведення оздоровчих курсів було поліпшено до “насторожуючого”. Аналогічна тенденція, але більшої ефективності, отримана в групі підлітків з м. Чернігова, що оздоровлювалися у санаторії “Маяк” (м. Євпаторія). Під впливом комплексного реабілітаційного курсу їх “критичний” стан за мікроядерним тестом був поліпшений до “конфліктного”. Такий же високий ефект реабілітації спостерігався на дорослих – працівниках шкідливого підприємства. Так, їх “загрозливий” стан за цитогенетичним статусом, індукований дією шкідливих виробничих факторів, був поліпшений завдяки дії адаптогенів до “насторожуючого”.

Слід відзначити, що ці експерименти проведено спільно зі співробітниками медичних закладів, які в того ж контингенту обстежених виявили посилення захисних функцій імунної системи, поліпшення основних фізіологічних показників, а також пролонгований оздоровчий ефект (Дука К.Д. та ін., 1994; Родіонова В.В., 2001). Так, у дітей з рецидивуючими бронхітами після оздоровчого курсу в найближчий осінньо-зимовий період в 1,5 рази знижувався рівень гострих респіраторних захворювань (Васильєва Т.Л., 1994). За цими даними отримано патент на застосування гумінату в якості імуннокоректора для лікування хворих за вторинними імунними порушеннями (№ 94107163/4(4374) від 06.10.94).

Таким чином, зниження цитогенетичних пошкоджень в організмі людини, викликаних дією шкідливих екологічних і виробничих факторів, можна досягти на основі застосування препаратів природних адаптогенів та їх сполучення зі сприятливими екологічними умовами санаторно-курортних комплексів. Отримані дані можуть бути застосовані при обґрунтуванні та розробці Програм щодо реабілітації здоров'я населення техногенно навантажених територій.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вивчено закономірності виникнення мікроядер в клітинах слизової оболонки порожнини рота дітей дошкільного віку, що проживають у містах з різним техногенним навантаженням, та отримано результати, які дозволяють зробити наступні висновки:

1. Використання мікроядерного тесту в соматичних клітинах дітей дошкільного віку є доцільним для оцінки стану загального мутагенного фону довкілля, як скринінгового методу.

2. Встановлено достовірне зростання рівня цитогенетичних змін у дітей, які проживають на територіях з високим техногенним навантаженням від 0,0570,005 до 0,1140,008, в порівнянні з екологічно благополучним регіоном (смт. Нікіта АР Крим), мікроядерний індекс у якому становить 0,0130,001 (р0,05).

3. Розроблено методику оцінки мутагенного фону довкілля за цитогенетичними характеристиками дітей дошкільного віку, відповідно до якої запропоновано умовні показники пошкоджуваності (УПП) клітин.

4. За цією методикою визначено УПП соматичних клітин у дітей (5-7 років) в містах України: Дніпропетровськ, Марганець, Жовті Води, Червоноград, Чернівці та сел. Нікіта АР Крим. Аналіз результатів, які отримано, дають підставу вважати, що екологічна ситуація в місті Жовті Води є “катастрофічною”; в Дніпропетровську, Марганці, Чернівцях та Червонограді – “незадовільною”. Екологічна ситуація за загальним мутагенним фоном селища Нікіти (Крим) визначена нами як “еталонна” (р0,05).

5. Проведено ранжування територій досліджених міст за рівнем мутагенного фону довкілля, який визначено за мікроядерним тестом. Вони розташовуються наступним чином в порядку зменшення рівня мутагенного фону: Жовті Води > Марганець > Дніпропетровськ > Червоноград > Чернівці > сел. Нікіта АР Крим (р0,05).

6. Сформовано групи підвищеного генетичного ризику на основі даних цитогенетичного обстеження дітей. У контролі таких дітей не виявлено, а в промислових центрах їх відсоток становить: у Жовтих Водах – 61%, Марганці – 40%, Дніпропетровську -– 14%, Червонограді – 10%, Чернівцях – 3% від загальної кількості обстежених.

7. Встановлено рівень еколого-генетичної небезпеки для людини з урахуванням екологічного стану природного середовища за токсико-мутагенним фоном (ІУППбіоінд.) та параметру інтегрального генетичного здоров’я населення (ІУППпопул.). Екологічна ситуація за показником генетичної небезпеки на території міст Жовті Води, Марганець, Дніпропетровськ, Червоноград і Чернівці визначена як “незадовільна”, у контролі (сел. Нікіта АР Крим) – як “еталонна”.

8. За допомогою мікроядерного тесту доведено, що поліпшити цитогенетичний статус організму людини, пошкодженого дією шкідливих екологічних та виробничих факторів, можливо шляхом застосування природних адаптогенів рослинного, тваринного та гумінового походження в комплексі із оздоровчими природнокліматичними санаторно-лікувальними факторами. Так, у дітей з цитогенетичним статусом “конфліктний”, “загрозливий” та “критичний” до оздоровлення, було досягнуто його покращення до рівня “насторожуючий”, “насторожуючий” та “конфліктний”, відповідно. У дорослих цитогенетичний статус після оздоровлення змінився з “загрозливого” на “насторожуючий” (р0,01).

Список наукових праць за темою дисертаційного дослідження

1. Горовая А.И., Бобырь Л.Ф., Скворцова Т.В., Дигурко В.М., Климкина И.И. Методологические аспекты оценки мутагенного фона и генетического риска для человека и биоты от действия мутагенных экологических факторов // Цитология и генетика. - 1996. - №6. – С. 78-86. Особистий внесок складає 20%. Він полягає в збиранні матеріалів для дослідження, в математичній обробці отриманих даних, а також в їх аналізі та узагальненні.

2. Горовая А.И., Климкина И.И. Использование цитогенетического тестирования для оценки экологической ситуации и эффективности оздоровления детей и взрослых природными адаптогенами // Цитология и генетика. – 2002. - №5. – С.21-25. Особистий внесок складає 90%. Він полягає в збиранні матеріалів для дослідження, в математичній обробці отриманих даних, а також в їх аналізі та узагальненні.

3. Горовая А.И., Скворцова Т.В., Климкина И.И. Влияние деятельности горнопромышленных производств г. Желтые Воды Днепропетровской области на состояние среды и здоровье населения // Довкілля та здоров’я. – 2001. - №3(18). – С. 33-35. Особистий внесок складає 60%. Він полягає в збиранні матеріалів для дослідження, в математичній обробці отриманих даних, а також в їх аналізі та узагальненні.

4. Горовая А.И., Шпилева И.В., Скворцова Т.В., Климкина