Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор современных путей и методов биологической профилактики токсических эффектов неорганических и органических соединений 15
1.1. Анализ гигиенической ситуации в городе Нижнем Тагиле по данным мониторинга загрязнения среды обитания 15
1.2. Существующие представления о принципах и методах биологической профилактики вредных эффектов химических веществ 18
1.3. Характеристика действия на организм токсических факторов, включаемых в предмет исследования 23
1.4. Данные об эффективности отдельных средств биологической профилактики при изучаемых интоксикациях 41
Резюме 46
2. Материал, методы и объем исследования 48
2.1. Изучаемые токсические вещества и моделирование интоксикации 53
2.2. Общая схема испытания биопрофилактических средств 58
2.3. Методы изучения функционального состояния организма экспериментальных животных 68
2.4. Статистические методы обработки результатов исследования 74
Резюме 75
3. Экспериментальное изучение эффективности биопрофилактических средств при воздействии формальдегида, фенола и нафталина 76
3.1. Эффективность биопротекторов, воздействующих на механизмы трансформации (метаболизма) и проявления токсического действия формальдегида 79
3.2. Испытание эффективности биопрофилактического комплекса при субхроническом воздействии фенола 86
3.3. Результаты испытания эффективности биопрофилактического комплекса при субхроническом воздействии нафталина 90
Резюме 93
4 Экспериментальное испытание эффективности биопрофилактических комплексов, тормозящих развитие вредных эффектов комбинаций некоторых металлов и органических токсикантов 94
4.1. Испытание эффективности биопрофилактического комплекса при субхроническом воздействии комбинаций свинца-нафталина и свинца-нафталина-фенола 94
4.1.1. Комбинация свинец-нафталин ' 94
4.1.2. Комбинация свинец-нафталин-фенол 99
4.2. Комбинация металлов (марганец-ванадий-свинец-хром), мышьяка и бензо(а)пирена 104
Резюме 113
Заключение ' 115
Выводы 129
Список использованной литературы 131
Приложение 165
- Существующие представления о принципах и методах биологической профилактики вредных эффектов химических веществ
- Данные об эффективности отдельных средств биологической профилактики при изучаемых интоксикациях
- Методы изучения функционального состояния организма экспериментальных животных
- Испытание эффективности биопрофилактического комплекса при субхроническом воздействии фенола
Введение к работе
Актуальность проблемы. Данные социально-гигиенического мониторинга по ряду промышленных регионов Российской Федерации [35, 39, 77, 105, 108, 124, 125, 146, 152, 180] свидетельствуют о стабильном уровне загрязнения среды обитания вредными химическими веществами.
Для экологической ситуации в промышленных зонах Уральского региона,
а также ряда других территорий России с развитой производственной базой
особое значение имеет одновременное наличие в среде обитания
многокомпонентных комбинаций токсичных металлов (свинец, хром, медь, кадмий, никель и др.), мышьяка и ряда органических соединений в различных соотношениях, создаваемое заводами черной металлургии, химическими, горнодобывающими, машиностроительными и другими предприятиями, а также автотранспортом. Широкий спектр неблагоприятных эффектов хронической экспозиции к перечисленным химическим загрязнителям, обладающим общетоксическим, канцерогенным, мутагенным и другими видами вредного влияния на организм, создает реальный риск ухудшения здоровья населения (в первую очередь, детского, начиная с внутриутробного возраста), а бензо(а)пирен в сочетании с рядом других канцерогенных ПАУ, а также при совместном действии с металлами-канцерогенами (хром, мышьяк, кадмий и др.) является фактором онкологического риска.
Как доказано эпидемиологическими исследованиями, под влиянием этих факторов растет заболеваемость и теми болезнями, которые хотя и не носят характера специфических интоксикаций, но могут отражать стертые формы их проявления и/или быть связаны с вызываемыми ими нарушениями общей сопротивляемости организма, истощением защитно-приспособительных механизмов [49, 80].
В число крупных экологически неблагополучных городов России, входит, в частности, город Нижний Тагил Свердловской области. По данным многосредовой оценки риска [25, 113, 172, 205] для данного города
приоритетными загрязнителями среды обитания выступают такие токсичные металлы как марганец, ванадий, хром, свинец, а также мышьяк и органические вещества - бензо(а)пирен, фенол, формальдегид, нафталин.
Все возрастающая многофакторная токсическая нагрузка на жителей высоко индустриализированных зон делает актуальной проблему повышения устойчивости организма к ней с помощью биопротекторов, разрешенных Министерством здравоохранения и социального развития РФ к длительному применению в эффективных дозах (биологическая профилактика).
За последние годы на базе обоснованных теоретических принципов биологической профилактики и общей методологии экспериментального изучения биопрофилактических комплексов были испытаны различные способы повышения резистентности организма к действию хорошо и плохо растворимых соединений свинца, мышьяка, хрома, марганца, а также комбинаций токсичных металлов (например, свинца-мышьяка-меди-кадмия; свинца-мышьяка-хрома-кадмия и других) в соотношениях, характерных для загрязнения среды обитания в некоторых городах Свердловской области. В качестве биопротекторов испытывались глутаминат натрия, сапарал, отдельные витамины и витаминно-минеральные препараты, пектиновые энтеросорбенты, пищевые кальциевые добавки, биотические дозы меди и йода, а также различные комплексы этих средств [13, 14, 16, 61, 67, 68, 181]. Благодаря этим работам была создана общая теория биологической профилактики хронических интоксикаций неорганическими соединениями. Она послужила основой создания тех биопрофилактических комплексов (БПК), которые нашли наиболее широкое практическое применение в рамках программ реабилитации здоровья населения (в первую очередь, детского) экологически неблагополучных городов Свердловской области [101, 127, 131, 146].
Вместе с тем, проблема биологической профилактики токсических эффектов органических ядов (фенол, нафталин, формальдегид и др.), как при изолированной токсической экспозиции к ним, так и при их характерном для многих промышленных зон комбинированном воздействии в сочетании с
неорганическими соединениями ряда токсичных металлов (например, фенола и/или нафталина и свинца, нескольких металлов и бензо(а)пирена и др.) разработана недостаточно. Помимо этого, в состав ранее изученных металлокомбинаций не включались марганец и ванадий, по отношению к которым средства биопрофилактики не испытывались. Особое значение формальдегида в качестве приоритетного загрязнителя промышленных и транспортно напряжённых городских зон подчеркивает актуальность поиска средств биопрофилактики хронических вредных эффектов этого токсического вещества.
В доступной нам научной литературе имеются ссылки лишь на единичные экспериментальные работы, указывающие на защитное действие экзогенного восстановленного глутатиона при интоксикациях фенолом и формальдегидом [38]. Фактически отсутствуют данные об опыте использования комплекса биопротекторов для профилактики вредных эффектов изучаемых органических токсикантов, учитывающего для одного и того же вещества важное значение нескольких механизмов биотрансформации, а также совместного влияния многокомпонентных комбинаций металлов и органических ядов.
Вместе с тем, теоретический анализ естественных механизмов и кинетики детоксикации перечисленных органических веществ в организме позволяет прийти к выводу о целесообразности воздействия на механизмы биотрансформации (метаболизма) органических ядов, которые способствуют их обезвреживанию и образованию продуктов, активно выводимых из организма. К ним относятся, прежде всего, влияние на такие фазы детоксикации как биотрансформация ксенобиотиков с помощью комплекса реакций конъюгации (глутатионовой, сульфатной, с аминокислотами), функционирование оксидаз со смешанными функциями, обеспечивающих процессы конъюгации, а также активация антиоксидантной системы.
В частности, представляет интерес испытание биопротекторного действия комплекса аминокислот, являющихся исходными в биосинтезе
глутатиона, а именно метионина (или его метаболического предшественника, цистеина), глутаминовой кислоты и глицина. Помимо повышения таким путём резерва глутатионовои конъюгации, представляется возможным достигнуть за счёт серусодержащих аминокислот (цистеина или метионина) - повышения резерва сульфатной конъюгации, а за счёт глутаминовой кислоты как ключевого участника цикла трикарбоновых кислот - усиленного образования АТФ, необходимой для энергообеспечения всех процессов конъюгации. Для защиты от образования (в процессе окислительного метаболизма названных веществ) супероксидов и перекисей, помимо антиоксидантного действия тех же серусодержащих и глутаминовой кислоты, целесообразным может быть включение в БПК (биопрофилактический комплекс) витаминов (А, Е, С) и малых доз селена, обладающих целенаправленной антиоксидантной активностью.
Кроме того, возможно использование [14, 61] в составе биопрофилактических комплексов и ранее апробированных средств, направленных на торможение вредных эффектов токсического действия металлов (глутаминат, пектиновый энтеросорбент, поливитаминно-минеральные комплексы, металлы-антагонисты и др.), эффективность которых была неоднократно показана как при изолированном действии таких металлов как свинец, хром, а также мышьяк, так и их комбинации с кадмием, медью и др. Вместе с тем, присутствие в составе комбинации, которую предполагается исследовать, марганца и ванадия, диктует необходимость включения в 1 биопрофилактические комплексы, наряду с биопротекторами широкого спектра действия, также таких, которые направлены на наиболее важные звенья токсикодинамики этих металлов.
В связи с вышеизложенным, необходимость разработки подходов и экспериментальной апробации предлагаемых на их основе конкретных технологий биологической профилактики вредных эффектов наиболее распространенных органических соединений и их комбинации с некоторыми
металлами для снижения неблагоприятных для организма последствий экспозиции к ним определяет актуальность проведенного исследования.
Исследования проводились в соответствии с отраслевыми научно-исследовательскими программами «Системная разработка мероприятий по гигиенической безопасности России» (2001-2005 гг.) и «Гигиеническая безопасность России: проблемы и пути обеспечения» (2006-2010 гг.); Областной государственной целевой программы «Экология и природные ресурсы Свердловской области» на 2004-2007 гг. (утв. ежегодными Постановлениями Правительства Свердловской области от 01.07.2003 г. № 393-ПП, от 17.01.2005 № 15-ПП от 30.06.2005 г № 524-ПП; от 21.06.2006 г. № 538-ПП соответственно); «Комплексного плана мероприятий по реабилитации здоровья населения, проживающего на экологически неблагополучных территориях Свердловской области на период до 2015 года» (Постановление Правительства Свердловской области от 16.08.05. № 665-ПП).
Цель исследования. Экспериментально обосновать подходы к биологической профилактике вредных эффектов органических загрязнителей и их комбинаций с металлами, характерных для загрязнения среды обитания выбросами предприятий чёрной металлургии и автотранспорта.
Задачи исследования:
1. Проанализировать данные гигиенических исследований и установить
приоритетные загрязнители среды обитания г. Нижний Тагил.
2. С использованием экспериментальной модели изолированной субхронической интоксикации формальдегидом, нафталином и фенолом установить влияние биопрофилактических комплексов.
3. Изучить токсическое действие комбинации нафталина, фенола и свинца с оценкой профилактической эффективности используемых биопротекторов.
Исследовать токсические эффекты комбинации токсичных металлов, мышьяка и бензо(а)пирена с оценкой профилактической эффективности используемых биопротекторов.
Изучить эффективность применения биопрофилактического комплекса для отдельных групп детского населения, проживающих на территории г. Нижний Тагил, с целью разработки рекомендаций по их применению.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что в эксперименте:
- получены данные о механизмах комбинированного действия нафталина, фенола и свинца;
- оценена эффективность комплекса биопротекторов, направленного как на ослабление токсического действия свинца, так и на повышение эффективности естественных механизмов и кинетики детоксикации изучаемых органических веществ;
показана антитоксическая эффективность биопрофилактического комплекса при воздействии комбинации токсичных металлов (марганец, ванадий, свинец, хром), а также мышьяка и бензо(а)пирена.
Дополнены основные подходы к биологической профилактике вредных эффектов органических загрязнителей среды обитания и их комбинаций с металлами.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования
- Разработаны комплексы средств биологической профилактики, позволяющие снизить риск развития вредных эффектов некоторых органических соединений и многокомпонентных комбинаций металлов.
Материалы исследований использованы при выполнении муниципальной комплексной программы «Оздоровление окружающей среды и населения города Нижний Тагил (2002-2005 годы)», утвержденной Решением Нижнетагильской городской думы № 1186 от 24.12.01 г.
- Внедрен в лечебно-профилактический процесс ДОУ г. Нижнего Тагила
апробированный комплекс средств биопрофилактики. Курсы массовой
биопрофилактики проведены в 2006-2008 гг. для 4516 детей, выявившие их
эффективность по результатам медицинского обследования детей.
- С участием автора подготовлено пособие для врачей, утвержденное на федеральном уровне «Подходы к организации массовой биологической профилактики вредного влияния химического загрязнения среды обитания на здоровье детского населения и к оценке ее эффективности (опыт Свердловской области). (Утв. секцией «Гигиена» Ученого Совета МЗ РФ 15.12.2005, протокол №6).
- Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре
гигиены и экологии ГОУ ВПО Уральская государственная медицинская
академия Росздрава, на курсах усовершенствования врачей по гигиене и
профпатологии и цикле тематического усовершенствования «Система
реабилитации здоровья населения, проживающего на экологически
неблагополучных территориях» при ФГУН «Екатеринбургский медицинский
научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий»
Роспотребнадзора.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Комплекс биопротекторов, направленных на основные системы
биотрансформации, лежащие в основе детоксицирующего метаболизма
формальдегида, фенола или нафталина, обладает защитным эффектом, что
выражается в оптимизации показателей токсикокинетики и токсикодинамики.
2. При комбинированном действии свинца с нафталином и фенолом
наибольший детоксикационный эффект достигается при использовании
биопрофилактического комплекса, направленного как на повышение
элиминации свинца из организма, так и на активацию биохимической системы
детоксикации органических ядов.
3. При действии многокомпонентной комбинации металлов (марганец, ванадий, хром, свинец), мышьяка и бензо(а)пирена значительный корригирующий эффект получен при использовании комплекса биопротекторов, способствующих выведению ядов из организма, компенсирующих метаболические нарушения и повышающих неспецифическую резистентность организма.
Апробация материалов диссертации.
Материалы работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы профилактической медицины, среды обитания и здоровья населения промышленных регионов России» (Екатеринбург, 2004); Всероссийском симпозиуме «Канцерогенная опасность в различных отраслях промышленности» (Екатеринбург, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Роль государства и бизнеса в охране здоровья населения промышленных городов» (Екатеринбург, 2006); # Региональной научно-практической конференции «Интеграция образования, науки и практики в укреплении здоровья и обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения» (Екатеринбург, 2007); заседаниях Городской Думы г. Нижний Тагил (2005-2006 г.); Первой конференции молодых ученых и специалистов ФГУН «ЕМНЦ ПОЗРПП» Роспотребнадзора «Актуальные проблемы гигиены и профпатологии» (Екатеринбург, 2008); Международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека (Санкт -Петербург, 2008); III Съезде Токсикологов России (Москва, 2008).
Диссертация апробирована на межотдельческой научной конференции Федерального научного центра гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана 6 февраля 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 11 работ.
Личный вклад автора. Личный вклад автора в планирование, организацию, проведение исследований, анализ и изложение материала по всем разделам работы в целом составляет 85 %.
Существующие представления о принципах и методах биологической профилактики вредных эффектов химических веществ
На протяжении длительного периода развития гигиенической науки среди мероприятий по профилактике профессиональной или экологически обусловленной патологии первостепенное значение придавалось осуществлению технологических, санитарно-технических и других мер, направленных на устранение или существенное снижение интенсивности воздействия на человека вредных факторов среды обитания, но которые, однако, чаще всего не могут быть реализованы полностью в связи с различными технико-экономическими факторами.
Вместе с тем, в современной гигиене и медицинской экологии, в частности, в методологии управления рисками для здоровья, в качестве встречного пути медико-биологической профилактики рассматривается возможность повышения резистентности организма (особенно в группах риска) к потенциально опасным уровням той или иной вредной экспозиции до такой степени, что вероятность развития неблагоприятных для здоровья эффектов ее и/или тяжесть этих эффектов окажутся существенно сниженными.
В работах екатеринбургских и других исследователей [53] за этим направлением укрепилось наименование «биологическая профилактика» [120, 231, 254]. Помимо этого, в литературе имеются многочисленные публикации, в которых обсуждается проблема эффективности некоторых фармакологических препаратов или биологически активных добавок (БАД) для профилактики ранних нарушений, развивающихся при воздействии различных вредных химических или физических факторов, но с применением несколько иной терминологии. Но практически во всех работах соответствующие воздействия рекомендуются как средства «повышения устойчивости организма» или для «предупреждения заболевания» [5, 49, 50, 53, 80, 161]. В этих случаях можно использовать термин «биологическая профилактика».
Такой термин подчеркивает, что рассматриваемые методы и средства нацелены не на улучшение состояния производственной среды или среды обитания по ее физическим, химическим и иным характеристикам, от которых зависит уровень вредной экспозиции, а на повышение устойчивости индивидуума и/или группы, субпопуляции к такой экспозиции, то есть на биологические предпосылки к развитию профессиональной или экологически обусловленной патологии.
По мнению Б.А. Кацнельсона и соавт. [120], конечная цель биологической профилактики - снижение популяционного риска - может быть достигнута двумя путями: либо через ограничение возможности попадания в него лиц с особо высокой чувствительностью, либо через индивидуальные воздействия на нее. Для этих двух направлений были предложены термины «коллективная» и «индивидуальная» биопрофилактика.
Так называемая «коллективная» биологическая профилактика требует поиска критериев групповой или индивидуальной чувствительности к развитию того или иного профессионального заболевания, опираясь на которые возможно существенно ограничить допуск в соответствующие профессии лиц, чувствительность которых особенно высока. Тем самым, можно было бы рассчитывать на формирование трудового контингента, который в целом более устойчив к действию данного вредного фактора, и снизить коллективный (популяционный) риск развития заболевания.
Второй путь заключается в применении таких средств воздействия на индивидуальный организм в условиях той или иной экспозиции, которые повышали бы его резистентность к ней, сами не оказывая никакого вредного влияния. В связи с этим данный подход обозначается как «индивидуальная биологическая профилактика». Такое разделение на «коллективную» и «индивидуальную» биопрофилактику является несколько условным, поскольку в результате применения индивидуальных биопрофилактических воздействий хотя бы к части популяции в ней может быть достигнута та же цель, что и при «коллективной» [15, 67, 68].
В многочисленных экспериментах ранее были испытаны различные способы повышения резистентности организма к действию двуокиси кремния и асбеста [4, 67], хорошо и плохо растворимых соединений фтора, свинца, мышьяка, хрома, марганца, а также комбинаций токсичных металлов (например, свинца, мышьяка, меди и кадмия; свинца, мышьяка, хрома, кадмия и других) в соотношениях, характерных для загрязнения среды обитания в некоторых городах Свердловской области [14, 15, 61, 67, 68, 115, 128, 129, 183]. В качестве биопротекторов испытывались глутаминат натрия, сапарал, отдельные витамины и витаминно-минеральные препараты, пектиновые энтеросорбенты, пищевые кальциевые добавки, биотические дозы меди, железа и йода, а также различные комплексы этих средств [14, 15, 61, 67, 68, 115, 120, 127, 129, 181, 183]. Некоторые из них после тщательной экспериментальной проверки проходили также контролируемые испытания в реальных экологических условиях городов Свердловской области (Красноуральск, Кировград, Первоуральск, Карпинск), после чего были рекомендованы для широкого практического использования.
Наряду с конкретными положительными результатами этих исследований, имеющими непосредственное практическое значение, сложилась система теоретических представлений, позволяющих вести целенаправленный поиск новых путей повышения эффективности биологической профилактики.
Системный подход к решению задач биопрофилактики предполагает использование: во-первых, средств и воздействий, направленных на повышение эффективности естественных механизмов детоксикации и/или элиминации (токсикокинетическая биопрофилактика); во-вторых: средств и воздействий, направленных на повышение функциональных резервов на всех уровнях организма, повреждаемых токсическим веществом; на повышение эффективности репаративных и замещающих процессов; на использование функциональных антагонизмов между металлами (токсикодинамическая биопрофилактика). в-третьих: средств и воздействий, направленных на неспецифическое повышение резистентности организма.
Например, типичным примером биопротектора токсикокинетической направленности могут служить энтеросорбенты, препятствующие как первичному всасыванию металлов из кишечника, так и реабсорбции металлов в том же кишечнике, в который они выводятся печенью. Типичными токсикодинамическими биопротекторами являются глутаминат натрия (ГН), сапарал, металлы - антагонисты свинца (кальций, медь, железо), витамины. Поскольку токсикокинетическии и токсикодинамическии механизмы защиты взаимосвязаны и взаимообусловлены.
Было показано [67], что один и тот же биопротектор при разных интоксикациях может оказывать, главным образом, специфический эффект, либо действовать преимущественно как средство, повышающее неспецифическую сопротивляемость, причём, эти типы защиты сочетаются в любом случае.
Данные об эффективности отдельных средств биологической профилактики при изучаемых интоксикациях
Как видно из предыдущего раздела обзора литературы, тяжелые металлы, мышьяк и изучаемые органические загрязнители вызывают многообразные нарушения обменных процессов в различных органах и тканях, обладают способностью накапливаться в паренхиматозных органах. Это, в свою очередь, обусловливает и разносторонние подходы исследователей к лечению и профилактике данных интоксикаций. Тактика терапевтических мероприятий при перечисленных выше хронических интоксикациях достаточно широко освещена в отечественной и зарубежной литературе. Как правило, она направлена на использование специфических средств антидотной терапии (различные комплексообразующие соединения, энтеро-, гемо-, иммуносорбенты), патогенетического и симптоматического лечения (антиоксиданты, протекторы аллергологического и психоневрологического статуса, детоксицирующая физиотерапия и т.д.), а также некоторых средств, повышающих общую токсикорезистентность организма (активация Т-системы иммунитета, адаптогены, биологически активные добавки и др.) [42, 83, 137].
Имеются также данные о применении некоторых фармакологических препаратов или биологически активных добавок (БАД) для профилактики ранних нарушений, развивающихся при воздействии различных вредных химических факторов [5, 49, 50, 53, 81, 161]. За последние годы в литературе (включая публикации, основанные на работах, проводившихся в нашем коллективе под руководством профессора Б.А. Кацнельсона) накопилось достаточно сведений по результатам поиска как отдельных биопротекторов, так и их комплексов для» использования в качестве средств биологической профилактики неблагоприятных для здоровья вредных эффектов неорганических токсикантов, в частности, металлов и их комбинаций.
Как уже указывалось в разделе 1.1 данной главы, в качестве биопротекторов наиболее часто испытывались глутаминат натрия, сапарал, отдельные витамины и витаминно-минеральные препараты, пектиновые энтеросорбенты, пищевые кальциевые добавки, биотические дозы меди, железа и йода, а также различные комплексы этих средств [14, 15, 61, 67, 68, 115, 128, 181, 182].
Так, например, глутаминовая кислота (глутаминат натрия) относится к числу веществ, действующих одновременно как стимуляторы окислительно-энергетического обмена и как естественные физиологически активные метаболиты, повышающие неспецифическую сопротивляемость организма и активность компенсаторно-репаративных процессов. При этом имеются многочисленные литературные ссылки, в частности, на применение глутаминовой кислоты и некоторых адаптогенов растительного происхождения из семейства аралиевых при отравлениях фтористыми соединениями [92], хлористым марганцем, четыреххлористым углеродом [134], комбинаций металлов [14, 15, 61, 67, 68, 184], воздействии пыли двуокиси кремния и асбеста [4, 94].
Предполагается, что глутаминовая кислота способствует активации центрального звена внутриклеточной энергетики: увеличению окисления янтарной кислоты и активности сукцинатдегидрогеназы, что приводит к усилению энергопродукции дыхательной цепи митохондрий, т.е. синтезу АТФ и стабилизации клеточных мембран [37, 275]. Последнее в условиях интоксикации может играть роль общего механизма, обеспечивающего успех фармакологической коррекции [38].
Имеются указания на использование в качестве профилактических и лечебных средств при различных хронических интоксикациях, в том числе, тяжелыми металлами, витаминов А, С, группы В и др. [137, 155]. В большинстве случаев указанные витамины способствуют повышению сопротивляемости организма к действию вредных факторов. Вместе с тем, некоторые из них при определенных интоксикациях должны обладать и специфическим профилактическим действием токсикодинамического типа: например, витамин Bi оказывает корригирующее действие на систему пируватоксидазы, угнетение которой наступает даже при малых дозах мышьяка [96].
Элиминационная терапия при интоксикации тяжелыми металлами осуществляется преимущественно с помощью различных комплексообразующих соединений и энтеросорбентов [42, 159, 184, 185]. Для целей биологической профилактики более всего подходят природные сорбенты, или "пищевые волокна", такие как целлюлоза, пектины, лигнин, пентозаны, некоторые сахара грибов и ракообразных (хитин), отруби злаковых и ряд белков. Пищевые волокна способны связывать ионы свинца и других тяжелых металлов и целый ряд органических соединений, в том числе формальдегид, фенол и другие [179].
Наиболее часто используются пектины, из всех видов которых (яблочный, цитрусовый, свекловичный и др.) комплексообразующая способность свекловичного является наиболее высокой [104], что позволяет применять его в более низких дозировках по сравнению с другими пектиновыми энтеросорбентами.
В последние годы установлено также положительное влияние отдельных минеральных элементов, например, кальция, цинка, железа, магния и др. при воздействии свинца и его комбинации с другими металлами (хром, мышьяк, медь, кадмий и др.), поскольку большинство исследователей выявляют при металлоинтоксикациях микроэлементарный дисбаланс [15, 48, 67, 68, 128, 195, 263, 265].
В связи с изложенным представляется обоснованным включение в состав БПК в качестве основных биопротекторов уже изученных ранее препаратов (глутаминат, пектиновый энтеросорбент, поливитаминно минеральных комплекс, кальций). Вместе с тем присутствие в составе комбинации новых веществ таких как: марганец и ванадий в достаточно высокой пропорции, диктует целесообразность включения в биопрофилактический комплекс, наряду с биопротекторами широкого спектра действия, также таких, которые направлены на наиболее важные звенья токсикодинамики этих металлов.
Методы изучения функционального состояния организма экспериментальных животных
Для оценки эффективности профилактического применения комплекса использовали набор показателей интоксикации на уровне как целостного организма, так и отдельных систем и органов. При выборе показателей руководствовались литературными и собственными данными.
Велось наблюдение за общим состоянием организма, крыс, динамикой прироста массы тела. В периферической красной крови определяли содержание рєтикулоцитов, эритроцитов, лимфоцитов, нейтрофилов, эозинофилов и гемоглобина общепринятыми методами.
Для изучения функционального состояния центральной нервной системы использовали определение величины суммационно-порогового показателя -СПП [88], показателя "норковый рефлекс" [7, 88] и регистрировали время наступления гексеналового сна [154].
Показателями состояния печени служили: длительность гексеналового сна [154], содержание общего белка и соотношение белковых фракций (альбуминов и глобулинов) в сыворотке крови - альбумин-глобулиновый индекс [87]; активность аминотрансфераз - аланинаминотрансферазы (АлТ) и аспартатаминотрансферазы (АсТ) - в сыворотке крови и их соотношение -коэффициент де Ритиса [87].
Для оценки состояния биоэнергетического и окислительно-восстановительного обмена использовали определение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) лимфоцитов крови, которые являются "энзиматическим зеркалом" организма [55, 73, 74, 133]. СДГ - один из ключевых ферментов, уровень активности которого отражает интенсивность окислительно-восстановительных реакций, связанных с превращением янтарной кислоты в цикле трикарбоновых кислот [55, 73, 74]. В настоящее время она известна как маркер основного энергообмена митохондрий любой клетки и как кардинальный признак лимфоцитов периферической крови отражает состояние организма в целом, показывает нарушения в системе иммунитета.
Активность СДГ оценивали цитохимически с использованием пара-нитрофиолетового тетразолия и выражали количеством гранул формазана в 50 клетках [55, 100].
В связи с тем, что в механизме действия металлов, входящих в комбинацию, важное место занимает их избирательная способность вступать в химическое взаимодействие с SH-группами различных макромолекул организма, изучали также содержание SH-групп в плазме крови [211], а также определяли уровень восстановленного глутатиона в гемолизате крови, исходя из его важной роли в механизме формирования неспецифической резистентности организма. Вместе с тем, принимали во внимание, что в механизме трансформации изучаемых ядов важное место занимают реакции с участием глутатиона, а в его биосинтезе участвуют используемые аминокислоты (глутаминовая кислота, метионин и глицин) [7].
В качестве маркеров специфического действия свинца на порфириновый обмен использовали содержание дельта-аминолевулиновой кислоты [117] и копропорфирина в моче крыс [71].
Для оценки состояния перекисного окисления липидов исследовали уровень содержания малонового диальдегида в плазме крови [71].
В ходе выполнения работы привлекались другие специфические показатели состояния организма крыс, изменение которых характерно для действия того или иного металла. Так, в дополнение к применяемым методам проводилось изучение: уровня креатинина в моче [Тест-система], принимая во внимание литературные данные о нарушении металлами клубочковой фильтрации; содержания кальция в сыворотке крови [Тест-система], учитывая его роль как антагониста свинца на звене кишечного всасывания, а таюке и других звеньях метаболизма металлов; общего холестерина в сыворотке крови как одного из показателей липидного обмена [Тест-система].
Для выявления эффективности БПК, который использовался при субхроническом воздействии комбинации фенола-нафталина-свинца, изучали активность фермента креатинкиназы в сыворотке крови для получения данных о характере сдвигов в энергетическом обмене [Тест-система], а также фермента гамма-глутамилтрансферазы [Тест-система]. Креатинкиназа играет важную роль в энергообеспечении мышечной, нервной и других тканей. Молекула фермента содержит две активные тиоловые группы, играющие важную роль в осуществлении его каталитической функции. В связи с этим некоторые тиоловые соединения (глутатион, цистеин) оказывают на креатикиназу активирующий эффект. Активность фермента повышается под влиянием ионов магния, марганца, кальция и снижается под действием ионов цинка, меди, ртути.
Гамма-глутамилтрансфераза (ГГТП)- преимущественно мембраносвязанный гликопротеин, катализирующий перенос аминокислот через клеточную мембрану, регулирующий разрушение и конъюгацию глутатиона. Увеличение активности фермента отражает индукцию микросомальной окислительной системы. Регулируя уровень глутатиона, ГГТП влияет на синтез белка, что объясняет повышенную активность фермента в тканях с высоким уровнем метаболизма. Снижение активности фермента может быть связано с истощением структур, синтезирующих его. В целом, определение активности ГГТП приобретает значение для диагностики заболеваний печени [63].
Одновременно проводилось и определение активности щелочной фосфатазы - ЩФ [Тест-система]. При увеличении активности этого фермента для уточнения возможного источника гиперферментатии полезно определять активность ГГТП, которая остается в пределах нормы, если увеличение активности ЩФ вызвано костным изоферментом, и увеличена, если источником фермента является печень. Одним из механизмов увеличения активности ГГТП является индукция синтеза ферментов «de novo».
Кроме того, принимая во внимание, что в состав БПК входят аминокислоты, представляло интерес исследовать спектр аминокислот под влиянием токсических воздействий органических ядов, а также возможность его коррекции с помощью дополнительного введения аминокислот. Разделение аминокислот проводилось на автоматическом анализаторе аминокислот ААА-339 (Чехословакия) методом ионообменной хроматографии в Уральской государственной экономической академии специалистом аналитической лаборатории С. Н. Новопашиным. (По техническим причинам спектр аминокислот исследовался только у 7-ми групп: «формальдегид», «формальдегид+БПК», «контроль на БПК» и «контроль интактный», а также «затравка фенолом-нафталином-свинцом», «она же и БПК» и «контроль интактный»).
Помимо этого, оценивали в качестве интегрального показателя пульмонотоксичности пыли активированного угля с сорбированным на нем бензо(а)пиреном сдвиги клеточного состава жидкости, полученной при бронхоальвеолярном лаваже (БАЛЖ) через 6 недель после интратрахеального введения пылевого образца [60]. Метод основан на однократном промывании дыхательных путей и подсчета общего числа клеток в промывных водах с последующем пересчетом этого числа на полный объем их и на количество отдельных клеточных элементов, исходя из «клеточной формулы», подсчитанной при цитологическом изучении осадка промывных вод, при котором определяются некоторые показатели фагоцитарной активности клеток и их повреждения [10, 60].
Помимо перечисленных показателей исследовали кинетику выведения бензо(а)пирена, металлов (свинец, марганец, хром), а также фенола, нафталина и формальдегида с мочой.
Испытание эффективности биопрофилактического комплекса при субхроническом воздействии фенола
В результате субхронического 6-недельного внутрижелудочного введения раствора фенола (28,8 мг/кг) отмечалось значительное выведение с мочой общего, свободного и связанного фенола, содержание которого в группе контрольных крыс было ниже предела определения (Таблица 3.5).
Это воздействие приводило к развитию интоксикации, признаками которой явились статистически значимые сдвиги ряда функциональных (токсикодинамических) показателей (Таблица 3.6 и Таблица 4 Приложения): повышение уровней суммационно-порогового показателя и показателя "норковый рефлекс", содержания гемоглобина в крови и восстановленного глутатиона в гемолизате крови, снижение уровня билирубина в сыворотке крови, мочевины и креатинина в моче. Кроме того, отмечалась тенденция к снижению количества нейтрофилов и эозинофилов, к увеличению лимфоцитов в крови, уровня активности аспартатаминотрансферазы (АсТ) и аланинаминотрансферазы (АлТ), а также гамма-глутамилтрансферазы в сыворотке крови, к снижению активности сукцинатдегидрогеназы лимфоцитов крови и содержания кальция в сыворотке крови.
Перечисленные сдвиги свидетельствуют о нарушениях в системе кроветворения, функции нервной системы, печени и почек, которые характерны для картины хронического воздействия фенола, описанного в литературе (глава 1).
Отмечаемое статистически значимое повышение уровня восстановленного глутатиона, возможно, свидетельствует о напряжении реакций детоксикации, направленных на обезвреживание фенола. При этом повышается активность гамма-глутамилтрансферазы (ГГТП), под воздействием которой на втором этапе глутатионовой конъюгации, комплекс глутатион субстрат претерпевает превращения, приводящие к отделению остатка глутаминовой кислоты от глутатионового конъюгата. Повышение активности фермента вызывается обычно веществами, способными индуцировать микросомальную окисляющую способность [38, 63].
Биопрофилактический комплекс, используемый нами для снижения субхронических вредных эффектов фенола, включал дополнительно (помимо глутаминовой кислоты, глицина и метионина) поливитаминно-минеральный препарат «Витрум Кидс», содержащий витамины А, С, Е и селен, обладающие антиоксидантными свойствами.
Прием биопрофилактического комплекса способствовал статистически значимому снижению уровня «норкового рефлекса» и повышению содержания билирубина до нормальных величин, а также тенденции к нормализации уровня гемоглобина в крови, восстановленного глутатиона в гемолизате крови, активности гамма-глутамилтрансферазы и аспартатаминотрансферазы в сыворотке крови, содержания мочевины в моче. На остальные показатели интоксикации положительного влияния прием БПК не оказывал (таблица 3.6 и Таблица 4 Приложения).
На фоне, в целом, позитивных токсикодинамических эффектов БПК заметное снижение элиминации фенола с мочой, оцененной только в конце затравки, не может расцениваться как токсикокинетический эффект, приводящий к усиленной задержке яда в организме. Поэтому оно может рассматриваться как показатель того, что этого вещества за весь предшествующий период затравки в нём накопилось меньше (в результате стимулированного метаболизма и элиминации), а это через снижение концентрации в центральном кинетическом пуле (то есть в крови) закономерно отражается снижением её в моче.
Как видно из полученных результатов, прием биопрофилактического комплекса, в состав которого вошли глутаминовая кислота, глицин, метионин и поливитаминный комплекс «Витрум Кидс», оказывал благоприятное действие на состояние показателей нервной системы (показатели СПП и норковый рефлекс), печени и почек (показатели - билирубин и мочевина).
Коррекция уровня восстановленного глутатиона и активности гамма-глутамилтрансферазы с помощью БПК представляет значительный интерес и указывает на то, что используемые в составе биопрофилактического комплекса препараты оказывают специфические эффекты, направленные на механизмы, лежащие в основе детоксицирующего метаболизма фенола (рис. 3.2-3.3).
Субхроническая 6-недельная затравка крыс нафталином также приводила к появлению его в моче крыс, у которых в группах интактных животных отсутствовал (Таблица 3.7). При этом практически весь нафталин обнаруживается в связанной (т.е. конъюгированной) форме. Затравка привела к развитию субхронической интоксикации, признаками которой явились статистически значимые сдвиги 3-х функциональных (токсикодинамических) показателей (таблица 3.8): повышение уровня суммационно-порогового показателя, снижение активности сукцинатдегидрогеназы в лимфоцитах крови, повышение активности аланинаминотрансферазы (АлТ) сыворотке крови. Для большинства других показателей отмечалась лишь тенденция к их сдвигам, в частности: повышению уровня «норкового рефлекса», снижению гемоглобина и нейтрофилов в крови, содержания общего белка и глобулинов, МДА и кальция в сыворотке крови и креатинина в моче, увеличению альбуминов в сыворотке и альбумин-глобулинового индекса, повышению уровня восстановленного глутатиона в гемолизате крови и активности гамма-глутамилтрансферазы в сыворотке крови, а также копропорфирина в моче.
