Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Медико-экологические и биологические аспекты проблемы загрязнения окружающей среды олигоэфирами (обзор литературы) 16
Глава 2. Объекты, материалы и методы исследования 35
2.1. Объекты исследования 35
2.2. Методы исследования, используемые в работе 38
Глава 3. Гигиенические аспекты обоснования прогноза безопасных уровней содержания олигоэфиров в воде водоемов 54
3.1. Гигиенические критерии оценки потенциальной опасности олигоэфиров для водных объектов 54
3.2. Биологическая активность олигоэфиров в острых и подострых опытах 62
Глава 4. Составление прогноза потенциальной опасности и биологической активности продуктов гидролитического и термического окисления олигоэфиров 88
4.1. Качественная и количественная гидролитическая деструкция олигоэфиров 89
4.2. Термическая деструкция олигоэфиров 95
4.3. Гигиеническая характеристика продуктов деструкции олигоэфиров.. 98
Глава 5. Экспериментальное изучение механизма биологического действия олигоэфиров 103
5.1. Влияние олигоэфиров на структурно-функциональное состояние мембран 105
5.2. Состояние монооксигеназной системы и окислительной модификации белков 109
5.3. Биотрансформация олигоэфиров и влияние их на антиоксидантную систему и окислительно-восстановительные процессы 113
5.4. Содержание микроэлементов в органах и тканях 125
5.5. Действие олигоэфиров на дофаминовые, глюкокортикоидные, серотониновые и адреналовые рецепторы 129
5.6. Особенности метаболизма биогенных аминов и циклических нук-леотидов 142
5.7. Состояние гормонального статуса под воздействием олигоэфиров... 148
5.8. Динамика аминокислотного состава плазмы крови под воздействием олигоэфиров 155
5.9. Морфологические и гистохимические исследования внутренних органов при воздействии олигоэфирами 159
Глава 6. Изучение свободнорадикальных процессов, перекисного окисления липидов и скорости старения организма рабочих производств олигоэфиров с помощью информативных критериально-значимых диагностических показателей 181
6.1. Использование биофизических методов в комплексной оценке состояния здоровья рабочих 181
6.2. Оценка состояния здоровья рабочих с помощью интегральных биофизических методов 183
6.3. Состояние психофизиологического статуса основных профессиональных групп изучаемых производств 195
Глава 7. Обсуждение результатов исследования 212
Вы воды -60
Список литературы 263
Приложение 294
- Гигиенические критерии оценки потенциальной опасности олигоэфиров для водных объектов
- Качественная и количественная гидролитическая деструкция олигоэфиров
- Биотрансформация олигоэфиров и влияние их на антиоксидантную систему и окислительно-восстановительные процессы
- Оценка состояния здоровья рабочих с помощью интегральных биофизических методов
Введение к работе
Актуальность темы. Интенсивная деятельность человечества на современном этапе развития науки, технологии и техники привела к появлению в биосфере громадных масс химических веществ. Все они в разной степени обладают биологической активностью. Наши знания о возможных последствиях такого воздействия ограничены и явно недостаточны для оптимального существования человека в мире, насыщенном такими биологически активными веществами, с которыми человек в процессе своей эволюции вообще не встречался. Продолжающаяся химизация народного хозяйства является закономерной чертой научно-технического прогресса и ведет к интенсивному использованию во всех основных отраслях народного хозяйства химических соединений различной природы (В.И.Жуков и соавт., 2000). Развитие химической промышленности и интенсивный синтез новых соединений привели к тому, что в окружающей среде в настоящее время циркулирует около 70 000 химических веществ, со многими из которых человек сталкивается впервые (Д.В.Марцонь и соавт., 1988; А.М.Владимирова и соавт., 1991; Г.Н.Красовский, С.Л.Авалиани, З.И.Жолдакова, 1992; Л.Г.Додина, 1998; З.И.Жолдакова, Р.Б.Бердина, Е.В.Кустова, 1998). Возник значительный разрыв между высокой способностью современной цивилизации создавать новый химический потенциал планеты и ограниченными возможностями человека и биосферы в целом воспринять действие этого потенциала с достаточной эффективностью и без серьезных последствий. В настоящее время создана такая ситуация, когда воздействие различных химических соединений на человека и живую природу в целом трудно предсказать. Бесконтрольное использование химических соединений может иметь непоправимые последствия. Существуют многочисленные примеры интенсивного загрязнения производственных территорий и цехов, водоемов и почвы, говорящие о вреде, который может быть нанесен здоровью, флоре и фауне (Г.Н.Красовский, Т.В.Алексеева, Н.А.Егорова, 1991; Ю.А.Рахманин, А.Б.Ческис, Р.И.Михайлова, 1992).
По мнению многих авторов (Ю.А.Владимиров, А.И.Арчаков, 1972; А.М.Кузин, В.А.Копылов, 1983; В.Ю.Куликов и соавт., 1988; Л.А.Бондаренко, 1992; В.И.Жуков, Л.А.Золотаревская и соавт., 1998; О.В.Зайцева, 2000) значительное количество химических соединений, способных модулировать радиобиологические эффекты, обладают мембранотропным действием, вызывают в организме свободнорадикальную патологию, подавляют гуморальный и клеточный иммунитет, оказывают мутагенное, гонадотропное и эмбриотропное действие. Это в полной мере относится и к неизученным веществам промышленности органического синтеза - олигоэфирам, которые широко используются в различных отраслях народного хозяйства (медицина, химическая, металлургическая промышленность, агрохимия, для получения пластмасс, полиуретанов, эпоксидных смол, лаков, эмалей, гидравлических тормозных жидкостей, пенопластов и других веществ). Интерес к этим веществам обусловлен большим объемом производства и значительным их контактом с населением. В существующей литературе нет сведений о потенциальной опасности и биологической активности олигоэфиров для теплокровных животных и биосферы в целом. Отсутствуют данные об их регламентации в объектах окружающей среды. Все это не позволяет прогнозировать возможное неблагоприятное воздействие этих соединений на биосферу. В связи с вышеизложенным, изучение влияния данного класса веществ на метаболические и обменные процессы в организме является необходимым условием обоснования безвредных уровней содержания их в объектах окружающей среды (воздух, вода, почва).
Широкий контакт населения с олигоэфирами ставит перед медиками и биологами задачу своевременного обоснования донозологических высокочувствительных показателей ранних проявлений их биологической активности и оперативного контроля за состоянием здоровья рабочих, населения и окружающей среды. Решение этих вопросов требует глубокого изучения биотрансформации, токсикодинамики, токсикокинетики и молекулярных структурно-метаболических механизмов, лежащих в основе формирования патологических нарушений при действии на организм олигоэфиров, с учетом возможных отдаленных эффектов. Исходя из этого, актуальным является изучение функционального состояния биологических мембран, монооксиге-назной системы, свободнорадикального перекисного окисления липидов, рецепторного аппарата клеточных структур, нейрогуморальной регуляции, биоэнергетики, окислительного фосфорилирования при действии на организм данного класса ксенобиотиков.
Большие объемы, широкое внедрение в производство и быт олигоэфиров, а также продуктов на их основе ставят важную и актуальную задачу своевременной экспресс-оценки биологической активности и составления прогноза потенциальной опасности данного класса соединений для теплокровных животных и человека. Актуальность исследований подчеркивается также тем, что они выполнены в пределах комплексной Государственной программы (№ государственной регистрации 01860021125), программы ГКНТ 020 «Новые химические материалы», утвержденной ГКНТ 30.10.85 г. № 555, и вошли составной частью при обосновании Государственных нормативов (ГТДК).
Все вышесказанное обосновывает актуальность составления прогноза потенциальной опасности и изучения молекулярных биохимических механизмов формирования структурно-метаболических нарушений при действии на организм олигоэфиров, определения потенциальной опасности их для человека и окружающей среды.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось обоснование комплексной токсиколого-гигиенической характеристики олигоэфиров, прогноза их потенциальной опасности для человека и окружающей среды и разработка профилактических мероприятий по санитарной охране водоемов и укреплению здоровья населения. Достижение поставленной цели решалось с помощью следующих задач:
1. Изучить влияние диолов, триолов и блоксополимеров на органолеп-тические свойства воды, процессы естественного самоочищения водоемов, организм теплокровных животных в условиях острых и подострых токсикологических экспериментов на клеточном, тканевом и организменном уровнях и обосновать безвредные уровни их содержания в воде водоемов.
2. Исследовать структурно-функциональную организацию биомембран, интенсивность свободнорадикальных процессов и состояние антиоксидантной системы под воздействием олигоэфиров в хроническом опыте.
3. Изучить молекулярные биохимические механизмы формирования структурно-метаболических нарушений в организме при хроническом поступлении олигоэфиров, их биотрансформацию, токсикодинамику, токси кокинетику с учетом влияния на иммунобиологическую реактивность, генера тивную функцию и генетический аппарат.
4. Обосновать концептуальную модель механизма биологического действия олигоэфиров и структурно-метаболических нарушений с использованием данных, полученных на молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном и популяционном уровнях.
5. Выявить и обосновать комплекс информативных критериально-значимых донозологических показателей свободнорадикальной патологии и хронического окислительного стресса у рабочих производств олигоэфиров при мониторинговой оценке состояния здоровья.
Научная новизна работы. Впервые получена комплексная токсиколого-гигиеническая характеристика трех новых групп олигоэфиров с учетом влияния их на органолептические свойства воды, санитарный режим водоемов и организм теплокровных животных и обоснованы их предельно допустимые концентрации в воде водоемов. Проведен комплексный сравнительный анализ биологической активности новых групп олигоэфиров (диолов, триолов и их блоксополимеров) на молекулярном, клеточном, тканевом, органном, организменном и популяционном уровнях. Получены новые экспериментальные результаты, объясняющие механизм биотрансформации олигоэфиров в моно-оксигеназной системе печени. Определены метаболиты биологического окисления олигоэфиров в организме и показана их роль в развитии структурно-метаболических нарушений органов и тканей. В работе обоснованы молекулярные биохимические механизмы токсикодинамики и токсикокинетики исследуемых соединений.
Впервые на различных уровнях структурной организации биологических объектов с использованием системного подхода изучено влияние олигоэфиров на белковый, жировой и углеводный обмен, интенсивность свободнора-дикальных процессов, антиоксидантную систему, окислительное фосфорилиро-вание, биоэнергетику, структуру биологических мембран, рецепторное звено, внутриклеточную медиацию, гормональный статус, пул свободных плазменных аминокислот, фонд микро- и макроэлементов. Установлены и раскрыты молекулярные структурно-метаболические механизмы развития свободноради-кальной патологии под влиянием олигоэфиров, и определена ее роль в формировании вторичных нарушений со стороны различных органов, систем и функций организма. Выявлены ключевые звенья нарушения метаболизма, лежащие в основе тканевой гипоксии, отдаленных эффектов, подавления клеточного и гуморального иммунитета.
Впервые на большом фактическом материале установлено, что олигоэфиры, а также метаболиты их биотрансформации и биологического окисления способны модулировать в организме развитие свободноради-кальной патологии, в основе которой лежит хронический окислительный стресс, что имеет важное научное значение при составлении прогноза потенциальной их опасности для человека и окружающей среды. Раскрыты ведущие молекулярные биохимические и структурно-метаболические нарушения в организме, подвергающемся хроническому воздействию олигоэфиров. Обоснована концептуальная модель механизма биологического действия, ведущим патогенетическим звеном которой является хронический окислительный стресс.
Результаты проведенных комплексных исследований позволили сформулировать глубокое и всестороннее представление о влиянии олигоэфиров на метаболические процессы, оценить потенциальную их опасность для человека и обосновать критериально-значимые диагностические показатели, характеризующие наличие в организме свободнорадикальной патологии, которая является ведущей в формировании структурно-метаболических нарушений, в том числе развитии отдаленных эффектов.
Доказано, что информативные высокочувствительные методы — биохе-милюминесценция, фосфоресценция, исследование электрокинетических свойств ядер клеток буккального эпителия дают возможность судить о степени нарушения гомеостаза, позволяют регистрировать первичные процессы, происходящие на молекулярном уровне в биологических мембранах, и отражают скорость старения организма.
Установлена прямая корреляционная связь между наличием у основных профессиональных групп рабочих свободнорадикальной патологии и состоянием функций центральной, вегетативной нервной системы, сердечнососудистой, дыхательной, мышечной систем, зрительного анализатора и заболеваемостью. Впервые интегральные биофизические методы использованы в мониторинговой оценке влияния окружающей среды на формирование свободнорадикальной патологии рабочих производств олигоэфиров.
Установленный политропный, мембраноповреждающий характер биологического действия олигоэфиров позволил обосновать коэффициенты запаса при разработке Государственных нормативов.
Практическая значимость работы. Практическая значимость работы заключается в том, что результаты исследований были использованы для разработки 26 гигиенических нормативов в качестве предельно допустимых концентраций олигоэфиров в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения (Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы, ГН.2.1.5.690-98 МЗ Российской Федерации). Материалы работы нашли отражение при составлении и подготовке «Методических рекомендаций по оборудованию, устройству и содержанию производств ПАВ и CMC» (утверждены Министерством нефтехимической промышленности СССР 30.10.90 г., № 8/35-05-04-217).
Результаты работы положены в основу обоснования технико-экономических расчетов на перепрофилирование производства тетрагидрофуранов на Киришском биохимзаводе Ленинградской области и Шебекинском химзаводе Белгородской области. Сведения, касающиеся механизма биологического действия олигоэфиров, использовались при составлении комплексных лечебно-оздоровительных мероприятий на ПО «Капролактам» (г.Дзержинск, Россия), НПО «Нижнекамскнефтехим», (г. Нижнекамск, Россия), НПО «Полимерсин-тез», (г. Владимир, Россия) и ПО «Химпром» (г. Первомайск Харьковской области, Украина) (Справки о внедрении № 16 от 22.04.82; № 11/39 от 28.03.88; Х« 8/35-05-04; 217 от 30.10.90; №04.06/362 от 29.01.90; № 16-5 от 01.2000 г.).
Информативные оценочные показатели, характеризующие наличие в организме свободнорадикальной патологии, были использованы в качестве мониторных тестов определения скорости старения организма и интенсивности перекисного окисления липидов у рабочих различных профессиональных групп производств олигоэфиров, а также для обоснования состояния здоровья населения и факторов риска.
Исследования по изучению молекулярных механизмов структурно-метаболических нарушений под влиянием олигоэфиров были положены в основу разработки метаболически адаптированного профилактического питания, имеющего антиокислительную направленность, для рабочих НПО "Нижнекамскнефтехим" (г. Нижнекамск, Россия), ПО «Капролактам (г. Дзержинск, Россия), НПО «Полимерсинтез» (г. Владимир, Россия) и ПО «Химпром» (г. Первомайск Харьковской области, Украина). Теоретические положения и практические рекомендации по результатам исследований внедрены в практику обучения студентов на кафедрах биологической химии, гигиены питания, труда и коммунальной гигиены Харьковского государственного медицинского университета, а также при оценке биологической активности ксенобиотиков в НИИ гигиены труда и профзаболеваний г. Харькова. По методическим приемам, используемым в диссертации, получено два изобретения: «Способ определения кожно-резорбтивного действия химических веществ», № 1755199 А1 от 15.08.92 г., «Устройство для регистрации при комнатной температуре люминесценции биологических мембран», № 203140 С1 от 20.03.95 г. Внедрения подтверждены санитарными правилами и нормами, Государственными нормативами, методическими рекомендациями, указаниями, актами и справками о внедрении.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих съездах, конференциях и симпозиумах:
- Региональная научно-практическая конференция «Гигиена внешней и производственной среды», г. Харьков, 1984, 1988;
- V Всесоюзный симпозиум «Взаимодействие нервной и иммунной систем», г. Оренбург, 1990;
- VI съезд фармакологов Украинской ССР, г. Харьков, 1990;
- Региональная научно-практическая конференция «Медицинская экология, гигиена производственной и окружающей среды», г. Харьков, 1995; 1996;
- Региональная научно-практическая конференция «Эпидемиология, экология и гигиена», г. Харьков, 1999;
- Научно-техническая конференция «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов», г. Щелкино АР Крым, Украина, 2001;
- Научно-практическая конференция «Проблемы криобиологии», 2001; - X юбилейная международная научно-техническая конференция «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов», г. Щелкино АР Крым, Украина, 2002.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, главы - обзор литературы, главы - объекты, материалы и методы исследования, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов, указателя литературы. Список литературы включает 315 источников, из них 77 - иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 73 таблицами и 30 рисунками.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 49 работ в журналах, сборниках, материалах съездов, конференций, симпозиумов, из них 18 -в центральной печати. Результаты диссертационной работы нашли отражение в 8 отчетах плановых университетских тем и 19 монографиях в соавторстве.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Системный сравнительный анализ биологической активности различных групп олигоэфиров на молекулярном, клеточном, тканевом, органном, организменном и популяционном уровнях в краткосрочных острых и подострых опытах установил соответственно более высокую степень токсичности диолов, блоксополимеров и триолов.
2. Общие закономерности молекулярных механизмов развития свободно-радикальной патологии и изменения структурно-функционального состояния биомембран при действии на организм различных групп олигоэфиров установлены для всех соединений под влиянием 1/10 и 1/100 ДЛ5о- 1/1000 ДЛ5о не приводила к развитию свободнорадикальной патологии и изменению структурно-функционального состояния мембран.
3. Молекулярные механизмы, участвующие в формировании хронического окислительного стресса, лежат в основе развития отдаленных последствий, снижения иммунобиологической реактивности организма, составляют основу концептуальной модели механизма биологического действия и проявляются на уровне воздействия олигоэфиров в 1/10; 1/100 ДЛ5о в условиях подострого опыта.
4. Комплекс высокочувствительных информативных, критериально-значимых диагностических показателей, используемый для установления сво-боднорадикальной патологии, оценки степени тяжести болезни, скорости старения организма, а также методического обеспечения исследований по регламентации олигоэфиров в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, может быть использован для оценки гомеостатической функции организма в мониторинге «Окружающая среда -здоровье населения».
5. Олигоэфиры в концентрациях 0,1 мг/л и более изменяют органолеп-тические свойства воды; выше 5,0 мг/л влияют на процессы естественного самоочищения водоемов, а в дозах 1/10 и 1/100 ДЛ5о формируют структурно-метаболические основы нарушения гомеостатической функции организма. Недействующей дозой для всех групп олигоэфиров является 1/1000 ДЛ5о. Лимитирующий признак вредности - органолептический (пенообразование). Предельно допустимые концентрации их установлены в интервале от 0,1 мг/л до 16,0 мг/л.
Гигиенические критерии оценки потенциальной опасности олигоэфиров для водных объектов
Существующие в научной практике критерии и методические схемы оценки опасности ксенобиотиков для водных объектов включают большой диапазон и спектр различных методов исследования. Среди них обязательными являются такие показатели, как стабильность и трансформация веществ в биосфере, определение влияния их на эстетические показатели (воздух, вода), процессы самоочищения (воздух, вода, почва) (А.М.Владимирова и соавт., 1991; О.И.Волощенко, В.А.Прокопов и соавт., 1991; И.В.Мудрый, 1998; З.И.Жолдакова и соавт., 1998, 2000).
Для определения стабильности были использованы как прямой, так и косвенный методы (стабильность по запаху, привкусу, пенообразованию и др.). Прямой метод определения стабильности в этих исследованиях является наиболее точным. Результаты опытов с применением интерферометра показали, что содержание олигоэфиров в растворе на 30-е сутки составляло 50-96% от исходной концентрации. При этом скорость распада зависела от концентрации вещества: при 10 мг/дм Л-402 на 30-е сутки в растворе находилось 50%, а при 1000 мг/дм3 - 90% от исходного количества. Аналогичная картина наблюдалась и в опытах с Л-3502-2Б-20, Л-1502, Л-2502, Л-1ЮЗ-К. Установлено, что Л-3502-2Б-20, Л-402, Л-ПОЗ-К менее стабильны, чем Л-1502 и Л-2502. Если при исходных концентрациях 10 и 50 мг/дм Л-1502 и Л-2502 на 30-е сутки опыта в растворе находилось соответственно 87-92% и 86-90%, то при этих же условиях Л-402, Л-3502-2Б-20 и Л-ПОЗ-К -соответственно 50-55%, 40-70% и 60-78%о. Полимеры из окиси этилена и пропилена трудно биодеградируют и относятся к «биологически жестким» соединениям. При этом их стабильность зависит от длины и разветвленности цепи. Результаты газовой хроматографии показали, что Л-10002, Л-303 сохраняются в водных растворах на протяжении одного года. Для олигоэфиров марок Л-502, Л-1103-К, Л-3003-2-60, Л-4003 и Л-6003-2Б-18 рефрактометрическим методом установлена высокая стабильность. Исследование стабильности водных растворов олигоэфиров спустя 4 года (исходная концентрация 500,0 мг/дм ) показало, что все вещества содержались еще в концентрациях от 1 до 20 мг/дм3.
Прямым методом определялась также стабильность и Л-3003, Л-402, Л Щ 1502, Л-503. При начальной концентрации 10 мг/дм3 на 20-е сутки опыта их количество составляло соответственно 47,5; 52,3; 56,7; 62,4%. Результаты экспериментов показали, что стабильность веществ в водных растворах зависит от их исходной концентрации. Подтверждением этому являются данные изучения стабильности на протяжении 4-х лет с исходной концентрацией веществ 500,0 мг/дм3. Период полураспада Л-3003, Л-402, Л-1502, Л-503(исходная концентрация 10 мг/дм3) составляет соответственно 21,5; 19,12; 17,6; 16,0 суток. Высокая стабильность олигоэфиров подтверждалась и косвенными методами: использование биологического теста на дафниях, определение привкуса и запаха. При этом пользовались следующей градацией оценки стабильности вещества: малостабильные: исходный привкус (запах) 2 балла исчезает в 1-е сутки, а 5 баллов - не позже 6-ти суток; сравнительно стабильные: исходный привкус (запах) в 2 балла исчезает на 2-3-е сутки, а 5 баллов - на 6-7-е сутки; высокостабильные: привкус (запах) в 2 балла не обнаруживается на 4-5-е сутки, а в 5 баллов - свыше 10-ти суток; а также, если исходный привкус «0Ь (запах) не снижается на протяжении 7-ми суток и более (В.Н.Гуськова и соавт., 1959; Н.В.Седов, 1964). Определением стабильности группы олигоэфиров косвенными методами (запах, привкус, пенообразование) установлено, что Л-202, Л-503, Л-2102, Л 3603, Л-ПГ-100, Л-1102-4-80, Л-ИОЗ-К, Л-2402-Ц, Л-2502-2Б-40, Л-3003-2-60, Л-3502-2Б-20, Л-3503-2-70, Л-4003-2-20, Л-4202-2Б-30, Л-6003-2Б-7, Л-6003-2Б 18 относятся к высокостабильным соединениям. Таким образом, результаты исследований показывают, что испытуемые соединения являются высокостабильными и требуют эффективной степени биологической очистки сточных вод, содержащих эти вещества. Весомым критерием является и оценка влияния ксенобиотиков на эстетические показатели воды. Щ Ухудшение органолептических свойств воды является наиболее частой причиной отказа населения от употребления ее, что всегда приводит к ограничению водопользования. Олигоэфиры в определенных концентрациях могут изменять органолептические свойства воды, придавая ей горько вяжущий привкус и специфический запах. Для исследуемых веществ определены порог восприятия (1 балл) и практический порог (2 балла). Однако отмечалось, что в испытанных концентрациях до 50,0 мг/л некоторые вещества не оказывали влияния на запах и привкус водных растворов. Следует отметить более существенное влияние на запах воды олигоэфиров Л-202, 503, 501-2-100, Л-ПГ-100, на привкус - Л-202, 4003, 3603. Олигоэфиры марок 1102-4-80, 2502-2Б-40, 4202-2Б-30 в концентрациях до 100 мг/дм" не влияли на привкус водных растворов, а Л-ЗООЗ, 502-2-10, 1 102-4-80, , 2402-Ц, 2502-2Б-40, 3003-2-60, 3503-2-70, 1502, 2502, 402, 503 - на запах воды. Все испытуемые соединения в концентрациях до 100,0 мг/дм не оказывали воздействия на цвет и прозрачность водных растворов. Учитывая, что олигоэфиры обладают свойствами неионогенных ПАВ, их пенообразующая способность определялась по ГОСТ 6948-70. В этих условиях отмечались высота столба пены, отношение объема раствора к объему пены, ее стабильность, время синерезиса, высота столба пены спустя 2 мин после встряхивания. Олигоэфиры в зависимости от их концентрации придают водным растворам пенообразование, в той или иной степени разной интенсивности. Установление пороговых концентраций по пенообразованию проводилось по методу Е.Ф.Гаршенина (1968) в модификации Е.А.Можаева (1976) и определено на следующих уровнях: Л-202- 0,3 мг/дм3; Л-ПГ-100 - 0,1 мг/дм3; Л-501-2-100 - 1,0 мг/дм3; Л-502-2-10 - 0,5 мг/дм3; Л-1102-4-80 - 0,5 мг/дм3; Л-1103-К - 0,5 мг/дм3; Л-2402-Ц - 0,1 мг/дм3; Л-2502-2Б-40 - 0,1 мг/дм3; Л-3003-2-60 -0,1 мг/дм3; Л-3502-2Б-20 - 0,1 мг/дм3; Л-3503-2-70 - 0,1 мг/дм3; Л-4003-2-20 - 0,1 мг/дм3; Л-4002-2Б-30 - 0,1 мг/дм3; 6003-2Б-7 - 0,1 мг/дм3; Л-6003-2Б-18 - 0,1 мг/дм3; Л-1502-2-70 - 0,1 мг/дм3; Л-2502-2-70 - 0,1 мг/дм3; Л-503 - 0,3 мг/дм3; Л-3003-2-60 - 10,0 мг/дм3; Л-805-О - 0,3 мг/дм3; Л-564 - 0,3 мг/дм3; Л-1601-Р - 0,1 мг/дм3; Л-2102 - 0,1 мг/дм3; Л-2501-2-50 - 0,1 мг/дм3; Л-3603-2-12 - 0,1 мг/дм3; Л-5003-2Б-10 - 16,0 мг/дм3. Олигоэфиры в большинстве случаев придают водным растворам стабильную, крупнопузырчатую пену.
Качественная и количественная гидролитическая деструкция олигоэфиров
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют об ингиби-рующем действии веществ на клеточный и гуморальный иммунитет. В большей мере изменения в иммунной системе выражены под влиянием олигоэфира Л-202. Олигоэфиры 2502-Б-40, 3003 и другие оказывали менее существенное влияние на иммунобиологическую реактивность организма. Недействующей дозой для всех веществ была 1/10000 ДЛ5о- Олигоэфиры проявляли значительную биологическую активность на клеточном и тканевом уровнях структурной организации биологических объектов. В подостром опыте в зависимости от дозы воздействия они способны нарушать окислительно-восстановительные процессы, снижать иммунобиологическую реактивность. Длительное поступление веществ в организм оказывало отрицательное влияние на генеративную функцию и генетический аппарат. Прогноз безвредных уровней для всех исследуемых олигоэфиров обоснован в подостром опыте на теплокровных животных на уровне 1/10000 ДЛ5о. Медико-биологические и гигиенические критерии прогноза потенциальной опасности олигоэфиров для водных экосистем и теплокровных животных позволили обосновать безвредные уровни их содержания с лимитирующим органолептическим признаком вредности в качестве гигиенических нормативов, утвержденных МЗ Российской Федерации (ГН 2.1.5.690-98) на следующих уровнях: Л-ПГ-100 -0,1 мг/дм3; Л-202 - 0,3 мг/дм3; Л-402 - 0,3 мг/дм3; Л-503 - 0,3 мг/дм3; Л-502 -0,5 мг/дм3; Л-501 - 1,0 мг/дм3; Л-564 - 0,3 мг/дм3; Л-805-О - 0,3 мг/дм3; Л-1102 -0,5 мг/дм3; Л-ПОЗ-К - 0,5 мг/дм3; Л-1502 - 0,1 мг/дм3; Л-1601-2-50-Р - 0,1 мг/дм3; Л-2102 - 0,1 мг/дм3; Л-2402-Ц - 0,1 мг/дм3; Л-2501-2-50 - 0,1 мг/дм3; Л-2502-2Б-40-0,1 мг/дм3; Л-2502-2-70 - 0,1 мг/дм3; Л-3003 - 0,1 мг/дм3; Л-3502 -0,1 мг/дм3; Л-3503 - ОД мг/дм3; Л-3603-2-12 - 0,1 мг/дм3; Л-4003 - 0,1 мг/дм3; Л-4202 - 0,1 мг/дм3; Л-5003-2Б-10 - 16,0 мг/дм3; Л-6003-2Б-7 - 0,1 мг/дм3; Л-6003-2Б-Ї8-0Д мг/дм3.
Известно, что в процессе самоочищения водных объектов, водоподго-товки и очистки воды в результате деструкции и трансформации образуются соединения, которые могут отличаться по биологической активности от исходных веществ (В.В.Бочаров, 1991). Особую актуальность эта проблема приобрела в связи с доказанным фактором образования из нетоксичных гуминовых соединений новых высокоопасных галогенсодержащих продуктов при хлорировании питьевой воды. Установлено также, что малотоксичные фенолы - вещества из группы этана, этилена и др. - могут трансформироваться в более токсичные или придающие воде неприятный «аптечный» запах -хлорпроизводные продукты. В этой связи не исключена возможность, что целый ряд органических соединений способен к такому превращению при хлорировании питьевой и сточных вод, и поэтому данная проблема нуждается в глубоких научных исследованиях. Возможность к трансформации каждого конкретного вещества в известной мере зависит от степени устойчивости его форм в водной среде и определяется свойствами как самого вещества, так и водной среды. С этой точкой зрения процесс снижения концентрации соединений в водной среде имеет положительное значение, с другой стороны, появление биологически активных веществ в результате деструкции и трансформации представляет опасность для водных экосистем и здоровья населения. Изучение данного вопроса имеет большое значение при обосновании и выборе биологических методов и схем очистки сточных вод (И.Е.Ильин, 1982; Г.П.Беспамятнов и соавт., 1985; З.И.Жолдакова, Р.Б.Бердина и соавт., 1998; Б.И.Григоров, Р.И.Кратенко, О.В.Зайцева, 1999; З.И.Жолдакова, Н.В.Хар-чевникова, 2000).
Изучение гидролитической деструкции олигоэфиров не ставило своей целью исследования кинетики этих процессов, так как представляет чрезвычайно сложную задачу, как в отношении получения конкретных экспериментальных данных, так и при нахождении кинетических параметров отдельных элементарных актов. В этом аспекте для решения такого рода задачи потребовалось бы выяснить, можно ли процесс гидролитической деструкции разложить на ряд более простых процессов с тем, чтобы их исследовать отдельно. Основной задачей наших исследований явилось уточнение степени стабильности соединений и определение потенциальной опасности продуктов их деструкции и трансформации для здоровья человека. Качественная и количественная гидролитическая деструкция олигоэфиров изучалась в модельных водоемах. С этой целью вещества вносились по 4 г/дм в дехлорированную водопроводную воду. Время экспозиции растворов составляло один год при комнатной температуре на свету. Периодически в водных объектах определялись как сами вещества, так и продукты их деструкции. Определение низкомолекулярных соединений в водных растворах осуществлялось хроматораспределительным методом, основанном на равновесном распределении веществ между гетерогенными фазами с последующим хроматографическим анализом одной из фаз (Р.Н.Мокеева и соавт., 1979). Распределение растворенного вещества между двумя фазами определяется коэффициентом распределения (К), величина которого не зависит от присутствия других веществ и определяется только химической природой компонента и обеих фаз. Абсолютные и относительные коэффициенты распределения анализируемых компонентов рассчитывали на основании данных хроматографического анализа равновесных фаз, полученных на хроматографе «Цвет-560» и «Цвет-1000» с пламенно-ионизационным детектором по уравнениям: Ka6c=(S e/we)/( Slg/wg); K0TH=(Sle/SSte)/(Slg/SStg), где S e и S g - площади пиков определяемого вещества, пропорциональные его количеству в жидкой и газовой фазе; SSte и SStg - соответствующие площади пиков стандартного соединения; we и wg - объемы соответствующих фаз.
Биотрансформация олигоэфиров и влияние их на антиоксидантную систему и окислительно-восстановительные процессы
Живые организмы, как открытые системы, находятся в постоянном обмене энергией с окружающей средой. Многочисленные пути метаболизма тесно связаны между собой, лежат в основе всех важнейших функций, характерных для биологического состояния материи. Постоянно идущие процессы синтеза и распада сложных биоорганических веществ обусловливают стабильность весьма лабильных структур организма, их воспроизводство, обновление и умножение, необходимые для поддержания гомеостаза, ведущим фактором в поддержании которого выступает метаболизм. Учитывая, что изменение метаболизма лежит в основе нарушения основных функций и систем, развития патологических состояний, мы в этой главе остановились на раскрытии механизма биохимического действия детергентов в тесной взаимосвязи со структурно-метаболическими нарушениями различных органов и систем организма. Именно это является важным для обоснования концепции механизма биологического действия испытуемых соединений. В основе полноценного функционирования организма лежит сложно организованная во времени и в микропространстве клеток, тканях, органах и организме в целом сопряженная деятельность физиолого-биохимических систем, обеспечивающих гомеостаз. Всякое предпатологическое и патологическое состояние проявляется функциональной или структурной дезорганизацией метаболических систем.
В предыдущие годы менялись первичные представления о нарушении нормального функционирования ферментных систем под действием химических агентов, как о пусковом механизме дисбаланса гомеостаза. Все большее распространение получают представления о ведущей роли рецепторного аппарата биомембран в регуляции процессов жизнедеятельности и их изменений при экологических воздействиях (С.Е.Северин, 1981). При этом особо подчеркивается значение цитоплазматических мембран и их рецепторов, как активных регуляторов внутриклеточного метаболизма через систему вторичных медиаторов, воспринимающих и передающих в клетку сигналы от рецепторного аппарата мембран. Изменения под действием токсических факторов структурных компонентов мембран, особенно фосфолипидов, белков, могут служить сигналом для вторичных посредников о необходимости функциональной перестройки клетки. Что касается фосфолипидов, то это связано с представлением о них, как о регуляторах активности мембраносвя-занных липидзависимых ферментов (Ю.И.Губский, 1989).
Среди причин изменения структуры и функции биомембран при действии токсических факторов важное место занимает нарушение свободнорадикаль-ных реакций перекисного окисления липидов (Ю.А.Владимиров, 1989), приводящее к разрушению мембранных систем, модификации клеточных белков и развитию ряда патологических состояний. В связи с тесным единством структуры, функции и метаболизма, поиск критериально значимых показателей предпатологического состояния организма при действии детергентов следует проводить, прежде всего, исследуя структурно-функциональные состояния клеточных мембран и механизмов регуляции жизнедеятельности органов-мишеней.
Учитывая, что в состав олигоэфиров входят гидрофильные группы и гидрофобные радикалы, придающие им свойства поверхностно-активных веществ, можно предположить вероятность первоочередного их влияния на липидные и белковые структуры мембран клеток. В этой связи, изучение механизма биологического действия было начато с определения структурно-функционального состояния мембран клеток печени и эритроцитов. Для обоснования молекулярных механизмов биологического действия использованы результаты по изучению влияния олигоэфиров в подостром опыте на кровеносную и ферментативную системы, синтез РНК, ДНК и белка, окислительно-восстановительные процессы, биоэнергетику, окислительное фосфорилирование. Изучению подвергались отдельные представители каждой группы веществ: диолы, триолы и их блоксополимеры. Для исследования выбраны более токсичные соединения по результатам краткосрочных острых опытов на клеточном, тканевом и организменном уровнях. В подостром опыте выбраны дозы 1/10, 1/100, 1/1000 ДЛ5о- Продолжительность перорального поступления веществ составляла 60 суток.
Общеизвестно, что нарушение структурно-функционального состояния биомембран играет ведущую роль в патогенезе многих заболеваний и формировании патологических состояний. Определение фракций фосфолипи-дов в эритроцитах, печени осуществлялось методом двухмерной тонкослойной хроматографии на силикагеле по неорганическому фосфору с идентификацией по стандартным растворам и качественным обнаружителям. Результаты выражались в процентах от суммы в сравнении с контролем. Для изучения фосфолипидного состава эритроцитов определялись фосфатидилхолин (ФХ), сфингомиелин (СФ), фосфатидилсерин (ФС), лизофосфатидилхолин (ЛФХ) и фосфатидилэтаноламин (ФЭА). В печени дополнительно изучались лизофосфатидилэтаноламин (ЛФЭА), фосфатидилинозитол (ФИ), фосфатидная кислота (ФК) и кардиолипин (КЛ). При этом установлено изменение соотношения фосфолипидных фракций мембран эритроцитов. Так, у животных, подвергавшихся воздействию 1/10 ДЛ5о Л-2502-2Б-40 и Л-3003-2-60, наблюдалось снижение фракций ФЭА, ЛФХ и увеличение ФХ (рис. 5.4).
Олигоэфиры марок Л-ПОЗ-К, 3003 в дозе 1/100 ДЛ5о не выявили нарушений со стороны ФЭА, ФХ, ФС. Данные вещества повышали процентное соотношение СМ и ЛФХ. Аналогичные изменения обнаруживались под влиянием олигоэфиров Л-502 и Л-503.
Оценка состояния здоровья рабочих с помощью интегральных биофизических методов
Для а2-адренорецепторов наблюдалось увеличение сродства лигандов, что указывает на стимуляцию их активности в опытных группах животных. По современным представлениям общим свойством а2-адренорецепторов является индукция снижения цАМФ посредством ингибирования аденилатциклазы. Стимуляция а2-адренорецепторов может сопровождаться увеличением вагус-ного влияния, снижением активности периферической симпатической нервной системы, артериального давления и др. Олигоэфир Л-3003-2-60 снижал сродство адренорецепторов к лиганду. Известно, что р-адренорецепторы сопряжены с аденилатциклазои, которая оказывает активирующее влияние на внутриклеточной цАМФ и 3-адренорецепторы (И.В.Комиссаров, 1982; П.В.Сергеев, Н.Л.Шимановский, 1987). Таким образом, Л-3003-2-60 снижает активность аг, и а2-адренорецепторов и повышает содержание (3-рецепторов.
Состояние рецепторного аппарата в различных структурах головного мозга (кора, ствол, мозжечок) было изучено нами на белых крысах при пероральном воздействии дозой 1/100 ДЛ50 Л-202, 3003-2-60, 503, 2502-Б-40, 1103-К. В структурах головного мозга определялось рецепторное связывание оь-адреналовых, Д2-дофаминовых, Сг и С2-серотониновых и глюкокортикоид-ных рецепторов. Наибольшие изменения параметров связывания лиганда а2-адренорецепторов выявлено в коре головного мозга животных под влиянием Л-2502-2Б-40, 503, 1103-К, 202. У этих животных Кд и Втах по абсолютным значениям выше аналогичных показателей контрольных животных соответственно на 168 и 171; 175, 158; 214, 82; 142, 22%. Изменение параметров связывания лиганда свидетельствовало о снижении активности данного типа рецепторов под влиянием испытуемых соединений, что свидетельствует о снижении активности а2-адренорецепторов в коре мозга. Сродство а2-адренорецепторов к лиганду в стволе несколько возрастало под влиянием Л-1103-К, 202, 3003, что указывает на активацию этими веществами а2-адренорецепторов в стволе головного мозга. Аналогичные изменения были обнаружены и в мозжечке (табл. 5.45).
Определение параметров связывания дофаминовых рецепторов осуществлялось также в вышеназванных структурах. Согласно существующим представлениям (J.W.Kegagin, D.B.Calne, 1979), дофаминовые рецепторы в мозгу подразделяются на две категории: Д і-рецепторы, связанные с аденилат-циклазой и Д2-рецепторы, несвязанные с аденилатциклазой или участвующие в ее инактивации. Нейролептики, используемые при эндокринных, неврологических и психических нарушениях, как известно, модифицируют активность Д2-дофаминовых рецепторов.
По данным P.Seeman (1982), большинство токсических эффектов дофаминовых агонистов опосредовано Д2-рецепторами. В качестве меченого лиганда использовался Н-спиперон, который имеет большое сродство к Д2-дофаминовым рецепторам. У животных всех экспериментальных групп изменялось сродство Д2-рецепторов к меченому лиганду в коре, стволе и мозжечке по сравнению с контрольными. Однако направленность этих процессов была неоднозначной. Только в стволе определялось уменьшение сродства рецепторов (увеличение константы диссоциации) во всех экспериментальных группах по сравнению с контролем: при затравке Л-3003-2-60 - на 375%о, Л-2502-2Б-40 - на 131%. При этом максимальное число мест связывания было выше по сравнению с контролем на 148% у животных, затравленных Л-3003-2-60, и на 69% - 2502-2Б-40. Наибольшие изменения отмечались у животных, подвергавшихся затравке Л-3003-2-60: эффективность связывания лиганда Д2-рецепторами в сравнении с контролем была ниже - Кд превышала аналогичный показатель контроля на 87% в коре, на 56% в мозжечке, Втах на 62% в коре и на 55% в стволе превышала количество рецепторов в соответствующих структурах контрольных животных.
У животных, затравленных Л-503, 1103-К, 202, константа диссоциации была ниже контрольной группы в коре на 27%), 23%), 37%) соответственно, а в стволе - на 26%), 32%о, 47%). При этом отмечалось соответственное уменьшение количества рецепторов в данных структурах (табл. 5.46). Таким образом, можно сделать заключение, что Л-3003-2-60, 2502-2Б-40 активируют Д2-рецепторы, рее остальные вещества снижают их количество и активность.
Определение константы диссоциации - Кд и количества мест связывания - Втах серотониновых рецепторов первого - С] и второго - С2 типов в различных структурах головного мозга определялось радиолигандным методом. У животных, затравленных Л-2102, 202, в коре сродство Сгрецепторов к лигандам (3Н-)5-НТ было снижено по сравнению с контролем на 136% и 34% соответственно. Сродство Сі-рецепторов к лигандам было несколько выше под воздействием Л-503 в сравнении с контролем на 13%. Олигоэфир Л-1103-К и Л-3003-2-60 не влияли на параметры связывания рецептор-лигандного комплекса (табл. 5.47). Число мест связывания (Втах) возрастало в коре во всех группах, повергавшихся воздействию Л-2502-Б-40, 503, 202, 1103-К, 3603, на 67, 30, 17,5 и 17,8% соответственно. В стволе мозга у животных, затравленных Л-2502-2Б-40, 504, 1103-К, разницы в сродстве рецепторов серотонина первого типа к меченому лиганду по сравнению с контролем не обнаружено. Олигоэфиры Л-202, 3003-2-60 повышали сродство рецепторов к лигандам соответственно на 19% и 22%. Число мест связывания в этой структуре при воздействии Л-503, 202, 3003-2-60 снижалось на 12%, 12%, 13% соответственно. Л-И03-К на оказывал влияния на сродство и количество мест связывания серотониновых рецепторов с мечеными лигандами.
