zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2020-60-6-415-420zurniimtpe-2480Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF REPORTSВлияние угольно-породной пыли на риск развития морфологических нарушений сердечнососудистой системыInfl uence of coal-rock dust on the risk of developing morphological disorders of the cardiovascular systemhttps://orcid.org/0000-0003-3692-2616БугаеваМ. С.BugaevaM. S.

Бугаева Мария Сергеевна, ст. науч. сотр. лаб. молекулярно-генетических и экспериментальных исследований ; ст. науч. сотр. научно-исследовательской лаб. патологической анатомии  

 

Maria S. Bugaeva, senior researcher of molecular-genetic and experimental studies laboratory, Cand. of Sci. (Biol.)

23, Kutuzova Str., Novokuznetsk, 654041; 5, Stroiteley Ave., Novokuznetsk, Russia, 654005

bugms14@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0545-631XГороховаЛ. Г.GorokhovaL. G.

ул. Кутузова, 23, Новокузнецк,  654041

23, Kutuzova Str., Novokuznetsk, 654041

https://orcid.org/0000-0002-5821-3100БондаревО. И.BondarevO. I.

ул. Кутузова, 23, Новокузнецк,  654041; пр-т Строителей, 5, Новокузнецк,  654005

23, Kutuzova Str., Novokuznetsk, 654041; 5, Stroiteley Ave., Novokuznetsk, Russia, 654005

https://orcid.org/0000-0002-1127-6980МихайловаН. Н.MikhailovaN. N.

ул. Кутузова, 23, Новокузнецк,  654041

23, Kutuzova Str., Novokuznetsk, 654041

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»; Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей — филиал ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава РоссииРоссияResearch Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational Diseases;Novokuznetsk State Institute for Further Training of Physicians — Branch Campus of the “Russian Medical Academy of Continuous Professional Education” of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationRussian FederationФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»РоссияResearch Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational DiseasesRussian Federation20201007202006415420Copyright © Бугаева М.С., Горохова Л.Г., Бондарев О.И., Михайлова Н.Н., 20202020Бугаева М.С., Горохова Л.Г., Бондарев О.И., Михайлова Н.Н.Bugaeva M.S., Gorokhova L.G., Bondarev O.I., Mikhailova N.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/2480

Сердечно-сосудистая патология преобладает в структуре соматических заболеваний шахтеров. В качестве осложнения пневмокониоза рассматривается развитие у рабочих хронического легочного сердца на фоне легочной гипертензии и застойной сердечной недостаточности. Данные клинических исследований также свидетельствуют о ремоделировании стенки кровеносных сосудов, формировании атеросклероза, эндотелиальной дисфункции. Практически отсутствуют углубленные комплексные исследования по изучению доли вклада промышленной пыли в развитие и течение данной патологии. Реализовать эту задачу помогает моделирование профессионального заболевания на животных, позволяющее проследить динамику патологического процесса с момента воздействия на организм производственного фактора.

Цель исследования — в эксперименте изучить влияние угольно-породной пыли на риск развития морфологических нарушений сердечно-сосудистой системы.

Проведены эксперименты на белых нелинейных крысах-самцах, которые подвергались ингаляционному воздействию угольно-породной пыли угля марки «газово-жирный». Для гистологического изучения у животных через 1, 3, 6, 9 и 12 недель воздействия повреждающего фактора забирали фрагменты головного мозга, легких, сердца, печени и почек. Методом иммуноферментного анализа изучено количественное содержание в плазме крови матриксных металлопротеиназ, их ингибитора и фактора роста эндотелия сосудов.

Морфологические изменения сердечной мышцы и кровеносных сосудов являются системным ответом организма на длительное вдыхание угольно-породной пыли. Нарушения развиваются с момента воздействия повреждающего фактора, в связи с чем их можно рассматривать как одно из проявлений пневмокониоза, а не позднего его осложнения. На ранних сроках эксперимента (1–3 недели) в сердечной мышце опытных животных отмечается развитие диффузной белковой дистрофии кардиомиоцитов с выраженным утолщением некоторых волокон за счет гипертрофии клеток. Увеличение сроков затравки приводит к прогрессированию патологических изменений, повышению апоптотической активности клеток и накоплению гранул липофусцина в перинуклеарной зоне, а также формированию атрофических повреждений в мышечной ткани. К 12-й неделе эксперимента в сердечной мышце развиваются диффузный кардиосклероз, выраженная дистрофия кардиомиоцитов с фрагментацией и миоцитолизом отдельных участков мышечных волокон. Длительное вдыхание угольно-породной пыли обусловливает поступательное развитие в стенке кровеносных сосудов, независимо от их органной принадлежности, однотипных патологических изменений в виде эндотелиоза, диффузной гипертрофии гладкомышечного компонента медиального слоя и периваскулярного фиброза на фоне выраженных микроциркуляторных расстройств. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости проведения донозологической диагностики сердечно-сосудистых заболеваний и их профилактики среди шахтеров, работающих во вредных условиях труда. 

Cardiovascular pathology prevails in the structure of somatic diseases of miners. As a complication of pneumoconiosis, the development of a chronic pulmonary heart in workers against the background of pulmonary hypertension and congestive heart failure is considered. Data from clinical studies also indicate remodeling of the blood vessel wall, the formation of atherosclerosis, endothelial dysfunction and others. There are practically no in-depth comprehensive studies on the contribution of industrial dust to the development and course of this pathology. To implement this task, the simulation of occupational diseases in animals helps to trace the dynamics of the pathological process from the moment of exposure to the body of the production factor.

The aim of the study is to study the infl uence of coal-rock dust on the risk of developing morphological disorders of the cardiovascular system in an experiment.

Experiments were conducted on white non-linear male rats that were exposed to inhaled coal-rock dust of the “gas-fat” brand. For histological study in animals aft er 1, 3, 6, 9 and 12 weeks of exposure to the damaging factor, fragments of the brain, lungs, heart, liver and kidneys were taken. The quantitative content of matrix metalloproteinases, their inhibitor and vascular endothelial growth factor in blood plasma was studied using enzyme immunoassay.

Morphological changes in the heart muscle and blood vessels are a systemic response of the body to prolonged inhalation of coal-rock dust. Violations develop from the moment of exposure to the damaging factor, so they can be considered as one of the manifestations of pneumoconiosis, and not its late complication. In the early stages of the experiment (1-3 weeks), the development of diff use protein dystrophy of cardiomyocytes with pronounced thickening of some fi bers due to cell hypertrophy is noted in the heart muscle of experimental animals. Increasing the timing of seed leads to the progression of  pathological changes, increased apoptotic activity of cells and the accumulation of lipofuscin granules in the perinuclear zone, as well as the formation of atrophic damage in muscle tissue. By the 12th week of the experiment, diff use cardiosclerosis and pronounced dystrophy of cardiomyocytes with fragmentation and myocytolysis of individual sections of muscle fi bers develop in the heart muscle. Long-term inhalation of coal-rock dust causes progressive development in the wall of blood vessels, regardless of their organ affi  liation, of the same type of pathological changes in the form of endotheliosis, diff use hypertrophy of the smooth muscle component of the medial layer and perivascular fi brosis against the background of pronounced microcirculatory disorders.

The obtained results indicate the need for pre-nosological diagnostics of cardiovascular diseases and their prevention among miners working in harmful working conditions. 

шахтерыугольно-породная пыльсердечно-сосудистая системаэкспериментэндотелиозminerscoal-rock dustcardiovascular systemexperimentendotheliosisReferencesВласов П.В. Рентгенодиагностика пневмокониозов (часть первая). Медицинская визуализация. 2007; 1: 43–53.Vlasov P.V. X-ray diagnosis of pneumoconiosis (Part one). Meditsinskaya vizualizatsiya. 2007; 1: 43–53 (in Russian).Требухина О.И. Состояние сердца и сосудистой стенки у шахтеров-угольщиков, больных ишемической болезнью сердца и артериальной гипертензией. Медицина и экология. 2011; 1: 34–7.Trebukhina O.I. Th e condition of the heart and vascular wall in coal miners, patients with coronary heart disease and arterial hypertension. Meditsina i ekologiya. 2011; 1: 34–7 (in Russian).Панев Н.И., Коротенко О.Ю., Филимонов С.Н., Бурдейн А.В., Амбросова М.О. Структурно-функциональные изменения миокарда в покое и после нагрузочной пробы у больных пылевым бронхитом в сочетании с ишемической болезнью сердца и артериальной гипертензией. Мед. труда и пром. экол. 2009; 11: 43–8.Panev N.I., Korotenko O.Yu., Filimonov S.N., Burdeyn A.V., Ambrosova M.O. Structural and functional changes in the myocardium at rest and aft er exercise in patients with dust bronchitis in combination with coronary heart disease and arterial hypertension. Med. truda i prom. ekol. 2009; 11: 43–8 (in Russian).Панев Н.И., Филимонов С.Н., Коротенко О.Ю., Панев Р.Н., Панева Н.Я. Разработка новой медицинской технологии прогнозирования риска развития ишемической болезни сердца у работников основных профессий угольной промышленности. Acta Biomedica Scientifi ca. 2019; 3(4): 52–7.Panev N.I., Filimonov S.N., Korotenko O.Yu., Panev R.N., Paneva N.Ya. Development of a new medical technology for predicting the risk of developing coronary heart disease in employees of the main coal industry professions. Acta Biomedica Scientifi ca. 2019; 3(4): 52–7 (in Russian).Zhi C.X., Liu X.Y., Pan H.W., Li G.F., Li Z.H., Zhao Y.Z.. et al. Association between dust exposure and the risk of hypertension of male coal miners in Henan Province. Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi. 2019; 53(6): 597–602.Zhi C.X., Liu X.Y., Pan H.W., Li G.F., Li Z.H., Zhao Y.Z. et al. Association between dust exposure and the risk of hypertension of male coal miners in Henan Province. Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi. 2019; 53(6): 597–602.Lai Z., Wang X., Tan H., Huang Y., Lu C. Effect of underground work on cardiovascular system in coal miners. Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban. 2015; 40(10): 1103–8.Lai Z., Wang X., Tan H., Huang Y., Lu C. Eff ect of underground work on cardiovascular system in coal miners. Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban. 2015; 40(10): 1103–8.Измеров Н.Ф., Сквирская Г.П. Условия труда как фактор риска развития заболеваний и смертности от сердечно-сосудистой патологии. Acta Biomedica Scientifi ca. 2005; 2(40): 14–20.Izmerov N.F., Skvirskaya G.P. Working conditions as a risk factor for the development of diseases and mortality from cardiovascular pathology. Acta Biomedica Scientifi ca. 2005; 2(40): 14–20 (in Russian).Бабанов С.А., Стрижаков Л.А., Лебедева М.В., Фомин В.В., Будаш Д.С., Байкова А.Г. Пневмокониозы: современные взгляды. Терапевтический архив. 2019; 91(3): 107–13.Babanov S.A., Strizhakov L.A., Lebedeva M.V., Fomin V.V., Budash D.S., Baykova A.G. Pneumoconiosis: modern views. Terapevticheskiy arkhiv. 2019; 91(3): 107–13 (in Russian).Екимовских А.В., Чурляев Ю.А., Епифанцева Н.Н., Кан С.Л., Данцигер Д.Г., Редкокаша Л.Ю. Механизмы дисфункции сосудистого эндотелия у шахтеров. Сибирский медицинский журнал (Томск). 2013; 3(28): 28–34.Ekimovskikh A.V., Churlyaev Yu.A., Epifantseva N.N., Kan S.L., Dantsiger D.G., Redkokasha L.Yu. Th e mechanisms of vascular endothelial dysfunction in miners. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal (Tomsk). 2013; 3(28): 28–34 (in Russian).Карабалин С.К., Карабаева Р.Ж., Акынжанова С. Формирование эндотелиальной дисфункции у шахтеров. Мед. труда и пром. экол. 2008; 2: 33–7.Karabalin S.K., Karabaeva R.Zh., Akynzhanova S. Formation of endothelial dysfunction in miners. Med. truda i prom. ekol. 2008; 2: 33–7 (in Russian).Золоева О.С., Чурляев Ю.А., Екимовских А.В., Кан С.Л., Косовских А.А., Данцигер Д.Г. Особенности формирования эндотелиальной дисфункции у шахтеров-подземников. Медицина в Кузбассе. 2012; 4: 26–30.Zoloeva O.S., Churlyaev Yu.A., Ekimovskikh A.V., Kan S.L., Kosovskikh A.A., Dantsiger D.G. Features of the formation of endothelial dysfunction in underground miners. Meditsina v Kuzbasse. 2012; 4: 26–30 (in Russian).Филимонов С.Н., Захаренков В.В., Панев Н.И., Бурдейн А.В., Данилевская Л.А., Епифанцева Н.Н. Нарушения в системе гемостаза у шахтеров-угольщиков. Мед. труда и пром. экол. 2009; 9: 22–5.Filimonov S.N., Zakharenkov V.V., Panev N.I., Burdeyn A.V., Danilevskaya L.A., Epifantseva N.N. Violations in the hemostatic system in coal miners. Med. truda i prom. ekol. 2009; 9: 22–5 (in Russian).Разумов В.В., Бондарев О.И., Вилкова Т.А. О существовании пневмокониоза у шахтеров в так называемом дорентгенологическом периоде. В кн.: Высокие технологии в медицине: Материалы Всероссийской научно-практической конференция, посвященной 15-летию ФГЛПУ «НКЦОЗШ». Новосибирск: Издатель; 2008: 258–9.Razumov V.V., Bondarev O.I., Vilkova T.A. On the existence of pneumoconiosis in miners in the so-called pre-radiological period. In: High Technologies in Medicine: Materials of the All-Russian Scientifi c and Practical Conference dedicated to the 15th anniversary of the Federal State Budgetary Institution of Health and Social Development. Novosibirsk: Izdatel’; 2008: 258–9 (in Russian).Lee S., Jilani S.M., Nikolova G.V., Carpizo D., Iruela-Arispe M.L. Processing of VEGF-A by matrix metalloproteinases regulates bioavailability and vascular patt erning in tumors. J. Cell Biol. 2005; 169(4): 681–91.Lee S., Jilani S.M., Nikolova G.V., Carpizo D., Iruela-Arispe M.L. Processing of VEGF-A by matrix metalloproteinases regulates bioavailability and vascular patt erning in tumors. J. Cell Biol. 2005; 169(4): 681–91.Carmeliet P. VEGF gene therapy: stimulating angiogenesis or angioma-genesis? Nat. Med. 2000; 6(10): 1102–3.Carmeliet P. VEGF gene therapy: stimulating angiogenesis or angioma-genesis? Nat. Med. 2000; 6(10): 1102–3.Суковатых Б.С., Конопля А.И., Блинков Ю.Ю. Механизмы развития абдоминального сепсиса. Анналы хирургии. 2015; 2: 5–10.Sukovatykh B.S., Konoplya A.I., Blinkov Yu.Yu. Mechanisms for the development of abdominal sepsis. Annaly khirurgii. 2015; 2: 5-10 (in Russian).Перельман М.И., ред. Фтизиатрия: национальное руководство. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2010.Perelman M.I., eds. Phthisiology: national leadership. Moscow: GEOTAR-Media; 2010 (in Russian).Боташев А.А., Терещенко О.А., Сергиенко В.И. Современные взгляды на патогенетическую взаимосвязь между системным воспалением и иммунной системой при желчном перитоните, осложненном абдоминальным сепсисом. Иммунология. 2013; 3: 164–7.Botashev A.A., Tereshchenko O.A., Sergienko V.I. Modern views on the pathogenetic relationship between systemic inflammation and the immune system in biliary peritonitis complicated by abdominal sepsis. Immunologiya. 2013; 3: 1647 (in Russian).Гусев Е.Ю., Черешнев В.А. Системное воспаление: теоретические и методологические подходы к описанию модели общепатологического процесса. Часть 3. Предпосылки несиндромального подхода. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2013; 3: 3–14.Gusev E.Yu., Chereshnev V.A. Systemic infl ammation: theoretical and methodological approaches to the description of the general pathological process model. Part 3. Background of the nonsyndromic approach. Patologicheskaya fi ziologiya i eksperimental’naya terapiya. 2013; 3: 3-14 (in Russian).Ince C. Th e microcirculation is the moto of sepsis. Critical Care. 2005; 9(4): 13-9.Ince C. Th e microcirculation is the moto of sepsis. Critical Care. 2005; 9(4): 13-9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.