Введение к работе
Актуальность проблемы. Неблагополучие среды обитания по химическим факторам как правило приводит к снижению уровня здоровья населения, к ухудшению демографических показателей. Источником нарушений в существующем демографическом балансе могут быть как генетически закрепленные изменения, так и модификационые изменения гомеостаза, ведущие к увеличению заболеваемости и смертности. Эти положения определяют актуальность медико-генетических исследований генотоксичности' соединений, загрязняющих среду обитания человека, и прогнозирования на их основе реакции населения на эти воздействия.
Вместе с тем, исследователи вынуждены констатировать многообразие неоднозначных заключений об экотоксикологической опасности регионов для населения. Одной из принципиальных причин этих противоречий следует признать отсутствие адекватных задачам исследования методологических решений по проблеме эколого-генетической эпидемиологии, и, соответственно, отсутствие адекватных реальным ситуациям данных об эколого-генетических последствиях.
Эколого-генетические исследования подразумевают не только изучение реакции человеческого организма на различные потенциально опасные факторы окружающей среды її объяснение различной чувствительности отдельных людей к их действию [Brewer, 1971], но и анализ индивидуальных особенностей адаптации к окружающей среде. Это связано с тем, что эффективность выработанных на протяжении веков адаптивных реакций человека генетически обусловлена [Motulsky et al., 1978], во многом зависит от адекватности этих особенностей конкретным для данной популяции природным условиям среды обитания и нарушается при их изменениях.
В экотоксикологически неблагоприятных по диоксину регионах у людей формируется особое патологическое состояние, определяемое как синдром отдаленных медицинских последствий [Румак, 1993]. Он проявляется многоуровневыми, полиморфными, структурными и функциональными изменениями в жизненноважных системах организма,
снижением его резервных возможностей и угнетением специфических защитных реакций. Все эти признаки выявлены, идентифицированы и охарактеризованы при исследовании населения южно-вьетнамской провинции, четверть века назад загрязненной применением экотоксикантов, содержащих диоксин ("Оранжевый агент", ОА). Помимо известных клинических проявлений, для отдаленных медицинских последствий воздействия даже малых количеств диоксинов характерны разнообразные субклинические, часто скрытые дизадаптационные эффекты, которые определяют медицински значимое ухудшение здоровья, нарушения развития и могут быть соотнесены с повреждением генетических структур.
Вместе с тем, не решен основной вопрос о механизмах, участвующих в формировании патологических изменений, о роли хронических процессов и/или генетических событий. Это, естественно, ставит исследователей перед принципиально новой проблемой - эколого-генетической храктериапики эффекта отдаленных последствий. Настоящая проблема тесно сопряжена с экотоксикологией диоксина и включает задачи выявления, исследования и характеристики отдаленных последствий воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов на генетические структуры различных людей.
Известно [Румак и др., 1995; Антонюк, 1995], что влияние диоксиноподобных соединений способствует сокращению периодов онтогенеза с потерей десятков лет благополучной жизни на весь срок жизни человека. Адекватной моделью исследования этих закономерностей, наравне с популяционными, организменными и системными уровнями, могут служить клеточный и внутриклеточный уровни. Именно поэтому наши исследования предусматривали многоуровневый подход: цитогенетические параметры рассматривались нами как основа для анализа особенностей воздействия диоксина; системные изменения на уровне клеточных популяций - для характеристики медико-биологической значимости возникающих
перестроек и идентификации отдаленных медицинских последствий; нарушения в репродуктивной функции изучались с целью выяснения медицинской и демографической значимости этих эффектов.
Зависимость биологически активных свойств диоксина от экзогенных и эндогенных факторов, высокая вариабельность в индивидуальной чувствительности определили особую значимость учета особенностей и закономерностей формирования эхолого-генетических последствий воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов. Невозможность сделать это ка основе простого суммирования имеющихся разработок по токсикологической генетике и генетической токсикологии, потребовала разработки принципиально новых решений проблемы оценки ожидаемого эффекта. С точки зрения теории - необходимо было разработать алгоріпм и принципы исследований популяционных групп, которые испытывают повреждения от малоизученных химических экотоксикантов, подобных диоксинсодержащему экотоксикологическому фактору (ДЭФ), сформированному на исследуемой территории Вьетнама в результате применения Оранжевого агента. Важно было соотнести возможности проявления как действия самого ДЭФ на генетический аппарат, так и особенностей реализации этого воздействия на фоне индивидуальных генетических характеристик человека, функциональных и морфо-физиологических особенностей организма.
Цель настоящего исследования состояла в научном обосновании алгоритма и принципов выявления эколого-генетических эффектов отдаленных медико-биологических последствий воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов на население, в разработке путей и методов их выявления, изучения и характеристики. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
сравнительной генетической характеристики населения в исследуемых регионах с различными уровнями загрязнения ДЭФ;
обоснования алгоритма сравнительной медико-генетической характеристики двух селитебных регионов;
анализа состояния репродуктивной функции семей, проживающих в районах с различным уровнем воздействия экотоксикантов;
изучения цитогенетических показателей и особенностей изменений и/или нарушений хромосомного аппарата у людей с различной степенью воздействия ДЭФ;
изучения взаимосвязей эффектов, наблюдаемых на внутриклеточном, популяционно-клеточном, организменном и популяционном уровнях с состоянием здоровья и характеристиками экспозиции.
В задачи исследования также входило выяснение общих закономерностей генетического ответа соматических клеток человека и комплекса медико-биологических показателей синдрома отдаленных последствий воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов включая состояние репродуктивной функции.
В результате исследований обоснованы следующие научные положения, которые выносятся на защиту:
-
Проявление специфической эколого-генетической активности диоксин-содержащего экотоксикологического фактора (ДЭФ), сформировавшегося во Вьетнаме на территории, загрязненной в результате крупномасштабного применения хлорфеноксигербишідов (Оранжевого агента, ОА). Эколого-генетическая активность ОА и/или ДЭФ обусловлена уникальными биологически активными свойствами диоксина и выявляется у людей с разной степенью экспозиции.
-
Характеристика эколого-генетических эффектов на различных уровнях их формирования - от хромосомного до субпопуляционного. Показано, что эколого-генетические последствия являются составной частью многоуровневых изменений гомеостаза, приводящих к отдаленным медико-биологическим последствиям воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов.
-
Алгоритм эколого-генетических исследований. Он позволяет выявлять эколого-генетические последствия воздействия
диоксинсодержащих экотоксикантбв на разных уровнях и может быть применен для обследования больших групп населения, проживающих на загрязненных территориях.
4. Среди механизмов формируемых эколого-генетсгческих последствий воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов наиболее вероятны отклонения характеристик генетического гомеостаза, обусловленные как особенностями генетической структуры организма, так и дизадаптационными изменениями в результате исчерпания резервных возможностей клеток, а также первичными повреждениями (за счет повышенной индукции свободно-радикальных процессов в организме).
Научная новизна работы. В результате проведенных исследований впервые разработан и апробирован алгоритм эколого-генетических исследований отдаленных медицинских последствий воздействия ДЭФ, который позволяет выявлять, изучать и характеризовать последствия воздействия на разных структурных уровнях - от хромосомного и клеточного до популяционного; на репрезентативном материале, отвечающем задачам работы, получена эколого-генетическая характеристика эффекта отдаленных медицинских последствий воздействия ДЭФ; разработан и апробирован методический подход, позволяющий на уровне клетки диагностировать доклинические эффекты (дизадапгогенные изменения) после воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов; показано различие чувствительности внешнесредовой компоненты показателя частоты СХО у людей с разной степенью контакта с ДЭФ, а также корреляция наблюдаемых изменений цитогенетических показателей с общими сдвигами медико-биологических показателей в выделенных "группах риска" с повышенной чувствительностью к воздействию экотоксических факторов. Показано снижение уровня внешнесредовой компоненты СХО в группе лиц, подвергавшихся прямым контактам с Оранжевым агентом, что отражает механизмы дизадаптации и/или компенсаторной адаптации к повреждениям, вызываемым сдвигами гомеостаза в результате отдаленных медико-биологических последствий.
Днзадаптаиионные изменения в клетках подтверждены наличием большой квоты клеток с фрагментацией хроматина на начальной стадии апоптоза.
Практическая значимость исследования связана с его основными задачами и заключается в получении исходных данных для практических Рекомендаций по эколого-генетической эпидемиологии. Полученные результаты реализованы в ходе комплексных иследований на территории Вьетнама и используются при градации селитебных районов. На основании полученных эколого-генетических характеристик эффекта отдаленных медицинских последствий воздействия диоксинсодержащих экотоксикантов возможно выделить показатели вероятности поражения систем и органов индивидума - на уровне соматических и половых клеток; определить индивидуальную чувствительность людей к данному экотоксиканту - во избежание привлечения людей с повышенной чувствительностью к воздействию изучаемого соединения к работам, связанным с его производством и применением.
Результаты исследований представлены для реализации при определении безопасных уровней диоксинсодержащих экотоксикантов, при прогнозировании отдаленных последствий поражения токсичными факторами при несчастных случаях, авариях и экологических катастрофах. Кроме того, анализ имеющихся материалов позволяет говорить о возможности индивидуальной коррекции наблюдаемых на уровне клеток изменений и дает основание для применения адаптогенных и антимутагенных препаратов - в частности, у людей с большей вероятностью появления наследственных аномалий в соматических или половых клетках (живущих и/или работающих в условиях хронической экспозиции).
Для определения путей научно-практической реализации этих исследований рассматриваемые особенности воздействия изучены с учетом взаимосвязей между уровнями ДЭФ и экодого-генетическими эффектами для человека. Настоящие исследования позволили спрогнозировать отдаленные последствия подобных воздействий, а также
заложили основу для скрининга больших популяшюнных групп в районах загрязнения ДЭФ. Это позволяет проводить мониторинг не только отдельных патологических состояний и наследственных заболеваний, но и выявлять вновь возникающие аномалии и нозологии.
Важно подчеркнуть практическую значимость этих работ для решения вопросов, сформулированных в Федеральной Целевой Программе "Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов на 1996-1997 годы", утвержденной постановлением Правительства РФ от 5 ноября 1995 г. (№ 1102). Все это непосредственно касается больших контингентов людей, которые могут оказаться под воздействием диоксина и ДЭФ в условиях повышенного содержания в среде промутагенных и/или проканцерогенных соединений. Значимость исследований определяется разработкой проблемы во Вьетнаме по прошествии более чем 20 лет с момента воздействия Оранжевого агента. Этот срок обеспечивает условия для проявлення многих отдаленных медико-биологических последствий такого воздействия.
Работа выполнена в раджах программы исследований Тропического Отделения Института проблем экологии и эволюции РАН. Непосредственные исследования проводились во Вьетнаме на базе Совместного Российско-Вьетнамкого Тропического центра РАН и Министерства науки, технологии и экологии СРВ (Межправительственное соглашение, 1987 г.). начиная с 1989 года по программам и рекомендациям РАН (ранее АН СССР), МО РФ (УНХВ, ВМедА).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на V Всесоюзном совещании по структуре и функциям хромосом (Пушино, 1985); V Всесоюзном биохимическом съезде (Киев, 1986); V и VI съезде ВОГиС им. Н.И.Вавилова (Москва, 1987, Минск, 1992), Всесоюзном симпозиуме "Объем и методы генотоксической оценки и побочных эффектов биологически активных веществ (Ленинград, 1989), на 2-м Совещании по антимутагенным препаратам (Минск, 1993), на
Международном симпозиуме по жень-шеню (Сеул, 1993), на международных конференциях по проблеме "Диоксин" (1991 - США, 1993 - Австрия, 1994 - Япония, 1995 - Канада), 2-м Международном симпозиуме по проблеме "Применение гербицидов в военных целях. Отдаленные последствия воздействия на природу и человека" (1993 г.), на заседаниях Комитета 10-80 (СРВ), на научной сессии РАМН "Химия и здоровье" (Москва, 1994), на Межведомственных совещаниях в Тропическом центре (Ханой, 02.1996; Хошимин, 04.1996). По материалам диссертации опубликовано 38 печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения и 4 глав, где представлены обзор литературы и описание собственных исследований; содержит 337 страниц текста, 32 таблицы и 13 рисунков. Список литературы включает 154 русских и 477 иностранных названий.