способ определения экологически безопасного уровня содержания тяжелых металлов в крови человека

Формула изобретения

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, -липопротеиды, серомукоиды, тимоловую пробу, мочевую кислоту, мочевину, креатинин, аланинаминотрансферазу (АЛТ), аспартат-аминотрансферазу (ACT), гаммаглутаминтрансферазу (ГГТ), триглицериды, -амилазу, холестерин, общий белок, средние молекулы ₂₅₄- ₂₅₈) 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.

Описание изобретения к патенту

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, -липопротеиды, серомукоиды, тимоловую пробу, мочевую кислоту, мочевину, креатинин, аланинаминотрансферазу (АЛТ), аспартат-аминотрансферазу (ACT), гамма-глутаминтрансферазу (ГГТ), триглицериды, -амилазу, холестерин, общий белок, средние молекулы ₂₅₄- ₂₅₈, 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, -липопротеидов, серомукоидов, тимоловой пробы, мочевой кислоты, мочевины, креатинина, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартат-аминотрансферазы (ACT), гамма-глутаминтрансферазы (ГГТ), триглицеридов, -амилазы, холестерина, общего белка, средних молекул ₂₅₄- ₂₅₈. 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, -липопротеидов, серомукоидов, тимоловой пробы, мочевой кислоты, мочевины, креатинина, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартат-аминотрансферазы (ACT), гамма-глутаминтрансферазы (ГГТ), триглицеридов, -амилазы, холестерина, общего белка, средних молекул ₂₅₄- ₂₅₈. 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: -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 показателей
Биохимические показатели	Уровень металла в крови человека, вызывающий сдвиг биохимических показателей
	Cu	Zn	Fe	Cd	Pb	Cr	Ni	Mn	Hg
Билирубин прямой, мкм/л	2,2	5,2*	600	0,001*	0,35*	0,8	0,21	0,15	0,001
Билирубин непрямой, мкм/л	2,5	4,9	640	0,002*	0,45	0,6	0,21	0,20	0,001
-липопротеиды, г/л	2,5	8,0*	640	0,002	0,47	0,57	0,16	0,20	0,001
Серомукоиды, ед	2,5	5,2	640	0,002*	0,45*	0,57	0,20	0,20	0,001
Тимоловая проба, ед	2,5	7,0	640	0,001*	0,47	0,61*	0,10	0,13*	0,001
Мочевая кислота, моль/л	2,5	6,0	640	0,002	0,47	0,72	0,21	0,20	0,001
Мочевина, моль/л	2,5	8,0*	640	0,002	0,47	0,72*	0,21	0,20	0,001
Креатинин, моль/л	2,5	8,0*	640	0,002	0,47	0,72	0,18	0,20	0,001
ACT, ед/л	2,5	8,0	640	0,002	0,47	0,72	0,01	0,20	0,001
АЛТ, ед/л	2,5	3,0*	600	0,001*	0,47	0,22*	0,01	0,20	0,001
ГГТ ед/л	2,5	8,0	600	0,002	0,45	0,74	0,01	0,20	0,001
Амилаза, ед/л	2,5	8,0	600	0,002	0,45	0,77	0,20	0,20	0,001
Общ. холестерин, моль/л	2,5	8,0	640	0,001*	0,45	0,12*	0,20*	0,20	0,001
Общ. белок, г/л	2,5	8,0	600	0,002	0,45	0,72	0,25	0,20	0,001
Ср. молек -254 нм (ед)	2,5	3,0*	640	0,001*	0,45	0,08*	0,25	0,20	0,001
Ср.молекулы -280 нм (ед)	2,5	5,0*	640	0,001		0,06*	-	0,10*	0,001
Триглицериды моль/л	2,5	5,0	600	0,001	0,45	0,42	0,05	0,20	0,001
Экологически безопасный уровень	<2,5	<8,0	<600	0,001	0,45	0,12	0,20	0,10	0,001
Примечание: * - статистически значимые показатели

Таблица 2 Критериальные значения экологической безопасности крови
Гематологические показатели		Уровень металла в крови человека, вызывающий сдвиг гематологических показателей
		Cu	Zn	Fe	Cd	Pb	Cr	Ni	Mn	Hg
Гемоглобин, г/л		2,5*	8,8*	600	0,003*	0,4*	0,70	0,14*	0,13	0,001*
Эритроциты × 1012/л		2,5	8,8*	600	0,003	0,3*	0,70*	0,28*	0,13*	0,001*
Ретикулоциты,		0,5*	8,8*	600	0,003*	0,2*	0,10*	0,14*	0,01*	0,001*
СОЭ, мм/ч		2,5	8,8*	600	0,003	0,4	0,80	0,28	0,13	0,001*
Тромбоциты, × 109/л		1,0*	8,8*	600	0,003	0,4*	0,40*	0,01	0,13	0,001*
Лейкоциты, × 10 9/л		2,5*	8,8*	600	0,003*	0,4	0,80*	0,14*	0,13*	0,001*
Лейкоцитарная - Формула, %	П/ядерные нейтрофилы	1,0*	8,8	600	0,003	0,4	0,10*	0,14*	0,13	0,001
	С/ядерные нейтрофилы	1,0*	8,8	600	0,003	0,4	0,80	0,28	0,13*	0,001
	Эозинофилы	2,5*	8,8	600	0,001*	0,4	0,10*	0,14*	0,16*	0,001*
	Лимфоциты	1,0*	8,8*	600	0,003*	0,2	0,10*	0,14*	0,16	0,001*
	Моноциты	1,0*	8,8	600	0,003*	0,2	0,10*	0,14*	0,16	0,001*
Экологически безопасный уровень		<2,5	<8,8	<600	<0,003	0,4	0,10	0,14	0,13	0,001
Примечание: * - статистически значимые показатели

Таблица 3 Критериальные значения экологической безопасности иммунитета
Иммунологические показатели	Уровень металла в крови человека, вызывающий сдвиг иммунологических Показателей
	Cu	Zn	Fe	Cd	Pb	Cr	Ni	Mn	Hg
Лимфоциты Т-(Е-РОК), %	0,5*	3,0*	600	0,002*	0,2*	0,2*	0,24*	0,02*	0,001*
Т-нулевые, %	0,5*	4,9	600	0,002	0,2*	0,1*	0,14*	0,02	0,001*
В (М-РОК), %	2,0*	8,8*	660*	0,002	0,2*	0,8*	0,24	0,40	0,002*
Фагоцитоз, %	0,4*	4,0*	600*	0,007*	0,3*	0,2*	0,14*	0,16*	0,008*
НСТ спонт, у.е.	-	8,8	640*	0,001*	0,4	0,8*	0,06*	0,40	0,008*
ИСТ стимулир, у.е.	2,0	5,7	600	0,006*	0,4	0,2*	0,14	0,02	0,008
Иммуноглобулины М, г/л	2,2	8,0*	600	0,002*	0,4	0,2*	0,14*	0,02	0,008
Иммуноглобулины J, г/л	2,2	5,2*	600	0,001*	0,2	0,8*	0,24	0,40	0,006
Иммуноглобулины А, г/л	2,2	3,0*	640*	0,001*	0,4	0,1*	0,24	0,01*	0,008
Комплементарная активность	2,0	8,8*	600	0,002*	0,4	0,8*	0,28	0,40*	0,008
ЦИК, ед.	2,0*	8,8*	640*	0,002	0,3*	0,8*	0,28*	0,40	0,008
Экологически безопасный уровень	<2,0	<8,0	<б00	0,001	0,2	0,1	0,28	0,16	0,008
Примечание: * - статистически значимые показатели