Введение к работе
Актуальность проблемы.
Природный волокнистый минерал асбест находит широкое применение в строительстве и ряде производств. Число лиц, контактирующих с асбестом, увеличивается как за счет людей, работающих с минералом в промышленности, так и населения, вдыхающего пыль вблизи асбестодобывающих и асбестопотреб-ляющих предприятий, а также в результате износа асбестсодержа-щих прокладок в автомобилях, асбестоцементных шиферных листов, служащих кровлей зданий и т.д.
Асбест обладает высокой биологической агрессивностью: вызывает воспалительные изменения в легких, развитие интерсти-циального фиброза - асбестоза, возникновение злокачественных новообразований - мезотелиомы плевры, рака легких. (Selikoff I.J.,1990, Измеров Н.Ф. с соавт.,1993, Mossman В.Т.,1993). По классификации Международного агентства по изучению рака, асбест входит в группу достоверно доказанных канцерогенов (Murray R., 1989). Он также усиливает канцерогенное действие 3,4-бензпирена и других ароматических углеводородов (Пылев Л.Н. и др.,1990, Kamp D.W. et al.,1992). Заболевания, вызываемые асбестом, являются актуальной проблемой гигиены и профпатоло-гии, решение которой имеет важное медико-социальное значение.
Несмотря на энергичные усилия многих исследователей, механизм воздействия асбеста на организм остается невыясненным, как и причины промотирующего эффекта его по отношению к ароматическим углеводородам.
Исследования последних лет показывают важную роль свободнорадикальных процессов (СРП) в развитии профпатологпй. Выявлено усиление свободнорадикального окисления при силикозе, изменение перекисного окисления липидов (ПОЛ) при антракозе, а также под действием пылей сложного состава и других патогенных факторов (Величковский Б.Т.,1988,1995, Муравлева Л.Е.,1988, Архипова О.Г.,1983). Изучена взаимосвязь процессов ПОЛ и уровней тяжелых металлов переменной валентности при оценке функционального состояния организма (Юдина Т.В., 1992). Патологические процессы, обусловленные асбестом в организме, также пытаются связать с развитием свободнорадикальных реакций (Величковский Б.Т. и др., 1986, 1995, Korkina L.G. et al.,1988, Lund L.G. et al., 1991). Показано, что асбест может инициировать генерацию активных форм кислорода (АФК) двумя путями. Во-
первых, химические свойства асбестовых волокон, в особенности, входящие в состав ионы железа, обуславливают каталитическую активность в реакциях с образованием свободных радикалов. Во-вторых, асбест вызывает развитие "дыхательного взрыва" фагоцитирующих клеток с высвобождением активных метаболитов кислорода (Mossman В.Т. et al.,1990, Weiss S.J.,1989). Однако до сих пор не проведены комплексные исследования основных систем генерации активных форм кислорода под влиянием асбеста, неизвестно какие радикальные формы играют ведущую роль и по каким механизмам происходит реализация их повреждающего действия. Невыяснено также как действует асбест на метаболизм канцерогенных углеводородов, осуществляемый микросомальной монооксигеназной системой.
Цель исследования.
Изучение свободиорадикальных механизмов влияния асбеста на организм и разработка на этом основании новых способов гигиенической оценки асбестсодержащен пыли, а также методов направленного скрининга медикаментозных препаратов для профилактики и патогенетической терапии заболеваний, вызываемых асбестом.
Задачи исследования.
1. Изучение молекулярных механизмов реализации актив
ности асбестовых волокон в модельных бесклеточных средах.
-
Исследование влияния асбеста на активность микросомальной цитохром Р-450 содержащей монооксигеназной системы детоксикацип организма.
-
Характеристика действия асбеста на окислительный метаболизм фагоцитирующих клеток и ферментные системы "дыхательного взрыва".
4. Изучение изменения свободнорадикального статуса орга
низма при экспериментальном асбестозе.
5. Создание комплекса методов для гигиенической оценки ас-
бестсодержащей пыли и поиска перспективных препаратов с
противоасбестовой активностью.
Научная новизна и теоретическая значимость исследований.
Теоретическое значение проведенных исследований заключается в выяснении свободиорадикальных механизмов патологического воздействия асбестовой пыли, в существенном углублении и расширении понимания причин стимулирующего, промотирующего канцерогенного эффекта, выявлении особенностей молекулярного механизма повреждающей способности минерала. Показана веду-
щая роль железосодержащих активных центров на поверхности асбеста в катализе свободнорадикальных реакций. Количественно определена способность пылей асбеста генерировать супероксидные, а также различные типы гпдроксильных радикалов. Установлено, что интенсивность этих реакций строго коррелирует с содержанием и координационным состоянием железа на минерале. Выявлено различие каталитических эффектов железа в растворе и на поверхности асбеста: в первом случае происходит генерация в основном свободных гпдроксильных радикалов, а во втором - образование саитспецпфичных криптогидроксильных радикалов. Впервые установлено, что повышение скорости генерации супероксида и окисления НАДФН под влиянием асбеста в монооксигеназной системе связано не с ускорением транспорта электронов в микросо-мальной цепи, а с усилением окислительно-восстановительных реакций на активных центрах волокон, конкурирующих за донор редокс-потенциалов. Показано, что под влиянием асбестовых волокон увеличивается продукция гпдроксильных радикалов в микросомах, при этом основную часть составляют криптогидро-ксильные радикалы, индуцирующие процессы ПОЛ. Впервые установлено, что асбест способствует усилению гидроксилирования 3,4-бензпирена в микросомах по радикальному механизму. Обнаружено, что хроническое воздействие асбеста способствует снижению оксигеназной активности микросомальной системы и инактивации ключевого фермента цитохрома Р-450. Установлено, что под воздействием асбеста происходит непосредственная активация НАДФН-оксидазы фагоцитов, образование преимущественно криптогидроксильных радикалов, изменение редокс-цикла и повышение количества общего железа в системе. Выявлено, что оп-сонизация асбеста не приводит к инактивации минерала. Показано, что мутагенные эффекты асбеста обусловлены как генерацией криптогидроксильных радикалов, так и резким стимулированием ПОЛ бпомембран. Выявлены особенности протекания свободнорадикальных процессов (СРП) на различных этапах развития экспериментального асбестоза: на начальных преобладает активация НАДФН-оксидазы и усиление генерации АФК; на стадии фиброзо-образования более характерно повышение ПОЛ в тканях, изменение редокс-цикла железа и антиоксидантной активности. Практическая значимость. Разработаны новые методы определения генотоксичности фиброгенной пыли и содержания каталитически активных железосодержащих центров на поверхности минерала, позволяющие дать
быструю и точную гигиеническую оценку асбестсодержащей пыли. Предложен комплекс современных физико-химических методов направленного скрининга медикаментозных препаратов для профилактики и патогенетической терапии заболеваний, вызванных асбестом. Обоснована необходимость использования соединений с антиоксидантными и хелатирующими свойствами в качестве противоасбестных средств.
Результаты исследований вошли в методические рекомендации "Экспериментальное обоснование предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) фиброгенной пыли в воздухе рабочей зоны предприятий топливно-энергетического комплекса", Москва, 1994. Материалы диссертации используются в учебном процессе курса пульмонологии ФУВ РГМУ, научно-исследовательской работе НИИ пульмонологии МЗ и МП РФ, лаборатории патогенеза и экспериментальной терапии пневмокониозов РГМУ, лечебной работе пульмонологического отделения 57 ГКБ г.Москвы.
Апробация работы.
Основные положения и материалы диссертации были доложены и обсуждены на 6 и 7 Всесоюзных семинарах и Международной школе "Кислородные радикалы в химии, биологии и медицине", Рига,1988; Рига,1989; Ленинград, 1991; 3 Всесоюзной конференции "Биоантиоксидант", Москва,1989; 5 Всесоюзной конференции "Цитохром Р-450 и модификация макромолекул", Ялта,1989; Всесоюзном симпозиуме "Система мононуклеарных фагоцитов в норме и патологии", Новосибирск,1990; 1 и 2 Всесоюзных Конгрессах по болезням органов дыхания, Киев,1990; Челябинск,1991; 3, 4, 5 Национальных Конгрессах по болезням органов дыхания, Санкт-Петербург,1992; Москва,1994; Москва,1995; 1 симпозиуме "Окислительный стресс и повреждение тканей. Роль свободноради-кальных процессов в патологии легких", Москва,1994; Международном семинаре по экологической биофизике, Москва,1995; научных сессиях НИИ пульмонологии МЗ и МП РФ.1992,1993, 1994,1995,1996; научных конференциях кафедр биохимии, биофизики и лаборатории патогенеза и эксперментальной терапии пневмокониозов РГМУ.
Апробация диссертации проведена на совместной научно-практической конференции НИИ пульмонологии МЗ и МП РФ, кафедры госпитальной терапии педриатического факультета РГМУ, сотрудников 57 ГКБ (22.04.1996) и на заседании проблемной
комиссии Ученого Совета Московского НИИ гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана (07.06.1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ.
Структура и обьем диссертации. Работа состоит из введения, 7
глав, обсуждения, выводов и библиографического указателя.
Диссертация изложена на страницах машинописного текста,
иллюстрирована 57 рисунками, 4 схемами и 19 таблицами. Список литературы включает отечественных и зарубежных источников.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Биологические, в том числе канцерогенные, эффекты
асбеста обусловлены генерацией гидрокспльных и криптогпдро-
ксильных радикалов, а также резким повышением пероксидации
липидов биомембран. Усиление генерации активных форм кисло
рода обусловлено активацией НАДФН-оксидазы фагоцитов и
каталитическими превращениями суперокспда и пероксида водоро
да на активных центрах поверхности минерала.
2. Механизм промотирования асбестом канцерогенного
действия 3,4-бензпирена обусловлен усилением гидроксилирования
углеводорода в микросомах по радикальному механизму. Асбест
вызывает нарушение функционирования микросом путем прямого
и опосредованного повреждения монооксигеназной системы.
-
При экспериментальном асбестозе реализуется свободнора-дикальный механизм влияния минерала, сопровождающийся изменением редокс-цикла железа и антиоксидантного статуса организма, а также снижением оксигеназной активности микросом.
-
Медикаментозные препараты с хелатирующимп, антирадикальными и антпокспдантными свойствами, а также способностью ингибировать ферментные системы, восстанавливающие молекулярный кислород, обладают противоасбестной активностью.
