Циркулирующие эритроциты
Нарушение доставки кислорода гемоглобином из-за изменения гема
Основной функцией эритроцитов является доставка кислорода к тканям и удаление углекислого газа. Связывание кислорода в легких и его высвобождение по мере необходимости на тканевом уровне зависит от тщательно сбалансированной серии физико-химических реакций. В результате получается сложная кривая диссоциации, которая у здорового человека служит для максимального насыщения эритроцитов кислородом в стандартных атмосферных условиях и высвобождения этого кислорода в ткани в зависимости от уровня кислорода, рН и других показателей метаболической активности. Доставка кислорода также зависит от скорости потока насыщенных кислородом эритроцитов, функции вязкости и целостности сосудов. В диапазоне нормального гематокрита (объем эритроцитарной массы) баланс таков, что любое снижение состава крови компенсируется снижением вязкости, что позволяет улучшить кровоток. Снижение доставки кислорода до такой степени, что у кого-то появляются симптомы, обычно не наблюдается до тех пор, пока гематокрит не упадет до 30% или менее; и наоборот, повышение гематокрита выше нормы, наблюдаемое при полицитемии, может снизить доставку кислорода из-за влияния повышенной вязкости крови на кровоток. Исключением является железодефицитная анемия, при которой появляются симптомы слабости и утомления, в первую очередь из-за нехватки железа, а не из-за какой-либо сопутствующей анемии (Beutler, Larsh and Gurney, 1960).
Угарный газ является вездесущим газом, который может оказывать серьезное, возможно, смертельное воздействие на способность гемоглобина транспортировать кислород. Угарный газ подробно обсуждается в разделе, посвященном химическим веществам. Энциклопедия.
Соединения, образующие метгемоглобин. Метгемоглобин — еще одна форма гемоглобина, которая не способна доставлять кислород к тканям. В гемоглобине атом железа в центре гемовой части молекулы должен находиться в химически восстановленном двухвалентном состоянии, чтобы участвовать в переносе кислорода. Некоторое количество железа в гемоглобине постоянно окисляется до трехвалентного состояния. Таким образом, примерно 0.5% общего гемоглобина в крови составляет метгемоглобин, представляющий собой химически окисленную форму гемоглобина, которая не может транспортировать кислород. NADH-зависимый фермент, метгемоглобинредуктаза, восстанавливает трехвалентное железо обратно до двухвалентного гемоглобина.
Ряд химических веществ на рабочем месте может вызывать клинически значимые уровни метгемоглобина, как, например, в промышленности, использующей анилиновые красители. Другими химическими веществами, которые часто вызывают метгемоглобинемию на рабочем месте, являются нитробензолы, другие органические и неорганические нитраты и нитриты, гидразины и различные хиноны (Kiese, 1974). Некоторые из этих химических веществ перечислены в таблице 1 и более подробно обсуждаются в разделе, посвященном химическим веществам. Энциклопедия. Цианоз, спутанность сознания и другие признаки гипоксии являются обычными симптомами метгемоглобинемии. У людей, которые постоянно подвергаются воздействию таких химических веществ, может быть посинение губ, когда уровень метгемоглобина составляет примерно 10% или выше. Они могут не иметь других явных эффектов. Кровь имеет характерный шоколадно-коричневый цвет при метгемоглобинемии. Лечение заключается в предотвращении дальнейшего воздействия. Могут присутствовать значительные симптомы, обычно при уровне метгемоглобина более 40%. Терапия метиленовым синим или аскорбиновой кислотой может ускорить снижение уровня метгемоглобина. У людей с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы может быть ускоренный гемолиз при лечении метиленовым синим (см. ниже обсуждение дефицита глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы).
Существуют наследственные заболевания, приводящие к стойкой метгемоглобинемии либо из-за гетерозиготности по аномальному гемоглобину, либо из-за гомозиготности по дефициту НАДН-зависимой метгемоглобинредуктазы эритроцитов. Лица, гетерозиготные по дефициту этого фермента, не смогут снизить повышенный уровень метгемоглобина, вызванный химическим воздействием, так же быстро, как люди с нормальным уровнем фермента.
В дополнение к окислению железосодержащего компонента гемоглобина многие химические вещества, вызывающие метгемоглобинемию, или их метаболиты также являются относительно неспецифическими окислителями, которые при высоких концентрациях могут вызывать гемолитическую анемию с тельцами Хайнца. Этот процесс характеризуется окислительной денатурацией гемоглобина, приводящей к образованию точечных мембраносвязанных включений эритроцитов, известных как тельца Гейнца, которые можно идентифицировать с помощью специальных красителей. Также происходит окислительное повреждение мембраны эритроцитов. Хотя это может привести к значительному гемолизу, соединения, перечисленные в Таблице 1, в первую очередь оказывают свое неблагоприятное воздействие за счет образования метгемоглобина, что может быть опасным для жизни, а не за счет гемолиза, который обычно представляет собой ограниченный процесс.
По сути, задействованы два различных пути защиты эритроцитов: (1) NADH-зависимая метгемоглобинредуктаза, необходимая для восстановления метгемоглобина до нормального гемоглобина; и (2) NADPH-зависимый процесс через шунт гексозомонофосфата (HMP), приводящий к поддержанию восстановленного глутатиона как средства защиты от окисляющих видов, способных вызывать гемолитическую анемию с тельцами Хайнца (рис. 1). Гемолиз с тельцами Хайнца может усугубляться при лечении пациентов с метгемоглобинемией метиленовым синим, поскольку он требует НАДФН для его метгемоглобин-снижающего действия. Гемолиз также будет более заметной частью клинической картины у лиц с (1) дефицитом одного из ферментов пути окислительной защиты НАДФН или (2) унаследованным нестабильным гемоглобином. За исключением дефицита глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФД), описанного далее в этой главе, это относительно редкие заболевания.
Рисунок 1. Ферменты оксидантной защиты эритроцитов и связанные с ними реакции
GSH + GSH + (O) ←-глутатионпероксидаза-→ GSSG + H2O
GSSG + 2НАДФН ←-Глутатионпероксидаза-→ 2GSH + 2NADP
Глюкозо-6-фосфат + НАДФ ←-Г6ФД-→ 6-Фосфоглюконат + НАДФН
Fe+++·Гемоглобин (метгемоглобин) + НАДН ←-Метагемоглобинредуктаза-→ Fe++·Гемоглобин
Другой формой изменения гемоглобина, вызванного окислителями, является денатурация, известная как сульфгемоглобин. Этот необратимый продукт можно обнаружить в крови людей со значительной метгемоглобинемией, вызванной химическими окислителями. Сульфемоглобин — это название, более подходящее для конкретного продукта, образующегося при отравлении сероводородом.
Гемолитические средства: На рабочем месте присутствуют различные гемолитические агенты. Многих беспокоит токсичность метгемоглобинемии. Другие гемолитические агенты включают нафталин и его производные. Кроме того, некоторые металлы, такие как медь, и металлоорганические соединения, такие как трибутилолово, сокращают выживаемость эритроцитов, по крайней мере, в моделях на животных. Легкий гемолиз может возникать также при травматических физических нагрузках (мартовская гемоглобинурия); более современное наблюдение — повышенный уровень лейкоцитов при длительной физической нагрузке (лейкоцитоз бегуна). Наиболее важным из металлов, влияющих на образование эритроцитов и выживаемость рабочих, является свинец, подробно описанный в разделе, посвященном химическим веществам. Энциклопедия.
Арсин: Нормальный эритроцит выживает в кровотоке в течение 120 дней. Сокращение этой выживаемости может привести к анемии, если оно не компенсируется увеличением выработки эритроцитов костным мозгом. В основном существует два типа гемолиза: (1) внутрисосудистый гемолиз, при котором происходит немедленное высвобождение гемоглобина в кровоток; и (2) внесосудистый гемолиз, при котором эритроциты разрушаются в селезенке или печени.
Одним из наиболее сильнодействующих внутрисосудистых гемолизинов является газообразный арсин (AsH3). Вдыхание относительно небольшого количества этого агента приводит к отеку и возможному разрыву эритроцитов в кровотоке. Может быть трудно определить причинно-следственную связь воздействия арсина на рабочем месте с эпизодом острого гемолиза (Fowler and Wiessberg, 1974). Отчасти это связано с тем, что между воздействием и появлением симптомов часто бывает задержка, но в первую очередь потому, что источник воздействия часто не очевиден. Газ арсин производится и используется в коммерческих целях, часто в электронной промышленности. Однако большинство опубликованных сообщений об острых гемолитических эпизодах связано с неожиданным выделением газообразного мышьяка в качестве нежелательного побочного продукта промышленного процесса, например, при добавлении кислоты в контейнер из металла, загрязненного мышьяком. Любой процесс, который химически восстанавливает мышьяк, такой как подкисление, может привести к выделению газа мышьяка. Поскольку мышьяк может быть загрязнителем многих металлов и органических материалов, таких как уголь, воздействие арсина часто может быть неожиданным. Стибин, гидрид сурьмы, оказывает гемолитическое действие, сходное с арсином.
Смерть может наступить непосредственно из-за полной потери эритроцитов. (Сообщалось о нулевом гематокрите.) Однако серьезной проблемой при уровнях арсина ниже тех, которые вызывают полный гемолиз, является острая почечная недостаточность из-за массивного выброса гемоглобина в кровоток. При гораздо более высоких уровнях арсин может вызвать острый отек легких и, возможно, прямое воздействие на почки. Гипотензия может сопровождать острый эпизод. Обычно между вдыханием арсина и появлением симптомов проходит не менее нескольких часов. В дополнение к красной моче из-за гемоглобинурии пациенты часто жалуются на боль в животе и тошноту, симптомы, которые возникают одновременно с острым внутрисосудистым гемолизом по ряду причин (Neilsen 1969).
Лечение направлено на поддержание почечной перфузии и переливание нормальной крови. Поскольку циркулирующие эритроциты, пораженные арсином, в какой-то степени обречены на внутрисосудистый гемолиз, оптимальной терапией может оказаться обменное переливание крови, при котором эритроциты, подвергшиеся воздействию арсина, заменяются не подвергшимися воздействию арсина. Как и при тяжелом угрожающем жизни кровотечении, важно, чтобы замещающие эритроциты имели адекватный уровень 2,3-дифосфоглицериновой кислоты (ДФГ), чтобы иметь возможность доставлять кислород к тканям.
Другие гематологические заболевания
Белые клетки крови
Существует множество препаратов, таких как пропилтиомочевина (PTU), которые, как известно, относительно избирательно влияют на выработку или выживание циркулирующих полиморфноядерных лейкоцитов. Напротив, неспецифические токсины костного мозга также влияют на предшественники эритроцитов и тромбоцитов. Рабочие, занятые приготовлением или введением таких препаратов, должны считаться подверженными риску. Имеется одно сообщение о полной гранулоцитопении у рабочего, отравленного динитрофенолом. Изменение количества и функции лимфоцитов, особенно распределения подтипов, привлекает все больше внимания как возможный тонкий механизм воздействия различных химических веществ на рабочем месте или в окружающей среде, особенно хлорированных углеводородов, диоксинов и родственных соединений. Требуется проверка последствий таких изменений для здоровья.
коагуляция
Подобно лейкопении, существует множество препаратов, которые избирательно снижают выработку или выживаемость циркулирующих тромбоцитов, что может быть проблемой для работников, занимающихся приготовлением или введением таких препаратов. В остальном имеются лишь разрозненные сообщения о тромбоцитопении у рабочих. Одно исследование указывает на толуолдиизоцианат (ТДИ) как на причину тромбоцитопенической пурпуры. Отклонения в различных факторах крови, участвующих в свертывании, обычно не отмечаются как следствие работы. Лица с ранее существовавшими нарушениями свертывания крови, такими как гемофилия, часто испытывают трудности с трудоустройством. Однако, хотя тщательно обдуманное исключение из нескольких выбранных работ разумно, такие люди обычно способны нормально функционировать на работе.
Гематологический скрининг и надзор на рабочем месте
Маркеры восприимчивости
Отчасти из-за простоты получения образцов о наследственных вариациях компонентов крови человека известно больше, чем о вариациях любого другого органа. Обширные исследования, вызванные признанием семейных анемий, привели к фундаментальным знаниям о структурных и функциональных последствиях генетических изменений. К гигиене труда относятся те наследственные вариации, которые могут привести к повышенной восприимчивости к опасностям на рабочем месте. Существует ряд таких проверяемых вариантов, которые рассматривались или фактически использовались для проверки работников. Быстрый рост знаний о генетике человека дает уверенность в том, что мы будем лучше понимать наследственную основу изменчивости реакции человека и будем более способны предсказывать степень индивидуальной восприимчивости с помощью лабораторных тестов.
Прежде чем обсуждать потенциальную ценность доступных в настоящее время маркеров чувствительности, следует подчеркнуть основные этические аспекты использования таких тестов у рабочих. Были поставлены под сомнение, способствуют ли такие тесты исключению рабочих из объекта, а не сосредоточению внимания на улучшении рабочего места на благо рабочих. По крайней мере, прежде чем приступать к использованию маркера восприимчивости на рабочем месте, цели тестирования и последствия результатов должны быть понятны всем сторонам.
Двумя маркерами гематологической восприимчивости, скрининг которых проводился наиболее часто, являются признак серповидно-клеточной анемии и дефицит G6PD. Первое имеет незначительную ценность в редких ситуациях, а второе не имеет никакой ценности в большинстве ситуаций, для которых оно пропагандировалось (Goldstein, Amoruso and Witz, 1985).
Серповидноклеточная анемия, при которой имеется гомозиготность по гемоглобину S (HbS), является довольно распространенным заболеванием среди лиц африканского происхождения. Это относительно тяжелое заболевание, которое часто, но не всегда, препятствует выходу на работу. Ген HbS может наследоваться вместе с другими генами, такими как HbC, что может уменьшить тяжесть его последствий. Основным дефектом у лиц с серповидно-клеточной анемией является полимеризация HbS, приводящая к микроинфаркту. Микроинфаркт может возникать в виде эпизодов, известных как серповидно-клеточные кризы, и может быть спровоцирован внешними факторами, особенно теми, которые приводят к гипоксии и, в меньшей степени, к обезвоживанию. При достаточно широких различиях в клиническом течении и самочувствии пациентов с серповидно-клеточной анемией оценка занятости должна быть сосредоточена на индивидуальном анамнезе. Работы, которые могут подвергаться воздействию гипоксии, например, требующие частых авиаперелетов или с вероятностью значительного обезвоживания, не подходят.
Гораздо более распространенным, чем серповидно-клеточная анемия, является серповидно-клеточный признак, гетерозиготное состояние, при котором происходит наследование одного гена HbS и одного гена HbA. Сообщалось, что люди с этим генетическим паттерном переносят кризис серповидно-клеточной анемии в экстремальных условиях гипоксии. Некоторое внимание было уделено исключению лиц с признаками серповидно-клеточной анемии с рабочих мест, где гипоксия представляет собой общий риск, вероятно, ограниченный работой на военных самолетах или подводных лодках и, возможно, на коммерческих самолетах. Однако следует подчеркнуть, что люди с чертой серповидно-клеточной анемии очень хорошо себя чувствуют почти во всех других ситуациях. Например, спортсмены с признаками серповидно-клеточной анемии не имели побочных эффектов от соревнований на высоте Мехико (2,200 м или 7,200 футов) во время летних Олимпийских игр 1968 года. Соответственно, за несколькими исключениями, описанными выше, нет оснований рассматривать исключение или изменение графика работы для лиц с признаками серповидно-клеточной анемии.
Другим распространенным генетическим вариантом компонента эритроцитов является A.– форма дефицита G6PD. Он наследуется на Х-хромосоме как сцепленный с полом рецессивный ген и присутствует примерно у каждого седьмого чернокожего мужчины и у одной из 50 чернокожих женщин в Соединенных Штатах. В Африке этот ген особенно распространен в районах с высоким риском малярии. Как и в случае с серповидно-клеточной анемией, дефицит G6PD обеспечивает защитное преимущество против малярии. В обычных условиях у лиц с этой формой дефицита Г6ФД количество красных кровяных телец и индексы находятся в пределах нормы. Однако из-за неспособности регенерировать восстановленный глутатион их эритроциты подвержены гемолизу после приема окислителей и при определенных болезненных состояниях. Эта восприимчивость к окислителям привела к скринингу на рабочем месте на основе ошибочного предположения, что люди с обычным А.– вариант дефицита G6PD будет подвержен риску вдыхания газов-окислителей. На самом деле, потребуется воздействие уровней, во много раз превышающих уровни, при которых такие газы вызывают фатальный отек легких, прежде чем эритроциты людей с дефицитом G6PD получат достаточный окислительный стресс, чтобы вызвать беспокойство (Goldstein, Amoruso and Witz 1985). . Дефицит G6PD увеличивает вероятность явного гемолиза с тельцами Хайнца у лиц, подвергшихся воздействию анилиновых красителей и других агентов, провоцирующих метгемоглобин (таблица 1), но в этих случаях основной клинической проблемой остается опасная для жизни метгемоглобинемия. Хотя знание статуса G6PD может быть полезным в таких случаях, в первую очередь для руководства терапией, это знание не следует использовать для исключения работников с рабочего места.
Существует много других форм семейного дефицита Г6ФД, все они гораздо менее распространены, чем А.– вариант (Beutler 1990). Некоторые из этих вариантов, особенно у людей из Средиземноморского бассейна и Центральной Азии, имеют гораздо более низкие уровни активности G6PD в эритроцитах. Следовательно, пострадавший может серьезно страдать от продолжающейся гемолитической анемии. Сообщалось также о дефиците других ферментов, активных в защите от оксидантов, поскольку они имеют нестабильный гемоглобин, который делает эритроциты более восприимчивыми к оксидантному стрессу таким же образом, как и при дефиците G6PD.
наблюдение
Наблюдение существенно отличается от клинического тестирования как в оценке больных пациентов, так и в регулярном скрининге предположительно здоровых людей. В правильно разработанной программе эпиднадзора цель состоит в том, чтобы предотвратить явные проявления заболевания путем обнаружения едва заметных ранних изменений с помощью лабораторных исследований. Таким образом, небольшое отклонение от нормы должно автоматически вызывать реакцию или, по крайней мере, тщательный осмотр со стороны врачей.
При первоначальном обзоре данных гематологического надзора за рабочей силой, потенциально подверженной воздействию гематотоксина, такого как бензол, есть два основных подхода, которые особенно полезны для выявления ложноположительных результатов. Во-первых, это степень отличия от нормы. По мере дальнейшего удаления числа от нормального диапазона происходит быстрое падение вероятности того, что оно представляет собой просто статистическую аномалию. Во-вторых, следует использовать совокупность данных для этого человека, включая нормальные значения, имея в виду широкий спектр эффектов, вызываемых бензолом. Например, существует гораздо большая вероятность бензольного эффекта, если несколько низкое количество тромбоцитов сопровождается низким нормальным количеством лейкоцитов, низким нормальным количеством эритроцитов и высоким нормальным средним корпускулярным объемом эритроцитов. МКВ). И наоборот, отношение этого же числа тромбоцитов к гематотоксичности бензола можно не принимать во внимание, если другие показатели крови находятся на противоположном конце нормального спектра. Эти же два соображения можно использовать при принятии решения о том, следует ли уволить человека с работы в ожидании дальнейшего тестирования и должно ли дополнительное тестирование состоять только из повторного общего анализа крови (CBC).
Если есть какие-либо сомнения относительно причины низкого количества, следует повторить весь клинический анализ крови. Если низкий показатель обусловлен лабораторной изменчивостью или некоторой краткосрочной биологической изменчивостью внутри индивидуума, маловероятно, что анализ крови снова будет низким. Сравнение с предварительным или другими доступными анализами крови должно помочь отличить тех людей, которые имеют врожденную тенденцию находиться в нижней части распределения. Обнаружение у отдельного работника эффекта, вызванного гематологическим токсином, следует рассматривать как дозорное событие, требующее тщательного изучения условий труда и сотрудников (Goldstein 1988).
Широкий диапазон нормальных лабораторных значений анализа крови может представлять еще большую проблему, поскольку может быть существенный эффект, пока показатели все еще находятся в пределах нормы. Например, возможно, что у рабочего, подвергшегося воздействию бензола или ионизирующего излучения, может наблюдаться падение гематокрита с 50 до 40%, снижение количества лейкоцитов с 10,000 5,000 до 350,000 150,000 на кубический миллиметр и падение количества тромбоцитов с от 50 XNUMX до XNUMX XNUMX на кубический миллиметр, то есть снижение количества тромбоцитов более чем на XNUMX%; тем не менее, все эти значения находятся в пределах «нормального» диапазона показателей крови. Соответственно, программа наблюдения, которая рассматривает исключительно «аномальные» анализы крови, может упустить существенные эффекты. Поэтому показатели крови, которые со временем снижаются, оставаясь в пределах нормы, требуют особого внимания.
Еще одна сложная проблема в области эпиднадзора на рабочем месте — обнаружение небольшого снижения среднего количества клеток крови у всего подвергшегося воздействию населения, например, снижение среднего количества лейкоцитов с 7,500 7,000 до XNUMX XNUMX на кубический миллиметр из-за широко распространенного воздействия бензола или ионизирующее излучение. Обнаружение и соответствующая оценка любого такого наблюдения требует пристального внимания к стандартизации процедур лабораторных испытаний, наличия соответствующей контрольной группы и тщательного статистического анализа.