Цитогенетические изменения в лимфоцитах крови у населения Республики Алтай, проживающего на территории с повышенным природным содержанием кадмия

Цитогенетические изменения в лимфоцитах крови у населения Республики Алтай, проживающего на территории с повышенным природным содержанием кадмия

Установлено что у жителей села Чаган-Узун Республики Алтай, расположенного в зоне высокого природного содержания в окружающей среде кадмия, повышен уровень лимфоцитов крови с нарушениями в числе и структуре хромосом. Особенно значительные изменения наблюдались у лиц недавно (менее 5 лет) приехавших в эту местность. Корреляционый анализ свидетельствует о том, что имеется прямая зависимость между концентрацией в крови кадмия и уровнем хроматидных аберраций, а также полиплоидных клеток. Такой закономерности не наблюдалось в отношении аберраций хромосомного типа (дицентриков и кольцевых хромосом), что может свидетельствовать о существовании в этой местности помимо кадмия еще и мутагенного фактора радиоактивной природы.

Ключевые слова: хромосомные аберрации, полиплоидные клетки, геологическая аномалия, кадмий

Республика Алтай географически расположена в центре Азии. Здесь практически отсутствуют крупные промышленные предприятия и, в связи с этим, антропогенный прессинг на природу минимален. В то же время этот регион отличается высоким содержанием месторождений полиметаллов. Особое внимание привлекает район села Чаган-Узун, расположенного в зоне геологической аномалии с высоким содержанием в горных породах и в почве кадмия. Содержание кадмия в почве в этом месте превышает фоновые значения более чем в 400 раз, достигая в растениях уровня 1,6 мг/кг (Ельчининова, 2008). Установлено, что кадмий ингибирует активность ДНК-полимераз, влияет на процессы деконденсации ДНК, нарушает синтез темидилата и тимидинкиназы и соответственно репликации молекул ДНК (Воробьева, 1984; Ершов, Плетнева, 1989; Михалева, 1988) . Установлено, что среди крыс, подвергшихся действию аэрозоля, содержавшего кадмий, развивается рак лёгких (Михалева, 1988). Способность кадмия индуцировать мутагенный эффект доказана в работе Л.В. Чопикашвили с соавт. (Чопикашвили и др., 1981). При болезни «итай-итай», впервые зарегистрированной у жителей Японии, употреблявших в пищу рис с высоким содержанием кадмия, установлены аномалии в хромосомном наборе лейкоцитов, при этом у рабочих, имеющих дело с кадмием, возрастание числа лимфоцитов с хромосомными нарушениями не зарегистрировано (Волкова, Карплюк, 1990).

По данным медицинской статистики Министерства Здравоохранения Республики Алтай в районе, где расположено с. Чаган-Узун, повышена частота рождений детей с врожденными аномалиями и онкологическая смертность населения (Ильинских и др., 1998).

В связи с изложенным целью настоящей работы явилось изучение роли кадмия в цитогенетических изменениях лимфоцитов крови у жителей села Чаган-Узун Республики Алтай, расположенного в районе повышенного содержания в почве и геологических породах кадмия, в сравнении с другим поселением (село Турочак), где в окружающей среде содержание кадмия было на уровне фона.

Методика

Всего обследовано 148 человек - жителей села Чаган-Узун, расположенного в зоне кадмиевой геологической аномалии и 145 жителя села Турочак (контроль), находящегося в экологически благоприятном регионе Республики Алтай с фоновым содержанием в окружающей среде кадмия. В настоящем исследовании были обследованы только те лица, которые подписали добровольное информировационное согласие относительно забора у них 20 мл крови с последующим определением содержания в крови кадмия и уровня цитогенетически аномальных Т-лимфоцитов. Анализ был проведен методом «случай-контроль» (жители проживающие в селе Чаган-Узун и популяционный контроль жители села Турочак). В связи с тем, что кадмий аккумулируется в организме человека (Тургаев, 2003), то в настоящей работе всех обследованных мы подразделили на 4 группы: коренные жители, приезжие, прожившие в данной местности менее 5 лет, от 5 до 10 лет и более 10 лет.

Лейкоциты периферической крови, полученной от жителей обследованных поселений культивировали на протяжении 48 часов в среде RPMI-1640 с добавлением 20% фетальной сыворотки теленка и фитогемагглютинина (ПанЭко, г.Москва). После чего готовили хромосомные препараты стандартным способом (Buckton, Evans, 1973). При анализе учитывали все типы структурных аберрации хромосом (кроме гепов), а также число гиперплоидных и полиплоидных клеток, анализируя у каждого человека максимальное число доступных для анализа клеток. Всего у жителей села Чаган-Узун проанализировано 9344, а у жителей села Турочак 8286 метафазы.

Содержание кадмия в крови определяли колометрическим методом с использованием спектрофотометра. Все пробы высушивались в муфельной печи при температуре 50°С до твердого состояния и истирались в порошок. Аликвотную часть пробы, содержащую ионы кадмия обрабатывали аммиаком и подвергали экстракции хлороформом, содержащим 0,004 % дитизона. Определение концентрации осуществлялось при длине волны 508 нм на СФ-46 ( Сендел,1964).

Все данные обрабатывали статистически с применением критерия Стьюдента для независимых выборок и корреляционного анализа по Спирмену, используя пакет статистических компьютерных программ (SAS Institute Inc.,1989). Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в исследовании принимался равным 0,05.

Результаты исследования

Полученные данные свидетельствуют (табл.1), что в периферической крови коренных и пришлых лиц, проживающих в с. Турочак практически нет различий по уровню клеток как со структурными нарушениями хромосом, так и клеток с измененным числом хромосом.

Таблица

В то же время, в с. Чаган-Узун у пришлых жителей отмечается достоверное повышение числа клеток с цитогенетическими нарушениями. При сравнении числа цитогенетически дефектных лимфоцитов наблюдаемого в крови у коренных жителей с. Чаган-Узун и Турочак по большинству изученных показателей достоверные различия отсутствовали, за исключением числа клеток с хромосомными обменами (0,8±0,2 при 0,1±0,1% в контроле; P<0,01). Среди этого класса цитогенетических патологий преобладали клетки с дицентрическими и кольцевыми хромосомами. Высокий уровень цитогенетически измененных клеток наблюдался у приезжих жителей, особенно в группе проживших в с. Чаган-Узун менее 5 лет. В этой группе общее число лимфоцитов с цитогенетическими нарушениями составило 7,5±0,8 при 3,2±0,8% в контроле (P<0,01). Особенно существенно было повышение таких показателей как число клеток с одиночными фрагментами и с гиперплоидным набором хромосом (табл. 1). У лиц проживших в с. Чаган-Узун 5-10 лет остается высокой частота клеток с одиночными фрагментами (5,1±0,6 при 1,7±0,4% в контроле; P<0,01). Общее число клеток с цитогенетическими нарушениями у проживших в этом населенном пункте более 10 лет не отличалась от таковой у жителей с. Турочак (3,8±0,5 при 3,2±0,7% в контроле; P>0,05). В то же время в этой группе отмечается как и в группе коренных жителей повышение числа лимфоцитов в периферической крови с хромосомными аберрациями, кроме того у этой группы повышена также частота клеток с полиплоидным хромосомным набором.

Влияние кадмия как возможной первопричины повышения числа клеток с цитогенетическими нарушениями в крови жителей с. Чаган-Узун видно из данных приведенных в табл. 2. Особенно существенные изменения в числе и структуре хромосом зарегистрированы у лиц с содержанием кадмия в крови в концентрации более 1 мкг/л.

Таблица

Корреляционный анализ свидетельствует о том, что имеется достоверная прямая зависимость между частотой клеток с цитогенетическими аберрациями и концентрацией кадмия в крови у донора (r=0,89; P<0,01). С частотой клеток с аберрациями хромосомного типа такой закономерности не отмечено (r=0,12; P>0,05). Корреляционный анализ числа клеток с измененным числом хромосом и показателем концентрации в крови кадмия свидетельствует о том, что прямая зависимость имеется в отношении числа регистрируемых полиплоидных клеток (r=0,59; P<0,05). В отношении же гиперплоидных клеток таких закономерностей не наблюдалось (P>0,05).

Нами проведен анкетный опрос жителей с. Чаган-Узун. Анализ частоты цитогенетических нарушений и данных анкет не позволил выявить связь между высоким уровнем цитогенетических нарушений в крови донора и наличием бытовых, производственных вредностей, отягощенности анамнеза по онкозаболеваемости, мертворождениями и рождением детей с патологиями.

Обсуждение результатов

Таким образом, полученные данные позволяют говорить о существовании в окружающей среде селения Чаган-Узун мутагенного фактора, способного вызвать у жителей существенные цитогенетические аномалии. Корреляционный анализ свидетельствует о том, что высокая концентрация кадмия в крови может обусловить повышение некоторых цитогенетических показателей, в частности числа клеток с хроматидными аберрациями. В то же время, полученные данные свидетельствуют о наличии резистентности к этому мутагенному фактору у коренных жителей обследованного поселения. Известно, что кадмий связывается в клетках с металлотионинами (Foulkes, 1989; Minetal., 1995).

В экспериментах на животных исследователи вырабатывали толератность к кадмию. Повторые дозы кадмия вызывают активацию генов, определяющих именно биосинтез металлотионинов (Tanakaetal., 1985). Не исключено, что устойчивость коренных жителей к кадмию может быть связана с диетой алтайцев-кижи, где практически 80-90% превалирует мясная пища. Установлено, что детоксикация кадмия наблюдается при большом содержании в рационе животного белка и цинка (Левина, 1982). В связи с этим, не исключено, что толератность коренных жителей, испытывающих постоянное поступление в организм высоких доз кадмия, обусловлено как образом жизни, так и процессами адаптации, что, по-видимому, наблюдается у пришлых жителей, проживших в этой местности более 10 лет. Для коренных жителей не исключен также генетический механизм толератности, связанный с отбором и возможными микроэволюционными процессами.

Одним из гипотетических механизмов, приводящих к появлению клеток с хромосомными нарушениями, при интоксикации кадмием, является его способность лабилизировать мембраны лизосом, что может сопровождаться выходом нуклеаз, разрушающих структуру хромосом (Михалева, 1988; Braeckmanetal., 1999; Al-NasserIbrahim, 2000). Не исключено и непосредственное влияние кадмия на структуру хромосом, за счет влияния на процессы биосинтеза ДНК (Михалева, 1999; Волкова, Карплюк, 1990).

Полученные данные свидетельствуют, что наряду с хроматидными имеет место повышение числа хромосомных аберраций, среди которых наблюдались дицентрические хромосомы и кольца. Известно, что такие аберрации характерны для радиационного воздействия (Edwardsetal., 1989). Этому феномену возможны следующие объяснения. Горный Алтай, особенно его западная часть, где находится с. Чаган-Узун, неоднократно подвергалась радиоактивному воздействию в результате деятельности Семипалатинского атомного полигона. В то же время, поскольку последнее испытание на полигоне атомных произошло в 1962 году, то за прошедший период окружающая среда практически полностью очистилась от этих последствий (Ильинских и др., 1998). Не исключено также, что повышение числа клеток с хромосомными обменами связано с природным радиоактивным фоном из-за высокого содержанием в горах Горного Алтая залежей урановых руд и, в связи с этим, повышенной эманацией радона в обследуемой местности (Булатов, 1996).

Литература

цитогенетический лимфоцит кровь алтай

1. Булатов В.И., 1996. Россия радиоактивная. Новосибирск: ЦЭРИС. 271 с.

2. Волкова Н.А., Карплюк И.А.,1990. Изучение мутагенной активности кадмия при пероральном поступлении // Российский медицинский журнал. №5. С. 74-75.

. Воробьева Р.С.,1984. Кадмий. М.: Наука, 48 с.

4. Ельчининова О.А.,2009. Микроэлементы в наземных экосистемах Алтайской горной области: Автореф. докт. дис., Барнаул, 38 с.

. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В.,1989. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М.: Медицина, 270 с.

. Ильинских Н.Н., Булатов В.И., Адам А.М.,1998. Радиационная экогенетика России. Томск: Изд-во Сибирского мед. университета, 290 с.

. Левина Э.Н.,1982. Общая токсикология металлов, Л.: Наука, 268.

. Михалева Л.М., 1988. Кадмийзависимая патология человека // Арх. патологии. Т. 50. №9. С.81-85.

. Тугарев А. А. 2003. Влияние кадмия на морфофункциональные характеристики эритроцитов : Автореф. дис. Москва, 20 с.

. Чопикашвили Л.В., Скупневский С.В., Руруа Ф.К.,1981. Сравнительное изучение тканевого распределения и мутагенной активности ионов кадмия и цинка с их цианидными комплексами // Генетика. Т. 27. № 2. С. 226 - 229

. Al-Nasser Ibrahim A., 2000. Cadmium hepatotoxity and alteration of the mitochondrial function // J. Toxicol. Clin. Toxicol. Vol. 38. №4. P. 407-413.

.Braeckman В., Brys K., Rzeznik U. et al.,1999. Cadmium pathology in an insect cell line: ultrastructural and biochemical effects // Tissue and Cell. Vol. 31. №1. P. 45-52.

. Buckton K.E., Evans H.I., 1973. Methods for the analysis of human chromosome aberrations. Geneva: WHO, 124 p.

. Edwards A.A., Lloid D.C., Prosser J.S. Chromosome aberrations in human lymphocytes - A radiobiological review. London: Academic Press, 432 p.

. Foulkes E.C.,1989. On the mechanism of cellular cadmium uptake // Biol. Trace Elem.Res. Vol.21. №4. P. 195-200.

.Min K.S., Ohyanagi N., Ohta M. et al., 1995. Effect of erythropoiesis on splenic cadmium-metallothionein level following an injection of CdC12 in mice // Toxicol. Appl. Pharmacol. Vol. 134. № 2. P. 235 - 240.

. SAS Institute Inc., 1989. //SAS/STAT TM Users Guide, Version 6. 1989. Fourth Edition. Cary NC. N.Y. SAS Institute Inc. P.24

18.Tanaka K., Min K.S., Onosaka S. et al., 1985. The origin of metallothionein in red blood cells // Toxicol. Appl. Pharmacol. Vol. 78. № 1. P. 63 - 68.