Роль металів як техногенних хімічних забруднювачів у патогенезі серцево-судинних захворювань.

І.М. Трахтенберг, О.Л. Апихтіна, І.П. Лубянова.

ДУ "Інститут медицини праці АМН України", м. Київ.

На сьогодні патологія серцево-судинної системи (ССС) серед причин захворюваності і смертності населення посідає чільне місце. У структурі серцево-судинних захворювань основна частка належить артеріальній гіпертензії (АГ) – 41 %, ішемічній хворобі серця (33 %), цереброваскулярним захворюванням (15 %). У індустріально розвинених країнах спостерігається підвищення артеріального тиску (АТ) у 20–30 % населення. Україна належить до країн із високим рівнем захворюваності на АГ – у 34 % дорослих чоловіків підвищений рівень АТ [8]. При цьому в останні десятиліття спостерігається тенденція до раннього розвитку серцево-судинної патології у осіб молодого та середнього віку, що зумовлює значні соціально-економічні втрати.

Відомо, що серед причин, які визначають рівень захворюваності населення, стан навколишнього середовища становить близько 20 %. Проте, якщо врахувати всю сукупність екологічних і професійно-виробничих факторів у поєднанні зі стресовими, нервово-психічним перевантаженням, то, за даними ВОЗ, наслідком дії вище перерахованих факторів є більша частина хвороб – близько 70–80 %. Серед багатьох факторів, які негативно впливають на здоров'я людини та навколишнє середовище, важлива роль належить хімічним забруднювачам [9, 11]. За критеріями небезпеки впливу шкідливих чинників на довкілля та здоров'я людини техногенні фактори хімічної природи посідають чільне місце [9]. Особливої актуальності набула проблема віддалених наслідків впливу екзогенних хімічних сполук на серцево-судинну систему. Відзначено пряму залежність функціонального стану системи кровообігу від стажу роботи зі шкідливими хімічними речовинами, а також рівня смертності від серцево-судинних захворювань залежно від тривалості експозиції ксенобіотиків [6]. Масштаби використання хімічних речовин у промисловості, сільському господарстві та побуті надзвичайно великі і на цей час перевищують потенціал біосферної екосистеми та створюють реальну загрозу для здоров'я населення. Так, в Україні щорічно викидається в атмосферу більше 11 млн тонн токсичних хімічних сполук, скидається у водойми 2,5 млрд м3 забруднених стічних вод, у 43 містах, де проживає 30 % населення країни, рівень забруднення повітря перевищує ГДК у кілька разів. За даними Укргідромету забруднення атмосферного повітря промислових міст України перевищує гранично допустиму концентрацію (ГДКа.п.) у десятки разів [5]. На одного жителя країни щорічно припадає близько 300 кг шкідливих техногенних речовин. Хімічне забруднення довкілля і його вплив на організм людини у поєднанні з дією інших шкідливих факторів призводять до зростання захворюваності населення [11].

Важкі метали завдяки дедалі зростаючим масштабам їх промислового виробництва та застосування, значному накопиченню їх у навколишньому середовищі, високій токсичності, здатності істотно накопичуватися в організмі людини та чинити негативну дію, навіть у порівняно низьких дозах, відносять до пріоритетних забруднювачів навколишнього середовища. Відомо, що в різних сферах народного господарства сьогодні широко застосовується більше 70 елементів періодичної системи, із яких 43 елементи належать до групи важких металів. Важкі метали мають відносну щільність більше 5,0 г/см3 і характеризуються високою здатністю утворювати металоорганічні комплекси завдяки недобудованим зовнішнім електронним оболонкам. Найбільш широко у народному господарстві та промисловості застосовуються та становлять небезпеку для здоров'я населення свинець, ртуть, залізо, кадмій, хром, миш'як та інші.

В основі токсичної дії важких металів на організм лежать певні взаємопов'язані механізми, серед яких провідну роль відіграє підвищене утворення активних радикалів із активацією перекисного окиснення ліпідів та розвитком оксидантного стресу, взаємодія з тіоловими групами амінокислот, білків і низькомолекулярних тіолів, із карбоксильною та амінною групами амінокислот, а також конкурентна взаємодія із есенціальними мікроелементами та виникнення внутрішньоклітинного дисбалансу останніх. Наслідком цих процесів при надлишковому надходженні металів в організм є порушення гомеостазу в організмі та розвиток клінічних проявів їх токсичної дії.

Серед техногенних хімічних забруднювачів особливе місце посідають свинець та його сполуки, що характеризуються високою токсичністю та високою здатністю до кумуляції як в екосистемах, так і в організмі людини та тварин. Свинець у 1980 р. ВООЗ був віднесений до пріоритетних забруднювачів навколишнього середовища, що підкреслює його значний вплив на здоров'я населення. Свинець широко використовується на підприємствах кольорової металургійної промисловості, у хімічному машинобудуванні, при виробництві електричних акумуляторів та кабельної продукції, припою, корпусів і вкладишів підшипників, розбірних труб, екранів для захисту від іонізуючого випромінювання, для виготовлення барвників, фарб та лаків. Основним джерелом забруднення атмосферного повітря тривалий час був автотранспорт, із вихлопними газами якого у навколишнє середовище надходив тетраетилсвинець, який використовували у двигунах внутрішнього згорання як антидетонаційну присадку.

Токсична дія на організм свинцю та його сполук виявляється, у першу чергу, ураженням нервової, серцево-судинної систем, нирок, порушенням порфіринового обміну, системи крові, особливо гемопоезу. Початкові зміни з боку серцево-судинної системи виявляються лабільністю АТ з чіткою тенденцією до гіпертензії та підвищення судинного тонусу [3]. Результати клінічних та епідеміологічних досліджень свідчать, що тривалий контакт зі сполуками свинцю призводить до зростання АТ та достовірно збільшує ризик виникнення АГ і серцево-судинної патології. Відзначено взаємозв'язок між рівнем свинцю в організмі людей та показниками АТ, ризиком розвитку ІХС, захворювань периферичних судин [10, 13, 20, 21]. У результаті 30-річного дослідження факторів розвитку гіпертензії (The Normative Aging Study) [15] було встановлено, що збільшення вмісту свинцю в кістках з 8 до 37 мг/г сухої речовини кістки асоціювалося із збільшенням ризику розвитку АГ в 1,5 разу.

Свинець викликає порушення діяльності ССС навіть при надходженні в організм його в малих дозах. У механізмі реалізації його кардіо-вазотоксичного ефекту важливу роль відіграє його вплив на функціональну активність вегетативної нервової системи, діяльність окремих відділів центральної нервової системи (кора, лімбічна система, судиноруховий центр), а також на баро- та хеморецептори судинної стінки. При дії сполук свинцю спостерігаються порушення в системі регуляції кровообігу, зокрема, збільшення тонічної активності симпатичного відділу [14] вегетативної нервової системи, а також порушення синаптичної передачі електричної активності в симпатичному ганглії [22], відносне зниження кровообігу головного мозку та посилення вазомоторної реакції у відповідь на ацетилхолін. Ці дані узгоджуються із результатами обстеження працівників, які мали контакт зі свинцем [12] – у них спостерігалися зміни показників варіабельності серцевого ритму, які свідчать про ослаблення впливу парасимпатичної нервової системи на регуляцію кровообігу.

Свинець чинить виражену нефротоксичну дію, що може сприяти розвитку АГ, оскільки саме нирки відіграють важливу роль у регуляції судинного тонусу та АТ. Багато дослідників відзначають залучення ренін-ангіотензин-альдостеронової системи до патогенезу АГ при дії сполук свинцю [14, 24].

Діяльність серцево-судинної системи та морфо-функціональний стан судинної стінки тісно пов'язані з форменими елементами крові та системою гемокоагуляції. Результати клінічних досліджень свідчать про несприятливий вплив свинцю навіть у низьких дозах на систему гемокогагуляції – виявлено підвищення активності гемостазу, розвиток синдрому гіперкоагуляції та дисеміноване внутрішньосудинне згортання крові з латентним перебігом, пригнічення фібринолітичної активності, що свідчить про активацію процесів тромбоутворення і може бути причиною порушення як локального, так і системного кровообігу [1].

Окрім опосередкованої дії на ССС, завдяки порушенням функціональної діяльності інших органів і систем, свинець чинить безпосередній токсичний вплив на серце та судинну стінку. Так, у експериментальних дослідженнях, які представлені у публікаціях [1, 2, 16], було показано, що свинець у відносно незначних дозах викликає порушення утилізації заліза, та накопичення лабільного пулу заліза в мітохондріях, значне зростання генерації активних форм кисню (АФК) та порушення обміну оксиду азоту (підвищувалася активність індуцибельної ізоформи синтази оксиду азоту та концентрація його стабільних метаболітів), стимулює процеси нітрозилювання високомолекулярних тіолів. За умов розвитку оксидантного стресу в організмі виникають передумови до значного утворення високотоксичного пероксинітриту внаслідок взаємодії АФК із оксидом азоту та виникнення в організмі відносного дефіциту останнього, наслідком чого є розвиток ендотеліальної дисфункції. Таким чином, тривалий контакт зі свинцем може бути незалежним етіологічним чинником ризику розвитку АГ.

Схожий механізм реалізації токсичної дії на ССС мають миш'як і кадмій. Миш'як широко використовується при виробництві сплавів кольорових металів, у хімічній промисловості, тривалий час застосовувався у сільському господарстві. В організм людини надходить переважно із забрудненою водою та їжею, а також із повітрям. При хронічній дії миш'яку на організм спостерігається порушення діяльності нервової системи, виникнення цукрового діабету, гіперкератоз, а також ураження ССС, яке виявляється розвитком АГ, атеросклерозом, цереброваскулярною патологією, захворюванням периферійних судин [18]. Доведена здатність миш'яку спричиняти внутрішньосудинну агрегацію тромбоцитів, що підвищує ризик виникнення тромбозів. В основі токсичної дії цього металу на судинну стінку лежить порушення співвідношення вазодилататорних та вазоконстрикторних механізмів із переважанням останніх. Велике значення у цьому має зниження продукції оксиду азоту, який відіграє провідну роль у регуляції судинного тонусу.

Кадмій належить до есенціальних мікроелементів, проте виявляє виражену токсичну дію при надлишковому надходженні в організм. Цей метал широко використовується у виробництві акумуляторів, напівпровідників, полімерних матеріалів та антикорозійних покриттів, атомній та ракетній техніці. Органами-мішенями для дії кадмію в організмі є легені, печінка, сім'яники та кісткова тканина. При тривалому контакті зі сполуками кадмію виникає ризик розвитку АГ, ішемічної хвороби серця, захворювань периферичних судин [13].

Особливу увагу слід приділити залізу як одному із можливих факторів розвитку серцево-судинної патології виробничо обумовленого генезу. Як відомо, залізо, як есенціальний елемент, належить до ключових ланок метаболізму, забезпечує функціонування багатьох білкових молекул, зокрема ензимів, бере участь у окиснювально-відновних реакціях. В умовах надлишкового надходженню заліза в організм понад фізіологічну потребу, при порушенні механізмів контролю за його надходженням, перерозподілом та утилізацією воно накопичується в органах і тканинах, спричиняє розвиток метаболічного синдрому, атеросклерозу, АГ, кардіоміопатії. Особливості технологічного процесу на окремих видах виробництва (сталеплавильне, зварювальне, видобуток залізної руди та ін.) можуть сприяти накопиченню заліза в організмі, наслідком чого є розвиток клінічного синдрому вторинного перенавантаження організму залізом (хронічна інтоксикація залізом). Відомо, що надлишок заліза в організмі спричиняє розвиток оксидантного стресу та негативно впливає на серцево-судинну систему [7, 17, 23, 25].

За результатами клінічного обстеження зварювальників у них виявлено зростання частоти захворювань, характерних для хронічної інтоксикації залізом, – кардіоміопатії, ішемічної хвороби серця, хронічного гепатиту, порушень вуглеводного обміну та патології суглобів [25].

Таким чином, проблема токсичної дії металів як техногенних хімічних забруднювачів на організм на цей час є дуже актуальною, особливо враховуючи теперішній критичний стан навколишнього середовища. Метали, зокрема, які належать до групи важких металів (свинець, ртуть, залізо, кадмій, миш'як та ін.), можуть відігравати важливу роль у патогенезі серцево-судинних захворювань у разі їх надлишкового надходження в організм. Метали та їх органічні і неорганічні сполуки спричиняють розвиток АГ, атеросклерозу, цереброваскулярної патології, захворювань периферичних судин, а також ускладнюють перебіг уже наявної патології. Розуміння механізмів реалізації їх токсичної дії на організм людини та на серцево-судинну систему зокрема дозволить розробити та впровадити ефективні профілактичні заходи, а також методи лікування виробничо та екологічно обумовленої патології.

Література

Укркардіо