Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1. Обезвреживание и токсификация ксенобиотиков в организме 11
1.2. Обмен адениловыхнуклеотидов в норме и патологии 18
1.3. Санитарно-токсикологическая характеристика 1,2,4,5-тетраметилбензола 27
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 39
3.1. Состояние системы микросомальных монооксигеназ в тканях лёгких, печени и почек животных после острого и хронического ингаляционного воздействия паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 39
3.1.1. Содержание цитохромов в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых острому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 39
3.1.2. Количество цитохромов в лёгких, печени и почках крыс подвергнутых хроническому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 41
3.2. изменения системы адениловыхнуклеотидов дов в тканях лёгких, печени и почек животных после острого и хронического ингаляционного воздействия паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 46
3.2.1. Содержание адениловых нуклеотидов в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых острому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметибензола 46
3.2.2. Синтез адениловых нуклеотидов de novo в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых острому ингаляционному воз действию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола. 52
3.2.3. Активность АТФаз в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых острому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 61
3.2.4. Концентрация адениловых нуклеотидов в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых хроническому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 64
3.2.5. Биосинтез адениловых нуклеотидов de novo в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых хроническому ингаля-воздействия паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 70
3.2.6. Активность АТФаз в лёгких, печени и почках крыс, подвергнутых хронического ингаляционного воздействию паров тетраметилбензола 74
3.3. Изменения состояния адениловых нуклеотидов в эритроцитах животных после острого и хронического ингаляционного воздействия паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 80
3.3.1. Содержание адениловых нуклеотидов в эритроцитах крыс, подвергнутых острому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 80
3.3.2. Синтез адениловых нуклеотидов в эритроцитах крыс, подвергнутых острому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 84
3.3.3. Активность АТФаз в эритроцитах крыс, подвергнутых острому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 88
3.3.4. Концентрация адениловых нуклеотидов в эритроцитах крыс, подвергнутых хроническому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 91
3.3.5. Биосинтез адениловых нуклеотидов в эритроцитах крыс, подвергнутых хроническому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тетраметилбензола 96
3.3.6. Активность АТФаз в эритроцитах крыс, подвергнутых хроническому ингаляционному воздействию паров 1,2,4,5-тет-раметилбензола 100
3.4. Гигиеническая оценка условий труда и состояние здоровье у работающих в цехе ароматических углеводородов нефтехимической промышленности. 104
3.4.1. Гигиеническая оценка условий труда работающих в цехе ароматических углеводородов 104
3.4.2. Состояние здоровье у работающих в цехе ароматических углеводородов 107
3.4.3. Состояние адениловой системы крови у рабочих цеха ароматических углеводородов 112
3.4.4. Основные направления мероприятий по оздоровлению условий труда, производственной среды и сохранению здоровья у работающих в цехе ароматических углеводородов 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123
ВЫВОДЫ. 147
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 149
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 150
ПРИЛОЖЕНИЯ.. 178
- Обезвреживание и токсификация ксенобиотиков в организме
- МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- Состояние системы микросомальных монооксигеназ в тканях лёгких, печени и почек животных после острого и хронического ингаляционного воздействия паров 1,2,4,5-тетраметилбензола
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Химическая и нефтехимическая промышленность - основной источник токсичных и устойчивых к биоразложению загрязнений окружающей среды [1,12,76,124,154]. В настоящее время химическая промышленность производит около 100000 химических веществ, а соединения ароматического ряда составляют треть от 91 миллиона тонн массовых химикатов, производимых ежегодно [115,131,140]. Данный факт обусловил большое внимание исследователей к влиянию на окружающую среду прежде всего самих ароматических углеводородов [133,156,200]. Менее изучены в этом плане производные ароматических соединений, которые широко используются в различных отраслях промышленности [18]. Их выброс в окружающую среду в виде отходов соответствующих производств возрастает и становится все более опасным [10,51] вследствие их сильно выраженного биологического действия на живые организмы [42,57,113,133,156].
Типичным представителем производных ароматических углеводородов является 1,2,4,5-тетраметилбензол. Он обладает угнетающим действием на ЦНС, нерезко выраженным раздражающим свойством, оказывает негативное влияние на кроветворение [47]. До 37% поступившего в организм вещества выводится через почки с мочой в виде коньюгатов с глицином, глюкуроновой и серной кислотами [169]. Относится к веществам 2-го класса опасности, предельно до-пустимой средне-суточной концентрацией в атмосферном воздухе 0,01 мг/м [41], а воздухе рабочей зоны - 10,0 мг/м [151].
Большинство физиологических и метаболических процессов клеток тесно связано с системой микросомального окисления и энергообеспечения [5,13,31, 66,111,126,132,142,164]. Изменения в состоянии этих систем представляют собой раннюю, неспецифическую ответную реакцию организма на экстремальные воздействия [82,101,105], которая в начальной стадии может иметь компенсаторный характер [138], в дальнейшем при продолжении действии токсиканта происходят структурно-функциональные повреждения, приводящие к срыву адаптационно-компенсаторных механизмов, становятся причиной и молекулярной основой развития патологии [43,45,80,109,154,205].
Благодаря тесной интеграции процессов выработки энергии с другими видами обмена и метаболическими циклами, изучение состояния энергетического обмена позволяет раскрыть его место в развитии изменений «метаболического полома» и «метаболической компенсации», что имеет существенное значение для разработки и обоснования терапевтических методов воздействий на обменные нарушения, способные оборвать цепную реакцию последующих патологических изменений [128]. Поэтому исследования взаимосвязи изменений состояния микросомального окисления и энергообеспечения с другими биологическими процессами в норме и патологии имеет весьма важное значение для раскрытия патохимических механизмов воздействия негативных факторов.
Несмотря на многолетние исследования биологического действия ароматических углеводородов,.и в частности, 1,2,4,5-тетраметилбензола, ранние механизмы повреждения органов и тканей до сего времени недостаточно раскрыты. Тем более, что большие объёмы производства и дальнейшее расширение внедрения в производство 1,2,4,5-тетраметилбензола ставят важную задачу оценки потенциальной опасности для человека и окружающей среды, выявление ранних метаболических проявлений его воздействия на организм. Все вышесказанное обосновывает актуальность изучения молекулярных механизмов формирования повреждения и адаптационных изменений при воздействии 1,2,4,5-тетраметилбензола.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Оценить активность микросомальных моноок-сигеназ, особенности метаболизма адениловых нуклеотидов и баланс некоторых макроэлементов при ингаляционном воздействии паров 1,2,4,5-тетраметилбензола в эксперименте и у рабочих производства ароматических углеводородов нефтехимической промышленности.
Задачи: 1. Изучить при остром и хроническом ингаляционном воздействии
1,2,4,5-тетраметилбензола в различных концентрациях содержание цитохромов Р450 и Ь5 в тканях лёгких, печени и почек экспериментальных животных.
Изучить при воздействии экотоксиканта в ингаляционных концентрациях 1,0 и 10,0 мг/м в тканях и эритроцитах животных содержание и интенсивность метаболизма адениловых нуклеотидов.
Исследовать активность транспортных АТФаз в тканях и эритроцитах животных, подвергнутых воздействию поллютанта.
Изучить состояние электролитного баланса в эритроцитах и плазме крови, общее содержание К, Na, Са, Mg и Рн в тканях при ингаляционном воздействии паров 1,2,4,5-тетраметилбензола.
Изучить содержание адениловых нуклеотидов и активность транспортных АТФаз в эритроцитах рабочих производства 1,2,4,5-тетраметилбензола.
Оценить влияние условий труда на состояние здоровья рабочих путём изучения заболеваемости с временной утратой трудоспособности и обосновать гигиенические мероприятия по оздоровлению условий труда в производстве ароматических углеводородов..
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Проведёнными исследованиями установлено, что острое и хроническое ингаляционное воздействие 1,2,4,5-тетраме-тилбензола в малых концентрациях характеризуется в тканях экспериментальных животных усилением активности цитохромов P4so и bs.
Впервые установлено, что в результате однократного и многократных поступлений изучаемого соединения в тканях лёгких, печени, почек и в эритроцитах уменьшается уровень АТФ с одновременным повышением количества АДФ и АМФ. Выраженность изменений содержания и соотношений адениловых производных зависит от концентрации экотоксиканта. Выявлено, что при острой и хронической интоксикации в тканях, наряду с интенсификацией основного пути биосинтеза адениловых нуклеотидов, резко усиливается их новообразование и по альтернативным путям. Рано развивающийся и сохраняющийся длительное время дефицит АТФ является результатом не только нару- шений клеточных механизмов энергопродукции, но и выраженного усиления утилизации макроэргов. Установлена прямая зависимость между снижением уровня АТФ и ускорением её использования в АТФазных реакциях, направленных на поддержание концентрационного градиента основных электролитов во внутри- и внеклеточном секторах.
Определение содержания адениловых нуклеотидов и энергетического заряда эритроцитов в крови у рабочих имеет диагностическое значение, позволяющее судить о состоянии энергетического обмена у лиц с острой и хронической интоксикацией химическими загрязнителями, на что получен патент на изобретение «Способ прогнозирования преморбидного состояния при воздействии химических загрязнителей производственной среды» (№ 2178563 от 20.01.2002 г.)..
Результаты исследований существенно дополняют имеющиеся сведения о состоянии энергетического метаболизма в организме работающих. Выявлено, что условия и характер труда оказывают негативное влияние на состояние здоровья изучаемого контингента. Определены приоритетные направления работы по оптимизации условий труда.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Полученные результаты позволяют дать общую характеристику состояния процесса микросомального окисления и энергообеспечения в условиях острого и хронического ингаляционного поступления паров 1,2,4,5-тетраметилбензола. На базе полученных данных создаётся возможность раннего выявления метаболических и функциональных изменений в организме, что позволяют выработать рекомендации по улучшению условий труда, интенсивности и длительности трудового стажа.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедр биоорганической и биологической химии, общей гигиены Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации». По материалам исследований, разработаны и проведены оздоровительные мероприятия на предприятии ОАО «Уфахим-пром» (г. Уфа), на что получен положительный отзыв от Профсоюза работников химических отраслей промышленности Республики Башкортостан (№ 7 от 15.05.2000 года), опубликованы методические рекомендации «Клинико-гигиенические подходы к изучению состояния здоровья у рабочих химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности» (Уфа, 2000), используемые Центрами Госсанэпиднадзора РБ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Среда обитания и здоровье населения» (Оренбург, 2001); на Международной научно-практической конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 2002); на научной конференции учёных РБ «Новый про-рыв-2002» (Уфа, 2002); на 3-м Съезде биохимического общества (Санкт-Петербург, 2002); на Межрегиональной конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья (Оренбург, 2003); на совместном заседании кафедр биоорганической и биологической химии, патофизиологии, общей гигиены и сотрудников лаборатории новых лекарственных средств Института нефтехимии и катализа АН РБ (Уфа, 2003).
ОБЪЁМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 4 глав собст-венных исследований, заключения, выводов, практической рекомендации, указателя литературы, приложения с 31 таблицами. Список литературы включает 260 источника, из них 88 - иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 53 таблицами и 14 рисунками.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации имеется 17 публикаций.
Обезвреживание и токсификация ксенобиотиков в организме
Экотоксиканты, поступая в организм, реализуют свой повреждающий потенциал, вызывая дисбаланс в метаболических процессах [31]. В процессе эволюции в организме сформировалась многоуровневая система защиты - детоксикация вредных веществ, что обуславливает возможность либо инактивацию, либо ослабления токсичности экотоксикантов [27,146]. Однако, в процессе биотрансформации ксенобиотика возможно образование соединений, вызываемых вторичный токсический эффект, т.е. основным патохимическим механизмом токсичности соединений является не только собственно повреждающее действие самого экоток-сиканта, но и процессы аутоокисления, образования в процессе обмена реакционно-способных метаболитов, играющих в ряде случаев основную роль в токсемии [28,118]. Химические соединения могут увеличивать содержание и активность мо-нооксигеназных ферментов в печени и, таким образом, изменять скорость метаболизма экотоксикантов [7]. Превышение диапазона возможностей систем детокси-кации приводит к пролонгированию времени присутствия в организме экотокси-канта.
Путь превращения экотоксиканта в организме во многом определяется его строением и физико-химическими характеристиками [8,158]. При этом биологический эффект зависит от содержания и функционального состояния всех компонентов системы биотрансформации. Что касается водорастворимых соединений, то их деградация происходит при участии ферментативных систем с компартмен-тализацией в цитоплазме, митохондриях клеток, лизосомах и пероксйсомах [95]. Соединения с липофильными свойствами подвергаются нескольким стадиям биотрансформации: в организме происходит их превращение в гидрофильные продукты за счёт микросомальных монооксигеназных систем, после чего возможны различные реакции конъюгирования [6,31,198,237,243].
Микросомальные монооксигеназные системы содержат в своём составе цито-хром P4so, цитохром bs, НАДФ Н-цитохром Р450 редуктазу и НАД Н-цитохром Ь5 редуктазу [5,4,104,119,232,241,252]. Они катализируют реакции С-гидроксилиро-вания в алифатической цепи, в ароматических и ациклических кольцах, в алкиль-ных белковых цепях, обеспечивая процесс N-гидроксилирования, О-алкилирова-ния, S- и N-дезалкилирования, окислительного дезамидирования и дезаминирова-ния, десульфирования и эпоксидирования. Помимо окислительных превращений данная ферментативная система осуществляет реакции восстановления нитро- и азосоединений, реакции восстановительного дегалогенирования [28]. В результате этих реакций, ксенобиотики приобретают реактивные группы ОН, NH2, СООН, SH [96]. Образующиеся,, таким образом, метаболиты легко вступают в реакции конъюгации, с образованием малотоксичных соединений, что даёт возможность элиминации их выделительными системами [182].
Диапазон деятельности монооксигеназной цепи окисления очень велик и в большинстве случаев гидроксилирование экотоксикантов приводит к снижению их токсичности [31]. Однако, в некоторых случаях, такая биотрансформация ксенобиотика может привести к образованию активированных метаболитов [125]. В частности, промежуточные метаболиты нитрозосоединений, винилгалогенидов обладают способностью алкилировать азотистые основания нуклеиновых кислот, т.е. оказывать генотоксический и цитотоксический эффект [53,180,240,250].
Материал и методы исследования
Для проведения опытов был выбран экотоксикант - 1,2,4,5-тетраметилбензол, который по результатам исследований Республиканского Центра Госсанэпиднадзора является наиболее часто встречающимся вредным веществом в воздухе рабочей зоны нефтехимических и нефтеперерабатывающих, производств [170].
Характер, этапы, объём и основные методы исследования, использованные в работе, представлены в таблице 2.
В эксперименте на белых беспородных крысах массой 180-220 г моделиро валось в течение 4-х часов острое ингаляционное воздействие паров 1,2,4,5-тет-раметилбензола. Экспозиция режима хронического поступления ксенобиотика составила также по 4 часа ежесуточно 5 раз в неделю на протяжении 4-х месяцев, что отражает влияние воздуха рабочей зоны [103]. При постановке опытов использовали 2 разные концентрации реагентов: ПДК, 1/10 ПДК. Эксперименты проводились в стандартных камерах ёмкостью 200 литров, изготовленных в НИИ гигиены и профзаболеваний АМН СССР, предназначенных для работы с парообразными, газообразными и пылеобразными веществами в соответствии с требованиями «Методические указания к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны» [103]. Концентрация вещества в воздухе затравочных камер определялась методом газожидкостной хроматографии с пламенно ионизационным детектором . Контрольные животные находились в камерах, куда подавался чистый воздух. Эвтаназия животных проводилась на 1, 3, 5, 7 и 14-е сутки после острого воздействия, а также на 15 день, на 1,2, 3, 4-е месяцы хронического поступления ксенобиотика и через месяц после восстановительного периода в соответствии с правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных [64]. Для решения поставленных задач определялись следующие показатели:
1. Количество цитохромов Р45о и bs в тканях лёгких, печени и почек животных.
2. Содержание АТФ, АДФ и АМФ в тканях лёгких, печени, почек и в эритроцитах подопытных крыс.
3. Интенсивность синтеза адениловых нуклеотидов в тканях лёгких, печени, почек и в эритроцитах экспериментальных животных по включению в их состав
14 14 14 32
2 С-глицина, 6 С-глюкозы, 8 С-аденозинаи Р-ортофосфата Na.
4. Активность Na,K-, Са-, Mg- или CajMg-зависимых АТФаз в тканях лёгких, печени, почек и в эритроцитах подопытных крыс.
5. Концентрация Na, К, Mg, Са и Рн в эритроцитах, плазме крови и тканях лёгких, печени, почек животных.
Состояние системы микросомальных монооксигеназ в тканях лёгких, печени и почек животных после острого и хронического ингаляционного воздействия паров 1,2,4,5-тетраметилбензола
Ведущая роль в обезвреживании ксенобиотиков принадлежит в печени и других тканей системе микросомальных монооксигеназ [5]. Микросомальная монооксигеназа являясь чувствительной системой, в результате влияния химических загрязнителей сама может подвергаться деструкции [13,27]. Повреждающее действие высоких концентраций ксенобиотиков на эту систему обнаружено во многих исследованиях [34,53,155,162], где показано, что в условиях острого эксперимента экотоксиканты вызывают инактивацию монооксигеназ и снижение детоксикационной функции печени [31]. Воздействие в малых дозах может иметь, как стимулирующий [148], так и повреждающий эффект [162]. В то же время сведений о динамике изменений активности микросомальных монооксигеназ в условиях острой и хронической интоксикации паров 1,2,4,5-тет-раметилбензола весьма незначительны.,
В связи с вышеизложенным, представляется важным изучение вклада мик-росомальной монооксигеназнои системы в процессы, связанные с нарушением: метаболизма при различных патологических состояниях химической этиологии.
