Хімічні сполуки і концентрації важких елементів, виявлених в альвеолярних макрофагах - патологія органів дихання у ліквідаторів аварії на чаес

А. Л. Черняєв, Г. В. Неклюдова, П. Г. Плешанов, D. Sayers, S. McHugo, A. Thomson, К. Jackson, D. Hoffshir, О. А. Ляскіна, В. П. Черніков
Хімічні сполуки і концентрації важких елементів, виявлених в альвеолярних макрофагах бронхоальвеолярного лаважу ліквідаторів аварії на ЧАЕС

За образним висловом В. І. Вернадського (1940), всі організми пропускають через себе &ldquo-атомні вихори&rdquo-, а елементний склад їх знаходиться в тісній залежності від складу земної кори. Важливим є питання про потенційну біологічної небезпеки хімічних речовин - забруднювачів атмосферного повітря. Серед останніх відзначені токсичні хімічні елементи - метали, що переносяться потоками повітря у вигляді зважених частинок пилу, парів і аерозолів, що містять свинець, ртуть, кадмій, берилій, марганець, миш`як і фториди. Відомо, що проникають в організм ззовні мікро- і макроелементи здатні чинити на нього різноманітні несприятливі біологічні впливу, як під час катастроф, так і в умовах повсякденного життя (Авцин А. П. та співавт., 1991). У зв`язку з цим катастрофа на Чорнобильській АЕС поставила безліч питань про вплив суміші аерозолів, що складаються з елементів грунту, конструкційних матеріалів реактора і окремих радіонуклідів, на органи дихання, шкіру, шлунково-кишковий тракт у ліквідаторів наслідків аварії і в осіб, які проживають на забруднених територіях, У зв`язку зі складним складом такий пилу вона отримала назву &ldquo-чорнобильської&rdquo- (Chuchalin А. G. et al., 1997). У доступній літературі досі були відсутні відомості про її хімічний склад.
В результаті аварії на Чорнобильській АЕС в навколишнє середовище потрапили наступні елементи.
Уран як паливо атомних електростанцій, що складається з трьох радіоактивних ізотопів з масовими числами ²³³, ²³⁵, ²³⁸.
Нептуний як продукт &beta - розпаду ядер урану. Елемент накопичується в невеликих кількостях і в результаті &beta - розпаду перетворюється на плутоній. Радіоактивний.
Плутоній як продукт радіоактивного розпаду нептунію. Реактор на Чорнобильській АЕС (типу РБМК) служать, крім вироблення електроенергії, для накопичення плутонію (збройового і паливного). радіоактивний (&alpha - розпад - елементи з № 82-92, &beta - розпад - америцій).
Цирконій - елемент конструкційних матеріалів реактора.
Елементи з зарядом ядер 82-92 (Pb-U) як продукти &alpha - розпаду ядер урану в результаті ядерної реакції. Частина ізотопів цих елементів радіоактивні, інша частина - стабільні.

Елементи, що представляють інтерес в зв`язку з антропогенним і техногенним забрудненням навколишнього середовища: свинець, миш`як, нікель, кадмій, ртуть і ряд інших. Окремо можна виділити такі життєво важливі елементи, як цинк, мідь, залізо.
За дванадцять років, що минули після аварії на ЧАЕС, концентрації елементів значно змінилися. Частина елементів, короткоживучі ізотопи, повністю розпалися, зміст елементів з періодом напіврозпаду 3-10 років значно зменшилася (наприклад, йод). Зміст стабільних ізотопів також мінливо (за рахунок природної ерозії, робіт по ліквідації аварії і т.п.).
В результаті виконання робіт по ліквідації наслідків аварії, проживання в зоні аварії багато хто з перерахованих вище елементів через органи дихання і травлення могли потрапити в людський організм. Крім природних процесів їх виведення з організму можуть відбуватися процеси накопичення їх в різних органах.
За даними С. К. Іванова, С. С. Полянцева (1994), до складу аерозолів могли входити Cs-137, Sr-90, Kr-85, Ru ... і Be-7. Відомо, що ступінь радіаційного забруднення території залежить від швидкості осадження аерозолів з атмосфери - радіоактивних випадінь. Аналіз вмісту радіоактивних елементів в аерозолях, що входять до складу &ldquo-гарячих частинок&rdquo-, наведено, зокрема, в роботі В. А. Кутькова (1993). Згідно з цими даними, в легких тривало можуть затримуватися легкі частинки діаметром 1-2 мкм. Однак при цьому слід зазначити, що тривалість їх затримки в легенях може залежати від хімічних властивостей частинок. У той же час частина хімічних елементів потрапляє з просвіту бронхів і альвеол в лімфатичне русло легенів. Через нього висновок елементів відбувається в прикореневі лімфатичні вузли і в вісцеральної плеври, де вони і відкладаються у вигляді різних пігментів. Менша частина елементів &ldquo-чорнобильської пилу&rdquo- через лімфатичні шляхи надходить в підключичну, порожнисту вени і знову потрапляє в легені, що і призводить до відкладання пігменту в міжальвеолярних перегородках і периваскулярно. Подібний феномен описаний при профпатології, в тому числі при силікоз і Антракоз (Лощилов Ю. А., 1996). Певна частина сторонніх часток захоплюється альвеолярними макрофагами, накопичується в фаголізосомах цитоплазми, як би &ldquo-заболачівая&rdquo- її, тобто, іншими словами, спостерігається незавершений фагоцитоз. В період накопичення чужорідних тіл виробляється значна кількість активних форм кисню і безліч цитокінів. Після руйнування таких навантажених альвеолярнихмакрофагів гинуть частки цитоплазми захоплюються іншими молодими макрофагами. У той же час викинуті активні форми кисню і цитокіни викликають посилену фібропластичних реакцію в тканині легенів, що і веде до пневмосклерозу (Величковський Б. Т, 1995).
На наш погляд, дрібні частинки можуть служити джерелом мелкоочагового фіброзу і подальшого розвитку злоякісних пухлин легенів. Експериментальні дослідження показують, що при аерозольному ураженні легенів пухлинний ріст викликається будь-якими радіоактивними речовинами, якщо в певній ділянці тканини накопичується необхідне для індукції злоякісного росту кількість поглиненої енергії (Іванов А. Е. і співавт., 1990). При цьому наголошується, що проблема хронічного впливу малих доз радіації полягає в індукції бластоматозного процесу.
За даними комісії з атомної енергії США, в 70% радіаційних уражень людей відбуваються в результаті інгаляції радіоактивних і змішаних аерозолів. З огляду на характер аерозолів, що містять радіонукліди, які впливали на органи дихання ліквідаторів аварії на ЧАЕС, виникли як гострі реакції на опромінення, так і пізні, через кілька місяців і років після впливу (Ярмоненко С. П. та ін., 1992). Загальним проявом таких реакцій пошкодження здорових тканин є клітинна депопуляція, тобто порушення співвідношення паренхіматозних і стромальних клітин, що призводить до тимчасової або постійної функціональної недостатності тканини. За характером організації зазначені клітинні популяції діляться на швидко-та, медленнообновляющіеся і системи, які не оновлюються в дорослому організмі. Виходячи з цього, в легких присутні в основному медленнообновляющіеся популяції (фібробласти і ендотелій судин) і практично неоновлювані паренхіматозні клітини. Вважають, що основний механізм розвитку віддалених променевих реакцій полягає в пошкодженні судин з подальшою загибеллю оточуючих паренхіматозних клітин (Reinhold Н. et al., 1974 Micholowsky А., 1986). При цьому відбувається стерилізація клітин ендотелію, здатних до проліферації, запустевание капілярів на тлі пригнічення росту нових судин, іноді спостерігається тромбоз в місці загибелі ендотеліоцитів. Загибель паренхіматозних перифокальних тканин носить пасивний характер. Поряд з ураженням кровоносних судин можуть виникати пошкодження лімфатичних судин і колекторів, приводячи до зменшення відтоку лімфи, що може сприяти тривалої персистенції альвеолярнихмакрофагів в стані незавершеного фагоцитозу і уламків зруйнованих клітин (Ярмоненко С. П. та ін., 1992). Якщо припустити такий механізм ушкодження паренхіми легких, то наявність через 7-10 років після аварії альвеолярнихмакрофагів з сторонніми частинками, що містять хімічні елементи &ldquo-чорнобильської пилу&rdquo-, може бути обгрунтованим.
У зв`язку з вищевикладеним та враховуючи наявність у ліквідаторів аварії на ЧАЕС клінічних симптомів ураження легень, змін дифузійної здатності легень, виявлення значного числа альвеолярних макрофагів, що містять сторонні частинки в цитоплазмі, можна було припустити, що альвеолярний макрофаг стає центральною клітиною в патогенезі пізніх ушкоджень органовдиханія. Крім того, ці клітини відіграють важливу роль у розвитку пухлин легенів, так як можуть містити окремі радіонукліди, що сприяють проліферації паренхіматозних клітин.
Ми спробували встановити хімічний склад сторонніх часток в цитоплазмі альвеолярнихмакрофагів, для чого були використані методики якісного та кількісного визначення хімічних елементів в альвеолярних макрофагах бронхоальвеолярних змивів (БАС) у ліквідаторів аварії на ЧАЕС. Ці елементи являють собою як метали, так і неметали, тому з відомих методів визначення вмісту елементів найбільш придатними є методи лазерної мас-спектрометрії, EXAFs-спектрометрії і мікросканування пучком синхротронного випромінювання за зразком рентгенофлюоресцентного аналізу. Перший метод більш цікавий з точки зору отримання результатів не тільки про якісний та кількісний склад, а й про ізотопний склад проб, однак по швидкості отримання інформації, простоті апаратного оформлення і собівартості аналізу перевагу може бути віддано методу рентгенофлюоресцентного аналізу. Крім того, в частині спостережень визначалася концентрація мікро- і макроелементів після проведення лікувального програмного бронхоальвеолярного лаважу.
Концентрація і склад хімічних елементів визначалися також в аутопсійної легеневої тканини двох ліквідаторів аварії на ЧАЕС та в 8 спостереженнях раку легенів серед осіб, які працювали на радіохімічний виробництві в Челябінську-95 і Красноярську-26 (автори приносять подяку за наданий матеріал професора Гіллер Б. М. ).

для визначення хімічного складу альвеолярнихмакрофагів використовували такі методи.

1. Якісний рентгеноспектральний мікроаналіз хімічних елементів за допомогою приставки &ldquo-Link&rdquo- до електронного мікроскопу Jem; 100 СХ (Японія) в автоматичному режимі при ускоряющем напрузі 80 кВ, чутливості каналу 40 еВ, при +1024 каналах. Перед пошуком за програмою &ldquo-Quantem&rdquo- проводилася калібрування по О-стробу і піку Cu (K, L). Були досліджені суспензії клітин БАС (серед яких переважали альвеолярнімакрофаги - до 95%), фіксовані в 2,5% глютаральдегіду і нанесення на підкладки, а також альвеолярнімакрофаги в ультратонких зрізах. Для контролю визначення хімічних елементів використовували серійні сіточки для електронної мікроскопії, фосфатний буфер, ОsО4, уранілацетатом і заливальні смоли. Ця частина роботи була виконана спільно з докт. мед. наук С. В. Буравковим і канд. мед. наук В. П. Черніковим на базі лабораторії електронної мікроскопії НДІ морфології людини РАМН. В результаті проведеного дослідження у суспензії фіксованих клітин були виявлені спектри таких елементів, як Na, К, Са, Mg, Al, Si, Р, S, Fe, Сг, Ni, Rb, Sr, In, &Tau-&iota-, Fr, Ce, Pr, Nd, Np, Pu, Pa. У цитоплазмі альвеолярнихмакрофагів містилися Na, К, Р, Z, Ga, Zr, Sb, In, Nd, Np, Pu, Ir, Pt, Pm, Sm, Се. При Рентгеноспектральний мікроаналізі сіточок, глютаральдегіду, фосфатного буфера, ОsО4 смол елементи важких металів не виявлялись. Більшість з виявлених хімічних елементів входять до складу так званої неактивній частини &ldquo-чорнобильської пилу&rdquo- і є елементами ґрунту, бетонних перекриттів і різних видів сталевих конструкцій (Mg, А1, Si, Р, S, Fe, Сг, Ni, Ti, Zn). Такі елементи, як Са, Na, К, мабуть, є елементами, що входять до складу цитоплазми клітин. Всі інші елементи відносяться в основному до групи актиноїдів, а також до продуктів розпаду радіоактивних речовин, що входять до складу ядерного палива на ЧАЕС. Великий інтерес представило виявлення Zr (цирконію) в альвеолярному макрофаге. Цей елемент входив до складу оболонок твелів і під час вибуху на станції міг потрапити до складу аерозолів. Не можна виключити, що виявлення цього елемента в альвеолярних макрофагах і тканини легенів може з`явитися одним з хімічних маркерів для ліквідаторів аварії на ЧАЕС.

Таким чином, якісний рентгеноспектральний мікроаналіз дозволив оцінити досить широкий спектр хімічних елементів, що входять до складу сторонніх часток альвеолярнихмакрофагів.
При аналізі частоти виникнення тих чи інших хімічних елементів у обстежених ліквідаторів (табл. 1) виявлено, що з радіоактивних елементів з найбільшою частотою зустрічався U, Pu.

Таблиця 1
Частота народження хімічних елементів в альвеолярних макрофагах у ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС

2. Напівкількісний рентгенофлюоресцентного аналіз за допомогою приладу &ldquo-Спектроскан&rdquo- (Росія). Ця частина роботи була виконана в НДІ пульмонології с.н.с. канд. мед. наук Г. В. Неклюдова і с.н.с. Санкт-Петербурзького університету А Д. Тимофєєвим. За допомогою цієї методики були обстежені 10 ліквідаторів аварії на ЧАЕС до і після програмного бронхоальвеолярного лаважу, а також тканину легенів, кістки двох загиблих від випадкових причин (насильницька смерть) ліквідаторів аварії.

Суть методу полягає в отриманні характеристичного спектра флюоресценції від хімічних елементів проби при опроміненні її жорстким рентгенівським випромінюванням. Це рентгенівське випромінювання має енергію, достатню, щоб &ldquo-вибити&rdquo- з внутрішніх орбіт - k, 1, m - електрони атома. Заповнення внутрішніх оболонок зовнішніми електронами призводить до вивільнення енергії у вигляді рентгенівських квантів. При цьому енергія квантів (довжина хвилі флюоресценції) однозначно пов`язана з будовою атома, який був підданий жорсткому опроміненню, отже, є якісною характеристикою присутності елемента в пробі, а інтенсивність лінії пропорційна в деякому діапазоні концентрації елемента.
Для проведення аналізу проба повинна бути в твердому стані. Клітинну суспензію БАС після центрифугування при 1000 об / хв протягом 15 хв наносили шарами на паперовий фільтр у міру висихання попереднього. За допомогою даного аналізатора можна визначати елементи, які мають заряд ядра 20-110 і більше.
Після настройки аналізатора по лінії флюоресценції заліза проба поміщається в прободержатель. За допомогою керуючої ЕОМ вибирається діапазон сканування аналізатора по довжині хвилі, час накопичення сигналу в одній точці, крок сканування. За командою з ЕОМ аналізатор самостійно записує спектр флюоресценції проби. Після закінчення сканування спектра дослідник за допомогою програми якісного аналізу досліджує отриманий спектр. Остаточний висновок про присутність елемента в пробі робиться за результатами аналізу, як мінімум, двох ліній флюоресценції визначається елемента в спектрі. За даними якісного аналізу проводиться кількісний аналіз. Оскільки метод рентгенофлюоресцентного аналізу є спектральним, для кількісного визначення елементів необхідний градуйований графік, побудований за допомогою проб порівняння.
У нас не було можливості використовувати проби порівняння по радіоактивним елементам, тому ми могли лише оцінити зміст цих елементів по відношенню до тих елементів, для яких цей зміст в
пробі відомо (або це можна зробити). Отже, для радіоактивних елементів в нашому випадку можна говорити лише про полуколічест- венном аналізі.
Отриманий спектр хімічних елементів в основному повторював склад, отриманий при рентгеноспектрального мікроаналізі з використанням електронного мікроскопа, але був трохи ширше.
Виявлені при рентгенофлюоресцентного аналізі елементи можна умовно розділити на ряд груп: а) радіоактивні елементи і продукти їх розпаду: U - паливо АЕС, &Nu-&rho- - продукт &beta - розпаду урану, Pu - продукт &beta - розпаду нептунію, Ra - продукт &alpha - розпаду торію, Rn - продукт &alpha - розпаду радію, Ат - продукт &beta - розпаду плутонію, Ра, Th, Fr, Ac, At, Pb, Bi, Po - продукти розпаду радіоактивних рядів урану, плутонію, нептунія- б) елементи - продукти ядерної реакції і ділення ядерного палива: Rb, Nb, Sr, кг, З, Cd, Ag, I, Sn, Zr, In, Sb- в) почвообразующие елементи: Fe, Cu, &Mu-&eta-, &Zeta-&eta-, Cr, Ni.
Отриманий спектр елементів являє собою складний хімічний склад чорнобильської пилу, а вірніше, її трансформації в організмі ліквідаторів, зареєстрований через 7-10 років після моменту аварії.
При обстеженні ліквідаторів аварії на ЧАЕС на лічильнику випромінювання людини за рівнем цезію-137 відхилень від норми не виявлено.
У чотирьох спостереженнях було проаналізовано кількісний склад Am, Np, U і Pu в альвеолярних макрофагах після 3-програмних бронхоальвеолярного лаважу (рис. 1).
Як видно на малюнку, після першого лаважу спостерігалося значне зменшення вмісту зазначених вище елементів, після 2 і 3-го лікувального лаважу концентрація була також нижче, ніж до лікування, але це зниження після чергових процедур було менш вираженим, ніж після першого лікувальних Лаваж. Можливо, це пов`язано з тим, що в альвеолярних макрофагах накопичувалися радіоактивні елементи з паренхіми легких або приходять з інших органів і тканин.
Аналіз Ат і Pu був проведений в двох спостереженнях в лабораторії Франції професором D. Hoffshir. Однак отримана концентрація цих елементів не перевищувала фонових значень (табл. 2).
У той же час, за даними D. Hoffshir, в умовах експерименту на мавпах при запиленні легких радіоактивними аерозолями концентрації Ат і Pu в тканинах зростала, однак після багаторазових бронхоальвеолярного лаважу вона достовірно зменшувалася в легких. Ці результати узгоджуються з нашими даними, отриманими у ліквідаторів Чорнобильської аварії.

Мал. 1. рентгенофлюоресцентного аналіз хімічних елементів в альвеолярних макрофагах БАС:

1. - Діагностичний БАЛ;
2. - Перший лікувальний БАЛ;
3. - Другий лікувальний БАЛ через 3 місяці після 1-го діагностичного;
4. - Третій лікувальний БАЛ через 3 місяці після другого.

Тут і на рис. 2 на осі абсцис - довжина хвилі
на осі ординат - імпульси в секунду (імп / сек)
Таблиця 2
активність ²⁴¹Am і ²³⁹Pu в пробах БАЛ і операційному матеріалі легкого від ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС

Таким чином, за допомогою визначення концентрації хімічних елементів в альвеолярних макрофагах було показано, що елементи &ldquo-чорнобильської пилу&rdquo- тривалий час накопичуються і персистируют в цитоплазмі альвеолярнихмакрофагів. У той же час проведення програмного бронхоальвеолярного лаважу у віддалені терміни після аварії дозволяє видалити частину &ldquo-навантажених&rdquo- альвеолярнихмакрофагів і зменшити концентрацію в легких радіоактивних і нерадіоактивних елементів &ldquo-чорнобильської пилу&rdquo-.
При рентгенофлюоресцентного аналізі легеневої тканини у загиблих ліквідаторів було показано, що відносний вміст Ат і Pu в легких значно нижче, ніж в кістковому мозку хребців, але тим не менше має велике значення в розвитку патології легень відразу після аварії і у віддалені терміни (рис. 2 ).

Мал. 2. рентгенофлюоресцентного аналіз хімічних елементів в тканини кісткового мозку, тканини легенів у загиблих ліквідаторів аварії на ЧАЕС та в БАС ліквідатора

3. Визначення вмісту важких елементів і їх з`єднань в клітинах бронхоальвеолярного змиву (БАС) і в тканини пухлин легенів за допомогою лазерної массспектрометріі, EXAFs-спектрометрії і мікросканування пучком синхротронного випромінювання за зразком.

Визначення складу важких елементів у суспензії клітин БАС проведено у 6 ліквідаторів аварії на ЧАЕС до і після проведення лікувального бронхоальвеолярного лаважу, на 2 віддалених пухлинах легенів працівників радіохімічного виробництва (Челябінськ-95, підприємство &ldquo-Маяк&rdquo-) і на 2 таких же пухлинах легенів з Красноярська-26. У перших двох спостереженнях це були периферичні Бронхоальвеолярний раки в фіброзних рубцях, у других двох спостереженнях - центральні дрібноклітинні раки легенів.
Концентрації важких елементів у суспензії клітин БАС виявилися малі для проведення елементного аналізу, отримання EXAFs-спектрів, тому було використано додаткове центрифугування зразка (6000 об / хв) протягом 15, 30 або 60 хвилин до отримання компактного осаду на дні пробірки. Надосадова рідина віддалялася в допомогою піпетки. Отриманий осад наносився шарами на графітову підкладку в міру висихання попереднього.
Дослідження елементного складу суспензії клітин БАС і тканини здійснювалося за допомогою методу лазерної мас-спектрометрії на базі установки часопролітної мас-спектрометра з електростатичним аналізатором і лазерним джерелом іонів емаль-2.
Лазерна мас-спектрометрії. Основа методу - фокусування потужного лазерного випромінювання (&lambda- = 1,064 мкм і q = 10 Вт / см2) на поверхню досліджуваного об`єкта, що знаходиться у вакуумній камері мас-спектрометра (р = 10⁷ Па), яка супроводжується випаровуванням речовини і утворенням лазерної плазми. Іонний склад отриманої плазми ідентичний елементного складу аналізованого зразка. Пучок іонів, проходячи через сферичний електростатичний і магнітний аналізатори, потім фокусується і потрапляє на фотопластинку. За допомогою денситометра по ділянках почорніння фотопластинки визначають кількісний і якісний склад досліджуваної речовини (Биковський Ю. А., 1986 Chakrabarti С. L. et al., 1986).

Даний клас приладів в режимі фотореєстрації іонів дозволяє отримати наступні характеристики.
Масове дозвіл, Rm 2000-4000
Коефіцієнт трансмісії іонів 3 ·- (10⁷ - 10-⁷)
межа виявлення
концентраційний,% 10-⁷ - 10-⁷
абсолютний, г 10¹¹ - 10-¹¹

Для випадку, коли в камеру мас-спектрометра поміщається тільки досліджуваний зразок (абсолютний аналіз), максимальна похибка результатів складає ~ 30%. Якщо крім аналізованого помістити додатково еталонний зразок (порівняльний аналіз), точність результатів істотно підвищується і похибка може становити кілька відсотків.
Рентгенівські спектри поглинання елементів. Поглинання рентгенівського випромінювання атомами речовини пов`язано з процесами фотоионизации глибоких електронних оболонок. Поблизу порога іонізації, при збільшенні енергії квантів, спостерігаються осциляторні особливості залежності коефіцієнта поглинання (ефект тонкої структури спектра поглинання). При подальшому зміщенні вправо від порога іонізації амплітуда цих осциляцій зменшується і стає монотонної. Наявність таких осциляцій при проходженні порогів енергії Кedge, Ledge називається EXAFS-спектром (Extended X-ray Absorption Fine Structure).
Випромінювання, використовуване для рентгенівської абсорбційної спектроскопії (XAS), виходить за допомогою синхротронів. Це випромінювання є рентгенівським випромінюванням безперервного спектра в широкому діапазоні енергій. Інтенсивність синхротронного випромінювання на кілька порядків величини перевищує інтенсивність електромагнітного випромінювання, отриманого будь-якими іншими відомими способами. Це дозволяє успішно застосовувати синхротронне випромінювання для аналізу зразків з низьким вмістом мікроелементів, включаючи важкі метали. Останнім часом в Berkeley National Laboratory (США) відкрилася можливість проводити аналізи зразків з високим просторовим дозволом.
Шляхом обробки EXAFs-спектрів поглинання можна отримати величини радіусів координаційних сфер, що оточують іонізований атом, амплітуд відносних коливань атомів, структурних параметрів першої координаційної сфери.
У роботі по дослідженню тонкої структури спектрів поглинання зразків використовувався пучокХ11А прискорювача NSLS - National Synchrotron Light Source (Brookhaven National Laboratory).

Сканування пучком синхротронного випромінювання за зразком проводилося на ALS - Advanced Light Source (Lawrence Berkeley National Laboratory). Вдалося сфокусувати синхротронне випромінювання до розміру d = 0,5 мкм.

За допомогою систем мікросканування виявилося можливим здійснити переміщення пучка по поверхні досліджуваного зразка, в результаті чого виходить спектр просторового розподілу елемента на заданій ділянці тканини.
Результати досліджень. Застосування методу лазерного мас-аналізу дозволило визначити якісний і кількісний вміст важких елементів в БАС m = 54,9 + 126,9 а.с.м (Mn, Fe, Со, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ті, I ) - табл. 3, рис. 3.
Зміст елементів в AM БАС
Таблиця 3

Примітка: I - до лікування
II - після лікування через 6 місяців К - контрольна група

Мал. 3. Концентрації хімічних елементів в альвеолярних макрофагах БАС
а) контрольна група (неліквідатори) -
б) діагностичний БАЛ ліквідаторів аварії на ЧАЕС-
в) лікувальний БАЛ ліквідаторів аварії на ЧАЕС через 6 місяців від початку лікування.

Проводили дослідження осаду клітин діагностичного та лікувального БАС. Видно, що не дивлячись на додаткове центрифугування, в клітинах діагностичного БАС концентрація сторонніх часток виявилася вищою, ніж в лікувальному БАС. Це свідчить на користь ефективності проведених процедур по видаленню даних частинок з органів дихання. З порівняння результатів мас-спектрометричного аналізу зразків клітин діагностичного та лікувального БАС (табл. 3) видно, що концентрація важких елементів в контрольному зразку істотно нижче, ніж в зразках, отриманих від ліквідаторів аварії. Концентрація елементів у таблицях наведена в атомних відсотках, які показують процентний вміст атомів даного елемента щодо всіх інших.

Таблиця 4
Зміст елементів в легеневої тканини (Ат.%)

Примітка. Тканина I - периферичний бронхоальвеолярний рак, тканина II - центральний дрібноклітинний рак.

Мал. 4. Концентрації хімічних елементів в пухлинної тканини легенів у працівників радіохімічного виробництва
а) периферичний бронхоальвеолярний рак-
б) центральний дрібноклітинний рак.
Вміст важких елементів в легеневої тканини визначено в діапазоні ш = 54,9 + 112,9 а.е.м. (Mn, Fe, Со, ................................. Se, Zr, Nb, Mo, Pd, Cd). З рис. 4 і табл. 4 видно, що концентрація низки елементів значно відрізняється в двох різних за гістологічною структурою пухлинах. У дрібноклітинних раках більше число елементів, але концентрація таких елементів, як Mn, Fe, Zn, Ga, Ge, Se, Br, Mo, Pb, в 3-15 разів вище, ніж в
бронхоальвеолярних раках. Крім того, такі елементи, як Nb, Rb, Zr, Ru, З, присутні тільки в дрібноклітинних раках з Красноярська. У той же час в бронхоальвеолярних раках виявлені Cd і Ag.
Для елементів, вказаних в таблицях 3 і 4 за допомогою EXAFs-спектроме- тріі було визначено їх хімічний стан, типи хімічних сполук, в яких ці елементи знаходяться в клітинах БАС і в легеневій тканині.
Як ілюстрацію на малюнку 5 наведено EXAFs-спектри заліза в тканини і в клітинному осаді БАС.

Мал. 5. EXAFs-спектри Fe в БАС, в легеневої тканини і в стандартному з`єднанні а) нормалізована EXAFs-функція-

Мал. 5. EXAFs-спектри Fe в БАС, в легеневої тканини і в стандартному з`єднанні б) модуль Фур`є-образу EXAFs-функції.

На малюнку 5, а представлені нормалізовані EXAFs-функції, виділені з експериментального спектра поглинання, а на рис. 5,6 залежності модуля Фур`є-образу функції k3х (k) від радіуса координаційних сфер, що оточують атом заліза, де k = {(2me) / h2} 1/2 - хвильове число, &chi- - нормалізована EXAFs-функція. Для порівняння на рис. 5, а, б також наведено спектр стандартного з`єднання заліза - Fe2О3.
За допомогою сканування зразка тканини бронхоальвеолярного раку випромінюванням різних довжин хвиль вдалося зареєструвати просторовий розподіл концентрацій наступних елементів: S, Cr, Fe, Ni, Cn, Zn (рис. 6).

Мал. 6. Просторовий розподіл елементів в тканини периферичного бронхоальвеолярного раку. Ділянку, не уражене пухлиною.

Мал. 7. Просторовий розподіл елементів в тканини периферичного бронхоальвеолярного раку. Ділянка пухлини.

Представлені гістограми дозволяють визначити концентрацію елементів у даній ділянці розміром від 1-4-10 мкм. Як видно з малюнків 6 і 7, на здоровому ділянці тканини легені і ділянках ракової пухлини того ж зразка присутні локалізовані включення, склад яких уточнено з використанням EXAFs-спектрометрії.
Було проведено імовірнісний кореляційний аналіз одночасної присутності пар різних елементів в одному і тому ж ділянці тканини. Було показано, що в зоні пухлини хром може одно ймовірно перебувати в можливих з`єднаннях з Cu, Fe, Ni, S, Zn. По периферії пухлинної тканини Сг присутній в з`єднанні з Ni і Cu. Таким чином можна додатково визначити, в якій ділянці зразка присутній дане з`єднання елементів.
Отримані результати можуть свідчити про накопичення в різних гістогенетичних пухлинах різних елементів, що може з`явитися одним з маркерів пухлин різної природи. У наших спостереженнях різна концентрація хімічних елементів може бути пов`язана ще і з тим, що бронхоальвеолярний рак виник в рубці з частковим окостенінням, а у дрібноклітинних раків майже була відсутня строма.
висновок
Застосування спектрів випромінювання (СІ) дозволяє визначити, в якому хімічному оточенні знаходяться важкі елементи, визначені за допомогою методу лазерної мас-спектрометрії. Результат проведеного кореляційного аналізу показує ймовірність розподілу пар різних елементів в одному і тому ж ділянці тканини.
Сканування пучком СІ по поверхні зразків дозволяє побачити просторове розподіл хімічних елементів в легеневої тканини і з`ясувати, як змінюється елементний склад тканини з розвитком ракової пухлини.
Результати показують, що центральний дрібноклітинний і периферичний бронхоальвеолярний раки відрізняються як за складом мікроелементів, так і по їх концентрації. Що може бути пов`язано як з гістогенезом пухлин, так і з дією різних факторів навколишнього середовища на органи дихання.
Таким чином, використані методи якісного і кількісного визначення спектру важких елементів в цитоплазмі альвеолярнихмакрофагів у ліквідаторів аварії на ЧАЕС дозволило описати склад &ldquo-чорнобильської пилу&rdquo-, депонованої в легких.
Вона складається з неактивної частини, що містить елементи конструкційних матеріалів станції і грунтів, а також активної частини - радіонуклідів і елементів їх розпаду. Поєднання таких хімічних елементів може бути одним з маркерів Чорнобильської катастрофи при обстеженні ліквідаторів з патологією органів дихання. Можливо, такий же склад елементів у великих концентраціях може виявлятися в органах шлунково-кишкового тракту і в кістках як відразу після подібних катастроф, так і у віддалені терміни після аварії.
Результати, отримані при використанні комплексу методів визначення спектру хімічних елементів (особливо кількісні методи), підтвердили, що лікувальний програмний бронхоальвеолярний лаваж в поєднанні з іншими лікувальними процедурами істотно знижує концентрацію радіоактивних і нерадіоактивних елементів, що входять до складу сторонніх часток альвеолярнихмакрофагів. Таке зниження концентрації поєднується з поліпшенням клінічної картини захворювання легенів у ліквідаторів і їх якості життя.

ЛІТЕРАТУРА
Авцин А. П., Жаворонков А. А., Ріш М. А., Строчкова Л. С. Мікроелементози людини. - М .: Медицина. 1991. - 496 с.
Величковський Б.Т. Патогенетична терапія і профілактика хронічного пилового бронхіту з обструктивним синдромом // Пульмонологія. - 1995. - № 3. - С. 6-19.
Биковський Ю. А., Неволін В. Н. Лазерна мас-спектрометрія.-М .: Изд-во МІФІ, 1986. Вернадський В. І. Біогеохімічні нариси 1922-1932гг. - М., Л .: Изд-во АН СРСР, 1940.-249 с.
Іванов А. Е., Куршакова Н. Н., Соловйов А. І. Радіаційний рак легені. - Москва: Медицина, 1990.-223 с.
Іванов С. К., Полянцев С. С. Про токсично радіоактивних сумішах в середовищах існування. - М., 1994.-39 с.
Лощилов Ю. А. Клінічна морфологія пневмокониозов (морфогенез і критерії прижиттєвої діагностики): Автореф. дис. д-ра мед. наук. - Москва, 1996. - 45 с.
Ярмоненко С. Л., Коноплянтков А. Г., Вайнсон А. А. Клінічна радіобіологія. - М .: Медицина, 1992. - 317с.
Chakrabarti С. L., Sturgeon R. Е., Hieflje G. М. et al. Lazer micro analysis // Prog. Anal. Spectrosc. 1986. - Vot. 9. - P. 335-427.
Chuchalin A. G., Maracheva A. V., Grobova О. M. et al. Lungexposedto unclear catastrophe: one- year therapeutic programme in Chernobyl liquidators group // Schweir. Med. Wochenschr. - 1997. - Bd 127. - S. 165-169.
Michalowsky A. The pathogenesis of the late side-effects of radiotherapy // Clin. Radiol. - 1986. Vol. 37. - P. 203-207.
Reinhold H. S., Jovanovic D., Keyex A. et at. The influence of radiation on blood vessels and circulation // Curr. Top. Radiat. Res. Quart. - 1974. - Vol. 10. - P. 325-330 /
С. К. Соодаева, Б. X. Ягмур