Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Токсиколого-гигиеническая характеристика макроциклических эфиров в условиях кризисного состояния гидросферы

На правах рукописи

ПОПОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

ТОКСИКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАКРОЦИКЛИЧЕСКИХ ЭФИРОВ

В УСЛОВИЯХ КРИЗИСНОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

14.00.07 - гигиена

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Ростов-на-Дону - 2004

Работа выполнена в Харьковском государственном медицинском университете

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Жуков Виктор Иванович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Боков Алексей Николаевич

доктор медицинских наук, профессор Нефедов Петр Владимирович

Ведущая организация:

Российский государственный медицинский университет

Защита состоится «17» декабря 2004 года в 13 00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.082.01 при Ростовском государственном медицинском университете (344022 г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного медицинского университета Автореферат разослан « 4$ »_■/•/_ 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

профессор Н.Я.Корганов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивная деятельность человека на современном этапе развития науки, технологии и техники привела к развитию и широкому внедрению в народное хозяйство химии органического синтеза. Предприятия органического синтеза, темпы развития которых создают значительную антропогенную нагрузку на водные объекты, увеличивают производство новых химических веществ, конструктивных материалов, комплексообразователей и в частности макроциклических эфиров. Такие уникальные свойства макроциклических соединений, как растворимость во многих неводных растворителях (липофильность), большая устойчивость и селективность реакций макроциклических металлокомплексов, высокие окислительно-восстановительные свойства, способность образовывать «стопочные соединения», обладающие высокой электропроводностью, позволили найти им широкое применение в экстракции, разделении ионов металлов, катализе окислительно-восстановительных реакций, межфазном катализе, электрохимии, электронике, моделировании биохимических реакций, тонком органическом синтезе, медицине, агрономии, металлургии (К.Б. Яци-мирский и соавт., 1987; М. Хьюз, 1983; М. Хираока, 1986; Ф. Фегтле, Э.Вебер, 1988).

Наличие широкого спектра уникальных свойств у краун-эфиров позволяет прогнозировать увеличение производства данной группы соединений в ближайшее время более чем в пять раз, что ставит перед гигиенистами задачу определения потенциальной их опасности для водопользования, здоровья населения и разработки комплекса профилактических мероприятий по защите среды обитания от вредного воздействия. Это тем более важно, так как к настоящему времени водные объекты промышленно развитых регионов во многих случаях вышли из «естественного» состояния и превратились в своеобразные транспортные, энергетические, водопроводные и одновременно канализационные системы. К недостаточно изученным в гигиеническом отношении соединениям, которые могут загрязнять водоёмы, относятся макроциклические эфиры группы краун-эфиров (гидрокси-16 краун-5, 18 краун-6). Эти вещества широко используются в металлургии, электрохимии, катализе, тонком органическом синтезе, экологии, медицине, сельском хозяйстве (М. Хираока, 1986; Р.И. Кратенко, 2001).

При анализе отечественной и зарубежной литературы не обнаружено каких-либо сведений о влиянии краун-эфиров на органо-лептические свойства воды, санитарный режим водоёмов и условия водопользования населения. Вместе с тем, в доступной нам литературе отсутствуют информация о биологической активности и потенциальной опасности краун-эфиров для теплокровных животных и водных организмов. Не разработаны гигиенические нормативы в качестве предельно допустимых концентраций исследуемых веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. Всё это и определило актуальность проводимых нами исследований.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнялась в рамках научно-технических планов Проблемной комиссии Харьковского государственного медицинского университета «Научные основы охраны окружающей и производственной среды», научно-технической программы 020 «Новые химические материалы», утвержденной ГКНТ 30.10.85 г., № 555 и приоритетной научно-технической темы МОЗ Украины «Научное обоснование биохимической модели структурно-метаболических нарушений в организме под влиянием вредных экологических факторов как прогностической основы диагностики донозологических состояний», утвержденной 11.09.2000 г., № 0199И001763.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось обоснование комплексной токсиколого-гигиенической характеристики новых, перспективных химических соединений группы краун-эфиров (гидрокси-16 краун-5, 18краун-6) и составление прогноза потенциальной опасности их для здоровья населения в связи с проблемой санитарной охраны водоемов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить влияние краун-эфиров на органолептические свойства воды и санитарный режим водоемов;

- определить параметры токсичности и кумулятивные свойства краун-эфиров в условиях острого, подострого и хронического воздействия на организм теплокровных животных;

- раскрыть особенности механизма биологического действия краун-эфиров;

- изучить отдаленные последствия влияния краун-эфиров на

организм (гонадотоксическое, эмбриотоксическое, мутагенное, тератогенное действие);

- исследовать влияние краун-эфиров на иммунобиологическую реактивность организма;

- обосновать предельно допустимые концентрации краун-эфиров в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения на основании изучения влияния их на органо-лептические свойства воды, санитарный режим водоемов и организм теплокровных животных.

Научная новизна полученных результатов. Впервые на молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном и орга-низменном уровнях раскрыты особенности механизма биологического действия краун-эфиров, установлены ведущие звенья метаболических нарушений, которые лежат в основе структурной перестройки биологических мембран.

Впервые получена комплексная токсиколого-гигиени-ческая характеристика краун-эфиров как перспективных химических соединений для народного хозяйства, составлен прогноз их потенциальной опасности для водных объектов и здоровья населения, определены возможные отдаленные последствия влияния на организм теплокровных животных и действие их на иммунобиологическую реактивность.

Впервые обоснован механизм гидролитической деструкции кра-ун-эфиров и дана комплексная токсиколого-гигиени-ческая характеристика метаболитам в аспекте влияния их на водные экосистемы.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты работы положены в основу разработки 2-х предельно допустимых концентраций краун-эфиров в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения и одобрены Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора Российской Федерации и МОЗ Украины. Основные положения и выводы используются на Шебекинском химзаводе (г. Шебекино, Россия), Первомайском химкомбинате (г. Первомайск, Харьковская область, Украина), а также в учебном процессе на медико-профилактическом факультете Харьковского государственного медицин -ского университета.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих съездах, конференциях и

5

симпозиумах: итоговой конференции Харьковского научно-медицинского общества (Харьков, 1994, 1995, 1996, 1998 г.г.); областной конференции гигиенистов и санитарных врачей (Харьков, 1995, 1996, 1998 г.г.); межрегиональной конференции гигиенистов и санитарных врачей Харьковской и Белгородской области (Харьков, 1997, 1998 г.г.); конференции молодых ученых Харьковского государственного медицинского университета (Харьков, 1997, 1998 г.г.); X Международной научно-технической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов» (Щелкино АР Крым, 2002); Всеукраинской научно-практической конференции «Иммунотоксиканты, канцерогены, мутагены окружающей среды» (Киев, 2002).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ. Результаты диссертационной работы нашли отражение в двух отчетах плановых университетских тем.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста и состоит из введения, главы обзора литературы, материалы и методы исследования, глав собственных исследований, заключения и выводов. Список цитируемой литературы содержит 269 отечественных и 55 иностранных источников. Диссертация иллюстрирована 70 таблицами и 22 рисунками.

Личный вклад соискателя.

1. Изучена стабильность и трансформация двух краун-эфиров в водных растворах, определена потенциальная опасность их для человека и водных объектов.

2. Определено влияние на органолептические свойства воды, санитарный режим водоёмов и организм теплокровных животных. Установлены: класс опасности, кумулятивные, кожно-раздражающие, кожно-резорбтивные, аллергенные свойства, пороговые, подпороговые и макси-мально недействующие дозы в подо-стром опыте. Дана оценка отдалённым последствиям влияния на организм теплокровных животных. Изучено влияние соединений на иммунобиологическую реактивность.

3. Раскрыты особенности механизма биологического действия на организм.

4. Обоснованы ПДК двух краун-эфиров в воде водоёмов. Проведена статистическая обработка полученных результатов и сделаны выводы по экспериментальной части работы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Краун-эфиры (гидрокси-16 краун-5, 18 краун-6) в концентрациях 50,0 мг/л и более способны сообщать водным растворам горько-вяжущий привкус. В концентрациях 100 мг/л вещества не влияют на цвет, прозрачность, мутность и запах воды. В концентрациях 1,0 мг/л и более сообщают водным растворам стабильную мелкопузырчатую пену. Пороговые величины по пенообразованию установлены на уровнях 1,0; 10,0 мг/л соответственно для гидрокси-16 краун-5, 18 краун-6. Лимитирующий органолептический признак вредности - пенообразование.

2. Исследуемые соединения в концентрациях 20,0 мг/л и более снижают содержание растворенного в воде кислорода, повышают биохимическое потребление кислорода, тормозят процессы аммонификации и нитрификации органических веществ, в концентрации 10,0 мг/л оказывают токсическое воздействие на водные организмы (дафнии) и водоросли (Pedinomonas tenuis, Dunaliella salina). В концентрациях до 25 мг/л краун-эфиры стимулируют, а выше 50 мг/л угнетают рост и размножение условно-патогенной и сапрофитной микрофлоры, вирусов. Пороговая концентрация по влиянию на растворенный в воде кислород установлена на уровне 20 мг/л, БПК и процессы минерализации органических веществ - 50 мг/л, сапрофитную микрофлору - 50 мг/л, водные организмы (дафнии) - 5 мг/л. Лимитирующий общесанитарный признак вредности - влияние краун-эфиров на рост и размножение дафний.

3. Особенности механизма биологического действия крун-эфиров заключаются в том, что обладая комплексообразующими свойствами они нарушают окислительно-восстановительные процессы, биоэнергетику, окислительное фосфорилирование, которые лежат в основе структурно-метаболических изменений со стороны внутренних органов, систем и функций организма. 1/100 и 1/1000 ДЛ5о были действующими, 1/10000 ДЛ5о - пороговой в подостром эксперименте.

4. Специфическим мутагенным, гонадотоксическим, тератогенным и эмбриотоксическим действием краун-эфиры не обладают. В 1/10, 1/100, 1/1000, 1/10000 ДЛ50 краун-эфиры ингибируют иммунобиологическую реактивность организма. 1/100000 ДЛ5о была недействующей на иммунную систему организма, генеративную функцию и генетический аппарат теплокровных животных.

5. Лимитирующий признак вредности краун-эфиров - санитар-

7

но-токсиколо-гический. В качестве предельно допустимых концентраций в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения рекомендуются следующие величины: для 18 краун-6 - 0,05 мг/л; гидрокси-16 краун-5 - 0,045 мг/л.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методическое решение поставленных задач осуществлялось экспериментальным путём и с помощью натурных исследований. Выбор групп краун-эфиров как объектов настоящего исследования в значительной мере обусловлен необходимостью получения их гигиенической регламентации и разработки комплексных эколого-гигиенических мероприятий по санитарной охране водоёмов. В работе использованы химически чистые образцы краун-эфиров с заданными техническими характеристиками, синтезированные и представленные НПО «Полимерсинтез» (г.Владимир, Россия). Исследованию подвергнуты гидрокси-16 краун-5,18 краун-6.

Изучение влияния веществ на органолептические свойства воды (запах, привкус, прозрачность, цвет), исследование пенообразую-щей способности проведено в соответствии с Методическими указаниями № 1296-75.

В основу определения влияния веществ на процессы самоочищения водоёмов положены общепринятые методики (Ю.Ю.Лурье, А.И.Рыбникова, 1974).

Анализ стабильности и трансформации соединений в водной среде проводился в соответствии с «Методическими указаниями по разработке и научному обоснованию предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водоёмов» (М., 1975) и рекомендациями Б.М.Штабского, В.М. Федоренко (1982), В.В. Бочарова и соавт. (1988) с помощью хроматографа «Цвет-500».

Кумулятивные свойства исследуемых веществ изучались на белых крысах в соответствии с рекомендациями Г.Н. Красовского (1982).

Предварительная оценка степени токсичности изучаемых соединений осуществлялась на перевиваемых клеточных культурах линии Нер-2, Vero, X-63 (Дж. Уосли, 1976), а также с использованием нативных клеток человека (буккального эпителия) по изменению электрокинетических свойств ядер (В.Г. Шахбазов, 1982).

Подострый опыт и хронический токсикологический эксперимент были проведены на белых крысах. Продолжительность подо-

строго опыта составляла 1,5 месяца, хронического эксперимента -3-4,5 месяца. Использовались 1/10; 1/100; 1/1000 и 1/10000 ДЛ50.

Для выявления качественных сторон токсического действия изучаемых краун-эфиров оценивались интегральные и специфические показатели на уровне целостного организма, а также показатели, характеризующие состояние отдельных органов и систем. Использовались тесты, позволяющие судить о состояниях биоэнергетики, окислительного фосфорилирования, оксидантной и антиок-сидантной систем и ОВП в организме. О состоянии ОВП судили по динамике активности ряда ферментов: церулоплазмина, ЦХО, ЛДГ, МДГ, АлТ и АсТ, ЩФ, КФК, ФФК, каталазы, пероксидазы, АХЭ, Са2+- и Mg2+-зависимых АТФаз, Г-6-ФДГ, СДГ, глутатионпе-роксидазы, определяемым по общепринятым методам (B.C. Асатиани, 1969; М.Д.По-дильчак, 1967; М.И. Прохорова, 1982), и содержанию глутатиона, витамина С, SH-групп - по Ю.А Бахшиеву (1971).

Накопление в организме продуктов ПОЛ оценивалось с помощью хемилюминометра БХЛМЦ1-01 по интенсивности БХЛ, а также содержанию в органах и тканях диеновых коньюгатов, малонового диальдегида и определялось общепринятыми методами (Ю.А. Вла-димиров, А.И. Арчаков, 1972; ЯМ. Серкиз и соавт., 1989).

Содержание микроэлементов в органах и тканях (Na, К, Са, Mg, Zn, Fe, Си) определялось атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре «Сатурн» (М.Э. Брицке, 1982).

Для более полного раскрытия механизма биологического действия краун-эфиров дополнительно изучались состояние биомембран клеток печени и эритроцитов, гормональный, рецепторный, нейро-медиаторный статус, аминокислотный пул, фосфолипиды, окси-дантная и антиоксидантная системы, микросомалыюе окисление ксенобиотиков, их биотрансформация, токсикодинамика и токси-кокинетика. В изучение отдалённых последствий входило установление гонадотоксического, эмбриотоксического, мутагенного, тератогенного и аллергенного эффектов, для чего в основу были положены "Методические рекомендации - Оценка влияния факторов окружающей среды на иммунобиологическую реактивность организма", (Киев, 1976); "Методические указания по изучению эм-бриотоксического действия химических веществ при гигиеническом обосновании их ПДК в воде водных объектов (Москва, 1984);

"Методические указания но изучению гонадотоксического действия химических веществ при гигиеническом нормировании в воде водоёмов" (Москва, 1981); "Методические указания по изучению мутагенной активности химических веществ при обосновании их ПДК в воде (Москва, 1986); "Методические указания по изучению аллергенного действия при обосновании предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водоёмов" (Москва, 1984); методические указания "Методы экспериментального исследования по установлению порогов действия промышленных ядов на генеративную функцию с целью гигиенического нормирования" (Москва, 1978); "Методические указания к экспериментальному изучению аллергенных свойств химических ингредиентов атмосферных загрязнений" (Киев, 1968).

По окончании подострого и хронического опытов определялись коэффициенты массы внутренних органов (О.Н. Елизарова, 1971). Гистологическому и гистохимическому исследованию подверглись печень, почки, селезенка, головной мозг, желудок, легкие, сердце с использованием классических методов (О.В. Волков, Ю.К. Елецкий, 1982). Выраженность обмена ДНК и РНК изучалась по Эй-нарсону (Э. Пирс, 1962; А. Хэм, Д. Кормак, 1982). В криостатных срезах внутренних органов определялась активность СДГ, ЛДГ, МАО, Г-6-ФДГ, а-ГФДГ по L. Astaldi, L. Vergo (1957) ццитофото-метрически (В.В. Соколовский и соавт., 1975). Для более тонкой оценки структур клеток органов использовался электронный микроскоп ПЭМ-100.

При изучении биотрансформации, токсикодинамики и токсико-кинетики краун-эфиров в моче экспериментальных животных определялись продукты метаболизма исследуемых веществ хромато-распределительным методом (Р.Н. Мокеева и соавт., 1979) на хроматографах «Цвет-500» и «Цвет-1000».

Результаты исследований статистически обработаны с помощью критерия Стьюдента ЭВМ. В экспериментальной части работы всего использовано около 1270 белых крыс популяции Вис-тар, 800 белых мышей, 30 морских свинок, 12 кроликов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Медико-биологические аспекты охраны окружающей среды и здоровья населения изучены при исследовании влияния краун-эфиров на органолептические свойства воды, санитарный режим

водоёмов и организм теплокровных животных.

Экспериментальная часть работы на первом этапе предусматривала изучение стабильности и трансформации краун-эфиров в воде водных объектов. Оценке подверглись химически чистые образцы веществ - гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6. Результаты прямых (газовая хроматография) и косвенных методов определения стабильности макроциклов свидетельствовали, что эти соединения относятся к высокостабильным веществам. В процессе гидролитического окисления образуется широкий спектр метаболитов: альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды. В соответствии с классификацией токсичности эти соединения являются более токсичными, сравнительно с исходными продуктами и хорошо изучены в токси-колого-гигиеническом отношении. Прямым методом определить период полураспада испытуемых веществ в течение одного года наблюдения не удалось. Высокая стабильность краун-эфиров подтверждалась и косвенными методами (биологический тест на дафниях и пенообразование).

Исследование влияния макроциклических эфиров на органолеп-тические свойства воды обнаружило способность их придавать водным растворам горько-вяжущий привкус и сообщать пенообра-зование. В концентрациях до 50,0 мг/л вещества не изменяли цвет, прозрачность воды и не сообщали ей посторонних запахов. Провоцирование привкусов (запахов) при хлорировании водных растворов дозами активного хлора 0,5; 1,0; 2,0 мг/л не выявило усиления пли появления посторонних привкусов (запахов). Пенообразующая способность определялась по ГОСТ 8248-70. Пороговые концентрации по пенообразованию определены на уровнях: 1,0 и 10,0 мг/л соответственно для гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6. Лимитирующий органолептический признак вредности - пенообразование.

Действие краун-эфиров на естественные процессы самоочищения водоёмов характеризовалось повышением биохимической потребности кислорода, снижением растворённого в воде кислорода, торможением минерализации органических веществ. Все соединения в концентрациях 10,0 мг/л и более оказывали токсическое влияние на дафний и одноклеточные водоросли. В испытанных концентрациях до 100 мг/л соединения не изменяли рН водных растворов. В определённых концентрациях краун-эфиры способны стимулировать или подавлять рост и размножение сапрофитной и условно-патогенной микрофлоры и вирусов. Во всех случаях кон-

11

центрация 5,0 мг/л не оказывала влияние на санитарный режим водоёмов. Лимитирующий общесанитарный признак вредности -влияние краун-эфиров на водные организмы.

Первоочередной задачей токсикологических исследований являлось установление параметров токсичности, клинической картины отравления, видовой чувствительности при пероральном пути поступления веществ в организм белых крыс, белых мышей, морских свинок. На основании параметров токсичности краун-эфиры относятся к умерено токсичным соединениям (3 класс опасности). Их среднесмертельные дозы (ДЛ5о) определены на уровне: гидро-кси-16 краун-5 -2,11 г/кг; 18 краун-6 - 1,27 г/кг массы животного. Среднее время гибели (ЕТ5о) белых крыс находится в интервале от 1,5 до 14,2 часа. Различий видовой и половой чувствительности в условиях острого воздействия краун-эфиров не установлено (табл.

1)

Таблица 1

Параметры токсикометрии краун-эфиров

Вид животных

Вещество

Параметры токсичности (г/кг)

ДЛ»

ДЛ<0

ДЛкю

ЕТ5О, час мин

Кк

Класс опасности

Белые крысы Белые мыши Морские свинки

гидрокси-16 краун-5

1,0 1,0 1,0

2,11 2,18 2,30

3,50 3,50 3,50

5'55" 540" 5'50"

0,3 5

Белые крысы Белые мыши Морские свинки

18 краун-6

0,50 0,50 0,50

1,27 1,23 1,30

3,0 3,0 3,0

042" О'ЗО" 0'35"

0,5 4

В клинической картине отравления преобладали симптомы нарушения ЦНС, гемодинамики и дыхания. Изменения со стороны внутренних органов характеризовались полнокровием и дистрофическими нарушениями в печени, почках, сердце, головном мозге и лимфоидном аппарате.

Предварительная оценка степени токсичности краун-эфиров проведена на одноклеточных водорослях (Pedinamonas tenuis, Dunaliella salina), перевиваемых клеточных культурах Нер-2, vcro) и нативных клетках буккального эпителия.

Пороговые концентрации для всей группы веществ на микроводоросли установлены на основании прекращения их движения, коагуляции и выпадения в осадок и составляли 5-10 мг/л. Несколько более чувствительными оказались перевиваемые клеточные

культуры печени и почек зелёных мартышек, которые под воздействием макроциклов теряли способность распластывания и захвата нейтрального красного красителя клетками ткани.

Недействующая концентрация на культуру клеток тканей для гидрокси-16 краун-5 - 0,2 мг/л и для 18 краун-6 - 0,05 мг/л.

Клетки буккального эпителия также проявляли высокую чувствительность к действию краун-эфиров. Дозы препаратов 5 мг/л и выше снижали электрокинетические свойства ядер этих клеток. Пороговая концентрация для всех соединений была на уровне 1,0 мг/л. Результаты исследования предварительной оценки токсичности краун-эфиров свидетельствовали о более высокой чувствительности перевиваемых клеточных культур, водорослей и буккального эпителия к действию токсинов. Эти данные подтверждают необходимость использования их для экспресс-оценки степени токсичности химических соединений.

Изучение способности краун-эфиров кумулироваться в организме или кумулировать эффекты их воздействия установили чрезвычайно высокую степень кумуляции. Коэффициенты кумуляции для всех веществ были меньше единицы.

Оценивая действия макроциклов на слизистые и кожные покровы, установлено, что они обладают слабым кожно-раздражающим и кожно-резорбтивным действием. При определении эффекта проникновения веществ через неповреждённую кожу был использован метод биохемилюминесценции. Результаты показали, что биохе-милюминесценция крови опытных животных увеличивалась, начиная с первого часа аппликаций химических соединений, тогда как клинико-биохимические методы позволили определить способность веществ проникать через кожные покровы в отдаленные периоды наблюдения (20-30-е сутки). Это дало возможность использовать метод БХЛ для экспресс-оценки эффекта проникновения соединений через неповреждённую кожу.

С целью обоснования особенностей механизма биологического действия, установления наиболее повреждаемых органов, систем и функций организма, пороговых, подпороговых и недействующих доз был проведён подострый и хронический эксперимент на белых крысах (продолжительностью 1,5 месяца и 3 месяца соответственно). Испытаны 1/10; 1/100; 1/1000; 1/10000; 1/100000 и 1/500000

дл50'

Результаты подострого опыта обнаружили в динамике наблюде-

13

ния снижение процента прироста массы тела животных, содержания эритроцитов, гемоглобина, витамина С, лейкоцитов, гаптогло-бина, 8И-1рупп, глутатиона, выделения углекислого газа, активности пероксидазы, каталазы, глутатионпероксидазы, церулоплазми-на и повышение общих липидов, МДА, БХЛ, диеновых конъюгатов и метгемоглобина крови при воздействии 1/100; 1/1000 и 1/10000 ДЛ5о- В органах и тканях наблюдалось перераспределение микроэлементов (№, К, Са, М^, Мп, /п, Бе), в большинстве случаев отмечалось увеличение их в сыворотке крови, снижение во внутренних органах. Все исследуемые краун-эфиры нарушали в органах и тканях активность ЛДГ, МДГ, АХЭ, Г-6-ФДГ, ЦХО, КФК, ФФК, у-ГТ, АлТ, АсТ, ЩФ, Са2+ и Mg2+ АТФаз, а-ГБДГ (р<0,05). Гистохи-мически в печени, почках, надпочечниках, селезёнке, головном мозге нарушалась активность СДГ, МДГ, ЛДГ, Г-6-ФДГ, а-ГФДГ, МАО. Дистрофические изменения обнаруживались в печени, почках, сердце, головном мозге, селезёнке и надпочечниках.

Анализ биохимических, гистохимических и других показателей обнаружил влияние краун-эфиров в подостром опыте на биоэнергетику, окислительное фосфорилирование и тканевое дыхание, которые явились основой формирования дистрофических и деструктивных нарушений во внутренних органах и тканях. 1/100 и 1/1000 ДЛ5о были действующими, 1/10000 ДЛ5о - пороговой по результатам подострого опыта.

В хроническом опыте с целью раскрытия механизма биологического действия краун-эфиров, уточнения пороговых и недействующих доз испытаны 1/1000, 1/10000, 1/100000 и 1/500000 ДЛ50. Опыт проведен на белых крысах популяции Вистар. Продолжительность пероралыюго воздействия составляла 3 месяца. Как и в подостром опыте, в зависимости от дозы воздействия макроциклы снижали процент прироста массы тела, содержание эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов. В препаратах мазков крови встречались гипохромные эритроциты, склеенные в виде длинных тяжей. Лейкоцитарная формула характеризовалась нейтрофилезом с относительной лимфопенией. Наблюдались нейтрофилы с рыхлой структурой ядер и токсической зернистостью. 1/10000 ДЛ5о была недействующей на белую и красную кровь.

Учитывая, что в подостром опыте вещества способствовали накоплению в крови метгемоглобина и снижению продукции живот-

ными углекислого газа в динамике наблюдения, было изучено влияние краун-эфиров на окислительно-восстановительные процессы в организме. Исследованиями установлено снижение содержания в крови глутатиона, гаптоглобина, 8И-групп, активности каталазы, пероксидазы, глутатионпероксидазы и повышение БХЛ, МДА, диенов в органах и тканях. Характерным являлось однонаправленное действие краун-эфиров и зависимость ответной реакции от дозы воздействия химических веществ. Длительное их поступление в организм приводило к динамическим нар>шениям активности органо- и мембраноспецифических ферментов таких, как МДГ, СДГ, КФК, ФФК, АсТ, АлТ, АХЭ, Г-6-ФДГ, у-ГТ, ЩФ, Са2+ и АТФаз, а-ГБДГ, ЛАП (р<0,05).

Сопоставление полученных результатов подострого и хронического опытов обнаружило, что краун- эфиры нарушают биоэнергетику, окислительное фосфорилирование, ОВП и тканевое дыхание в 1/100, 1/1000, 1/10000 и 1/100000 ДЛ50. 1/100000 ДЛ50 определена как пороговая хронического эксперимента. Обнаруженные гисто-морфологические изменения в этой дозе харак!еризовались не деструктивными процессами, происходящими во внутриклеточных структурах, а только напряжением их функции. В 1/500000 ДЛ50 изменений, сравнительно с контрольной группой, но анализируемым параметрам не наблюдалось. Эта доза хронического опыта и установлена как недействующая по клинико-биохимическим и гистохимическим показателям.

Во всех случаях при исследовании интенсивности бнохемилю-минесценции гомогенатов сердца, печени, почек, надпочечников, селезёнки, головного мозга, сыворотки крови и цельной крови отмечалось усиление интенсивноеги свечения органов и тканей при воздействии 1/10000, 1/100000 и 1/500000 ДЛ50. В группах экспериментальных животных, которым вводилась 1/1000000 ДЛ5о, усиления сверхслабого свечения гомогенатов органов и тканей сравнительно с контролем не обнаружено. Исходя из этого, по показателям БХЛ 1/100000 ДЛ50 является действующей, 1/500000 ДЛ50 -пороговой, 1/1000000 ДЛ5о - недействующей в хроническом опыте. Повышение БХЛ у опытных групп животных указывает, что краун-эфиры стимулируют в организме свободнорадикальное перекисное окисление липидов, которое подтверждалось повышением уровня МДА, диенов, перекисей, гидроперекисей, свободных радикалов в

органах и тканях. Длительная стимуляция ПОЛ в хроническом опыте привела к снижению содержания в организме 8Н-групп, глу-татиона, гаптоглобина, витамина С и ферментов антирадикальной защиты, что свидетельствует об истощении антиоксидантной системы под влиянием краун-эфиров в хроническом опыте. По результатам гистологических и гистохимических исследований 1/100000 ДЛ50 не приводила к структурным и метаболическим нарушениям со стороны внутренних органов. В 1/10000 ДЛ5о наблюдалось нарушение в органах и тканях синтеза ДНК, РНК, белка, углеводов и активности ферментов ЛДГ, СДГ, МДГ, МАО, а-ГФДГ, Г-6-ФДГ, НАДФ.

Анализируя результаты хронического опыта, можно сделать вывод, что краун-эфиры обладают сходным характером действия. Длительное их поступление в организм стимулирует ПОЛ и истощает антиоксидантную систему. В основе структурно-метаболических нарушений лежит свободнорадикальная патология, которая влияет на биоэнергетику, окислительное фосфорили-рование и тканевое дыхание. В связи с тесным единством структуры, функции и метаболизма следует полагать, что краун-эфиры, стимулируя ПОЛ, способны изменять качественные и количественные характеристики биологических мембран.

Таблица 2

Влияние краун-эфиров на фосфолипидный состав печени белых _крыс в хроническом опыте (%, 1/10000 ДЛ5р, М+т)_

Вещест- Показатели

во ФЭА ФХ СМ ФС ЛФЭА ЛФХ ФИ

Контроль 23,3+ 2,1 39,4+ 32 16,0+ 0,7 9,0+ 0,8 13+ 0,4 12+ 0,5 7,7+ 0,6

18 кра-ун-6 16,2+ 1,4* 53,2+ 1,4* 10,4+ 0,6* 10,3+ 0,9 2,7+ 0,06* 3,1+ 0,4* 2,6+ 0,7*

Гидро-кси-16 краун-5 13,9+ 0,8* 52,8+ 1,8* 12,7+ 0,6* 8,7+ 0,5 2,8+ 0,2* 3,6+ 0,05* 3,8+ 0,6*

,0+

ТЩ" 0,001*

Примечание. Различия достоверные: * - р<0,05.

Исследования показали, что вещества в 1/1000, 1/10000 ДЛ5о влияют на физико-химические свойства и структуру мембран. Так, в эритроцитах наблюдалось снижение ФЭА и увеличение ФХ, ЛФХ. Сходные изменения были обнаружены в гепатоцитах - сни-

жение СМ, ФЭА, КЛ, ФИ и повышение уровня ЛФЭА, ЛФХ И ФХ (табл. 2; рис. 1). На динамику фосфатидилсерина макроциклы не влияли. Среди фракций фосфолипидов, как в эритроцитах, так и в гепатоцитах, определялись их лизоформы, что указывает на образование в процессе метаболизма токсичных продуктов и ускорение свободнорадикального перекисного окисления липидов.

Главные ферментные системы, участвующие в превращении ксенобиотиков, локализованы в гепатоцитах, где в монооксигеназ-ной системе химическое вещество модифицируется и элиминируется экскреторными системами. Исследования показали, что краун-эфиры повышали все параметры монооксигеназной системы. Они усиливали О-деметилазную, НАДФН и НАДН - цитохром с-редуктазную активность, оказывая воздействие на две электронно-транспортные микросомальные цепи. Макроциклы повышали скорость эндогенного дыхания, окисления НАДФН, НАДН в присутствии ЭДТА, перекисного окисления липидов. Не влияли вещества на содержание цитохрома Ь5, однако увеличивали содержание ци-тохрома Р450 (табл. 3). Исходя из полученных результагов, наблюдается тесная связь между активацией монооксигеназной системы, свободнорадикальным окислением липидов и истощением антиок-сидантной системы.

% мот1

260-' — ~ 210 160 ни м 10 -40

-901 _

-НО ......................................................................................шшщш—ш—щшт* ЧИУ

«НА Ф\ СМ 'К" ЛФП ЛФХ ФН К1

[И 1Я-к'ра)Н-6 В|и.ци>к-сн-16-краув-5 |

Рис. 1. Влияние краун-эфиров на фосфолипидный состав печени белых крыс в хроническом опыте (% отличий от контроля, доза 1/10000 ДЛ50).

Установленные мембранные изменения явились одной из основных причин нарушения процессов внутриклеточной медиации. Они характеризовались снижением активности аденилатциклазы в печени и повышением в головном мозге. Вещества в 1/1000,

1/10000 ДЛ50 снижали поглощение 45Са2+ мембранными фракциями. В органах наблюдалось снижение, как правило, цАМФ, а в плазме - его повышение. Всё это является результатом глубоких изменений внутриклеточного метаболизма, в том числе белкового, углеводного и жирового обмена.

Большая роль в обеспечении адаптации организма к изменившимся условиям внешней среды принадлежит биогенным моноаминам и их предшественникам.

Таблица 3

Влияние макроциклических эфиров на монооксигеназную систему

печени крыс в хроническом опыте (1/10000 ДЛ50, М±т)

Показатели Контроль Вещество

18 краун-6 Гидрокси-16 краун-5

Скорость эндогенного дыха- 1,35+0,26 2,60+0,40* 3,40+0,30*

ния(нмольО2)

Скорость окисления НАДФН 3,20+0,36 6,25+0,36* 6,20+0,26*

(нмоль О2)

Скорость окисления НАДФН в 2,80+0,43 5,10+0,23* 4,8010,28*

присут-ствии ЭДТА (нмоль О2)

Скорость перекисного окисле- 0,39+0,09 1,60+0,18* 2,26+0,25*

ния липи-дов (нмоль О2)

Цитохром Ь5 (нмоль/мг белка) 0,630+0,09 0,620+0,09 0,589+0,10

Цитохром Р4 50 (нмоль/мг белка) 0,820+0,13 1,670+0,136* 1,358+0,094*

О-деметилаза 6,69+0,53 15,60+1,3* 15,0+1,2*

(нмоль ^-нитрофенола/мин/мг

белка)

НАДФН-цитохром с-редуктаза 198,3+15,6 290,4+20,5* 260,8+28,3*

(нмоль цитохрома с/мин/мг

белка)

НАДН-цитохром с редуктаза 860,4+37,2 1380,4+45,3* 1380,5+37,4*

(нмоль цитохрома с/мин/мг

белка)

Примечание. Различия достоверные: * - р<0,05.

Результаты опытов показали, что краун-эфиры снижали содержание в головном мозге дофамина, адреналина, норадреналина и не влияли на ДОФА В печени эти соединения снижали все показатели (ДОФА, дофамин, адреналин, норадреналин). Содержание тирозина в печени, головном мозге и плазме не менялось. Влияние веществ на концентрацию предшественников биогенных моноами-

нов выявило увеличение триптофана и снижение серотонина в печени и головном мозге. Результаты показывают на разную направленность действия краун-эфиров на адреналинергическую, дофа-минергическую и серотонинергическую систему головного мозга и печени. Уровень биогенных моноаминов и их предшественников находился не только в тесной связи с рецепторным аппаратом клетки, но и с внутриклеточными медиаторами цАМФ и цГМФ.

Таким образом, результаты работы установили, что в основе патологических изменений, обнаруженных при действии на организм экспериментальных животных краун-эфиров, лежит следующий механизм: обладая мембранотропным действием, краун-эфиры стимулировали ПОЛ, нарушали биоэнергетику, окислительное фосфорилирование и тканевое дыхание, которые привели к дистрофическим и деструктивным изменениям со стороны органов и тканей организма экспериментальных животных, в основе которых лежит свободнорадикальная патология.

Многие химические соединения, загрязняющие среду обитания человека, способны оказывать на организм специфическое действие, проявляющееся в отдаленные периоды жизни индивидуумов и сказывающееся на потомстве (Г.Н. Красовский, В.В. Соколовский, 1979). Изучение влияния 18 краун-6 на генеративную функцию организма установило, что эго вещество в 1/1000, 1/10000 ДЛ50 снижало концентрацию сперматозоидов в суспензии придатка, время их подвижности, кислотную и осмотическую резистентность и увеличивало количество мертвых форм сперматозоидов (табл. 4).

Таблица 4

Влияние 18 краун-6 на функциональное состояние сперматозоидов

белых крь Показатели с ( м+т) Контроль Доза ДЛ,П

1/10000 1/100000

Время подвижности сперматозоидов, мин 144,9+10,2 84,7+7,8* 130,6+8,4

Количество сперматозоидов, млн/кд 10,5+1,2 4,2+1,3* 9,7+1 4

Количество мертвых сперматозоидов, % 5,8+1,3 35.6+4,2* 6,2+1,02

Осмотическая резистентность, % 3,7+0,2 2,8+0,2* 3,5+0,2

Кислотная резистентность, рН 3,5+0,1 3,3+0,4 3,4+0,3

Примечание. Различия достоверные: * - р<0,05. Оценка сперматогенного эпителия характеризовалась снижением индекса сперматогенеза, относительного числа канальцев с 12-й

стадиеи меиоза, числа сперматогонии и увеличением числа канальцев со слущенным эпителием (табл. 5). 1/100000 ДЛ5о оказалась недействующей на функциональное состояние сперматозоидов и сперматогенез.

Таблица 5

Вещество Доза,ДЛ50 Показатели

Индекс сперматогенеза Число спермато-гоний Относительное число канальцев с 12-й стацией мейоза Количество канальцев со слущенным эпителием

Контроль 3,80+0,09 72,41+1,54 3,65+0,28 3,15±0,35

18 краун-6 1/10000 3,34+0,07* 56,73+3,81 2,26+0,18* 5,28±0,23*

1/100000 3,78+0,20 69,31 ±2,72 3,59±0,48 3,33±О,35

Примечание. Различия достоверные: * - р<0,05.

Оценка эмбрионального материала обнаружила снижение массы плодов, плацент и увели-чение доимплантационнои и общеи эмбриональной гибели. Гистологическое исследование эмб-рионов не выявило видимых уродств и отклонений в дифференциации органов и тканей (табл. 6). 1/100000 ДЛ5о была недействующей.

Таблица 6

Веще- Количество Масса, г Эмбриональная гибель (%)

ство Доза, ДЛ» живых эмбри-о-нов резорбций желтых тел беременности плодов плацент ДО имплантации после им-плантации Общая

Контроль 8,71 + 0,42 0,50+ 0,15 9,8+ 0,4 3,62+ 0,20 0,56± 0,02 3,5± 0,5 5,2± 0,7 9,1 + 12

18 краун-6 1/10000 8,65± 0,50 0,61± 0,10 10,3± 0,8 2,73+ 0,2* 0,51 + 0,02* 9,8± 2,3* 6,6± 15 15,5± 2,7*

1/100000 8,53± 0,45 0,43+ 0,08 11,5+ 0,7 3,72± 0,15 0,56± 0,03 4,9± 12 7,1 + 2,4 12,2+ 2,9

Примечание. Различия достоверные: * - р<0,05.

Отдалённые последствия влияния краун-эфиров проявились на уровне общетоксического действия, что позволяет исключить у них наличие специфических отдалённых эффектов. 1/100000 ДЛ5о была недействующей.

Изучение влияния краун-эфиров на организм не выявило наличия сенсибилизирующих и аллергенных свойств у данной группы химических веществ.

Результаты изучения влияния краун-эфиров на иммунобиологическую реактивность свидетельствуют, что в 1/1000, 1/10000 ДЛ50 они снижают выработку иммуноглобулинов, подавляют клеточный и гуморальный иммунитет. В 1/100000 ДЛ50 краун- эфиры не влияли на иммунобиологическую реактивность организма.

Таким образом, обобщение результатов исследований по изучению влияния краун-эфиров на органолептические свойства воды, санитарный режим водоёмов и организм теплокровных животных позволило обосновать предельно допустимые концентрации мак-роциклических эфиров в воде водоёмов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения на следующих уровнях: для 18 краун-6 - 0,05 мг/л; гидрокси-16 краун-5 - 0,045 мг/л (лимитирующий - санитарно - токсикологический признак вредноеш).

ВЫВОДЫ

1. Краун-эфиры гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6 являются высокостабильными соединениями. При инкубации водных растворов краун-эфиров в течение 1 года их содержание превышает 60% исходной концентрации(4 г/л). Среди продуктов гидролитического окисления краун-эфиров определялись более высокие концентрации (от 1 до 200 мг/л) спиртов и альдегидов, а также углеводородов и кетонов, которые могут существенно влиять на органолептиче-ские свойства воды, санитарный режим водоемов и организм теплокровных животных. Они являются потенциально опасными в плане вредного воздействия на генеративную функцию, генетический аппарат и иммунную систему. Механизм гидролитического окисления краун-эфиров связан с разрывом простой эфирной связи и последующим свободнорадикальным цепным путем окисления углеродного скелета.

2. Краун-эфиры в концентрациях 50,0 мг/л и более придают водным растворам горько-вяжущий привкус. До 100 мг/л не влияют на цвет, прозрачность, мутность и запах воды. В концентрациях 1,0 мг/л и более сообщают водным растворам стабильную мелкопузырчатую пену. Пороговые величины по пенообразованию установлены на уровнях 1,0 и 10,0 мг/л соответственно для гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6. Лимитирующий органолептический признак вредности - пенообразование.

3. Макроциклические эфиры в концентрациях 20,0 мг/л и более снижаюг содержание растворенного в воде кислорода, повышают

биохимическое потребление кислорода, тормозят процессы аммонификации и нитрификации органических веществ, в концентрации 10,0 мг/л оказывают токсическое воздействие на водные организмы (дафнии) и водоросли (Pedinomonas tenuis, Dunaliella salina). В концентрациях до 25 мг/л краун-эфиры стимулируют, а выше 50 мг/л угнетают рост и размножение условнопатогенной и сапрофитной микрофлоры, вирусов. Пороговая концентрация по влиянию на растворенный в воде кислород установлена на уровне 20 мг/л, БПК и процессы минерализации органических веществ - 50 мг/л, сапрофитную микрофлору - 50 мг/л, водные организмы (дафнии) - 5 мг/л. Лимитирующий общесанитарный признак вредности - влияние краун-эфиров на рост и размножение дафний.

4. На основании параметров токсичности краун-эфиры относятся к умеренно токсичным веществам (3 класс опасности). Их сред-несмертельные дозы установлены на уровнях: для 18 краун-6 - 1,27 г/кг; гидрокси-16 краун-5 - 2,11 г/кг массы животного. Среднее время гибели животных (ЕТ5о) для белых крыс находится в интервале от 12,1 до 14,8 часов. Различий видовой и половой чувствительности не установлено. В клинической картине острого отравления преобладали симптомы поражения ЦНС, гемодинамики и дыхания. Действие на кожу и слизистые обнаружило наличие слабых кожно-раздражающих и кожно-резорбтивных свойств. По результатам острого и подострого опытов краун-эфиры относятся к чрезвычайно кумулятивным соединениям. Коэффициенты кумуляции (Кк) находятся на уровнях 0,35; 0,54 соответственно для гид-рокси-16 краун-5,18 краун-6.

5. Экспресс-оценка токсичности на водорослях, дафниях, бук-кальном эпителии, перевиваемых клеточных культурах Нер-2, Vero установила их более высокую чувствительность к действию краун-эфиров сравнительно с теплокровными. Пороговые их концентрации установлены на следующих уровнях: для дафний - 5 мг/л, водорослей Pedinomonas tenuis - 10 мг/л, Dunaliella salina - 5,0 мг/л, культуры клеток Нер-2 и Vero - 2 мг/л в случае воздействия гидро-кси-16 краун-5 и 18 краун-6. Пороговой концентрацией по влиянию веществ на клетки буккального эпителия была 1,0 мг/л.

6. В подостром опыте краун-эфиры в 1/100 и 1/1000 ДЛ5о (что составляет - 21,1 мг/кг; 2,11 мг/кг и 12,7 мг/кг; 1,27 мг/кг массы животного соответственно для гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6)

снижали процент прироста массы тела, содержание эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина, гаптоглобина, 8И-групп, глутатиона, витамина С и повышали накопление МДА, диеновых конъюгатов, перекисей и гидроперекисей свободных радикалов, метгемоглоби-на. Вещества снижали активность ферментов антирадикальной защиты (пероксидазы, глутатионпероксидазы, каталазы, церулоплаз-мина) и продукцию углекислого газа животными. Краун-эфиры вызывали гипохромную анемию, лейкопению, нарушали в организме животных ОВП, биоэнергетику, окислительное фосфорили-рование и тканевое дыхание. 1/100 и 1/1000 ДЛ5о были действующими, 1/10000 ДЛ5о - пороговой в подостром эксперименте.

7. В хроническом опыте под воздействием краун-эфиров в 1/10000, 1/100000, 1/500000, 1/1000000 ДЛ50 установлено, что вещества в 1/10000, 1/100000 ДЛ5о нарушают биоэнергетику, истощают антиоксидантную систему, стимулируют ПОЛ, снижают тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование, внутриклеточный метаболизм белков, жиров и углеводов. Оказывают повреждающее влияние на мембраны, обмен гормонов, аминокислот, микроэлементов, нейромедиаторов. В основе обнаруженных нарушений лежит стимуляция ПОЛ и истощение антиоксидантной системы, которые привели к дистрофическим и деструктивным изменениям структурно-метаболических единиц. Действующей дозой хронического опыта является 1/10000 ДЛ5о, подпороговой -1/100000 ДЛ5о, пороговой - 1/500000 ДЛ5о и недействующей -1/1000000 ДЛ50.

8. Специфическим мутагенным, гонадотоксическим, тератогенным и эмбрио-токсическим действием краун-эфиры не обладают. В 1/10, 1/100, 1/1000, 1/10000 ДЛ50 краун-эфиры ингибируют иммунобиологическую реактивность организма. Доза 1/100000 ДЛ5о была недействующей на иммунную систему организма, генеративную функцию и генетический аппарат теплокровных животных.

9. Лимитирующий признак вредности краун-эфиров - санитар-но-токсикологи-ческий. В качестве предельно допустимых концентраций в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения рекомендуются следующие величины: для 18 краун-6 - 0,05 мг/л; гидрокси-16 краун-5 - 0,045 мг/л.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Попов И.В., Канищев В.А. Изучение токсичности макроцик-лических эфиров в острых опытах на теплокровных животных //

Сборник научных трудов. Медицинская экология гигиена производственной и окружающей среды. - Харьков. - 1997. - С. 44-46.

2. Попов И.В., Канищев В.А. Гигиеническое изучение макро-циклических эфиров в связи с проблемой санитарной охраны водоемов // Сборник научных трудов. Медицинская экология гигиена производственной и окружающей среды. - Харьков. - 1997. - С. 40-43.

3. Попов И.В. Определение токсичности краун-эфиров в опытах на тканевых культурах и на буккальных клетках // Сборник научных трудов. Медицинская экология гигиена производственной и окружающей среды. - Харьков. - 1997. - С. 46-48.

4. Канищев В.А., Попов И.В. Влияние макроциклических эфи-ров на органолептические свойства воды // Сборник научных трудов. Медицинская экология гигиена производственной и окружающей среды. - Харьков. - 1997. - С. 51-52.

5. Попов И.В., Безуглая И.П., Канищев В.А. Прогнозирование безвредных уровней содержания группы краун-эфиров в воде водных объектов // Сборник материалов итоговой региональной конференции, посвященной 75-летию санэпидслужбы Украины. Эпидемиология, экология и гигиена. - Харьков. - 1998. - С. 73-81.

6. Попов И.В. Отдаленные последствия влияния краун-эфиров на организм теплокровных животных // Врачебная практика. -1998. -№5-6 .-С. 65-68.

7. Попов И.В. Состояние свободнорадикального перекисного окисления липидов и отдаленных последствий влияния макроцик-лических соединений на организм теплокровных животных // Медицина сегодня и завтра. - 1998. - № 1(4). - С. 49-55.

8. Попов И.В., Жуков В.И. Влияние краун-эфиров на состояние иммунобиологической реактивности организма экспериментальных животных // Врачебная практика. - 1999. - № 21. - С. 55-57.

9. Попов И.В. Воздействие краун-эфиров на санитарный режим водоемов // Экспериментальная и клиническая медицина. - 1999. -№4.-С. 21-22.

10. Попов И.В., Кратенко Р.И. Действие краун-эфиров на сво-боднорадикальные процессы и антиоксидантную систему // Медицина сегодня и завтра. - 2000. - № 3. - С. 26-28.

11. Телегин В.А., Попов И.В., Безуглая И.П. Структурно-функциональное состояние внутренних органов белых крыс под

воздействием краун-эфиров в связи с их нормированием в воде водоемов // Материалы X юбилейной международной научно-практической конференции. Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов. - Щелкино АР Крым. - 2002. - Т. 1. - С. 64-66.

12. Пивень В.И., Безуглая И.П., Попов И.В. Отдаленные последствия влияния группы краун-эфиров на организм в связи с нормированием в воде водоемов // Материалы X юбилейной международной научно-практической конференции. Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов. - Щелкино АР Крым. - 2002. - Т. 1. - С. 66-68.

13. Попов И.В. Особливое™ впливу краун-еф1р1в на генетичний апарат тварин // Довкшля та здоров'я. - 2003. - № 2(25). - С. 77-78.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АлТ - аланинаминотрансфераза

АсТ - аспартатаминотрансфераза

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота

АОС - антиоксидантная система

АХЭ - ацетилхолинэстераза

БХЛ - биохемилюминесценция

а-ГБДГ - а-гидроксибутиратдегидрогеназа

Г-6-ФДГ - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа

у-ГТ - глютаматтрансфераза

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

кл ' - кардиолипин

КФК - креатинфосфокиназа

лдг - лактатдегидрогеназа

ЛФХ - лизофосфатидилхолин

ЛФЭА - лизофосфатидилэтаноламин

МДА - малоновый диальдегид

мдг - малатдегидрогеназа

овп - окислительно-восстановительные процессы

пдк - предельно допустимая концентрация

ПОЛ - перекисное окисление липидов

РНК - рибонуклеиновая кислота

сдг - сукцинатдегидрогеназа

см - сфингомиелин

ФФК - фосфофруктокиназа

ФИ - фосфатидилинозитол

ФС - фосфатидилсерин

ФХ - фосфатидилхолин

ФЭА - фосфатидилэтаноламин

цАМФ - циклический аденозинмонофосфат

цГМФ - циклический гуанозинмонофосфат

ЦНС - центральная нервная система

цхо - цитохромоксидаза

ЩФ - щелочная фосфатаза

Разрешено к печати 30.09.04г., формат 60x84 1 /16. Бума! а офсетная, Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл. печ. стр. 1. Тираж 100 экз. Заказ 808.

Типография «Яна», лицензия № 123764 61123, г. Харьков, пр. Ленина38, тел. 714-06-66

123304

í

РНБ Русский фонд

2005-4 23155

Актуальность темы. В условиях научно-технического прогресса, быстрого развития всех отраслей промышленности, интенсификации сельского хозяйства большое социальное и экономическое значение приобретает охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Современный уровень материального производства характеризуется интенсивным ростом химической промышленности, приводящим к появлению в биосфере громадных масс химических, токсических веществ, которые в разной степени обладают биологической активностью. Наши знания о возможных последствиях их воздействия ограничены и явно недостаточны, особенно для тех соединений, с которыми человек в процессе своей эволюции прежде не встречался. Возник значительный разрыв между высокой способностью современной цивилизации создавать новый химический потенциал планеты и ограниченными возможностями человека и биосферы в целом воспринимать действие этого потенциала с достаточной эффективностью и без серьезных отрицательных последствий. В настоящее время создана такая ситуация, когда воздействие комбинации 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 окружающей среды в городах и сельскохозяйственных регионах, загрязнения производственных территорий и цехов, водоемов и почвы, говорящие о вреде, который может быть нанесен здоровью населения, флоре и фауне (A.M. Владимирова и. соавт., 1991; Л.Г. Додина, 1998; JI.A. Золотаревская и соавт., 1998; Л.А.Федоров и соавт., 1999; А.Я. Цыганенко, В.И. Жуков и соавт., 2001).

В целях исключения вредных последствий химизации народного хозяйства и быта в нашей стране создана система предупредительных мероприятий, среди которых одним из важнейших является гигиеническая регламентация химических соединений в объектах окружающей среды (Г.П. Беспамятнов и соавт., 1985;

П.Людериц и соавт., 1987; Е.И. Гончарук, В.А. Прокопов, 1988; З.И. Жолдакова и соавт., 1998; A.M. Большаков и соавт., 1999; JI.A. Васьковец, В.И. Уберман, 2000). Продолжающаяся химизация народного хозяйства ведет к интенсивному использованию во всех основных отраслях промышленности химических соединений различной природы. Развитие химии органического синтеза и интенсивный ее рост привели к тому, что в окружающей среде в настоящее время циркулирует около 50 ООО химических веществ, со многими из которых человек сталкивается впервые (A.M. Владимирова и соавт., 1991; A.B. Воробьев и соавт., 1991; Л.Г. Додина, 1998; Л.А. Фёдоров и соавт., 1999).

Охрана природы, рациональное использование ее ресурсов и создание необходимых санитарных условий жизни населения во многом определяются бережным отношением к водоемам, как к месту окончательной ликвидации сточных вод промышленных предприятий. Одним из самых существенных источников загрязнения водоемов является химическая промышленность и, в частности, предприятия органического синтеза, темпы развития которых создают значительную антропогенную нагрузку на водные объекты (A.A. Монисов и соавт., 1996; Л.А. Золотаревская и соавт., 1998; В.И. Жуков, Ю.К. Резуненко и соавт., 1999; В.И. Жуков, В.В. Мясоедов и соавт., 2000; А.Я. Цыганенко и соавт., 2001). К недостаточно изученным в гигиеническом отношении соединениям, которые могут загрязнять водоемы, относятся макроциклические эфиры группы краун-эфиров -гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6. Эти вещества широко используются в металлургии, электрохимии, катализе, тонком органическом синтезе, экологии, медицине (М. Хираока, 1986). На основании перспективных планов развития отрасли органического синтеза в странах СНГ объем их производства непрерывно возрастает. По данным технического регламента, на одну тонну годовой продукции образуется до 40-60 м3 сточных вод, которые неизбежно поступают в водные объекты при их годовом выпуске около 2 млн м3.

В литературе отсутствуют сведения о биологической активности и влиянии изучаемой группы соединений на условия водопользования и здоровье населения.

Не определены гигиенические нормативы в качестве предельно допустимых концентраций исследуемых веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. Отсутствие этих положений и определило актуальность проводимой работы.

Работа выполнялась в рамках научно-технических планов Проблемной комиссии Харьковского государственного медицинского университета «Научные основы охраны окружающей и производственной среды», научно-технической программы 020 «Новые химические материалы», утвержденной ГКНТ 30.10.85 г., № 555 и приоритетной научно-технической темы МОЗ Украины «Научное обоснование биохимической модели структурно-метаболических нарушений в организме под влиянием вредных экологических факторов как прогностической основы диагностики донозологических состояний», утвержденной 11.09.2000 г., № 0199Ш01763.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось обоснование комплексной токсиколого-гигиенической характеристики новых, перспективных химических соединений группы краун-эфиров (гидрокси-16 краун-5, 18 краун-6) и составление прогноза их потенциальной опасности для здоровья населения в связи с проблемой санитарной охраны водоемов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить влияние краун-эфиров на органолептические свойства воды и санитарный режим водоемов;

- определить параметры токсичности и кумулятивные свойства краун-эфиров в условиях острого, подострого и хронического воздействия на организм теплокровных животных;

- раскрыть особенности механизма биологического действия краун-эфиров;

- изучить отдаленные последствия влияния краун-эфиров на организм (гонадотоксическое, эмбриотоксическое, мутагенное, тератогенное действие);

- исследовать влияние краун-эфиров на иммунобиологическую реактивность организма;

- обосновать предельно допустимые концентрации краун-эфиров в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения на основании изучения влияния их на органолептические свойства воды, санитарный режим водоемов и организм теплокровных животных.

Научная новизна полученных результатов. Научная новизна состоит в том, что впервые на молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях раскрыты особенности механизма биологического действия новой группы химических веществ, установлены ведущие звенья метаболических нарушений, которые лежат в основе структурной перестройки биологических мембран. Впервые получена комплексная токсиколого-гигиеническая характеристика краун-эфиров как перспективных химических соединений для народного хозяйства, составлен прогноз их потенциальной опасности для водных объектов и здоровья населения, определены возможные отдаленные последствия- влияния на организм теплокровных животных и действие их на иммунобиологическую реактивность. Впервые обоснован механизм, гидролитической деструкции краун-эфиров и дана комплексная токсиколого-гигиеническая характеристика метаболитам в аспекте влияния^их на водные экосистемы.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты работы положены в основу разработки двух предельно допустимых концентраций краун-эфиров в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения и одобрены Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора Российской Федерации и МОЗ Украины. Основные положения и выводы используются на Шебекинском химзаводе (г. Шебекино, Россия), Первомайском химкомбинате (г. Первомайск, Харьковской области, Украина), а также в» учебном процессе на медико-профилактическом факультете Харьковского государственного медицинского университета.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих съездах, конференциях и симпозиумах: итоговой конференции Харьковского научно-медицинского общества (Харьков, 1994, 1995, i

1996, 1998), областной конференции гигиенистов и санитарных врачей (Харьков, 1995, 1996, 1998); межрегиональной конференции гигиенистов и санитарных врачей Харьковской и Белгородской области (Харьков, 1997, 1998), конференции молодых ученых Харьковского государственного медицинского университета (Харьков, 1997, 1998); X Международной научно-технической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов» (Щелкино, Крым, 2002).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, главы — обзор литературы, главы — объекты, материалы и методы исследования, 5 глав собственных исследований, обсуждения результатов исследований, выводов, списка литературы. Список литературы включает 324 источника, из них 55 - иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 70 таблицами и 22 рисунками.

выводы

1. Краун-эфиры гидрокси-16 краун-5 и 18 . краун-6 являются высокостабйльными соединениями. При инкубации водных растворов в течение 1 года их содержание превышает 60% исходной концентрации(4 г/л). Среди продуктов гидролитического окисления краун-эфиров определялись более высоте концентрации (от 1 до 200 мг/л) спиртов и альдегидов, а, также углеводородов и кетонов, которые в чистом виде могут существенно влиять на органолептические свойства воды, санитарный режим водоемов; и, организм теплокровных животных. Они являются потенциально опасными в плане вредного воздействия- на генеративную - функцию, генетический аппарат и иммунную систему. Механизм гидролитического окисления краун-эфиров связан с разрывом:. простой эфирной . связи и последующим свободнорадикальным цепным путем окисления углеродного скелета.:'-'/''. - ■ ' '•':■ .•

2. Краун-эфиры в концентрациях 50,0 мг/л и более придают водным растворам горько-вяжущий привкус. До 100 мг/л не влияют на цвет, прозрачность, мутность и . запах воды; В концентрациях 1,0 мг/л и более сообщают водным растворам стабильную мелкопузырчатую пену. Пороговые величины по ценообразованию установлены на уровнях 1,0; 10,0 мг/л соответственно для гидрокси-16 краун-5, 18 краун-6. Лимитирующий органолептический признак вредности - пенообразование.

3. Макроциклические эфиры в концентрациях 20,0 мг/л и более снижают содержание растворенного в воде киcлopoдá, повышают биохимическое потребление кислорода,.; тормозят процессы аммонификации и нитрификации органических веществ, в концентрации 10,0 мг/л оказывают токсическое воздействие на водные организмы (дафнии) и водоросли (Pedinomonas tenuis, Dunaliella salina). В концентрациях до 25 мг/л краун-эфиры стимулируют, а выше 50 : мг/л угнетают рост и размножение условнопатогенной и сапрофитной микрофлоры, вирусов. Пороговая концентрация по влиянию на растворенный в воде кислород установлена на уровне 20 мг/л, БПК и процессы минерализации органических веществ -50 мг/л, сапрофитную микрофлору - 50 мг/л, водные организмы (дафнии)1

- 5 мг/л. Лимитирующий общесанитарный признак вредности - влияние краун-эфиров на рост и размножение дафний.

4. На основании параметров токсичности краун-эфиры относятся к умеренно токсичным веществам (3 класс опасности). Их среднесмертельные дозы установлены на уровнях: для 18 краун-6 - 1,27 г/кг; гидрокси-16 краун-5 - 2,11 г/кг массы животного. Среднее время гибели животных (ЕТ50) для белых крыс находится в интервале от 12,1 до 14,8 часов. Различий видовой и половой чувствительности не установлено. В клинической картине острого отравления преобладали симптомы поражения ЦНС, гемодинамики и дыхания. Действие на кожу и слизистые обнаружило наличие слабых кожно-раздражающих и кожно-резорбтивных свойств. По результатам острого и подострого опытов краун-эфиры относятся к чрезвычайно кумулятивным соединениям. Коэффициенты кумуляции (Кк) находятся на уровнях 0,35; 0,54 соответственно для гидрокси-16 краун-5, 18 краун-6.

5. Экспресс-оценка токсичности на водорослях, дафниях, буккальном эпителии, перевиваемых клеточных культурах Нер-2, Vero установила их более высокую чувствительность к действию краун-эфиров сравнительно с теплокровными. Пороговые их концентрации установлены на следующих уровнях: для дафний — 5 мг/л, водорослей Pedinomonas tenuis - 10 мг/л, Dunaliella salina - 5,0 мг/л, культуры клеток Нер-2 и Vero - 2 мг/л в случае воздействия гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6. Пороговой концентрацией по влиянию веществ на клетки буккального эпителия была 1,0 мг/л.

6. В подостром опыте краун-эфиры в 1/100 и 1/1000 ДЛ50 (что составляет - 21,1 мг/кг; 2,11 мг/кг и 12,7 мг/кг; 1,27 мг/кг массы животного соответственно для гидрокси-16 краун-5 и 18 краун-6) снижали процент прироста массы тела, содержание эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина, гаптоглобина, SH-rpynn, глутатиона, витамина С и повышали накопление МДА, диеновых конъюгатов, перекисей и гидроперекисей свободных радикалов, метгемоглобина. Вещества снижали активность ферментов антирадикальной защиты (пероксидазы, глутатионпероксидазы, каталазы, церулоплазмина) и продукцию углекислого газа животными. Краун-эфиры вызывали гипохромную анемию, лейкопению, нарушали в организме животных ОВП, биоэнергетику, окислительное фосфорилирование и тканевое дыхание. 1/100 и 1/1000 ДЛ50 были действующими, 1/10000 ДЛ5о — пороговой в подостром эксперименте.

7. В хроническом опыте под воздействием краун-эфиров в 1/10000, 1/100000, 1/500000, 1/1000000 ДЛ50 установлено, что вещества в 1/10000, 1/100000 ДЛ50 нарушают биоэнергетику, истощают антиоксидантную систему, стимулируют ПОЛ, снижают тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование, внутриклеточный метаболизм белков, жиров и углеводов. Оказывают повреждающее влияние на мембраны, обмен гормонов, аминокислот, микроэлементов, нейромедиаторов. В основе обнаруженных, нарушений лежит стимуляция ПОЛ и истощение антиоксидантной системы, которые привели к дистрофическим, и деструктивным изменениям структурно-метаболических единиц. Действующей дозой хронического опыта является 1/10000 ДЛ5о, подпороговой - 1/100000 ДЛ50, пороговой - 1/500000 ДЛ50 и недействующей - 1/1000000 ДЛ50.

8. Специфическим мутагенным, гонадотоксическим, тератогенным и эмбрио-токсическим действием краун-эфиры не обладают. В 1/10, 1/100^ 1/1000, 1/10000 г

ДЛ50 краун-эфиры ингибируют иммунобиологическую реактивность организма. Доза 1/100000 ДЛ50 была недействующей на иммунную систему организма, генеративную функцию и генетический аппарат теплокровных животных.

9. Лимитирующий признак вредности краун-эфиров — санитарно-токсикологи-ческий. В' качестве предельно допустимых концентраций в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения рекомендуются следующие величины: для 18 краун-6 — 0,05 мг/л; гидрокси-16 краун-5 — 0,045 мг/л.