Введение к работе
Актуальность исследования
Современный период развития общества характеризуется внедрением новейших технологий, ростом темпов добычи и переработки полезных ископаемых во всем мире, что приводит к изменению природных биогеохимических систем (Ревич Б.А., 2007).
Комплексная химическая нагрузка за счет загрязнения питьевой воды, атмосферного воздуха, продуктов питания и почв оказывает влияние на уровень популяционного здоровья населения, заболеваемость беременных, является причиной возникновения 680 дополнительных случаев заболеваний у детей Свердловской области ежегодно, в числе которых доминируют болезни органов дыхания, крови и кроветворных органов, кожи и подкожной клетчатки, психические расстройства (Никонов Б.И, 2007, Голованева Г.В., 2007).
Однако механизмы воздействия побочных продуктов промышленного производства на здоровье населения изучены недостаточно. В международной классификации болезней Десятого пересмотра отсутствуют нозологии, этиологически связанные с неблагоприятными факторами внешней среды.
Для экологической ситуации многих промышленных городов Свердловской области характерно загрязнение среды обитания многокомпонентными комбинациями токсичных металлов, обладающих разносторонним вредным действием на организм детей. В результате проведенной оценки риска окружающей среды, тринадцать городов Свердловской области были отнесены к районам экологического неблагополучия, в которых численность экспонированного населения составляет 1740128 человек, в том числе 255493 ребенка. В стационарном лечении ежегодно нуждаются около 2000 детей. С помощью проведенной популяционной диагностики к группам риска по возникновению экологически детерминированной патологии были отнесены женщины фертильного возраста и беременные, а также дети раннего, дошкольного и младшего школьного возраста (Кузьмин С.В. и др., 2002, Малых О.Л., 2003, Котышева Е.Н., Никонов Б.И., 2007).
Патология кожи и дыхательной системы аллергического генеза, иммунные нарушения, проявляющиеся частыми и длительными заболеваниями, патология желудочно-кишечного тракта и мочевыводящих путей были определены как заболевания экологически детерминированные (Вельтищев Ю.Е., 1996., Величковский Б.Т., 2000, Архипова М.М., 2006, Зайцева Н.В. и др., 2009).
Начиная с 2001 года, на междисциплинарном уровне – эпидемиологии, гигиены и педиатрии, отрабатывается модель оздоровления детей из городов Свердловской области, подверженных техногенной нагрузке.
В процессе реализации данной программы у врачей и исследователей возникли трудности с интерпретацией результатов анализов крови и мочи на содержание тяжелых металлов. На сегодняшний день отсутствуют нормативные показатели большинства промышленных веществ в организме людей. Эксперты ВОЗ предлагают предельно допустимое содержание тяжелых металлов в крови детей (Скальный А.В. и др., 2002).
В России опубликованы средние значения токсических веществ, содержащихся в крови, моче, волосах, ногтях детей, которые были получены путем проведения популяционных исследований среди населения различных регионов страны (Савельев С.И. и др., 2005). В мировой литературе большое внимание уделяется заболеваниям, связанным с дефицитом микроэлементов (A. Amiot et al., 2008). Медь, цинк, селен, хром, никель – приоритетные внешние загрязнители городов Свердловской области, являются также эссенциальными микроэлементами. Имея тесную связь с гормонами, они могут вызывать выраженные биологические и физиологические эффекты в чрезвычайно низких концентрациях (Авцын А.П., 1978). Способность металлов первого класса токсичности (Pb, As, Cd, Hg) к накоплению и образованию «медленных» обменных пулов в костной, жировой, нервной тканях и в волосах людей, наряду со способностью замещения металлов с аналогичной валентностью в сложных металлоферментных системах организма, многократно усложняют задачу выявления причинно-следственных связей клинических отклонений, вызываемых тем или иным содержанием металлов.
Вот почему изучение заболеваний, инициируемых нарушениями обмена микроэлементов, связанными с факторами внешней среды, не потеряло актуальности на сегодня. Благодаря методологии оценки риска со стороны различных объектов окружающей среды, получены доказательства общих закономерностей влияния техногенных загрязнителей на здоровье населения в целом. Раскрыты механизмы участия токсических веществ в патогенезе ряда заболеваний. Однако в мире до настоящего момента нет единого подхода к оценке концентраций металлов и органических соединений промышленного происхождения в биологических средах человека, незанятого в производстве. Во многих регионах не разработаны стандарты диагностики и оценочные параметры реабилитации больных с экологически обусловленными заболеваниями. Не определены клинические критерии отнесения тех или иных изменений здоровья к экологически зависимым состояниям, для которых существует многообразие терминов. По-прежнему представляет большую сложность проблема доказательства связи определенных концентраций металлов с отклонениями в состоянии здоровья людей, что и послужило поводом к проведению настоящего исследования.
Цель исследования. На основании разработанной системы ранней диагностики представить комплексную оценку состояния здоровья и эффективности реабилитационных мероприятий у детей, проживающих в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.
Задачи исследования:
-
представить результаты гигиенической характеристики среды обитания, провести комплексную оценку состояния здоровья детей дошкольного возраста, отнесенных по характеру приоритетных загрязнителей и результатам скрининга суммарной токсической нагрузки в моче, к группе повышенного риска по возникновению экологически обусловленной патологии, разработать алгоритм ранней диагностики;
-
установить взаимосвязи различных концентраций тяжелых металлов с маркерами нарушения здоровья и построить патогенетические модели их формирования;
-
показать характер иммунных нарушений в зависимости от уровня содержания металлов в крови детей;
-
определить концентрации тяжелых металлов в крови и рассчитать значения, связанные с их токсическими эффектами или дефицитом;
-
разработать методы реабилитации, оценить отдаленные результаты и предложить критерии эффективности мероприятий по оздоровлению детей, проживающих на территориях техногенного загрязнения.
Научная новизна работы
В результате проведенной работы доказано, что заболевания у детей, проживающих в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды, характеризуются ранним дебютом аллергических проявлений и клиническим полиморфизмом. Были установлены общие закономерности отклонений системы гомеостаза, гематологические и биохимические маркеры экологически обусловленной патологии. В отличие от опубликованных ранее данных, наряду с ретикулоцитозом, к ним относятся: повышение общего количества эритроцитов и тромбоцитов, снижение активности щелочной фосфатазы, изменения концентрации кальция и фосфора, повышение уровня АЛТ. Указанные изменения могут быть сопряжены не только с высокими концентрациями металлов.
В настоящее время экспериментальными работами на животных или культурах клеток доказано повреждающее воздействие тяжелых металлов на иммунную систему. Вместе с тем, аналогичные исследования в организме человека единичные. На большом числе обследований детей нам удалось доказать превалирование цитотоксических эффектов, IgE-зависимых механизмов и готовность к развитию атопических иммунопатологических реакций, наряду с активизацией процессов апоптоза. Нами установлено, что у большинства пациентов отмечаются нарушения трех звеньев иммунной системы: фагоцитарного (снижение показателей завершенности фагоцитоза), клеточного – с CD3, CD4, CD8, CD20-лимфопенией и повышением уровня CD95, а также гуморального звена – в форме увеличения концентрации циркулирующих иммунных комплексов и дисиммуноглобулинемии за счет повышения уровня Ig М, Ig Е.
Наши исследования подтвердили связь определенных концентраций меди и мышьяка в крови детей с особенностями отягощенного акушерско-гинекологического анамнеза матерей (гестоз и невынашивание беременности). Впервые найдена зависимость кратности возникновения острых респираторных вирусных инфекций у детей от определенных уровней содержания цинка, меди, кадмия. Обнаружена достоверная связь синдрома бронхиальной обструкции с повышенными концентрациями меди и мышьяка в крови, что подчеркивает значимость их экзогенного поступления при формировании патологии. Чаще с цинком и медью было принято связывать возникновение дефицитных состояний.
Для доказательства роли металлов в патогенезе заболеваний был впервые предложен новый оригинальный исследовательский алгоритм с использованием метода построения дерева классификаций и F-критерия связи, оптимальный для формирования групп сравнения, при помощи которого удалось связать различные биологические или токсические эффекты у детей с той или иной концентрацией металлов в крови.
Впервые построены модели повреждающего изолированного и комплексного воздействия тяжелых металлов на основе анализа их динамично изменяющихся взаимосвязей с параметрами гомеостаза. Уточнены отдельные механизмы синергизма повышенных концентраций цинка, кадмия и свинца при возникновении эритроцитоза; цинка и меди – в формировании тромбоцитоза; цинка и свинца – в механизмах снижения активности щелочной фосфатазы; цинка и мышьяка, кадмия, свинца, меди – при синдроме цитолиза.
Обнаружена динамика показателей иммунитета в связи с определенными концентрациями металлов в крови: достоверное снижение субпопуляции CD3, CD8-лимфоцитов при пониженном и повышенном содержании свинца, положительная корреляция CD95 c хромом (r=0,23) и кадмием (r= -0,21). Выявлены: увеличение уровня ЦИК в связи с высоким содержанием свинца, кадмия, цинка и меди в крови, зависимость увеличения содержания IgM от определенных концентраций хрома (0,81±0,02-4,09±0,05), мышьяка (0,29±0,01-0,83±0,02) и свинца (0,85±0,03-4,14±0,06), повышение IgG при уровне Pb в крови 8,9±0,31 мкг/дл.
Наши исследования показали очевидность взаимосвязей общего IgE с содержанием металлов в крови детей с атопическим дерматитом, бронхиальной астмой, рецидивирующим обструктивным бронхитом. Обнаружение специфических IgE к ртути, меди, хрому и никелю в крови детей определяет их непосредственное участие в формировании иммунного ответа реагинового типа.
Нами рассчитан диапазон концентраций металлов в крови, при которых негативные эффекты в организме детей минимальны. Указанные уровни имеют достоверные различия со средними значениями этих показателей в выборке.
Доказана эффективность разработанного лечебного комплекса, направленного на уменьшение токсической нагрузки и негативных последствий воздействия тяжелых металлов на организм детей. Созданы критерии эффективности лечения, внедрение которых позволило определить, что комплекс реабилитационных мероприятий способствует положительной клинической динамике со снижением кратности заболеваний, достоверному снижению концентрации металлов в крови, изменению характера их взаимосвязей.
Проведенные исследования, через год и 6-8 лет, позволили констатировать изменение характера сопутствующей хронической патологии у детей и дать предложения по организации их дальнейшего динамического наблюдения.
Практическая значимость работы
В практическое здравоохранение Свердловской области внедрена система реабилитации детей, подверженных повышенной техногенной нагрузке. Разработанный алгоритм ранней диагностики экологически обусловленных заболеваний включает гигиеническую характеристику территорий, выделение групп риска и критерии отбора детей для госпитализации, клинические, гематологические, биохимические и иммунологические маркерные показатели, в связи с воздействием тяжелых металлов и наряду с интерпретацией их концентраций в крови.
Расширены представления об отнесении детей к группам риска по возникновению экологически обусловленной патологии. Практическим врачам предлагаются безопасные уровни концентраций металлов в крови и различные варианты клинико-лабораторных признаков экологически обусловленных состояний. Показана высокая эффективность реабилитационных мероприятий. Ремиссия или уменьшение клинических проявлений основного заболевания в стационаре наблюдалось у 98,3% пациентов наряду со снижением концентрации свинца, кадмия, мышьяка, цинка, хрома и никеля в крови детей после проведенного курса лечения. Достигнутое восстановление иммунологических параметров привело к улучшению показателей здоровья детей, что выражается в снижении кратности острых и обострений хронических заболеваний в 4,5 раза в отдаленные сроки после лечения. Экономическая эффективность, рассчитанная с использованием метода соотношения затрат к результату, равна 1:5 за счет предотвращения дополнительных случаев острых респираторных и обострения хронических заболеваний, что составляет 29,6 млн рублей в год.
Впервые созданная компьютерная программа для ЭВМ (свидетельство о государственной регистрации № 2009613456) с базой данных на 4000 детей дает возможность проведения анализа, построения диагностических алгоритмов, мониторинга и оценки эффективности проведенных мероприятий. Использование программы предлагается врачам при реализации мероприятий по реабилитации здоровья детей, проживающих в районах экологического неблагополучия.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Проживание детей в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды сопряжено с формированием болезней кожи и респираторного тракта, характеризующихся ранним дебютом и наличием поливалентной сенсибилизации, в том числе, к тяжелым металлам.
-
Комплексная токсическая нагрузка, обусловленная высоким содержанием свинца, цинка, кадмия, меди и мышьяка в крови детей, сопровождается повреждающими эффектами с клиническими, гематологическими и биохимическими изменениями в виде ретикулоцитоза, тромбоцитоза, эритроцитоза, снижения активности щелочной фосфатазы, повышения АЛТ, разнонаправленных изменений концентрации кальция, фосфора.
-
Иммунологические изменения у детей, подверженных воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, характеризуются CD3, CD4, CD8, CD20-лимфопенией, снижением показателей завершенности фагоцитоза, наряду с повышением CD95, преобладанием цитотоксических эффектов в виде увеличения концентрации циркулирующих иммунных комплексов и иммуноглобулинов класса М. Участие металлов в формировании IgЕ-зависимых механизмов аллергической патологии доказано наличием специфических антител к хрому, никелю, меди и ртути в крови детей.
-
Определены концентрации металлов, при которых негативные эффекты в организме детей минимальны, доказана связь клинических отклонений с пониженным содержанием цинка и меди.
-
Разработанные реабилитационные мероприятия, направленные на элиминацию токсических веществ и снижение негативных последствий от воздействия тяжелых металлов, способствуют восстановлению здоровья детей, улучшению иммунологических показателей, снижению концентрации тяжелых металлов в крови.
Апробация работы и публикации материалов исследования
Материалы, положенные в основу работы, доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (2004, 2006, 2008 гг.), научно-практической конференции «Преодоление бедности и соблюдение толерантности – два вектора политики сбережения населения Свердловской области» (Екатеринбург, 2004 г.), конференции «Аллергические заболевания у детей» (Екатеринбург, 2004 г.),
конференциях для медицинских работников и населения в гг. Серове, Краснотурьинске, Первоуральске, Каменск-Уральском, Кировграде, Красноуральске, Верхней Пышме (2004-2006 гг.), научно-практической конференции «Первый этап реализации Концепции «Сбережение населения Свердловской области на период до 2015 г.» Итоги. Проблемы. Перспективы» (Каменск-Уральский, 2005г.), расширенном заседании Координационного совета по созданию и внедрению системы профилактики, диагностики и лечения заболеваний у детей, проживающих на экологически неблагополучных территориях Свердловской области (Екатеринбург, 2005, 2010 гг.), научно-практических обучающих семинарах «Реабилитация здоровья населения, проживающего на экологически неблагополучных территориях» (Екатеринбург, 2005-2007 гг.), Х Конгрессе педиатров России «Актуальные проблемы педиатрии» (Москва, 2006 г.), на совместном заседании Бюро отделения клинической медицины и медико-биологических наук РАМН (Москва, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Медицинские и эколого-гигиенические проблемы аллергических заболеваний кожи и респираторного тракта у детей и подростков» (Сочи, 2006 г.), совещании в администрации г. Краснотурьинска «О реализации областной программы реабилитации здоровья населения, проживающего на экологически неблагополучных территориях, в городе Краснотурьинске» (Краснотурьинск, 2006 г.), с
овещании по итогам реализации реабилитационных мероприятий для детского населения, проживающего в экологически неблагополучных территориях Свердловской области, в 2006 году и задачах на 2007 год (Екатеринбург, 2007 г.), семинаре по детской и подростковой аллергологии для врачей и фельдшеров лечебно-профилактических учреждений Свердловской области (Екатеринбург, 2007 г.), I Конгрессе педиатров Урала «Актуальные проблемы педиатрии» (Екатеринбург, 2008 г.), Межрегиональном форуме «Актуальные проблемы аллергологии и иммунологии – междисциплинарные проблемы» (Санкт-Петербург, 2010).
Внедрение материалов исследования в практику
Разработано и утверждено министром здравоохранения Свердловской области методическое письмо «Новые технологии диагностики, лечения и наблюдения на амбулаторном этапе детей, проживающих на экологически неблагополучных территориях Свердловской области» (Екатеринбург, 2009 г.). Комплекс работ осуществлялся на основе реализации нормативных документов: Постановления Правительства Свердловской области № 393-пп от 06.06.2001 «Концепция «Сбережение населения Свердловской области до 2015 года»; № 505-пп от 16.06.2004 «Концепция экологической безопасности Свердловской области на период до 2015 года»; № 665-пп от 16.08.2005 «Комплексный план мероприятий по реабилитации здоровья населения, проживающего на экологически неблагополучных территориях Свердловской области, на период до 2015 г.».
Материалы научного исследования внедрены в практику врачей Областного государственного учреждения здравоохранения Свердловской областной специализированной больницы восстановительного лечения «Научно-практический центр детской дерматологии и аллергологии», лечебно-профилактических учреждений гг. Екатеринбурга, Нижнего Тагила, Каменск-Уральского, Первоуральска, Ревды, Кировграда, Краснотурьинска, Серова, Красноуральска, Верхней Пышмы, Асбеста. Внедрение результатов исследования проводилось при непосредственном участии территориального управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Свердловской области, Уральского регионального центра экологической эпидемиологии, Федерального государственного учреждения науки «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий».
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 265 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, 5 глав собственных исследований, заключения, выводов, приложений. Указатель литературы содержит 251 источник, из которых 130 опубликован в отечественной и 121 в зарубежной литературе. Диссертация иллюстрирована 75 таблицами, 50 рисунками и 2 схемами.
