Иммунотоксическое действие промышленных штаммов микроорганизмов на организм работников биотехнологических предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Иммунотоксическое действие промышленных штаммов микроорганизмов на организм работников биотехнологических предприятий

Филонюк В.А.

Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр гигиены», г. Минск, Республика Беларусь

С целью установления характера и особенностей специфического влияния промышленных штаммов микроорганизмов (м.о.) на организм работников биотехнологических предприятий (БП) у 35 работников производства микробных препаратов, контактирующих с бактериальными м.о., и у 38 работников производства пищевых дрожжей оценены функционально-количественные показатели основных звеньев системы иммунитета и проведена лабораторная аллергодиагностика с использованием бактериальных и грибковых тест-аллергенов, полученных из конкретных м.о.. Установлено, что промышленные штаммы бактерий и дрожжевых грибов оказывают выраженное иммунотоксическое действие на организм работников БП, проявляющееся существенным угнетением факторов неспецифической резистентности кожи и слизистых оболочек, гуморальной защиты, перенапряжением клеточно-фагоцитарного звена иммунитета, дисбалансом в крови основных популяций и некоторых субпопуляций иммунокомпетентных клеток, свидетельствующих об активации 2-типа регуляции гипериммунного ответа, формированием аллергических реакций смешанного типа у 85,7 % обследованных лиц бактериальной и у 81,1 % грибковой этиологии. На этом основании обосновано отнесение производственного фактора «Промышленные штаммы микроорганизмов-продуцентов, микробные препараты» к вредным, что определило обязательность предварительных и периодических медицинских осмотров работников БП с соответствующим их медико-санитарным профилактическим обеспечением.

Ключевые слова: промышленные штаммы микроорганизмов, работники биотехнологических предприятий, иммуно-аллергологический статус, иммунотоксичность, медицинская профилактика.

ІМУНОТОКСИЧНА ДІЯ ПРОМИСЛОВИХ ШТАМІВ МІКРООРГАНІЗМІВ НА ОРГАНІЗМ ПРАЦІВНИКІВ БІОТЕХНОЛОГІЧНИХ ПІДПРИЄМСТВ

Філанюк В.А. Республіканське унітарне підприємство «Науково-практичний центр гігієни» м. Мінськ, Республіка Білорусь

З метою встановлення характеру і особливостей специфічного впливу промислових штамів мікроорганізмів (м.о.) на організм працівників біотехнологічних підприємств (БП) у 35 працівників виробництва мікробних препаратів, що контактують з бактеріальними м.о., та у 38 працівників виробництва харчових дріжджів вивчений імуно-алергологічний статус з оцінкою функціонально-кількісних показників основних ланок системи імунітету і лабораторної алергодіагностики з використанням отриманих з конкретних м.о. бактеріальних і грибкових тест-алергенів. Встановлено, що промислові штами бактерій і дріжджових грибів надають виражену імунотоксичну дію на організм працівників БП, що виявляється істотним пригніченням факторів неспецифічної резистентності шкіри і слизових оболонок, гуморального захисту, перенапруженням клітино-фагоцитарної ланки імунітету, дисбалансом в крові основних популяцій і деяких субпопуляцій іммунокомпетентних клітин, які свідчать про активацію 2-типу регуляції гіперіммунної відповіді, формуванням алергічних реакцій змішаного типу у 85,7 % обстежених осіб бактеріальних і у 81,1 % грибкової етіології.

Ключові слова: промислові штами мікроорганізмів, працівники біотехнологічних підприємств, імуно-алергологічний статус, імунотоксичність, медична профілактика.

IMMUNOTOXIC EFFECT INDUSTRIAL STRAINS OF MICROORGANISMS ON THE BODY WORKERS OF BIOTECHNOLOGICAL ENTERPRISES Filanyuk V.A. Republican unitary enterprise «Scientific practical centre of hygiene», Minsk, Belarus

In order to establish the nature and features of the specific effect of industrial strains of microorganisms (mo) on the body of employees of biotechnological enterprises (BE), for 35 employees of the production of microbial preparations in contact with bacterial mo, and 38 employees of the production of food yeast, the functional and quantitative indicators of the main links of the immune system were evaluated and laboratory allergodiagnostics was performed using bacterial and fungal test allergens obtained from specific mo. It is established that industrial strains of bacteria and yeast fungi have a marked immunotoxic effect on the organism of workers of BE, manifested by significant inhibition of factors of nonspecific resistance of the skin and mucous membranes, humoral protection, overvoltage cellular phagocytic link of immune system, imbalances in blood key populations and some subpopulations of immunocompetent cells, indicating activation 2-type regulation of the hyperimmune response, formation of mixed type allergic reactions in 85.7 % of the examined individuals of bacterial and of fungal etiology. On this basis, the classification of the production factor “Industrial strains of microorganisms-producers, microbial preparations” as harmful is justified, which determined the mandatory preliminary and periodic medical examinations of BE employees with their corresponding medical and sanitary maintenance.

Keywords: industrial strains of microorganisms, employees of biotechnological enterprises, immunoallergological status, immunotoxicity, medical prevention

Введение

Биотехнология как одна из «молодых» (бурный рост с 60-х годов XX века) и перспективных отраслей промышленности, по общепризнанному мнению, является наиболее быстро развивающейся сферой научной деятельности и экономики в мире ввиду высокой рентабельности и широкой потребности в продукции, отнесена к высокотехнологичным направлениям V и VI укладов. Промышленность на основе целенаправленного управления жизнедеятельностью м.о., представленная во всех развитых странах мира, в том числе и в Беларуси, производит широчайший ассортимент продукции, используемой в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, пищевой, перерабатывающей и других отраслях. Основные направления промышленной и медицинской биотехнологии основаны на использовании различных видов, родов и серотипов селективных или мутантных промышленных штаммов живых микроорганизмов (м.о.) в качестве пробиотиков, продуцентов белка, биологически активных веществ и добавок, микробных препаратов для защиты и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, выщелачивания и концентрирования металлов, защиты экологических систем окружающей среды от загрязнения, деградации токсических отходов и т. д.

Особенностью промышленной биотехнологии является многостадийность, использование многообразного оборудования, разных м.о., большого ассортимента сырьевых материалов для культивационных питательных сред, получение разнообразных промежуточных и конечных продуктов микробного синтеза, что определяет комбинированный и сочетанный характер вредного действия биологического и других производственных факторов на организм работников [1]. В то же время, микробный производственный фактор на биотехнологических предприятиях (БП) -- один из наименее изученных, но все его разновидности представляют потенциально высокий риск развития профессиональной и производственно обусловленной патологии у работников, поскольку изученные в экспериментах м.о. не обладают патогенностью и токсичностью, но при ингаляционном поступлении в организм проявляют как гетероантигены преимущественно сильную и выраженную аллергенную активность [2].

Действительно, профпатологическим обследованием работников БП установлена высокая распространенность нарушений со стороны основных органов и систем, которые в основном имели типичную и характерную аллергическую и иммунопатологическую направленность, полисистемность и сочетанность, регистрировались с высокой частотой уже у малостажированных лиц и возрастали с увеличением профессионального стажа [3]. Однако микробный производственный фактор на БП даже не учитывался в перечне вредных, в контакте с которыми обязательны медицинские осмотры работников, отсутствовали четкие подходы, принципы и методы специфической диагностики, профилактического и медико-санитарного обеспечения работающих на этих многочисленных промышленных объектах, что определяет актуальность выявления особенностей иммуно-аллергологического статуса организма работающих в условиях воздействия промышленных штаммов микроорганизмов.

Цель работы -- установить характер и особенности специфического влияния промышленных штаммов микроорганизмов на организм работников биотехнологических предприятий.

Материалы и методы

На основании информированного согласия у 35 работников производства микробных препаратов, контактирующих с бактериальными м.о., и у 38 работников производства пищевых дрожжей (1-я и 2-я экспонированные группы) получены биоматериалы (отпечатки, слюна, периферическая и венозная кровь) и с использованием комплекса доступных, известных и адаптированных информативных методов и приемов изучены факторы иммунологической резистентности кожи и слизистых, качественно-количественные показатели основных звеньев системы иммунитета [4]. В лабораторных методах аллергодиагностики в качестве тест-аллергенов использовали экстракты, полученные оригинальными методами из бактерий штаммов Bacillussubtilis 494 B.s.) и Pseudomonas fluorescens S32 Ps.f.), входящих в состав производимых на предприятии микробных препаратов, и из биомассы хлебопекарных дрожжевых грибов Saccharomyces cerevisiae (ЭАд) [5, 6]. Полученные данные сопоставляли с подобными результатами обследования 137 человек общей группы сравнения (лабораторные нормативные параметры показателей) и 20 человек местного контроля, сопоставимо подобранных по половозрастному признаку и не имевших профессионального контакта с химическими и биологическими аллергенами и другими выраженными производственными вредностями.

Результаты исследования подвергались статистической обработке с использованием лицензионного программного обеспечения Excel11 (StatSoft, США) и STATISTICA10 (Microsoft, США, сер. № BXXR207F383402FA-V).

Результаты и их обсуждение

При обследовании работников разных БП установлено однонаправленное угнетение факторов неспецифической иммунологической резистентности кожи и слизистых оболочек, проявляющееся высоким уровнем обсемененности кожи условно-патогенными маннитразлагающим штаммом стафилококка и кишечной палочкой (соответственно в 25,5 и 15,7 раз выше группы сравнения, p< 0,001), а сверхнормативное их содержание на коже определялось соответственно у 58,8 % и у 47,1 % работников БП. Установлено запредельное количество миграции на слизистую носа нейтрофилов и эозинофилов (соответственно у 38,5 % и 19,2 % обследованных работников БП) и значительное увеличение содержания в слюне секреторного IgA(на 34,8 %, p< 0,001) и М (на 14,3 % выше уровня в группе сравнения, p< 0,05) как вероятное отражение аллергического воспалительного процесса в дыхательных путях.

Длительное поступление в организм работников производства микробных препаратов гетероантигенов промышленных штаммов бактерий вызывает перенапряжение фагоцитарного звена иммунитета, характеризующееся нарастанием в крови моноцитов и дефицитом нейтрофильных клеток, угнетением фагоцитарной функции гранулоцитов: снижение показателя спонтанного уровня восстановления НСТ гранулоцитарно-макрофагальными клетками на 33,5 % по отношению к контролю (p< 0,001), индекса неспецифической стимуляции опсонизированным зимозаном в клетках кислородного метаболизма (p< 0,05) и величины фагоцитарного резерва (на 19,8 %, p< 0,1). И наоборот, у работников 2-й экспонированной группы, подвергающихся воздействию дрожжевых грибов, фагоцитарная бактерицидная функция гранулоцитов крови резко активирована, что отражало существенное повышение спонтанного (на 57,5 %, p< 0,001) и зимозанстимулированного (на 29,6 %, p< 0,05) уровней продукции фагоцитами активных форм кислорода по отношению к таковым в группе контроля.

Клеточное звено иммунитета у работников разных БП характеризовалось однотипным возрастанием в крови количества лимфоцитов (p< 0,001) на фоне дефицита популяции Т-лимфоцитов (снижение в 1-й и 2-й экспонированных группах работников на 39,4 % и на 20,2 % по отношению к группе сравнения, p< 0,05) без существенных по отношению к нормативным величинам сдвигов в содержании изученных по экспрессии мембранных антигенных молекул фенотипов основных популяций и субпопуляций Т-лимфоцитов и естественных киллерных клеток. Однако иммунорегуляторный индекс (1,81 и 1,95 при верхней границе нормы 1,5) и повышенное количество в крови клеток CD4+CD28+ с экспрессией специфических рецепторов -- костимулирующей молекулы CD28, которые обеспечивают пролиферацию и дифференцировку Влимфоцитов в антителопродуцирующие клетки и синтез антител, на фоне существенного снижения содержания в крови субпопуляции активированных антигенпрезентирующих Т-лимфоцитов (CD3+HLA-DR+) свидетельствуют о преимущественной активации 2-типа регуляции гипериммунного ответа, характерного для формирования в организме работников БП IgE-обусловленных аллергических процессов анафилактического типа.

Статус гуморального звена иммунитета у работников БП характеризовался активацией в организме аллергических процессов иммунокомплексного типа (увеличение содержания ЦИК в сыворотке крови работников 1-й и 2-й экспонированных групп соответственно на 34 % и 48,4 % по отношению к группе сравнения, p< 0,001). Повышение у работников производства микробных препаратов комплементарной гемолитической активности сыворотки крови (на 66,8 %, p< 0,001) косвенно свидетельствует о возможном развитии в их организме механизма аллергической реакции комплементзависимого цитотоксического типа, тогда как у работников на воздействие дрожжевых грибов, наоборот, установлено значительное снижение активности комплемента в сыворотке крови.

На фоне нормального содержания в крови работников разных БП В-лифоцитов (CD19+) и иммуноглобулинов классов G, А, М и общего Е, у лиц 1-й экспонированной группы на профессиональное воздействие бактериальных препаратов выявлено снижение интегрального показателя бактерицидной активности сыворотки крови (БАСК) на 34,4 % (p< 0,001) по отношению к контрольному уровню, несмотря на значимое повышении в сыворотке крови концентрации лизоцима. Тогда как уровни изученных гуморальных факторов защиты в крови работников на воздействие дрожжевых грибов значительно превышали таковые в группе сравнения (р < 0,001), а по величине БАСК были существенно выше, чем у лиц 1-й экспонированной группы. микробный бактерия гетероантиген биотехнология

С использованием полученных бактериальных и грибкового тест-аллергенов выполнена лабораторная аллергодиагностика с образцами крови обследованных работников БП. Установлена высокая частота и выраженность положительной реакции специфического лизиса лейкоцитов (РСЛЛ) у лиц 1-й экспонированной группы при стимуляции ЭB.s. и ЭPs.f. (соответственно у 57,6 % и 80,6 %), а также у работников производства пищевых дрожжей на тест-аллерген ЭАд, с почти двукратным превышением среднегрупповых величин РСЛЛ их уровней в группе сравнения (p< 0,01-0,001). Выявлена существенная ингибиция специфических рецепторов Т-лимфоцитов invitroна тест-аллерген ЭB.s. и на тест-аллерген ЭPs.f. у 52,9 % работников БП, свидетельствующая о формировании в их организме механизма аллергических реакций клеточноопосредованного типа.

При стимуляции гранулоцитарномакрофагальных клеток крови работников 1 -й экспонированной группы в НСТтесте бактериальными тест-аллергенами установлено существенное повышение показателя восстановления НСТ на ЭB.s. и ЭPs.f. -- соответственно в 1,8 раза и 1,66 раз по отношению к группе сравнения (p< 0,01). Причем сверхнормативные уровни индекса специфической стимуляции на тест-аллергены ЭB.s. и ЭPs.f. регистрировались соответственно у 85,7 % и 88,6 % обследованных работников БП (p< 0,001 по отношению к группе сравнения), а у 85,7 % -- формирование в организме аллергических процессов полимикробной этиологии [7].

Стимуляция гранулоцитарно-макрофагальных клеток крови работников 2-й экспонированной группы тест-аллергеном ЭАд также сопровождалась пятикратным возрастанием показателя продукции в них активных форм кислорода (p< 0,001 по отношению к группе сравнения), а у 73,7 % из них установлены сверхнормативные уровни индекса специфической стимуляции на грибковый тест-аллерген, свидетельствующие о развитии в их организме выраженной грибковой сенсибилизации [8].

Следовательно, м.о. являются вредным производственным фактором, воздействие которого вызывает у работников БП высокую частоту и выраженность сдвигов показателей со стороны различных звеньев системы иммунитета, формирования в организме более 85 % обследованных лиц механизмов аллергических реакций смешанного типа микробной этиологии, которые и являются патогенетической основой распространенных нарушений здоровья работников преимущественно аллергического и иммунопатологического генеза [3].

На этом основании «Промышленные штаммы микроорганизмов-продуцентов, микробные препараты» как отдельный, самостоятельный производственный фактор включен в перечень вредных факторов условий труда, при работе с которыми обязательны предварительные и периодические медицинские осмотры работников (приложение 1 к «Инструкции о порядке проведения обязательных и внеочередных медицинских осмотров работающих», утвержденной постановлением Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 29.07.2019 № 74), с обоснованием соответствующих требований к периодичности медосмотров работников, перечням врачей-специалистов, диагностическим исследованиям, медицинским противопоказаниям. В ее развитие разработаны алгоритм и стандартные процедуры оптимизации проведения предварительных и периодических медицинских осмотров работников, критерии профотбора работников на аллергоопасные работы в контакте с м.о. и выделения лиц в группы риска и динамического наблюдения с конкретными рекомендациями мер медицинской профилактики профессиональной и производственно обусловленной иммунозависимой патологии, а также алгоритм и методы клинической и лабораторной иммунои аллергодиагностики у работников БП профессиональной патологии микробной этиологии, формализованные в утвержденных Министерством здравоохранения Республики Беларусь инструкциях по применению.

Заключение

У обследованных работников различных биотехнологических предприятий, подвергающихся профессиональному воздействию промышленных штаммов бактерий и грибов, установлено формирование вторичных иммунодефицитных состояний, проявляющихся угнетением факторов неспецифической резистентности кожи и слизистых оболочек и иммунной гуморальной защиты, перенапряжением фагоцитарного звена иммунитета, дисбалансом в крови основных популяций и некоторых субпопуляций иммунокомпетентных клеток, развитием аллергических реакций микробной этиологии, что подтверждает преимущественно иммунотоксическое вредное действие производственного микробного фактора на организм работников БП. На этом основании обоснованы обязательность предварительных и периодических медицинских осмотров лиц, работающих в условиях профессионального контакта с промышленными штаммами микроорганизмов-продуцентов и микробными препаратами на их основе, меры первичной и вторичной медицинской профилактики их специфического вредного действия на организм.

Литература

1. Филонюк В. А. Особенности условий труда работников биотехнологических предприятий и научное обоснование системы обеспечения гигиенической безопасности для здоровья работников промышленных штаммов микроорганизмов / В. А. Филонюк, В. В. Шевляков, Н. В. Дудчик // Здоровье и окружающая среда: матер. междунар. науч.-практ. конф., г Минск,14-15 нояб. 2019 г, / редкол. С. И. Сычик (гл. ред.), Н. В. Дудчик (зам. гл.ред.) [и др.]. -- Минск: РИВШ, 2019. -- С. 165-170.

2. Филонюк В. А. Методология гигиенического регламентирования микробных препаратов и разработки методик выполнения измерений содержания микроорганизмов в воздухе рабочей зоны / В. А. Филонюк, В. В. Шевляков, Н. В. Дудчик / М-во здравоохр. Респ. Беларусь, Респ. унитар. предприятие «Науч.-практ. центр гигиены». -- Минск: БелНИИТ «Транстехника», 2018. -- 264 с.

3. Состояние здоровья работников биотехнологических производств / В. В. Шевляков [и др.] // Вестн. Витебского гос. медицин. университета. -- 2014. -- Т 13 -- С. 127-138.

4. НовиковД. К. Клиническая иммунопатология и аллергология / Д. К. Новиков, П. Д. Новиков. М.: Мед. литература, 2009. -- 448 с.

5. Шевляков В. В. Универсальный способ получения тест-аллергена из промышленных штаммов бактерий-продуцентов для лабораторной аллергодиагностики / В. В. Шевляков, В. А. Филонюк, Г И. Эрм // Биологический фактор и микробиологическая диагностика при формировании здорового образа жизни: матер. 12-й Евразийской науч. конф. Донозология2016, СПб., 15-16 дек. 2016 г. / под ред. М. П. Захарченко. -- СПб.: Крисмас+, 2016. -- С. 333-336.

6. Шевляков В. В. Лабораторный метод получения и оценка эффективности применения в аллергодиагностике тест-аллергена из промышленного штамма дрожжевых грибов Saccharomycescerevisiae// В.

7. Шевляков, В. А. Филонюк, Г И. Эрм // Медико-биол. проб-лемы жизнедеятельности. -- 2015. -- № 2 (14). -- С. 94-100.

8. Филонюк, В. А. Особенности профессиональной сенсибилизации микробной этиологии у работников биотехнологических производств / В. А. Филонюк, В. В. Шевляков, Г. И. Эрм // Гигиеническая донозологическая диагностика и донозологическая коррекция здоровья при формировании здорового образа жизни: матер. 10й Евразийской науч. конф. Донозология2014, СПб., 18-19 дек. 2014 г. / под общ. ред. М. П. Захарченко. -- СПб., 2014. -- 404-407.

9. Филонюк В. А. Специфическое влияние промышленного штамма дрожжевых грибов на организм работников / В. А. Филонюк, В. В. Шевляков // Проблемы гигиенической донозологической диагностики и первичной профилактики заболеваний в современных условиях: матер. 13й Евразийской науч. конф. Донозология2017, СПб., 15-16 дек. 2017 г. / под ред. M. П. Захарченко. -- СПб.: Крисмас+, 2017. -- С. 501-504.

References

1. Shevljakov V.V., Dudchik N.V. Features of working conditions of workers of biotechnological enterprises and scientific substantiation of the system of ensuring hygienic safety for the health of workers of industrial strains of microorganisms // Health and Environment: mater. int. scientific-practical conf., Minsk, November 14-15. 2019 / editorial board. S. Sychik (chief editor), N. V. Dudchik (deputy chief editor) [and others]. -- Minsk: RIVSH, 2019.-- S. 165-170. (in Russian)

2. Fitanyuk V., Shevljakov V.V., Dudchik N.V. Methodology of hygienic regulation of microbial preparations and the development of methodologies for measuring procedures of microbe levels in the air of working area. Minsk: BelNIlT «Transtekhnika»; 2018. 264 р. (in Russian)

3. Shevljakov V.V., Fitanyuk V., Ribina TM. et al. The state of health of workers in biotechnological industries. Vestn. Vitebsk State med. university. 2014; T 13, No. 3. P 127-138. (in Russian)

4. Novikov D.K., Novikov P.D. Clinical immunopathology and allergology. M.: Med. Literature; 2009. 448 p. (in Russian)

5. Shevljakov V.V., Finyuk V., Erm G.l. A universal method of obtaining a test allergen from industrial strains of bacteria-producers for laboratory allergy diagnostics // Biological factor and microbiological diagnostics in the formation of a healthy lifestyle: mater. 12th Eurasian Scientific. conf. Donozology-2016, St-Petersburg, 15-16 December. 2016 / ed. M.P Zakharchenko. -- S-Pb.: Krismas +, 2016.-- S. 333-336.

6. Shevljakov V.V., Finyuk V., Erm G.l. Laboratory method for obtaining and evaluating the effectiveness of application in allergy diagnostics of a test allergen from an industrial strain of yeast Saccharomyces cerevisiae. Mediko -biol. problems of life. 2015. No. 2 (14): P 94-100.

7. Fitanyuk V., Shevljakov V.V., Erm G.l. Features of professional sensitization of microbial etiology in workers of biotechnological production. Hygienic prenosological diagnosis and prenosological correction of health in the formation of a healthy lifestyle: mater. 10th Eurasian Scientific. conf. Donosology-2014, St. Petersburg., 18-19 December. 2014 / under total. ed. M.P Zakharchenko. -- S-Pb., 2014.-- S. 404407.

8. Fitanyuk V., Shevljakov V.V. Specific influence of an industrial strain of yeast fungi on the organism of workers. Problems of hygienic prenosological diagnostics and primary prevention of diseases in modern conditions: mater. 13th Eurasian Scientific. conf. Donosology-2017, St-Petersburg, December 15-16.2017 / ed. M.P Zakharchenko. -- S-Pb.: Christmas +, 2017.-- S. 501-504.

Размещено на Allbest.ru