Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Адаптационные реакции организма беременных животных и их использование при регламентировании химических соединений в окружающей среде

Министерство здравоохранения и медицинской промышленности

Российской Федерации САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЕРУНОВА Наталия Викторовна

АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА БЕРЕМЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ РЕГЛАМЕНТИРОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ОКРУЖАЮЩЕЙ

СРЕДЕ

14.00.07 - гигиена

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1995 г.

Работа выполнена на кафедре общей гигиены и экологии Санкт-Петербургского государственного университета им. акад.И.П.Павлова

Научный руководитель доктор медицинских наук, профессор Ю.А.Кротов Официальные оппоненты: действительный член РАЕН, доктор биологических наук, профессор В.А.Филов

доктор медицинских наук, профессор А.ОЛойт

Ведущая организация: Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт гигиены труда и профзаболеваний.

Защита состоится 1995г.. в часов

на заседании диссертационного совета Д.084.21.02 при Санкт-Петербургской государственной медицинской академии.

Адрес: 195067, Санкт-Петербург, Пискаревский пр.,47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1995р.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук,

профессор В.В.Семенова

КТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время, проблема охраны Фужаюшей ерелы является особо актуальной. Следует отметить, что последенее время заметно обострились эколого-гишенические тоблемы во многих государствах мира, включая бывший Советский оюз (Захарченко М.П.с еоаит.,1993). Формируя концепцию иро->аммм биосферных и экологических исследований на период до )15 года, АН среди основных приоритетов определила

>азработку теории экологического нормирования уровня зафязне-1Я окружающей среды". В связи с этим, перед пниенический нау-)й поставлены задачи дальнейшей) со-вершенствования методиче-:их основ экспрессной гигиенической оценки химических зафяз-:нии среды и, в частности, атмосферной) воздуха и воздуха рабо-:й зоны.

Одним из путей решения данной проблемы является выбор чуи-вительной экспериментальной модели для экспрессной опенки мцетоксического действия химических соединений. В последнее >емя, в практике гигиенического нормирования значительно увел и -(лось количество работ, посвященных регламентированию нро->11пленных соединений но эмбриотоксическому действию. При этом [д авторов указывает на то, что эмбриотоксический эффект проявится на уровнях ниже пороговых по обшетоксическиму действию "офмеклср В.А.,1969, Красовпнкая M.JI. ,1976, Голиков С.Н..1980. ао K.S., Schweiz В.А.,1982, Говорупова H.H., Гринь Н.В., 1986, пнамухамедов М.Б. с соавт., 1986).

Анализ литературных источников показал высокую чувствитель-)сть и, самое главное, относительную неснецифичность данной ;снериментальной модели, что позволяет большинству авторов уценивать беременность, как функциональную иафузку.

В тоже время, наличие противоречивых литературных данных язано с отсутствием единого методического подхода и, следова-льно, неадекватной трактовкой результатов исследований. Так, >и использовании в качестве экспериментальной модели беремен->ix животных, оценка выраженности воздействия проводится в новном по специфическим показателям. При данной оценке нссле-шатели определяют лишь эмбриотоксическое действие вещества, »торос, можно рассматривать как специфическое действие и зави-

еятсс от способности яла проникать через плацентарный барьер сроков и времени воздействия п т.д.

Кроме топ), лаже при изучении функциональною состояния беременных животных в период воздействия практически не учитывается особенности тмсостаза организма животных к период беременности, что может приводить к неадекватной оценке получаемых результатов.

Для более адекватной оценки беременности, как "функциональной нагрузки" одним из перспективных направлений является оценка адаптационных реакций организма. Учитывая, что диапазон физиолопгчес-ких норм достаточно вариабелен, только экспериментальным путём практически невозможно репрезентативно определить адаптационный диапазон реагирования (Трахтенберг И.М.,1977, 1991). Наиболее перспективным направлением в данной области является математическое прогнозирование критериев оценки несне-нифических защитных реакций организма, сю резервных и компенсаторных возможностей.

Математическое моделирование адаптационных реакций даст возможность подойти к выявлению основных закономерностей функционирования биосистем на всех уровнях в процессе взаимодействия организма со средой и позволяет прогнозировать возможные результаты воздействия определенных факторов среды на организм без постановки продолжительного по времени эксперимента, а в ряде случаев, подсказывает направление постановки новых экспериментов.

Таким образом, выявление критериев возможности использования в качестве экспериментальной модели при изучении обшетокси-ческоп» действия химических соединений организм беременных животных, позвонит экснрессно проводить токсикологическую оценку веществ в целях шшеническогт) регламентирования, сократив при лом объем, сроки и затраты на экспериментальные исследования, чп> отвечает задачам гигиенической науки на современном этане и определяет актуальность выполняемой работы.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель настоящей работы заключалась в изучении возможности использования в качестве эксиери ментальной модели для изучения

;)бщс токсическом» действия химических соединении Переменных животных, н и проведении на основе математическом) анализа срам нительной опенки адаптационных реакций оргашпма Переменных и интактиых животных. Лия достижения поставленной цели неоПходи-мо решить следующие задачи:

- Выянип. наиПолее адекватные биохимические показатели нозво-ияюпше оиепивать обще-токсический характер действия факторов химической этиолопш на организм интактиых и беременных живо1-пых

- Провести сравнительную оценку чувствительности беременных и интактиых животных в острых и хронических экспериментах

- Изучить возможность использования экспериментально-теоретической математической модели для оценки адаптационных реакций организма беременных животных на химическое воздействие

- Выявить количественный показатель, характеризующий взаимосвязь иежду адаптационными реакциями иптактнот организма и органична беременных животных на основе математическом) моделирования

■ По данным проведенных исследований обосновать ряд шшениче-:ких регламентов

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Определены биохимические показатели, оценивающие общетоксический характер действия химических .-оединеиий па организм интактиых и беременных животных.

Проведена сравнительная оценка чувствительности организма интактиых и беременных животных на остром и хроническом уровнях воздействия на примере модельных соединений (дихлорэтана, хлороформа п парацетамола).

Покачана возможность использования эксперимент аиыю-натематическом) моделирования дня оценки адаптационных реакции организма беременных животных.

Проведена сравнительная опенка адаптационных реакций ор1а-нпзма беременных и интактиых животных па основе построения математической модели при остром и хроническом воздействии модельных соединений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Работа проводилась ма кафедре iи гиены Санкт-Пстсрбур1ско1Х) медицинскою университета и явиялась продолжением трудов кафедры п области коммунальной пииены и охраны атмосферное воздуха.

Проведена экспертиза ПДК, установленных для хлороформа и дихлорэтана в эмбриологическом эксперименте для атмосферной) по uiyxa населенных мест.

Выполненные исследования позволили обосновать среднесуточную и максимально разовую предельно допустимую концентрацию для парацетамола в атмосферном воздухе населенных мест.

Предложенный норматив одобрен секцией "Гигиена атмосферной) поздуха", Проблемной комиссией сокгшош значения "Научные основы гигиены окружающей среды" (Справка N43 от OS. I 1.1994). АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены:

- Па заседании научно-практической конференции "Актуальные вопросы судебно-медицинской токсиколоиш'ЧСапкт-Петербург, 1994)

- На научной конференции "Актуальное вопросы профилактической медицины" (Санкт-Петербург, 1994).

- На научной конференции "Актуальные проблемы профессиональной п уколошчсской патологии" (Курск, 1994).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 4 рабо-|ы, в коюрых изложены основные ее положения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

- Показана возможность использования беременных животных в качестве основной экспериментальной модели дня оценки обще-|оксическо1Х) действия химических соединений в воздушной среде.

- Определена необходимость на предварительном этане исследовании устанавливать интефальные показатели характеризующие неспецифический ответ организма беременных животных, сопоставимый с реакцией интактных животных.

- Определена чувствительное п> организма беременных животных на ос i ром и хроническом уровне при воздействии модельных соединении.

Показам неспенифический характер ответа беременных животных при различных режимах воздействия модельных соединений.

- Оценена чувствительность эмбриотоксическоп» действия молельных соединений с общетокепчееким действием на беременное животное.

- Покашна возможность использования математического моделирования процессов адаптации организма беременных животных.

- Проведена сравнительная оценка адаптационных реакции беременных и интактных животных с использованием метода экспериментально-теоретической) моделирования.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, указак-ля литературы, приложений. Работа выполнена на 179 страницах машинописною текста иллюстрирована 12 рисунками, содержит 19 таблиц. Список литературы включает 263 источника (200 отечественных и 63 иностранных). Материалы приложения включают в себя 57 таблиц и документы, подтверждающие практическую значимость работы.

МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ. Изучение острой и хронической токсичности модельных соединении проводилось на белых нелинейных крысах с исходным весом 180-200 ip. Опытные п контрольные фупны состояли из 12 особен. Эффект действия оценивался по физиологическим (СПП, рекчаль-ная Т, тест "открытое иоле") и биохимическим показателям.

В качестве биохимических показателей, оценивающих воздействие химических соединений на организм экспериментальных животных были выбраны следующие показатели: активности аланип- и аспартатаминотрансфераз, лактатдепщрогеназы, каталазы п содержание сульфпшрилышх групп.

Активносзь аланип- и аспартатаминотрансфераз определялась по метолу Reitman S., Frankel S. в модификации Иванова И.И. н еоавт. (1974). В работе использовался коммерческий набор реактивов "Определение активности аминотрансфераз (AcAT) и (АлАТ)" фирмы "Сипгакоп".

Активность лактатдепщрогеназы определялась редоксиндика-торным способом с помощью коммерческого набора реактивов "Лактат-депшрогеназа LD" (о.п. Lachema, ЧССР).

Активность кагал азы определялась спетрофотометрическим методом предложенным Королюком М.А. с соавт.( 1988).

Содержание сульфгндрильных групп белка определялось фотоколориметрическим ультрамикрометодом Фоломеепа В.Ф.(1981).

Взятие крови для биохимических исследований во всех экспериментальных группах осуществлялось на первые (0,17), вторые (1,17), четвертые (3,17), восьмые (7,17), четырнадцатые (13,17) и 20 сутки. Данный режим забора крови связан с методикой экспериментально-математического моделирования адаптационных реакций организма.

Изучение эмбриотоксического действия химических соединений проводилось на белых нелинейных крысах с исходным весом 180-220г. Эмбриотоксический эффект оценивался на 20 день беременности. С этой целью оценивались функциональные (СПП до и после затравки) и морфометрические показатели половозрелых животных. Кроме того, оценивалось собственно эмбриотоксическое действие по значениям показателей эмбриолетальности и сомато-метрии плодов, извлеченных на 20 день беременности крыс. Определение эмбриотоксичности проводилось в соответствии с "Методическими указаниями" (1976) но состоянию рогов матки, яичников, но числу живых и мертвых плодов, по массе плаценты.

Всего в экспериментальных исследованиях но изучению токсического действия модельных соединений было использовано 768 животных (в том числе, 334 беременных животных). В процессе проведения экспериментальных работ выполнено 3668 определений биохимических показателей, более 6000 соматоскопических и физиологических измерений.

Затравки экспериментальных животных модельными соединениями осуществлялись в постоянном (круглосуточное 20-ти дневное воздействие) и прерывистом (ежедневное 4-х часовое воздействие в течение 20 дней) режимах на уровнях острого, подострого и хронического действия.

Математическая обработка результатов исследования и математическое моделирование реакций организма на повторяющиеся воздействия химических веществ (Глушков B.C., Санонкий И.В., Ан-тамонов Ю.Г.,1978) проводилась на персональном компьютере IBM 286 с использованием интегрированной системой профамировання -MathCAD, ориентированной на проведение математических расчетов.

МАТЕРИАЛЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Определение биологически значимых показателей при оценке токсическою действия химических соединений на организм беременных животных.

При изучении неблагоприятного действия химических соединений на организм беременных животных для адекватной оценки выраженности воздействия необходимо учитывать особенности гомео-стаза организма в связи с em "функциональной нагрузкой".

На плазматических мембранах и цитоплазме расположены наиболее повреждаемые ферменты, активность которых изменяется на ранних стадиях еще обратимою процесса. Из них, в клинике печеночных поражений, наибольшее предпочтение отдается АлАТ, АсАТ и ЛДГ, которые были выбраны нами в качестве биохимических показателей функциональной) ответа организма на химическую нагрузку ксенобиотиков (Тиунов Л.А.,1976).

Другим направлением изучения влияния токсических агентов на организм является изучение свободнорадикальных реакций перекис-ного окисления липидов (Козлов Ю.П.,1973, Голиков С.Н. с со-авт.,1986). Регуляция ПОЛ в клетке осуществляется различными системами защиты - антиоксидантными ферментами (Бурлакова Е.Б., 1985), среди которых наиболее важными являются каталаза и супероксидцисмугаза. Для оценки ПОЛ в собственных исследованиях была выбрана каталаза (Архинова О.Г.,1988).

В настоящее время, большое внимание уделяется изучению тиоло-вых соединений в биохимических механизмах иатолопгческого-процесса (Мизшокова И.Г.,1983).В собственных экспериментальных исследованиях нами определялось содержание SH-групп в сыворотке крови.

На первом этапе исследований была проведена сравнительная оценка функциональной) состояния организма беременных животных.

Экспериментальные исследования проводились на двух группах нелинейных белых крыс (п=48). Одну группу представляли интакт-ные, другую беременные животные. Функциональное состояние жи-

вотных изучалось но физиологическим (суммапионпо-поротвый показатель, ректальная температура и тест "открытое ноле") и биохимическим показателям, определяемым в динамике в течении 20 дней.

Анализ физиологических характеристик иптактных и беременных животных не показал статистически достоверных изменений сравниваемых показателен. В тоже время, у беременных животных наблюдалось некоторое уменьшение СПП на 20 сутки, что, по нашему мнению, объясняется некоторым снижением порога чувствительности нервной системы, связанным с перестройкой уровня гомеостаза.

В эксперименте было установлено, что активность АлАТ, АсАТ и каталазы в течение всего периода исследований в обеих группах не выходило за пределы нормы, не были отмечены межгрунповые различия животных по данным показателям.

Сравнительная оценка активности ЛДГ показала статистически достоверное увеличение данного показателя у беременных животных по сравнению с интактпыми на 7,17 сутки наблюдения, что является следствием специфики обменных процессов у плода.

Содержание БН-груни в 1руппе беременных животных также изменялось по сравнению с интактпыми на протяжение двадцати диен исследования, что служит критерием адекватности перестройки организма самки в связи с беременностью.

Таким образом, на первом этапе исследования из выбранных нами показателей в качестве интегральных, наиболее стабильных, и следовательно, наиболее репрезентативных для оценки функционального состояния как беременных, так и небеременных животных явились следующие биохимические показатели: алаиинаминотранс-фераза, аспартатаминотрансфераза и каталаза; физиологические по-

Тн и

и тест открытое поле . 2. Сравнительная оценка функциональных показателей беременных и интактных животных при однократном ингаляционном воздействии модельных соединений.

На следующем этапе была проведена сравнительная опенка чувствительности организма беременных животных при однократном воздействии модельных соединений. В качестве модельных соединений были выбраны: 1,2-дихлорэтан и хлороформ, как хорошо изу-

ченные в токсикологическом плане вещества и парацетамол для которого в ходе экспериментальных исследований была обоснована ПДК в атмосферном воздухе.

Выбор концентраций был обоснован исходя из параметров токсикометрии и гигиенических регламентов изучаемых соединений.

Минимально изучаемая концентрация была выбрана исходя из величины ПДК в воздухе рабочей зоны (для дихлорэтана - 10 мг/м3, хлороформа - 1 мг/мэ и парацетамола - .0,5 мг/м3). Следующая концентрация была выбрана как подпороговая при однократном воздействии (дихлорэтан - 100 мг/м3, хлороформ - 250 мг/м3, парацетамол - 20 мг/м3). Третья концентрация была установлена на уровне Lim ас по общетоксическому действию (дихлорэтан -500 мг/м3, хлороформ - 1000 мг/м3, парацетамол - 50 мг/м3). Высшая концентрация изучаемых соединений была установлена на сублетальном уровне для дихлорэтана (1500 мг/м3), на уровне средне-наркотической для хлороформа (10000 мг/м3), для парацетамола на уровне максимально достижимой (120 мг/м3).

В режимах, моделирующих однократное воздействие в сыворотке крови, исследовались следующие биохимические показатели: активность аланинаминотрансферазы (АлАТ), аспартатаминотрансферазы (АсАТ) и каталазы при затравках как интактных так и беременных групп животных в четырех концентрациях и физиологические пока-

ТН II

и тест открытое поле .

Анализ физиологических показателей интактных и беременных животных не показал статистически достоверных изменений ректальной температуры при действии модельных соединений в обеих группах на протяжении всего периода наблюдения. В то же время, концентрации дихлорэтана 500 мг/м3 и 1500 мг/м3, хлороформа 1000 мг/м3 и 10000 мг/м3 вызывали статистически достоверные изменения теста "открытое поле" на 0,17 и 1,17 сутки наблюдения как в группе интактных, так и беременных животных, при воздействии парацетамола не было выявлено достоверных изменений теста ни в одной из изучаемых концентраций.

При анализе изменений изучаемых биохимических показателен в двух экспериментальных группах при однократном воздействии мо-

дельных химических соединений были отмечены однотипные изменения в динамике наступления эффекта. Так, при воздействии изучаемых веществ изменения показателей у беременных животных наступали в более ранние сроки и характеризовались более выраженным изменением, чем у интактных животных. При рассмотрении изменения наиболее информативного показателя АлАТ на примере дихлорэтана можно сделать вывод о том, что концентрация 100 мг/м у беременных животных вызывала практически такой же ответ организма как у интактных концентрация 500 мг/м . Аналогичный результат был получен и при воздействии хлороформа и парацетамола.

Следовательно, экспериментально была показана более высокая чувствительность организма беременных животных. Данный факт подтверждается тем, что в динамике нормализация изучаемых показателей у беременных при воздействии одной и той же концентрации возникала в более поздние сроки (в зависимости от концентрации от 5 до 7 дней).

Для количественной оценки чувствительности организма беременных животных, учитывая однотипность изменений в двух экспериментальных группах мы вывели уравнение линейной зависимости "время - эффект" для наиболее показательных концентраций (дихлорэтан: 1500 и 500 мг/м3, хлороформ: 10000 и 1000 мг/м3, парацетамол 120 и 50 мг/м3) (Таблица 1). При подстановке в полученные уравнения величины физиологической нормы (0,56 ммоль/ч л) бьгли получены сроки наступления эффекта для двух групп. Так, для дихлорэтана при концентрации 1500 мг/м3 время нормализации ответа (подстановка в полученные уравнения физиологической нормы АлАТ) у беременных было более длительно на 32% чем у интактных животных. При концентрации 500 мг/м3 данная разница составила 22(%). Такая же закономерность наблюдалась и у других модельных соединений.

Следует отметить, что ни в одной из экспериментальных групп не было выявлено статистически достоверного изменения активности каталазы, что свидетельствует об обратимых функдиональ-ныхлоражениях организма животных.

При оценки эмбриогоксического действия модельных соединений было выявлено статистически достоверное изменение по сравнению с контролем в значениях массы плода и предимплантационной гибели при воздействии 1,2-дихлорэтана в концентрации 500 мг/м , хлороформа в концентрации 1000 мг/м3 и в снижение кранио-каудальных размеров эмбрионов, уменьшение массы плаценты, уменьшение массы плода при воздействии парацетамола в концентрации 120 мг/м\ что свидетельствует большей чувствительности организма беременных животных, чем плода, что связано, естественно, с краткосрочностью эксперимента.

Таблица 1

Уравнения зависимости "время-эффект" при однократном воздействии модельных соединений.

Вещество К о и ц е н грации

1500 мг/м3 500 мг/м3

Дихлорэтан бер.ж. lgY=-l,041gX+0,91 IgY=-l,851gX+0,64

инт.ж. lgY=-l,07lgX+0,82 10000 мг/м3 lgY=-l,781gX+0,55 1000 мг/м3

Хлороформ бер.ж. lgY=-C).94lgX+(),% lgY=-1,63lgX+0,58

инт.ж. lgY=-(),95lgX+(),85 120 мг/м3 lgY=-l,831gX+0,53

50 мг/м3

Парацетамол бер.ж. lgY=-4,39lgX-0,07 lgY= -8,321gX-l,06

инт.ж. lgY=-8,051gX-l,01 lg Y=-18,231gX-3,62

где: Y - время воздействия, сугки

X - активность АлАТ, ммоль/час л

Кроме того, при анализе полученных результатов исследований из трех выбранных биохимических показателей (АлАТ, АсАТ, каталаза) наиболее чувствительным как для беременных, так и для интактных животных,оказалась величина аланннаминотрансферазы, что позволило нам выбрать cid в качестве ведущего для изучения общетоксического действия изучаемых соединений.

3. Сравнительная оценка функциональных показателей беременных и интактных животных при постоянном и прерывистом ингаляционном воздействии модельных соединений

На следующем этапе исследовании изучалось хроническое действие модельных соединений при постоянном и прерывистом 20-ти дневном режиме воздействия.

Выбор концентраций при постоянном режиме был обоснован исходя из результатов экспериментальных исследований, параметров токсикометрии и гигиенических регламентов изучаемых соединений. Минимально изучаемая концентрация была выбрана исходя из величины ПДК в атмосферном воздухе (для дихлоэтана - 1 мг/м3, хлороформа - 0,3 мг/м3 и парацетамола - 0,03 мг/м3). Следующая концентрация была выбрана как пороговая при субхроническом воздействии (дихлорэтан - 20 мг/м3, хлороформ - 5 мг/м3, парацетамол - 1 мг/м3). Третья концентрация была установлена на уровне минимально действующей по общетоксическому действию при однократном воздействии (дихлорэтан -100 мг/м3, хлороформ - 100 мг/м3, парацетамол - 20 мг/м3).

При прерывистом режиме минимально изучаемая концентрация была выбрана исходя из величины ПДКр.з.(для дихлорэтана -10 мг/м3, хлороформа - 1 мг/м3 и парацетамола - 0,5 мг/м3). Следующая концентрация была выбрана как пороговая при субхроническом воздействии (дихлорэтан - 50 мг/м3, хлороформ - 10 мг/м3, парацетамол - 5 мг/м3). Третья концентрация была установлена на уровне минимально действующей по общетоксическому действию при однократном воздействии (дихлорэтан -250 мг/м3, хлороформ - 100 мг/м3, парацетамол - 30 мг/м3).

Анализ изменений при постоянном ингаляционном воздействии модельных соединений, наблюдаемых в экспериментальных группах также показал более выраженную чувствительность беременных животных по сравнению с интактными. Так, при воздействии дихлорэтана концентрация 20 мг/м3 для интактных животных являлась недействующей, хотя в группе беременных изменения регистрировались на 13 день воздействия. Аналогичные изменения были получены и при воздействии других модельных соединений (для хлороформа пороговая концентрация на организм беременных животных

составила 5 мг/м3. на оргашпм интактных животных 100 м|/м\ лля наранстомола соответственно 1 мг/м и 20 мг/м ).

При сравнении чувствительности беременных и интактных животных при прерывистом режиме воздействия были получены однотипные изменения для всех изучаемых соединений, свидетельс1вую-тие о более выраженной чувствительности беременных животных. Так, пороговые концентрации для беременных и интактных животных составили: для дихлорэтана 50 мг/м3 и 250 мг/м3; для нарапоа-мола 5 мг/мч и 30 мг/м3. При воздействиия хлороформа действующей концентрацией для обеих фупп явилась концентрация И) мг/м3. Однако, статистически достоверное изменение активности АлАТ в фуппе беременных животных отмечалось с 3-х суток воздействия, в фуппе же интактных с 14 для затравки.

Анализ фпзиолотческих показателей интактных и беременных животных не показал статистически достоверных изменений ректальной температуры и теста "открытое поле" у экспериментальных животных иа протяжении всего периода наблюдения.

Учитывая 20-ти дневный срок беременности, а следовательно и срок "физиолошческой нафузки" на организм, нами была предпринята попытка количественно оценить чувствительность беременных животных. Для этого были выведены уравнения линейной зависимости "доза - эффект'для беременных и интактных животных иа 20 день воздействия (Табл.2).

Таблица 2

Уравнения зависимости "доза эффект" при постоянном и ире_рывистом воздействии модельных соединений_

Вещество_Постоянное_Прерывистое

Дихлорэтан: беременные 6,72^Х + 2,06 + 2,99 иитактные |ёУ=16,431еХ + 4,40 1ёУ=9,541ёХ + 3.64 Хлороформ: беременные 1ёУ=3,801ёХ + 0,88 8,891ёХ + 2.42 иитактные 1ёУ=9,241ёХ + 2,41 1еУ=10,911ёХ + 2.98 Парацетамол: беременные 1ёУ=16,261ёХ + 2,78 1йУ=11,551йХ + 2.78 иитактные |ёУ=19,271уХ + 3,86 1еУ= 18,981рХ + 4.6Х Где: У - концентрация (мг/м3) _X - активность АлАТ ( ммоль/ч л)_

При подставлении к подученные уравнения величины АлАТ, характеризующей короткое действие соединения (на 30% выше нормы, 0,73 ммоль/чл ) были получены следующие концентрации: для беременных животных расчетная пороговая концентрация при постоянном воздействии дихлорэтана составила 13,8 мг/м\ для ин-тактных - 141,67 мг/м\ при прерывистом соответственно 90,4 мг/м3 и 217,2 мг/м. Для хлороформа расчетные значения составили при постоян-ном воздействии 2,3 мг/м3 и 13,9 мг/м", при прерывистом -15,9 мг/м3 и 31 мг/м3. Для парацетамола: 2,6 мг/м3 и 17 мг/м3, 17,2 и 120,4 мг/м3. Следовательно, чувствительность беременных животных при постоянном воздействии была выше чувствительности иптакт-ных в среднем от 6 до 10 раз. При прерывистом воздействии данные величины были несколько ниже. Так, для дихлорэтана и хлороформа чувствительность отличалась в среднем в два раза и лишь дня парацетамола это отличие составило 8 раз.

При рассмотрении вопроса, касающется непосредственной оценки эмбриотоксическот действия модельных соединений можно огметьть достаточную вариабельность экспериментальных дан-пых. Так для дихлорэтана и хлороформа эмбриотоксичсскос дей-i iвис было практически па одном уровне с общетокснчсскнм дей-сIвием на самку. Для парацетамола наоборот, отмечались более выраженные изменения на организм плода.

Таким образом, учитывая полученные данные, можно прийти к выводу о том, что при использовании экспериментальной модели -беременные животные в 20-ти дневном эксперименте можно получить сопоставимые результаты с результатами исследований, проведенных на интактнмх животных в хроническом эксперименте. Этот факт по нашему мнению, подтверждают наблюдения ряда авторов (Гофмеклер В.А., 1974, Гриш. Н.В.,Говорунова И.И.,1986) свидетельствующие о сопоставимости величин поротв хронической) токсическою действия и порогов эмбриотоксическот действия химических соединений.

3. Использование математического моделирования функциональной реакции организма при ингаляционном воздействии химических соединений

Экспериментально-теоретический метод выявления адаптации, предложенный В.М.Глушковым с соавт., предполагает следующие допущения: во-первых, реакция организма на повторяющиеся воздейс твия химических соединений интегрирует процессы кумуляции и приспособления; во-вторых, реакция организма на однократное воздействие не содержит элементов приспособления, проявляющихся при повторном воздействии; в-третьих, реакция организма на повторяющиеся воздействия в отсутствие приспособления определялась бы суммированием реакций на однократное воздействие.

Опираясь на эти положения, адаптацию организма можно определить как разность между "чистой" кумуляцией и реакцией организма на повторяющееся воздействие. Математическая модель реакции организма на однократное воздействие не в полной мере учитывет механизмы адаптации, проявляющиеся в длительном эксперименте и поэтому её можно использовать для расчёта реакции организма па многократные воздействия вещества,. которая могла бы иметь место, если бы в организме полностью отсутствовал процесс адаптации. Такая реакция называется теоретическим кумулятивным эффектом (ТКЭ) или неадаптированной реакцией организма.

Таким образом,

ТКЭ - эз

Адаптация (отн.ед.) = ----------- (1)

ТКЭ

Основой для построения ТКЭ служит математическая модель "доза(концентрация)-время-эффект". Выбор структуры этой модели зависит от пути поступления вещества и от показателя, по которому оценивается воздействие.

Исходя из результатов проведенных исследований, в качестве критерия, оценивающего общетоксическое действие модельных соединений нами был выбран органоспецифический фермент - АлАТ.

Для оценки общетоксического действия веществ, мы посчитали целесообразным провести теоретически-экспериментальное построе-

ние математической модели как для интактных, так и для беременных животных.

При ингаляционном поступлении модельных соединений реакция организма экспериментальных животных по показателю АлАТ описывается дифференциальным уравнентем второго порядка:

d х dx P(C)t, О < t < т

----- + b — + box = (2)

dt dt O, t > T

где: С - концентрация соответствующих веществ в ингаляционной камере 1 - время экспозиции

Р(С) - аналог полной дозы веществ, полученных за время экспозиции

b и bo - параметры косвенно отражающие динамику структурно-функциональных нарушений гепатоцитов Вид правой части уравнения отражает специфику пути поступления. Увеличение порядка дифференциального уравнения также связано с ингаляторным поступлением, так как в этом случае нельзя принебречь динамикой нарушения структур гепатоцитов за счёт постепенного поступления веществ в печень и его биотрансформацией.

Подтверждением правомерности структуры данного уравнения служит отсроченное во времени, по сравнению с экспозицией, достижения максимального значения реакции: АлАТ - вторые сутки, полученное в эксперименте.

Для всех модельных соединений, при однократном воздействии, по выбранному показателю были экспериментально получены значения параметров дифференциального уравнения b и b , а так же определены зависимости Р(С) (Табл.3)

Расчёт ТКЭ производили по математической модели "доза-время-эффект", при периоде повторного воздействия равного одни сутки. Для данной структуры уравнения расчёт ТКЭ производился по решению этого уравнения (2) с ненулевыми начальными условиями, отражающими сумму реакций предыдущих воздействий.

- 17 -

Таблица 3

Зависимость "доза- эффект"

Вещество интактные животные беременные животные

дихлорэтан Р=9 16 • (1 - е,,,кмж ) Р =1061 • (1 - е "'"""м

хлороформ Р= 1309 ■ (1 - с-"'от,|Г) Р=1373 • (1

парацетамол Р=72 • (1 - с"°'01067(') Р=34 • (1 .е-0-т,"м)

Дня получения расчетных формул ТКЭ лля АлА'Г и решение дифференциальною уравнения (2) подставлялось значение нарамо ра Ь, которое было определено из математической модели однократной) воздействия соответствующих веществ.

На момент подачи очередною воздействия рассчитывались начальные усиовия на момент времени 1=1. так как очередная подача отстоит от предыдущей па одни сутки.

В соответствии с постановкой эксперимента, замер показателя осуществлялся через 4 часа после начала воздействия, то есть через 0,17 суток. Затем, для расчета теоретических значений ТКЭ использовались начальные условия, определенные на временной точке 11, и следующая временная точка 1=0,17. Схема расчёта такова, чю не используется непрерывное время, а расчёт производится для (=0.17 и 1=1,0 по одним и тем же формулам, но с новыми начальными условиями.

В диадпатилнениом эксперименте, для каждою вещества так же были расчитапы значения "Р", приведенные в таблице 4

Таблица 4

__Расче тные значения Р для модельных соединений

дихлорэтан хлороформ парацетамол

С Р С Р С Р

бер.ж. 10 0,6364 1 0,2471 0,5 0.3831

50 12,6559 10 2,4692 5 3.7405

250 61,7879 100 24,4930 30 19.7225

ИНТ.Ж. 10 0,3663 1 0,1440 0.5 0.0942

50 7,2988 10 1.4391 5 0.9305

250 35,9169 100 14,3201 30 5,2148

Сравнивая значения Р, величина которою нронорнпанальна уровню возлейс 1вия, полученные при математическом моделировании

однократной) воздействия химических соединений, мы посчитали возможным сделать вывод о большей чувствительности организма беременных животных. При сравнении Р (Таблица 2), для интактных и беременных животных отношение составило для дихлорэтана и хлороформа в зависимости от воздействующей концентрации в пре-деиах 1,8-1,2, для парацетомола соответственно 4,2-2,3. Это свидетельствует о том, что организм беременных животных более чувствителен, причем теоретически чувствительность увеличивается при снижении воздействующей концентрации. Так, например, для дихлорэтана данное отношение для концентрации 10 мг/м1 составляет 1,74, для концентрации 1500 мг/м5 - 1,16.

Также, нами были получены расчетные значения Р и при прерывистом воздействии модельных соединений по которым проноднсь оценка чувствительности выбранной экспериментальной модели. Полученные результаты практически совпадают с результатами при ненки чувствительности однократного воздействия, за исключением выраженной динамики изменений при различных величинах концентраций. Так для дихлорэтана и хлороформа данное соотношение составило в пределах 1,7, для парацетамола соответственно 4,0, что подтверждает более выраженную чувствительность организма беременных животных при длительном ингаляционном воздействии.

Экспериментально-теоретические значения цдашивной составляющей (А) в относительных единицах, рассчитанные по формуле 1 приведены к таблице 4. Значение адаптивной составляющей при первом воздействии принималось равным нулю. В указанной таблице приведены также значение ТКЭ, рассчитанные но математической модели.

Полученные данные позволяют утверждать, что существует единый механизм процесса приспособления к повторяющемуся химическому воздействию как для интактных, так и для беременных живо! пых, что свидетельствует о неепецифическом характере ответа оркшизма беременных животных. Это подтверждается однотипной колебательной компонентой характерной как для беременных, так п шпактпых животных.

На первом этапе изменения адаптационной способности нреоб-ладас! свойство мобилизации структурно-функциональных резервов.

Таблица 5.

Расчетные значения ТКЭ и адаптации для модельных соединении

Вещее! во 1,17 3,17 7,17 13,17 20,17

Дихлорэтан

250 мг/м1 ТКЭ 0,9396 2,0280 2,6733 2,8910 2,9500

бер.ж. Л 0,7355 0,8800 0,8520 0,9000 0,9500

инт.ж. ТКЭ 0,5540 1,1930 1,5750 1,6200 1,6200

Л 0,7330 0,9050 0,8500 0,8500 0,8800

50 М1/М1 ТКЭ 0,1990 0,4303 0,5670 0,5847 0,5847

бер.ж. Л 0,9100 0,8900 0,8940 0,9800 0,8500

инт.ж. ТКЭ 0,1 150 0,2487 0,3260 0,3380 0,3380

А >1 0,9690 0,9350 >1 0,9500

10 мг/м' ТКЭ 0,0404 0,0796 0,1136 0,1 190 0,1 190

бер.ж. А 0,9900 1,0000 0,9800 0,7500 0,8300

ииг.ж. ТКЭ 0,0232 0,0498 0,0645 0,0660 0,0660

Л 1,0000 0,8600 >1 0,9000 >1

Хлороформ 100 м!/м'

ТКЭ 0,1557 0,3328 0,4387 0,4580 0,4630

бер.ж. А 0,3260 0,1227 0,5098 0,2140 0.3000

иит.ж. ТКЭ 0,0910 0,1955 0,2546 0,2645 0,2658

А 0,1653 0,1560 0,1555 0,0548 0,1368

10 мг/м' ТКЭ 0,0157 0,0336 0,0443 0,0461 0,0470

бер.ж. А >1 0,1360 0,2100 0,0450 0,1500

инт.ж. ТКЭ 0,0092 0,0196 0,0257 0,0268 0,0268

А >1 1,0000 >1 0,0109 0,0288

1 мг/м' ТКЭ 0,0016 0,0034 0,0044 0,0046 0,0046

бер.ж. А >1 1,0000 >1 1,0000 >1

инт.ж. ТКЭ 0,0009 0,0019 0,0056 0,0027 0,0027

А >1 1,0000 1,0000 >1 1,0000

Парацетамол

30 м|/м" ТКЭ 0,1254 0,2680 0,3500 0,3700 0,3750

бер.ж. А 0,6400 0,5500 0,3200 0,3650 0,5050

инт.ж. ТКЭ 0,0332 0,0722 0,0942 0,0997 0,1 100

А 0,7288 0,2248 0,0110 0,0100 0,0455

5 мг/м' ТКЭ 0,0238 0,0510 0,0665 0,0702 0,0702

бер.ж. А >1 1,0000 0,5700 0,8576 0,6500

И1П.Ж. ТКЭ 0,0059 0,0129 0,0168 0,0178 0,0178

А ! ,0000 >1 1,0000 1,0000 0,1550

0,5 мг/м' ТКЭ 0,0024 0,0052 0,0068 0,0072 0,0072

бер.ж. А >1 1,0000 >1 1,0000 1.0000

И1П .ж. ТКЭ 0,0006 0,0013 0,0017 0,0018 0,0018

Л >1 1,0000 >1 1,0000 1,00(10

На втором этапе, преобладает свойство дистрофии структур и соответственно накопление поврежденных структур. Третий этап характеризуется преимущественным проявлением свойств репарационной регенерации с преобладанием восстановления функций первоначально поврежденных структур. Четвертый этан характеризуется структурно-функциональным уравновешиванием всех процессов. Длительность каждого этапа для определенного показателя данной системы будет зависеть от многих факторов.

Анализируя расчётно-экспериментальные значения адаптации (Табл.5) можно сделать вывод, что для всех модельных соединений числовые значения адаптации при воздействии минимальной дозы на протяжении двадпатидневного наблюдения как в группе интактных, так и в группе беременных животных были равны или близки к единице (полная адаптация). Следовательно, способность приспосабливаться к внешним воздействиям относительно малых концентраций в обеих группах была одинакова.

В группах животных, подвергавшихся воздействию дихлорэтана в максимальной концентрации (250 мг/м3) различие в значениях адаптации между группой беременных и интактных животных на 20 сутки было равно 1,1, что свидетельствует о практически полном нриспосаблении к данным условиям в обеих группах (Абер.=0,95 отн.ед. и Аинт.=0,88 отн.ед.), но все же в группе беременных животных этот уровень несколько выше, что скорее всего связано с более быстрым периодом приспособительной перестройки путей биотрансформации вещества и подключение структурно-функционального резерва.

При воздействии двух друшх модельных соединений в максиль-ной концентрации хлороформа (100 мг/м3) и парацетамола (30 мг/м3) различие в значениях адаптации между группой беременных и интактных животных на 20 сутки было более высоким и составило 8,2 раза для хлороформа и 11,1 для парацетамола, что свидетельствует о более быстром приспособлении к данным условиям беременных животных. Также следует отметить, что при воздействии парацетамола в данной концентрации на 20 сутки в группе беременных и интактных животных соответствовали третьему этану изменения адаптационной способности, характеризующейся иреимуше-

ствеиным проявлением свойств репарационной регенерации с преобладанием восстановления функций первоначально поврежденных структур, отличаясь тем, что третий этан в фуппе беременных животных наступал на 7 сугки, а в фуппе интактных лишь на 13 что свидетельствует о большем накоплении поврежденных структур, то есть более длительном втором этапе в группе интактных животных.

При воздействии же хлороформа, 20 сутки в фуппе беременных животных соответствовали последнему этапу, характеризующемуся равиовепшваиием всех процессов, стремление к некоторому установившемуся значению адаптации, зависящего от дозы. В то же время, в фунне интактных животных они соответствовали лишь началу третьем) этана, характеристика котором) была дана выше.

Аналогичная картина наблюдалась и при воздействии хлороформа в дозе 10 мг/м3 и парацетамола в дозе 5 мг/м . Различия в значениях дантации составили 5,2 и 4,19. В данном случае 20 сугки при воздействии хлороформа в фуппе беременных животных соответствовали началу третьего этапа изменения адаптационной снособ-юстн, а в интактной - лишь началу первом). При воздействии же ырацетамола и фуине беременных животных 20 сугки составили !ачало втором) этапа, в фуине интактных животных - начало пер-юго.

Анализ основной колебательной компоненты приспособления юказал, что первый этан изменения адаптационной способности, где [реобладает свойство мобилизации структурно-функциональных ре-ервов был более длителен в фуине интактных животных. Повиди-юму это связано с тем, что беременность является "физиолошческой афузкой" и, сопровождаясь значительными морфо-функциональ-ыми изменениями, усу1убляег действие вредных факторов малой итенсивиости.

При воздействии дихлорэтана в концентрации 50 мг/м ежфунпоное различие в значениях адаптации составило 0,89 \бер.=0,85 оти.ед. и Аинт.=0,95 отн.ед.), что говорит о более бы-гром приспособлении к данным условиям в фуппе интактных жи-ггных. Данная концентрация вызывала несколько более глубокие зменення на втором этане, то есть большую дистрофию структур и

соответственно нх накопление по сравнению с интактными, о чем свидетельствуют полученные цифры числовою значения адаптации (Абер.=0,8 и Аинт.=0,94).

В заключении можно сделать вывод, что динамика цдаптацион-ных процессов при воздействии химических веществ, независимо от "физиологической нагрузки", характеризуется затухающей колебательной кривой, в основе которой лежит динамическая смена преобладаний внутренне присущих биосистемам организма свойств различных временных интервалов.

Анализ расчетно-экспериментальных данных однократной реакции при воздействии модельных соединений также показал однотипность изменений, определяемых но величине погрешности %. Так, практически для всех групп отличие расчетных значений от экспериментальных, наблюдались на 3-7 сутки, что, по-видимому, связано с адаптационными процессами реагирования организма.

ВЫВОДЫ:

1. Использование экспериментальной модели - беременные животные позволяет экспрессно оценивать общетоксическое действие химических соединений при их регламентировании в воздушной среде

2. При изучении обшетоксическош действия химических соединений на организм беременных животных, из определяемых биохимических показателей наиболее адекватным явилась аланинаминотрансфераза (АлАТ), изменение которой не зависило от функционального состояния лабораторных животных.

3. Сравнительная оценка функционального состояния интактных и беременных животных как при однократном, так и при длительном воздействии показала большую чувствительность беременных животных, которая может быть выражена количественно.

4. Анализ изменений адаптационной способности организма беременных животных носит универсальный характер ответа, сопоставимый с ответом интактных животных.

5. При различных режимах воздействия ответ организма беременных животных носит однотипный характер, что свидетельствует о неспецифичности ответа и позволяет рекомендовать данную экснеримен-

тальную модель для регламентирования соединений в воздухе рабочей зоны.

6. Показана возможность использования экспериментально-математического моделирования для изучения адаптационных процессов организма беременных животных.

7. Экспериментально-математическое моделирование с расчетом теоретического уровня воздействия (Р) подтвердило, во-первых большую чувствительность организма беременных животных, во-вторых неспецифичность ответа данной экспериментальной модели.

8. В ходе исследований с использованием данной экспериментальной модели была установлена предельно допустимая концентрация парацетамола в атмосферном воздухе населенных мест.

Практические рекомендации Полученные результаты исследования - установленные ПДКс.с., ПДКм.р., математическое моделирование реакций организма могут быть применены:

1) при проведении предупредительного и текущего надзора за состоянием атмосферного воздуха населенных мест учереждениями санэпидслужбы;

2) для практической реализации проектных разработок новых производств;

3) для экспрессного нормирования химических веществ в окружающей среде;

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Изменение биохимических показателей при воздействии хлороформа на организм беременных животных // В сб."Структурно-функцнональные основы патогенеза заболеваний".- СПб -1992.- С. 1517 (соавг. ДуловС.А.).

2. Расчетное прогнозирование ПДК атмосферных загрязнений с учетом их раздражающего действия // Тезисы докладов научной конференции " Актуальные вопросы судебно-медицинской токсикологии" -СПб -1994. - С.29-30 (соавт. Дулов С.А.).

3. Использование метода адаптации к запаху химических соединений в ппиенической практике // Тезисы докладов научной конфе-

ренции " Актуальные вопросы практической и клинической медицины." -СПб - 1994. - С.5. (соавт. Дулов С.А.).

4. Материалы к пересмотру ПДК фурфурилового спирта в воздухе рабочей зоны // В сб'."Актуальные проблемы профессиональной на-тологии".-

Курск - 1994.- С. 179 - 181 (соавт. Кротов Ю.А., Дулов С.А., Черноокий А.Н., Рукавцова О.М. )