Взаимосвязь "химическая структура - биологический эффект" в оценке экологической опасности производных акриловой и метакриловой кислот Фефелова, Юлия Анатольевна

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Преобразовательная деятельность человека в настоящее время приобрела невиданные масштабы. В этих условиях возрастает значимость экологических проблем. В соответствии с концепцией Всемирной организации здравоохранения "Здоровье для всех к 2000 году" , государства должны располагать надлежащими механизмами для мониторинга и борьбы с опасными для здоровья факторами окружающей среды, представляющими угрозу для здоровья населения (Кучма В.Р., 1993).

Среди веществ, оказывающих токсическое влияние на организм человека и животных, то есть представляющих серьезную экологическую опасность, значительное распостраненив получили разнообразные эфиры акриловой и метакриловой кислот, которые находят широкое применение в производстве пластмасс, синтетических смол, лакокрасочных покрытий, эмульсий, органического стекла (Коржов Е.А., 1991). Продукция на акрилатной основе представлена предметами домашней обстановки, упаковочными материалами, одеждой, .широко используется в стоматологии, машиностроении, авиационной, оптико-механической промышленности (Стркжов С.Г., 1987).

Важным направлением профилактики экологически вредного воздействия акрилатов является разработка и обоснование биологического мониторинга -принципиально нового направления, используемого в последнее время в экологии. Так, обосновано применение биологического мониторинга, например, для оценки зафязнения атмосферы на основе жизнедеятельности лишайников (Григорьев Ю.С., 1997), или выявление степени эафязненности водоемов по изменению поведенческих реакций рыб (Одум Ю.,1973), что является примером биомониторинга эффекта. Успешно это направление используется в настоящее время и в токсикологии (Айтио А., 1987 ). Одним из инструментов его разработки является вскрытие патогенеза токсичности. Одним из подходов служит исследование взаимосвязи " структура - эффект " в гомологичных рядах химических веществ (Брауде Е.В. и др.,1993). Этот подход и использовался нами на модели токсических эффектов акрилатов. Накоплено достаточно сведений о

токсических проявлениях этих ксенобиотиков, также существуют исследования, прослеживающие связь между физико-химическими свойствами веществ : пипофильностью, молекулярной рефракцией, молекулярным объемом , и их токсическими свойствами ( способностью вызывать гемолиз, коньюгировать с глутатионом и дозой, вызывающей 50 % гибель крыс и мышей ) (Tanii Н. et al.,1984). Ряд работ нашей лаборатории посвящен исследованию механизмов токсического действия акрилатов (Иванов В.В., 1988-1996; Климацкая Л.Г., 1994-1996; Котловский Ю.В., 1988-1990 и др. ) и непоредственно сравнению биологических эффектов групп акрилатов. Однако подход " структура -биологический эффект " не был целью этих исследований , поэтому достаточно полного сравнительного анализа токсичности ряда акриловых и метакриловых производных не проводилось.

Исследовать сравнительную биологическую активность экологической опасности в гомологическом ряду эфиров акриловой и метакриловой кислот и дать патогенетическое обоснование разработки методов биомониторинга этих химических соединений.

1. Исследовать в динамике органное распределение и кумулятивный эффект в ряду акрилатов и их метаболитов.

2. Провести исследование ультраструктурных изменений клеток под воздействием представителей гомологичного ряда акрилатов и их метаболитов.

3. Дать сравнительную оценку тиолопривного эффекта акрилатов и их метаболитов.

4. Провести сравнительный анализ взаимодействия акрилатов и их метаболитов с микросомальной системой окисления и оценить ее роль в патогенезе экологической опасности акрилатов.

5. В системах in vitro и in vivo оценить роль различных систем детоксикации в метаболизме метилметакрилата.

6. Путем анализа распределения ^иС меченых акртатов в различных органах выявлено наибольшее накопление этих экологически опасных ксенобиотиков в печени и почках.

7. Сравнительный анализ уровня содержания и скорости элиминации акрилатов и их метаболита, свидетельствует о более высокой скорости метаболизма бутилового спирта.

3. По степени выраженности ультраструктурных морфологических изменений
гепатоцитов печени отравленных крыс образуется следующий ряд: БМА > ММА >
МА > БА > NIC > БС.

Обнаруживается взаимосвязь качественно однонаправленных параметров внутренней дозы ( наибольшая степень необратимого связывания с белками крови и максимальный кумулятивный эффект выявлен для БМА и минимальный -для БС) с параметрами биологического эффекта ( максимальный повреждающий эффект - для БМА и минимальный для БС по данным электронномикроскопических исследований) в ряду БМА, БА, БС.

4. Сравнительный анализ тиолопривного эффекта изучаемых акрилатов
(МА, ММА, БА, БМА) и их метаболитов (МС, БС, АК, МАК) показывает, что эфиры
метакриловой кислоты и весь ряд метаболитов не обладают прямым алкирующим
эффектом; тогда как эфиры акриловой кислоты обладают высокой степенью
прямого связывания, таким образом, получена сравнительная оценка
биологической опасности данных соединений.

5. При анализе действия модификаторов активности микросомальной
системы выявлено дублирующее действие двух систем биотрансформации
ксенобиотиков: цитохрома Р-450 и КБЭ.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

Впервые дан сравнительный анализ токсичности акрилатов и их метаболитов в зависимости от структурных особенностей их молекул, что может * иметь значение для решения вопросов разработки производства экологически

безопасных продуктов. Вопреки появившимся е последнее время в литературе заключениям о малой роли цитохрома Р-450 для биотрансформации акрилатов (Мытников ВА, 1993), в данной работе подтверждена высокая значимость цитохрома Р-450 для их биотрансформации.

Полученные результаты о необратимом ковалентном связывании ¹*С-БМА с белками плазмы крови дали патогенетическое обоснование разработки метода биомониторинга воздействия БМА по его внутренней дозе, что является более перспективным в сравнении с методами экологического мониторинга.

По результатам работы имеется 2 рационализаторских предложения и методические рекомендации.

Основные положения диссертации докладывались на итоговой научной конференции Красноярского медицинского института, 1990 г.; на научной конференции "Актуальные вопросы фармакологии и фармакотерапии", посвященной 10-летию со дня организации Института фармакологии ТНЦ РАМИ, 1994 г.; на 7-ом Всероссийском симпозиуме "Коррекция гомеостаэа",1996 г, заседаниях Красноярского отделения Всероссийского общества патофизиологов в 1990-1997 гг.

8. Наибольшая скорость метаболизма характерна для БС, тогда как БМА обладает максимальной степенью необратимого связывания с биомакромолекулами, наибольшим кумулятивным эффектом и самым низким периодом полувыведения.

9. По выраженности ультраструктурных изменеий гепатоцитов печени крыс образуется следующий ряд: БМА>ММА>МА>БА>МС>БС.

10. Сравнительный анализ тиолопривного эффекта изучаемых акрилатов и их метаболитов показывает, что прямой алкилирующей способностью обладают эфиры акриловой кислоты (МА, БА), в то время как эфиры метакриловой кислоты (ММА, БМА) и их метаболиты (МС, БС, АК, МАК) не обладают прямой

алкилирующей активностью, что имеет принципиальное значение для оценки экологической опасности изучаемых соединений .

4. Цитохром Р-450 участвует в метаболизме изучаемых акрилатов и их метаболитов.

5. В системах in vitro и in vivo при оценке экологического влияния ММА выявлено дублирующее действие различных систем биотрансформации в метаболизме этого соединения : цитохрома Р-450 и карбоксилэстеразы.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них -З в центральной печати.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав и выводов. В тексте приведено 19 рисунков, 7 таблиц, 3 схемы. Библиофафический указатель включает 183 литературных источника, из них 71 иностранных.