СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕНА У РАБОТНИКОВ ХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к медицине труда, и может быть использовано для диагностики нарушений минерального обмена у работников химического комплекса.

Химическая отрасль является базовым сегментом Российской промышленности, которая закладывает основы ее долгосрочного и стабильного развития и оказывает существенное влияние на экономику страны. Потребителями нефтехимической продукции являются практически все отрасли промышленности. В нефтехимической отрасли занято более 791 тысяч человек. Вместе с тем отрасль является потенциально опасной для здоровья работников. Так, по данным Росстата на предприятиях по производству нефтепродуктов удельный вес работников, работающих в условиях, не отвечающих санитарно-гигиеническим нормам, с 2006 по 2013 г. увеличился с 22,0% до 31,2% [Бакирова А.Э. Изменение липидного спектра сыворотки крови как метаболических предпосылок развития сердечно-сосудистой патологии у работников нефтехимических производств // А.Э. Бакирова, Г.Г. Бадамшина, Л.К. Каримова, Г.В. Тимашева, Д.Ф. Гизатуллина // Медицинский вестник Башкортостана. - 2010. Т. 5. - №4. - С.74-77; Валеева Э.Т. Научное обоснование системы охраны здоровья работников химической промышленности на основе оценки профессионального риска: автореф. дис. … д-ра мед. наук. - М., 2013. - 48 с.; Каримова Л.К., Научные основы системы оценки и управления рисками в нефтехимической промышленности: автореф. дис. … д-ра мед. наук. - М., 1999. - 48 с.].

Исследованиями, проведенными раннее, выявлено, что на токсическое влияние вредных производственных факторов химической природы у работников химического комплекса первой реагирует метаболическая система организма [Тимашева Г.В. Особенности изменения биохимического статуса у работников, занятых в условиях химического комплекса / Г.В. Тимашева, А.Б. Бакиров, Г.Г. Бадамшина // Здоровье населения и среда обитания. - 2013. - №7. - С. 9-13; Тимашева Г.В. Особенности изменения биохимического статуса у работников производства полиэфирных смол // Г.В. Тимашева, Г.Г. Бадамшина, А.Э. Бакирова // Пермский медицинский журнал. 2010. - №4. - С. 126-131].

В условиях постоянного совершенствования технологических процессов, применения инновационных схем на предприятиях химического производства, происходит изменение реактивности организма работников и развитие стертых форм профессиональных заболеваний, в том числе заболеваний, сопровождающихся нарушением минерального обмена.

Среди основных показателей состояния здоровья человека наиболее важным является баланс микро- и макрокомпонентов, принимающих активное участие как в нормальных, так и в патологических процессах в организме. Важная роль в организме человека отведена таким макроэлементам, как: калий, натрий, магний, кальций и фосфор.

Биологическая роль ионов кальция и магния в жизнедеятельности различных организмов в норме и при развитии патологического процесса хорошо изучена. Кальций и магний участвуют во многих процессах поддержания жизнедеятельности организма. Кальций принимает участие в реакциях нервно-мышечной передачи импульсов, оказывает положительный эффект на деятельность сердечной мышцы, обеспечивает контроль и активирование гормонов и нейромедиаторов, участвует в свертывании крови, принимает активное участие в метаболизме костной ткани, способствует образованию электрического потенциала мембран, поддержании тонуса вегетативной и центральной нервной систем. Магний является физиологическим антагонистом кальция. Магний также играет важную роль в регуляции нервно-мышечной активности сердца, укрепляет нормальный сердечный ритм, является необходимым для метаболизма кальция и витамина С. Его биологическая роль обусловлена участием в энергетическом, пластическом и электролитном обмене. Он является обязательным кофактором более 300 ферментов. Ионы магния являются важным звеном нейромышечной проводимости, оказывают депрессивное влияние на нервную систему, участвует в сокращении сердца, расширении сосудов, содействует фибринолизу. Магний играет важную роль в определении характера иммунитета.

В организме человека кальций и магний распределяются неравномерно между внутриклеточной и межклеточной жидкостью и, кроме того, представлены несколькими фракциями: диффундирующей (небелковая + ионизированная и неионизированная) и недиффундирующей (белковосвязанная). Известно, что ионизированная форма кальция составляет 50% от общего содержания металла в плазме крови, а доля ионизированного магния 70% от его общего содержания в ней. Общее содержание кальция и магния в слюне обычно меньше, чем в плазме крови. При этом кальций в слюне также как и в сыворотке крови представлен белковосвязанной (15%) и ионизированной (50%) формами, незначительная его часть связана с цитратами и фосфатами. Концентрация ионизированного магния в слюне исследована недостаточно, хотя есть указания на то, что его соотношение в слюне подобно соотношению в сыворотке крови. Гомеостатические механизмы затрагивают только ионизированные формы этих элементов. Так, ионизированный кальций служит внутриклеточным посредником действия ферментов и гормонов на клетку. Так, например, ионизированный кальций с кальмодулином оказывает регуляторное влияние на функционирование многих структурных элементов в клетке. Значима роль ионизированного кальция и как медиатора действия гормонов - вазопрессина, адренокортикотропного гормона, серотонина и других. Содержание ионизированных форм этих макроэлементов в плазме (сыворотке) крови и слюне представляет интерес при изучении многих физиологических и патологических состояний [Андрусишина И.Н. Определение форм кальция и магния в сыворотке крови и слюне их дигностическое значение в клинике / И.Н. Андрусишина // Актуальные проблемы транспортной медицины. 2009. №2 (16). С. 107-113; Полякова Е.В. Определение катионов калия, натрия, магния и кальция в сыворотке крови методом капиллярного электрофореза / Е.В. Полякова, О.В. Шуваева, Е.М. Полянская // Т. 9 №1. - 2005 С. 70-73]. Кальций наряду с магнием и фосфором выполняет пластическую функцию, участвует в минеральном обмене веществ, является важным фактором свертывания крови, воздействует на секрецию гормонов и образование ферментов и биологически активных веществ. Между магнием и кальцием существует такой же жесткий баланс в организме, как и между натрием и калием [Лейтес Е.А. Спектрофотометрическое определение калия, натрия и кальция в сыворотке / Е.А. Лейтес, Н.В. Тимошкина // Известия Алтайского Государственного Университета - 2010. - №3-1. - С. 157-162].

Натрий и калий распределены по всему организму человека, причем первый входит в состав межклеточных жидкостей в качестве наиболее распространенного катиона, тогда как второй встречается, главным образом, внутри клеток. Натрий и калий ответственны за поддержание постоянных осмотических давлений по обеим сторонам клеточных мембран. [Е.В. Полякова Определение катионов калия, натрия, магния и кальция в сыворотке крови методом капиллярного электрофореза / Полякова Е.В., Шуваева О.В., Полянская Е.М / Т. 9 №1 - 2005. С. 70-73]. Натрий и калий играют роль в проведении нервного импульса, в поддержании буферности биологических жидкостей, а также коллоидных свойств тканей [Лейтес Е.А. Спектрофотометрическое определение калия, натрия и кальция в сыворотке / Е.А. Лейтес, Н.В. Тимошкина // Известия Алтайского Государственного Университета - 2010. - №3-1. - С. 157-162].

Неорганический фосфор содержится в организме в форме различных неорганических соединений фосфорнокислых солей, а также является источником нуклеопротеидов, нуклеотидов, фосфопротеидов, фосфатидов, фосфорных эфиров углеводов. Как важнейшая часть этих сложных органических веществ фосфор играет в жизненном процессе совершенно исключительную роль. Фосфаты калия и натрия входят в буферную систему крови. Фосфор - электролит, обмен которого тесно связан с метаболизмом кальция. 80-85% фосфора входит в состав скелета, остальное количество распределяется между тканями и жидкостями организма. В костях фосфорная кислота находится в соединении с кальцием; скелетные мышцы содержат фосфатиды, играющие большую роль в тканевом дыхании. Органически связанная фосфорная кислота и продукты ее промежуточного обмена благодаря наличию макроэргических связей играют важную роль в обмене энергии, аккумулируя запасы ее в лабильных фосфатных связях. В мышцах фосфорные соединения являются составляющими адениловой системы - АМФ, АДФ, АТФ и креатинфосфата, участвуя в энергетическом обмене в процессе мышечной деятельности. Физическая нагрузка как стрессовая ситуация оказывает существенное влияние на биохимические процессы, протекающие в организме. При физическом труде возрастает потребность организма в макро- и микроэлементах, в том числе и фосфоре. Так, например под влиянием физических упражнений содержание креатинфосфата повышается [Иорданская Ф.А. Фосфор крови: диагностическое и прогностическое значение в мониторинге функционального состояния высококвалифицированных спортсменов / Иорданская Ф.А., Цепкова Н.К. // Вестник спортивной науки. 2011. №4. С. 30-33].

Известен способ диагностики нарушения минерального обмена в полости рта и предрасположенности к кариесу зубов [патент RU 2449279, 2012 г.], заключающийся в определении содержания соединений кальция, фосфора и активность щелочной фосфатазы путем биохимического исследования смешанной нестимулированной слюны. При этом диагностируют: - снижение реминерализующей способности слюны при А_щф менее 0,1, где А_щф - активность щелочной фосфатазы, мккат/л. Дефицит кальция при содержании кальция (K_Ca) ниже граничного значения L_Ca (ммоль/л), определяемого в зависимости от активности щелочной фосфатазы и концентрации фосфора (К_ф ммоль/л), если А_щф меньше или равна 1,0, L_Ca равно 0,5; если А_щф больше 1,0, L_Ca определяют по формуле: Lc_a=0,43+0,7 А_щф, при концентрации фосфора К_ф (ммоль/л) более 10 к граничному значению L_Ca прибавляют поправку, определяемую по формуле: 0,05 К_ф - 10. Дефицит фосфора при содержании фосфора ниже граничного значения L_P (ммоль/л), определяемого в зависимости от активности щелочной фосфатазы, если А_щф меньше или равно 1,0, L_P=2,5, если А_щф больше 1,0, L_P определяют по формуле: L_P=1,7+0,8 А_щф. Недостатком способа является возможность его применения лишь относительно полости рта.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ определения изменений в биологической системе макро- и микроэлементного гомеостаза у человека при различных заболеваниях [Патент RU 2180121, 2002 г.], заключающийся в определении концентраций макро- и микроэлементов в биологических жидкостях и тканях. Для решения поставленной задачи в качестве исследуемых биосубстратов используют сыворотку крови и волосы. Методом атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной аргоновой плазмой в сыворотке крови и волосах определяют концентрацию макро- и микроэлементов. С применением математического анализа определяют количественное изменение содержания макро- и микроэлементов относительно нормы, таким способом регистрируя нарушения в биологической системе макро- и микроэлементного гомеостаза. Расчеты корреляционных матриц для концентраций макро- и микроэлементов выявляют характерное для каждой нозологии изменение согласованности ионного баланса. Способ позволяет получить достоверные данные о содержании макро- и микроэлементов при диагностике различных заболеваний. Однако данный способ является трудоемким, требует высоких материальных и энергозатрат.

Кроме этого не существует интегрального показателя, в целом характеризующего степень нарушения минерального обмена у работников химического комплекса.

Задачей изобретения стала разработка объективного, высокоинформативного способа диагностики нарушений минерального обмена у работников химического комплекса при массовых обследованиях.

Технический результат - повышение точности и достоверности за счет получения интегральной информации наличия нарушений минерального обмена у работников химического комплекса при массовых обследованиях.

Способ может быть широко использован в медицинских учреждениях для диагностики нарушений минерального обмена в случае, если работающие предъявляют соответствующие жалобы, для дифференциальной диагностики с другими патологиями.

Предлагаемый способ диагностики нарушения минерального обмена осуществляется следующим образом. Производят забор крови натощак из вены. В сыворотке крови определяют концентрацию макроэлементов: магния, фосфора, кальция, натрия, калия, рассчитывают показатель нарушения минерального обмена (Пнмо) как отношение суммы показателей концентрации макроэлементов к количеству исследуемых макроэлементов (5). При значении Пнмо менее 28,446 или более 33,144 диагностируют нарушение минерального обмена.

Технология: натощак из вены работника осуществляют забор крови в количестве 5 мл в пробирку, дают отстояться 30 минут при температуре 22-25°С, центрифугируют при 1500 оборотов 15 минут для получения сыворотки.

Определение Калия в сыворотке крови.

Определяют фотометрическим турбидиметрическим методом с помощью наборов фирмы Human. Ионы калия в свободной от белка щелочной среде реагируют с тетрафенилбороном (ТФБ) натрия и формируют взвешенную суспензию тетрафенилборона калия. Мутность смеси пропорциональна концентрации калия в пробе.

Приготовливают рабочий реагент: смешивают содержимое флакона с тетрафенилбороном натрия (ТФБ) с содержимым флакона с гидроксидом натрия (NAOH) в отношении 1÷1. После перемешивания дают постоять 30 минут.

Берут 100 мкл сыворотки крови, добавляют осаждающий белки реагент с трихлоруксусной кислотой в количестве 1000 мкл. Тщательно перемешивают и центрифугируют при скорости 3000 оборотов в минуту в течение 10 минут.

Берут 200 мкл прозрачного супернатанта пробы и 200 мкл стандарта, смешивают каждый с 2000 мкл рабочего реагента. Тщательно перемешают каждую кювету, прежде чем приступать к дозированию следующей пробы. Дают постоять не менее 5 минут при температуре 20-25 С°. Измеряют оптическую плотность проб (А) и стандарта (С) против холостой пробы не позднее чем через 30 минут после смешивания. Длина волны при температуре 20-25 С°: 578 нм, оптический путь 1 см.

Содержание калия вычисляют по формуле:

К=5,0×(А:С) [ммоль/л],

где 5,0 концентрация калия в стандарте, указанная на этикетке флакона со стандартом.

Определение Кальция в сыворотке крови.

Определяют фотометрическим методом с о-крезолфталеинкомплексоном с помощью наборов фирмы Human.

Ионы кальция реагируют с о-крезолфталеин комплексоном в щелочной среде с образованием комплекса красно-фиолетового цвета.

Буферный раствор содержит лизиновый буфер (рН=11,1) 0,2 моль/л и азид натрия 0,095%, окрашивающий реагент - 8-гидроксихинолин 14 ммоль/л, о-Крезолфталеинкомплексон 0,1 ммоль/л, соляную кислоту 0,1 моль/л.

Приготавливают рабочий реагент: смешивают буферный раствор и окрашивающий реагент, входящие в состав набора, в равных объемах и в требуемом количестве. Дают постоять не менее 10 минут перед использованием. Берут 20 мкл сыворотки крови, добавляют 1000 мкл рабочего реагента, инкубируют 5 минут при температуре 20-25 С°. Измеряют против холостой пробы по реагенту. Длина волны 570 нм, оптический путь 1 см. Вычисляют по формуле:

Са=2,0×(А:С) [ммоль/л],

где А - оптическая плотность пробы, С - оптическая плотность стандарта, 2,0 ммоль/л - концентрация кальция в стандарте, указанная на этикетке флакона со стандартом.

Определение Магния в сыворотке крови.

Определяют фотометрическим колориметрический тест с АЛФ (антилипидным фактором) с помощью наборов фирмы Human. Ионы магния реагируют в щелочной среде с ксилидиловым синим с образованием окрашенного комплекса.

Берут 10 мкл сыворотки крови и 10 мкл стандарта, добавляют к каждому окрашивающий реагент, входящий в состав набора, в количестве 1000 мкл. Тщательно перемешивают и инкубируют 10 минут при температуре 20-25 С°. Измеряют оптическую плотность проб (А) и стандарта (С) против холостой пробы. Длина волны: 546 нм, оптический путь 1 см.

Содержание магния вычисляют по формуле:

Mg=1,03×(А:С) [ммоль/л],

где 1,03 концентрация магния в стандарте, указанная на этикетке флакона со стандартом.

Определение Натрия в сыворотке крови.

Определяют фотометрическим магний-уранилацетатным методом с помощью наборов фирмы Human.

Берут 50 мкл сыворотки крови, добавляют осаждающий реагент с уранилацетатом 19 ммоль/л и ацетатом магния 140 ммоль/л в количестве 3000 мкл. Тщательно перемешивают и дают постоять 5 минут при температуре 20-25 С°. Еще раз тщательно перемешивают в течение 30 секунд, дают постоять 30 минут. Центрифугируют при скорости 3000 оборотов в минуту в течение 10 минут.

Берут 50 мкл прозрачного супернатанта пробы, 50 мкл стандарта и 50 мкл осаждающего реагента, смешивают каждый с 3000 мкл окрашивающего реагента, содержащего тиогликолят аммония 550 ммоль/л и аммиак 550 ммоль/л. Тщательно перемешивают и дают постоять 5 минут при температуре 20-25 С°. Измеряют оптическую плотность проб (А), стандарта (С) и холостой пробы (X) против дистиллированной воды не позднее чем через 30 минут после смешивания. Длина волны: 405 нм, оптический путь 1 см.

Содержание натрия вычисляют по формуле:

Na=150×(Х-А):(Х-С) [ммоль/л],

где 150,0 концентрация натрия в стандарте, указанная на этикетке флакона со стандартом.

Определение Фосфора в сыворотке крови.

Определяют фотометрический методом, измерение в ультрафиолетовом диапазоне с помощью наборов фирмы Human. Фосфаты реагируют с молибдатом в сильнокислой среде с образованием комплекса. Оптическая плотность образующегося комплекса в ультрафиолетовой области прямо пропорциональна концентрации фосфатов.

Берут 10 мкл сыворотки крови и 10 мкл стандарта, добавляют к каждому реагент, входящий в состав набора и содержащий гаптомолибдат аммония 0,3 ммоль/л, в количестве 1000 мкл. Тщательно перемешивают и инкубируют 1 минуту при температуре 20-25°С. Измеряют оптическую плотность (А) проб и стандарта против холостой пробы. Окраска стабильна в течение 60 минут.

Содержание фосфора вычисляют по формуле:

Ρ=3,2×(А:С) [ммоль/л],

где 3,2 концентрация фосфора в стандарте, указанная на этикетке флакона со стандартом.

В дальнейшем для каждого работника рассчитывают показатель нарушения минерального обмена (Пнмо) по формуле:

Снижение показателя нарушения минерального обмена (Пмо) ниже 28,446 и его увеличение более 33,144 является плохим прогностическим признаком и говорит о наличии нарушения минерального обмена.

Нами были обследованы работники (n=116) химического комплекса (респ. Башкортостан). Все обследованные работники были мужского пола, возраст которых составлял от 20 до 55 лет.

Было проведено биохимическое исследование сыворотки крови, взятой натощак у обследованных с жалобами на выпадение волос, наличие угревой сыпи, расстройства сна, нарушение остроты зрения, жалобы на подверженность инфекциям, ломкость ногтей, быструю утомляемость. Результаты проведенного исследования показали, что у работников с наличием клинических признаков нарушений минерального обмена, чаще по сравнению с работниками без нарушений минерального обмена, обнаруживалось изменение показателя нарушения минерального обмена (р<0,001). Известно, что содержание кальция в сыворотке крови при определении наборами фирмы Human составляет 2,02-2,60 ммоль/л, содержание калия 3,6-5,5 ммоль/л, магния 0,8-1,0 ммоль/л, натрия 135-155 ммоль/л, фофора 0,81-1,62 ммоль/л. Однако каждый из показателей не характеризует в полной мере нарушение минерального обмена. Содержание макроэлементов необходимо учитывать в комплексе.

Предлагаемый способ иллюстрирован следующим клиническим материалом:

Пример 1. Работник К., стаж работы - 10 лет, возраст - 35 лет. Работник предъявлял жалобы на выпадение волос, наличие угревой сыпи, расстройства сна, нарушение остроты зрения, жалобы на подверженность инфекциям, ломкость ногтей, быструю утомляемость.

Натощак из вены работника осуществляют забор крови в количестве 5 мл в пробирку, дают отстояться 30 минут при температуре 22-25°С, центрифугируют при 1500 оборотов 15 минут для получения сыворотки.

Кальций - 2,9 ммоль/л, фосфор - 1,8 ммоль/л, магний - 1,28 ммоль/л, натрий - 155 ммоль/л, калий - 6,4 ммоль/л.

Рассчитанный Пнмо был равен 33,476, значение индекса превышало допустимые значения. Предполагаемое нарушение минерального обмена подтвердилось. В дальнейшем необходимы профилактические мероприятия.

Пример 2. Работник Φ., стаж работы - 9 лет, возраст - 34 года.

Работник предъявлял жалобы на расстройства сна, нарушение остроты зрения, жалобы на подверженность инфекциям, быструю утомляемость.

Натощак из вены работника осуществляют забор крови в количестве 5 мл в пробирку, дают отстояться 30 минут при температуре 22-25°С, центрифугируют при 1500 оборотов 15 минут для получения сыворотки.

Кальций - 1,8 ммоль/л, фосфор - 1,1 ммоль/л, магний - 0,86 ммоль/л, натрий - 134 ммоль/л, калий - 3,8 ммоль/л.

Рассчитанное значение Пнмо=28,312, было снижено относительно допустимых значений. Предполагаемое нарушение минерального обмена подтвердилось. В дальнейшем необходимы профилактические мероприятия.

Пример 3. Работник З., стаж работы - 7 лет, возраст - 35 лет. При проведении периодического медицинского осмотра бригадой клиники института, работник был отнесен к «группе риска» развития профессионального заболевания», в результате чего был направлен в клинику института, куда поступил с признаками хронической интоксикации комплексом токсических веществ в виде функциональных нарушений гепато-билиарной системы в сочетании с синдромом расстройства вегетативной нервной системы.

Натощак из вены работника осуществляют забор крови в количестве 5 мл в пробирку, дают отстояться 30 минут при температуре 22-25°С, центрифугируют при 1500 оборотов 15 минут для получения сыворотки.

Кальций - 2,1 ммоль/л, фосфор - 1,2 ммоль/л, магний - 0,92 ммоль/л, натрий - 154 ммоль/л, калий - 4,2 ммоль/л.

Рассчитанное значение Пнмо=32,484 не превышало установленные значения. Предполагаемое нарушение минерального обмена не подтвердилось.