Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Изучение механизма действия и токсико-кинетики фталоцианиновых красителей с целью их группового гигиенического регламентирования

АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ШАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИГИЕНЫ ТРУДА И ПРОФВССИОШЕЕНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

На правах рукописи УДК 613.632:678.047.2)- 07

ТОРШИНА Надежда Львовна

ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ И ТОКСИКО-КИНЕТИКИ ФТАЛОЦИАНЙНОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ ИХ ГРУППОВОГО ГИГИЕНИЧЕСКОГО РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЯ

14.00.07 - ГИГИЕНА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте органических полупродуктов и 1фасителей.

Научный руководитель - доктор медицинских наук, профессор

КУРЛЩЩЖИЙ Б.А.

Официальные оппоненты - доктор биологических наук

ПАВЛЕНКО С.М.,

доктор медицинских наук ШЕПО А.И.

Ведущее учреждение - Московская медицинская академия.

д >

Защита диссертации состоится " " 1991 г. в

_ часов на заседании Специализированного совета Д.001.12.0

при Научно-исследовательском институте гигиены труда и профессиональных заболеваний АШ СССР по адресу: г.Москва, проспект Буденного, д. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в,библиотеке института.

Автореферат разослан 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного ученого совета, доктор медицинских

наук ЭЙТШГОН А.И.

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Широкое применение в СССР и за рубежом подучили пигменты и красители на основе фталоцианинов металлов, производство которых из года в год неуклонно увеличивается, а номенклатура расширяется. Фталоцианиноше красители и пигменты кроме основного своего применении --крашения различных материалов в текстильной, полиграфической промышленности, при производстве пластмасс, широко используются в качестве катализаторов электро-хшлческпх реакций, для синтеза и обогащения радиоизотопов, в качестве переносчиков молекулярного кислорода. На их основе созданы новыэ светочувствительные материалы. Фталовданиновые красителя пзроко используются в биологии, например, для афганой хроматографии биологических лядкостей. Также велико их значение в исследовании фотоскнтетического аппарата.

Несмотря на столь широкое применение фгалоцианиношх краси-телзй п пнгкэптов, действие пх на организм практически не изучено а гпгзенпческпо нормативы дая них не установлены. В связи с тем, что число вщуакгзмшс фталоцишлтоЕых красителей велико и структурсгая основа пх сходна, встал вопрос о разработке группоЕых норкгтявоэ (групповых ЦЩС) этих веаеств.

Данная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научных работ и является фрагментом комплексной теш: "Разработать псходинэ. данннэ по токсикологии для проектируемых и строя-езхся предприятий скилзно-красочной промышленности, выдать реко-мендадпп по профилактика профзаболеваний, острых отравлений, хронических интоксикаций" (й Госрегистрадии 01880055196).

Целя я задачи исслелования. Целью данной работы являлось установление основных параметров токсичности, а также углубленное изучение механизма действия и патогенеза интоксикации группы

представителей фталоцианиновых гасителей:

- изучение поведения флталоцианиновых гасителей и пигментов в различных условиях: водных средах, водно-органических средах, как модели жидкостей близких к организменннм, в биологических жидкостях;

- изучение метоболизма фталоцианиновых красителей;

- изучение зависимости между параметрами токсичности и механизмом действия Гасителей;

- изучение патогенеза интоксикации фталоцианиновыми красителям?:

- практическая реализация изученных закономерностей - установление групповой ЦДК в воздухе рабочей зоны для фталоцианиновых красителей и пигментов.

Научная новизна. Изучено поведение фталоцианиновых красителей и пигментов в организме.

Впервые установлено:

- нерастворимый фталоцианин меди (пигмент) не проникает в кровь подопытных животных и не метаболизирует в организме; все токсические црояигения при его поступлении в. организм связаны с наличием примесей растворимых солей меди;

-.водорастворимые фгалоциаяиновые красители обладают высокой способностью адсорбироваться на поверхности тканей, что препятствует их всасыванию в организм и реализации токсического действия; практически не проникают через естественные барьеры, интенсивно прокрашивая кожные покровы и слизистые оболочки; обладают способностью накапливаться в тканях;

- в организме фталоцианиновыэ структуры вдасителей не расщепляются и ветупаэт в соединение с белками, преимущественно с альбуминами, что приводит к разрушению ассоциатов красителей.

Способность щзасителей связываться с белками- линейно коррелирует с их токсичностью и ингибированием дыхания изолированных митохондрий печени;

- в основа патогенеза длительной интоксикации красителями лежит влияние на механизмы свертывания 1фови за счет нарушения полимеризации фибрина;

- при ингаляционном воздействии в реально достижимых концентрациях гасители в кровь не поступают, а связываются поверхностными эпителиальными клетками дыхательных путей и фагоцитами; пороговая концентрация при однобайтном ингаляционном воздействии 20,8 мг/м3.

Практическое значение работы. Изученные закономерности поведения фталоцианиновых красителей в организме дали возможность предложить ЦДК в воздухе рабочей зоны для всего, класса фталоцианиновых гасителей и пигментов 5 мг/м3 3-ий класс опасности. Эта ЦДК утверждена Минздравом СССР в 1937 г. и вклшена в ГОСТ 12.1.005-88 п 5.8.9. Разработана методика определения ФЦМ в воздухе рабочей зоны. (Утверждена Минздравом СССР II. 12.87 №4453-87). Разработаны методики определения гасителей и их метаболитов в бйосредах, а также методы изучения агрегирования гасителей в биосредах и количественного определения их связывания с белками сыворотки 1ф0ш.

Апробашя работы. Материалы доложены и обсуждены на заседаниях Ученого Совета пр аспирантуре ШЛО НИОПИК (16.10.84 и 31.03. 87), секции Ученого Совета ШЛО НИОПИК "Очистка сточных вод, пром-отходов и токсикология производства АШГ (27.05.87), на заседаг-ниях Московского научного общества токсикологов (29.11.84 и II. 02.88). На конкурсе молодых научных работников, посвященном 25-летию Московского научного общества токсикологов работа была

удостоена I места (19.01.89).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура диссертанта. Диссертация содержит 135 страниц машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы. Работа вклотает 23 таблицы, иллюстрирована 17 рисунками. Список использованных источников включает 90 наименований отечественных и зарубежных авторов. Приложения содержат документы о внедрении.

• Положения. вынесенные на защиту:

1. Биологическое действие фталоцианиновых красителей зависит от степени их связывания с белками, преимущественно альбуминами, а такке от способности к агрегированию в'биологических средах и адсорбции на клеточных мембранах. Патогенез интоксикации фталоциашшовыми красителяг,га основывается на изменении свертывания крови за счет нарушения полимеризации ф'брпна.

2. Фталоцианиновые красители при проникновении через биологические барьеры способны к материальной кумуляции.

3. Низкая токсичность фталоцианиновых красителей и пигментов обусловлена стойкостью их молекулы и отсутствием свободных координационных связей у меди.

4. Общность механизма действия и патогенеза интоксикации красителей и пигментов на осноео фгалодаанина меда позеоляэт установить для них единый групповой санитарный норматив в воздухе рабочей зоны.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЭШЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор литература. Рассмотрены физико-химические особенности фталоцяашнсвых красителей и пигментов.

Приведены данные об использовании этих красителей в народном хозяйства и результаты изучения их поведения в различных средах: водных, водно-органических и биологических. Обсуждены работы, в которых исследовано биологическое действие красителей на основе фталоцианина меди. В результате анализа данных литературы выявлено отсутствие сведений о кинетических исследованиях поведения тфасителей в организме и механизме их действия, а также о патогенезе интоксикации. Ео второй главе дано-обоснование экспериментальных подходов к разработка методов исследования поведения в организме нерастворимого' фталоцианина меди (ФЦМ) и водорастворимых фталоцианиновых красителей: дисульфо кислоты фталоцианина меди (даю, трисульфокислоты фталоцианина меди (ТСК), активного бирюзового К (АЕК) и активного бирюзового 2"ЗТ" (2"ЗТ").

В основу программы исследований положена необходимость изучения механизма токсического действия фталоцианиновых гасителей в связи с их структурной близостью к биологически актинным пор-фиринам, хлорофиллу, гему, цяанкоболамину и другим. Рассмотрение фталоцианиновых красителей, как группы представляется возможным на основании общности их химической структуры, определякпшм элементом которой является "фггалоцианиновое кольцо", то есть незамещенный фгалоцианин меди. Введение в это кольцо различных заместителей опособно изменять некоторые физико-химические характеристики красителей, сохраняя, однако, все осношые свойства вещества, в том числе биологическую активность.

Для. "осуществления поставленной задачи были использованы современные химические, биохимические, патофизиологические и морфологические методы исследований. Определение токсикологических характеристик проводили в основном по уже известным методикам. Для кинетических и химических исследований были разработаны собствен-

методики, эвдщ^идаздов, а применением, ат омнр-~абсорбвдгоцноЙ! дпэктрофотометрии, щ приборе Чф&тщ?',, опектрофотометрии на приборах "Перкин-Элмер, ц, ^Спикорд № 40^, а также.хромат ографи-чеогае(тонкослойнад.. ^рматографая на; силуфоле У ¡Г-254, газожидко-дтаая хроматография,. цв., хроыатрррафв, •'Цвет-ТОО" и высокоэффективная жидкостная хроматоЕрэ^ия, щ, приборе фирмы "Дюпон", модель 8800).

Исследования водонерастводаого фталоцианина меда показали, что высокая степень сопряжения^ реализупдаяся во фталоцианиновой молекуле, цриводит не только^ к-химической стабильности, но и к практически полному отсутствию .?, ципьгенха, токсических свойств. Он не проникает в кров_& животные и- не метаболизирует в организму. Показано, что вабр^^еоя^а^^Ш^^ЩЯ] почек (шутрибэдэ*. шщнав; введение, 3} %моче; <р®«: 2,3§+0,19

адргрозш:. ^рб^^^/мл^^^О.р^^Щ!«^: 1>10ьР,;[9:мфгЦ,

мл>( р,<; 0-,(0&)) и, с^о^рйаният церуллоалазмина. (многократное) вщтоижелудоадр^; ^щ^ние, % г/кг:- ощр;- 50мг£,*; ке>нзчодь, - Ш исй, адзваа^! наличием, ! сфаддеь

ситвля пряыеед, раствдримых,- солей щщ.ш оф^аэда, отр

этой1 щаюеою щшос^щ, у^урандат пседлвщ^чШййзвдгЩг^крова: подопытных: животных, ' % тада^з их, биологическойдейвтрвд..

Изучению тйк^икологэтеч^х. параметров водорастворимых красителей, синтезированных,на, основе фгалоцианина.меди,, показало, что все они малоопасны д!и раздитид; острого отравленщ, (табл. I). Однако при этом наблюдается тецденхш к - сильному-.; щ сдойкому прокрашиванию контактирующих^с ним.поверхностей. ^ • ' Да^^о^юутргаселудочной и шутри.брщшнрй;:тдаи^9ети;:б|ад5 подтверждены .в.'зОпвдах,.на изолированных.-митохондриях печени • крысы*. Показано, чтог; токсичность красителей также как и в опытах

Йбййца- í

Параметры токсикометрии' водорастворимы»: фгалоцианшшваг красйтелзй

Г I: Д%0 />е * oS 1: щ

jÄI^L-

i' !' мыши !' крысы.' Г гАг !' !' !' !'

!ЪассчиИ !тая{г пег!

|! С*50" I г/кг !

%50"

м:

\*сит l^asssf9' h^

; ! "в "1 ! "в ! Г*""'*" !-^"через

ГбрюИзке-- !слизис-- !; кейф

!ду- !ксш~ I! тые !' Шу Шок' 1- i'

2пЗГ"' 5,9 >10 0,620

5,35+v +6,25: 0,523+0,.734;

дек. >5 0,800 0,620+1,035:

тек: .. 7,8' r,400:

7,35+f +8,25 I,0I4+r,932

АБК 6, Т. >'I0 . Г, 800"

5,59+; 0,972+3,33

+6,61

Г,36: 6V35-I0"4 4-,& IÖ' Нет

3,2 Г 1,10-I0"2' 3,53П r,or-îîT2?

8,37". r,I8.'lCT2'

IS бели'-

HÖ3P

iSôéjffl- Her"

Й6Т-

Нет"

Нет"

Нет

Нет"

Ci

So - концентрация, ингибирущая дыхание митохйвдрий на ■ 50 %.

(табл. I), убывает в ряду 2"ЗТ" > ДСК > ТСК > АЕК.

При введении в жедудок крыс в дозе 150 мг/кг красители в кровь не поступают. Вс1фытие показало, что в синий.цвет окрашена только слизистая желудочно-кишечного тракта (ККТ). Следовательно, поверхность ЖКТ является естественным барьером для проникновения объемных молекул красителей, которые частично сорбируются его поверхностью, а непрореагировавший краситель выводится с калом подопытных животных. В отжгчие от внутрижелудочного введения, при внутрибрвшинном введении красителей они проходят в кровь подопытных животных и частично выводятся с мочой. Хотя и здесь концентрация их в крови очень мала - 6 % от введенной, а выведение с мочой не превышает 8 % от общего количества красителя. Следовательно, основная масса красителей либо задерживается в органах и тканях, вступая в прочное взаимодействие, либо подвергается метаболизму. Предпочтение вызывает первая точка зрения, подтверждаемая • яркой окраской органов и тканей, отмеченной при вскрытии и не отмывающейся водными и водао-спиртовыш растворами при экстракции в течение месяца.

Предыдущие исследования yKasiJBaœr на то, что фталоцианиновые гасители не проникают через плазматическую мембрану, сорбируясь ее нелипидными компонентами: белками и гликопротеинами примембран-ных слоев, причем прочная связь фгалоцианиновых красителей с оболочками нервных волокон обусловлена, очевидно, стерическим соответствием молекул красителя субстрату, в результате которого между ними имеют место Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия и образуются Н-связи. Данные литературы о том, что основная часть 1фасителя с'орбируется. в первые 2 часа окрашивания ьп vitZo хорошо согласуются с результатами наших кинетических исследований, показавших, что концентрация красителей в крови достигает максимума лишь

через 4 часа после введения, когда процесс адсорбции уже завершен. В дальнейшем около 8 % красителя выводится с мочой в течение 240 часов, а затем выведение прекращается. Часть" введенного гасителя прочно задерживается в организме и даже спустя несколько месяцев при морфологическом исследовании отмечается йалтчие его в органах и тканях подопытных животных. Данные литературы о наличии в адсорбированных фталоцианиновых красителях разоренной и слабосвязанной, ионносвязанной и прочносвязанной фракций с величиной растворенной и слабо связанной фракцией от в до 181^,' позволяют говорить о том, что в наших исследованиях из организй&'"внво-дится лишь растворенная и слабосвязанная фракция.

Столь длительное нахождение гасителей в организме поставило перед наш вопрос о возможности метаболизма их по фталоцианиново-му макрокольцу. Ответ на него был найден с. помошью современных методов исследования, таких, как газожидкостная хроматография, тонкослойная хроматография на силуфоле -254 и высокоэффективная жидкостная хроматография под давлением, которые с высокой степенью точности показали, что предполагаемые нами на основе ретросинтеза метаболиты в организме не образуются и разрушения фталоцианиново-го мазфокольца не происходит. На основе данных, полученных при изучении содержания меди в сыворотке крови, можно утверждать, что медь не выпадает из целостной, неповрежденной молекулы фталоциани-на в сыворотке подопытных животных - 1,5 + 0,035 мкг/мл ионов меди, а в сыворотке контрольных - 1,66 + 0,08 мкг/мл (р >0,05). Следовательно, в организме не идет метаболизм ни по органической части молекулы, ни с выпадением меди из центра макрокольца.

Исключение метаболизма красителей по фталоцланиновому кольцу позволяет предположить зависимость биологической актишости водорастворимых красителей от скорости проникновения их в организм.

Значимой в этом шине является способность фталоцианиновых красителей к образованию ассоциатов молекул, а также влияние сыворотки крови и мочи ¿п гПтго на их дезагрегацию. Известно (Березин Б.Д., 1978), что фггалоцианины легко образуют ас-социаты при увеличении их концентрации в растворе (максимум поглощения димеров при .630-640 нм). Однако у сорбированных красителей по сравнению с растворенными наблкдается увеличение мономер-димерного соотношения (увеличение максимума при 660-670 нм) (Ро-зенталь Д.Д., 1979). Наш показано, что при введении в брюшину 2"ЗТ" и АБК присутствуют в 1фови в ниде смеси мономеров и ассоциатов (максимум при 630 нм сохраняется, с увеличением максимума при 670 нм), а ДСК и ТСК - исклтительно - в виде мономеров (максимумы поглощения при 630 нм исчезают с увеличением максимума при 670 нм). Опыты ¿'л ¡^¿10 с добавлением сыворотки крови и мочи чистых животных показали, что сыворотка крови способствует разру- . ¡пению ассоциированных форм вплоть до полного их исчезновения (только ассоциатн красителя АБК подвергаются частичному дезагрегированию, о чем свидетельствует сохранение максимума при 630 нм). Влияние мочи на агрегацию 1фасителей оказалось очень слабо выраженным. Имеются данные о дезагрегирующем влиянии на фгалоцианино-вые- здасители смешивающихся с водой органических растворителей

} кц ^1976). Поэтому, чтобы выяснить характер -влияния крови на дезагрегацию гасителей, использована модель смешивающихся с водой органических растворителей и показано, что добавление растворителей приводит к дезагрегации ФЦМ, причем требуется большее количество органического растворителя, независимо от' его диэлектрических констант для мономеризации первоначально сильно агрегированных красителей АБК и ДЖ и меньшее количество для красителей первоначально агрегированных слабо - 2"ЗТ" и ТСК (табл. 2).

Таблица 2

Влияние органических растворителей на мономеризацию фталоцианиновых красителей

Растворитель

¡диметил! ! !

! форма-! форглашд! диокеан! этанол ¡Краситель ! мид ! ! !

i

Диэлектрическая проницаемость

---1

ацетон j^™" |

-;-¡

i

Í 38 ! 109 ! 2,5 ! 25 I 27 ! 3,6 i

2"3V 60.5? 60.$ 30 % 40 % 30 % 30 %

670- ТО-4 12,32 8,92 12,02 9,18 8,52 12,55

тек 30 % 60 % 30 % 40 % 30 % 30

^70-Ю~4 9,13 6,74 9,43 9,78 8,96 8,91

дек 60 % 80 % 60 % 60 % 60 % 60 %

^70-1СГ4 2,56 2,12 4,09 3,18 2,42 4,25

АПК Мономеризация не достигнута

Таким образом исследования ((ótue/y ¿ -G.^ 1972), свидетельствующие о связи дезагрегирунщей способности растворителей с их диэлектрической проницаемостью, правомерны лишь в применении к одному отдельно взятому красителю, подвергшемуся дезагрегации. В группе 1фасителвй дезагрегирующая способность растворителей . ограничивается степенью Ьервоначальной агрегации красителя, однако данные [Kiaska J ■ t Cía jko is^.kiuf., 1976) о стабильности агрегатов в зависимости от заместителя .во фтатоцианиновом кольце хорошо согласуются с нашими результатами, где алкил заме-

шенкый фталоцианин - АБК имеет наибольшую степень агрегации, а фталоцианин, в заместителе которого имеются фенильные групш (2"ЗТ"), создающие стерические затруднения для взаимодейстния плоскостных молекул гасителя, менше агрегирован и легче поддается дезагрегации. В отличие от смесей с сывороткой крови, сольватация органическими растворителями обратима (добавление во-, ды приводит к агрегированию красителей). Наличие взаимодействия между молекулами' красителей и молекулами растворителей, и молекулами красител'ей-.и ¡компонентами сыворотки крови, подтверждается тем, что моляршй коэффициент погашения для одного и того же красителя в растворителях и в сыворотке крови - различен. Например, для ТСК с сывороткой кров? = 4,5'Ю""^, а с диокса-ном - =^/43. Ю-4.

Следовательно,, влияние смешивающихся с водой органических растворителей :на агрегацию фталоцианиновых красителей аналогично ■ дезагрегирующему .действию сыворотки крови, причем большая прочность взаимодействия красителей с компонентами сыворотки крови, вероятно ."достигается :за счет связывания с активными группами сывороточных белков.. Сращивая данные по дезагрегации с полученными кинетиЧёокями характеристиками, можно заключить, что красители, 1фцсутствущке в крони в виде смеси мономеров и ассоциа-тов, тайе' йай' АБК и 2"ЗТ" быстрее поступают в организм и создав ют концентрацию -в крови подопытных животных, превышакиую в течение экспе'ртме'йта концентрацию красителей ДСК и ТСК, присутствующих в'крот исключительно в виде мономеров. Для агрегированных красителей'больше и процент выведения с мочой (ДСК - 0,38 %, ТСК - 5,03 %, АБК 7,97 %, 2"ЗТ» - 6,94 %).

Следовательно,''степень дезагрегации характеризует кинетические особенности фталоцианиновых красителей.

Однако различие.кинетических характеристик этих красителей можно объяснить и с других позиций, если привлечь данные литераг-туры о взаимодействии ФЦМ с ,белками клеточных мембран. Хорошо известно (Левин C.B. с соавт., 1968), что анионы кислотных красителей могут образовывать ионные связи с положительно заряженными катионными группами белков, что и лежит в основе связывания этих красителей белка'.га. При этом связь гасителей с окрашиваемым белком зависит не только от образования ионных связей, но и от образования адсорбционных связей медду всей молекулой красителя и белком. Показано (Розенталь Д.Л. с соавт., 1977), что по способности связываться с оболочкой нервных клеток красители располагаются в ряд амид ДСК > ДСК > ТСК. Наиболее существенными в этом случае являются заряд-зарядные взаимодейстшя в адсорбционном слое и взаимодействия, определяемые стерическим соответствием молекул красителя субстрату. Этот ряд совпадает с частью нашего ряда, полученного по способности красителей проникать в кровь (2"ЗТ" > АШ > ТСК > ДСК, следовательно, связь с белками клеточных мембран располагается так: ДСК > ТСК > АБК 7 2ПЗТ"). Таким образом кинетические характеристики исследованных красителей находятся в зависимости от степени ассоциации их в 1фови подопытных животных и способности адсорбироваться на клеточных мембранах. Дальнейшее объяснение механизма этих процессов найдено при анализе результатов изучения связывания красителей с белками, играющими важную роль в функционировании клеточных мембран.

Использование модели сывороточных белков позволило установить, что красители в организме вступают в прочное соединение с белками, причем их токсичность коррелирует с этим свойством -£ = - 0,973.

Ряд, построенный по убыванию токсичности 2"ЗТ" >ДСЕ > >ТСК > АБК, пропорционален ряду, построенному по убыванию процента связывания гасителей с белками сыворотки 1фови (в первую очередь - с альбуминами): 2"ЗТП >ДСК >ТСК >АШ. Обычно связь с альбуглнами уменьшает токсичность попавших в организм органических соединений, в связи с тем, что альбумины являются транспортными белками, способствующими выведению ксенобиотиков из организма. (Табл. 3).

Таблица 3

Связывание фталоцианиновых красителей с белками сыворотки 1фови

! ! Связывание красителей с белками, !

¡Свободный {_2_|

|краситель,'преимуществен-'преимуществен- ! I % ! всего .'но с альбуми- .'но с эуглобу- ! I ! I нами ! линами !

2"ЗТ" 29,6 70,4 64,8 5,6

ДОК 33,3 66,7 55,0 II,V

ТСК 49,0 51,0 47,9 3,1

АБК 57,0 43,0 39,0 4,0

Однако в случае с фталоцианиновыми красителями наблвдается прямая корреляционная зависимость: повышение процента связывания с, альбуминами приводит к повышению токсичности гасителя. Подобные корреляции известны для рентгеноконтрастных соединёний 1977). Высказанные положения позволяют объяснить этот факт в механизме действия фталоцианинсвых красителей высокой прочностью их взаимодействия с белками клеточных мембран,.в том числе и в месте введения. Наряду с этим при внутрибркшшном

i i

|Краситель

i !

введении часть 1фасителя взаимодействует с сывороточными альбуминами в русле открытых в брюшину кровеносных сосудов, осуществляя транспортную функцию и способствуя доставке ФЦМ к клетка1л -мишеням. Нами показано различие распределения в рядах красителей по их кинетическим показателям (2"ЗТ > АБК > ТСК > ДСК) и способности связывания с альбуминами (2ПЗТ" > ДСК > ТСК > АБК). Можно предположить, что кинетическая последовательность обусловлена различием проникновения красителей через тканевые барьеры, что связано, в значительной степени, со стерическим соответствием молекул гасителя клеточным мембранам (Розенталь Д.Л. с оо-авт., 1977). Последовательность же связывания с альбуминами определяется характером заместителя и, соответственно, характером связи. Это позволяет считать, что увеличение количества центров поляризации в заместителе 2"ЗТ", имещем в своем составе бензольное кольцо, приводит к увеличению процента связывания 2"ЗТ" с альбуминами. Преимущественная связь красителей с альбуминами объясняется тем, что альбумины составляют наибольший процент зреди транспортных белков с наименьшей молекулярной массой, то эсть теш свойствами, которые способствуют транспорту жирных кислот. Способность фгалоцианиновых 1фасителей связываться с белками нашла свое отражение и в своеобразии кумулятивного действия этих красителей при различных путях поступления в организм. Так, 1ри изучении кумулятивных свойств фгалоцианинов методом субхрони-геской токсичности по Лим на примере 2"ЗТ" при внутрибршинном I внутрижелудочном введении и ТСК при виутрижедудочном пути введения, установили их низкую токсичность при кумуляции с одной зтороны, а с другой - выявлена способность к материальной куму-ияции, проявившейся в прокрашивании тканей (выведено из организ-«а во время эксперимента по Лим с внутрибршинным введением -

- 6,14 %, от общего количества красителя). Однако токсические проявления при кумуляции наступают лишь на высоких уровнях суммарных доз: К смт при внутри брюшинном введении 2"ЗТ" - 4,9, при внутрижедудочном - 10, позволяет оценить фталоцианиновые красители, кат вещества, обладающие слабо выраженным кумулятивным действием. Подтверждение низкой кумулятивной токсичности вещества является равенство ЛС5о и ЛС^ (концентраций красителя в крови при одныфатном и многократном воздействии доз, вызвавши летальный эффект) (рис. I). .

Однако даже на уровне ДПд0 концентрация красителя в крови очень мала ( ^ 2,3 % от введенной дозы), что подтверждает прочную связь гасителя с оболочками клеточных мембран. На первых стадиях поступления красителя в организм мембранные барьеры для него непреодолимы. Поэтому при внутрибршинном введении краситель выводится с мочой, но не выводится с калом животных, при внутрижедудочном 2"ЗТ" - не поступает в кровь подопытных животных. Однако при нарастании дозы в кумуляции, проводимой по методу Лим при приближении дозы вводимого внутрибрпшшо красителя к ЛДдд следы его обнаруживаются в кале, а при внутрияелудоч-ном введении появление его в крони также совпадает с началом гибели животных от интоксикации. Появление дополнительного пути экскреции свидетельствует о декомпенсации защитной функции тканевых барьеров, приводящей к гибели животных. Иначе говоря, происходит скачок, приводящий к качественно иному воздействию введенного красителя. До отказа заполнив сорбционные центры тканевых барьеров, прорывая их, краситель движется по градиенту концентрации в, биологические среды, еще свободные от молекул фта-лоцианина. В результате при вновь открытой большой поверхности адсорбции и матах концентрациях красителя, поступающего через

Время, дет

Рис. I. Кинетика красителя 2"ЗТ" в крови и моче при субхроническом шутрибркшпшом и шутрижедудочяом введении.

А - концентрация 2"ЗТ" в крови при однократном введении

ДЦ§Ф в брхшну; ❖ - концентрация 2"ЗТ" в крови при введении в бршину по методу Лим;

О - концентрация 2ИЗТН в моче при введении в бршину по методу Лим;

О - концентрация 2"ЗТН в крови при введении в желудок по методу Лим.

¿о -

поврежденную тащртять НКТ кумуЖй'йййай Жйшобтъ красителя при введении его в желудок оказываегсй ёе'СШа низкой-. СтХбва-'тельно, в данном случае прочная связь с Йёйкам кйеточных *йвь<8=-ран, приведшая к. материальной кумуляции крас'й(геле11, ВыдоЖнйё!' защитную функог "3» препятствуй распроСграйёгааю фгалоциаййно'й :в организме а щсшяешп йШ токсического деЙсШл ЙоШШ полжтельнах путей экскреций В сШе'таШй % Шсйк'йй 'СпосШ'остЬю ФЦМ прочно связаватьйй -е ^ЗДетельс'ФВуе? й томк Что йаг-

лая кумуляшшаа «шйчшт. 5Щ1. & шзййФёлййй Мере обусловле--аа низкой бйшклдаешй ая<1Швс*Ьй» ае'сМотрй на их адсорбцию тканевыми барьерами» Фаялл образом адсорбцию можно рассматривать как {актор, прешштвуйайй йрокйнновенйю Красителей в биологические среды орРанйШа., Отйвда Интоксикация ФЦМ Возникает только поел© "перенасыщения" тКанеШх барьеров ф&сйтелшаи

При внутрйбрйанй'ом йу?й введения» т«э есть йрй искусственном преодолений аащйтННХ барьеров в организме животного к каким является желудочно-кишечный траКт, обладающий избирательной способностью всасываний, краситель получает возможность чай точно непосредственно нронйкаЯь в кровь, однако й здесь большая ё£о часть сорбируется на белках клеточных маМбран в месте введения^ Причем следует еще раз йодЗеркнуть, что токсические й кумулятивные свойства красителя как прй внутрйб^шйнном, так й при внут-рйжелудочном путй ВВедёНйя ВЫраженЫ СДабЬ, НО матерйаЛШйя кумуляция - прокрашивание ввлйка» Выяснение роли естественна барьеров организма для формирования биологического действия красителя позволило объяснить и это противоречие.

Исследования кумулятивных свойств фталоцианинового красителя 2"ЗТ" методом Лим при внутрибркшганом введении показали, что

как; (щриратные,, так. и многократно введения красителя приводят к- сяйжвдаэ. содержания белка а сыворотке, крови и вязкости крови. Кром^ нарастание содержания красителя в сыворотке крови при введении; еда, возрастаниях доз приводит к нарушению времени начала,, продолжительности и конца свертнйания крови, скорости ретрак-щИ; сгустка: и> йфинолиза у подопытных: животных.. При введении суммарной- доз«' крарятеля;^О» 2,,95 а при: ад® концентрации в= 1фовц; Г,,5 мгД«л*, кровь, практически- не саертнваажся-,, сгусток-. об'*-разуется; лишь, при: длительном: термостатировании: крови- через- Г4'40 с

"V '

цри-. контроле: 45: о.. При-- этом; 33>,;3: животных: в> подопытной1 грудлез сгусток- не образуется- совсем.. Учитывая», чз?л факторы,, атвекгтвшр-ные за свертываемость;: содержание: калызия1 и; фибриногена1, в. крови-,, а. также фибринояитическаяг активность сывороэз® крона- под- действием красителя- не иаменяюгйя-,, можно-, считатьи что, овертнвание кро-~ вд. пре1фадается; из^-за; нарушения, полимеризаций! $йбртгаа в ^ибрян-вдлимер.. Аналогичной' антюагулящошшйг э©екг известен: для; 1фа— ояуеля.Ръэ ^п, ЕШ)).. К наших, исследова-

ниях- наблвдалооь, восстановление: вязкости;'крови; через; 72 часа; пос-лэ преврщения; введения фгралоцганина^, когдаг концентрация 2"ЗГ"' в 1фови; подопытных животных-падаш доэ СГ;,48!мг/Аш. Таким-образом-можно: заклшить, что.! и> в» данномт случае-: патогенетически■ значимым является-связывание фталошаниноапк красителей: о-; белковыми^ структурами- в-организме.

Изучение длительного дейсттят2яЗТ№' при; шутрижелудочном оубхрвняческом-введектти показало-,, что нарушение гвраметров: вязкости; и? свертываемости- крона-прииясодит только:на: высоких:уровнях концентраций' красителя:в : кроил подопытных животных:' (I, & мг/йл)к

С • цельюдзученая: шпшжя: структуры ФЦМ на; его способность-

преодолевать физиологические барьеры, нами было проведено аналогичное исследование с ТСК. Установлено, что в отличие от 2"ЗТ" ТСК появляется в крови непосредственно после введения, хотя и в малых количествах, так как меньшая объемность молекулы ТСК позволяет ей проникать через тканевые барьеры тогда, когда стеричес-гае затруднения, испытываемые молекулой 2"ЗТ" препятствуют ее проникновению.

При однократном ингаляционном воздействии 2"ЗТ" в концентрации 20,8 мг/м3 картина интоксикации характеризовалась умеренным изменением содержания гемоглобина, лейкоцитов, нейтрофилов и лимфоцитов в 1фови, понижением содержания белка и повышением активности аланинтрансаминазы в сыворотке 1фови, а также уменьшением коэффициентов массы печени, легких и сердца. Однако оценка состояния подопытных животных через сутки и двое после проведения затравки по тем же показателям свидетельствует о полном восстановлении измененных функций. При однократном ингаляционном воздействии 2"ЗТ" в концентрациях на уровне 9,85 мг/м3 выявленные изменения не выходили за предали колебаний параллельного контроля: + 2 <э и полностью восстанавливались через.сутки после затравки животных щ>асителем. Концентрация 0,63 мг/м3 оказалась недействующей в условиях однократного ингаляционного воздействия. Оценивая полученные результаты, можно заклотить, что степень выраженности выявленных при однократном ингаляционном воздействии 2"ЗТ" изменений коррелирует с величиной воздействующей концентрации красителя. Обратимость и полная нормализация функций в восстановительном периоде позволяет считать концентрацию на уровне 20,8 мг/м3 минимально действующей.

Спектрофотометрическое определение концентрации 1фасителя

показало его отсутствие в- крови через 4 часа, через сутки и через двое суток при всех трех изученных концентрациях. ,

Изучение распределения красителя на неокрашенных препаратах (концентрация 20,8 мг/м3) показало, что он в основном определяется между криптами желудка, на поверхностном эпителии предне-лудка и желудка. В трахее и крупных бронхах окрашен как десква-мярованный, так и пристеночный эпителий. В мелких бронхах окра-сен десквамированный эпителий. В легочной ткани просматриваются гранула красителя, которые находятся в клетках, обладающих фагоцитарной активностью. При концентрации 2"ЗТ" 9,8 мг/м3 определяются гранулы красителя (лишь в нескольких случаях из всей группы исследованных животных) в клетках типа фагоцитов. При концентрации 0,63 мг/м3 красителя в тканях не обнаружено. Следовательно, и при ингаляционной затравке красителем, как и при внутриже-лудочном пути введения сн но попадает в 1фовь подопытных животных вследствие .непреодолимости для него барьеров НКТ и легких. Аггзгаая адсорбция красителя клеткам легочного эпителия не приводит к интенсификации склеротических процессов. Изучение содержания оксппролзна и ляпидов в леггах подопытных и контрольных гиотных после проведения однократных ингаляционных затравок показало, что через 9 кесяцзв после ингаляции оно не превышает as содержания в легких контрольных крыс при всех испытанных концентрациях красителя.

Все вапеизложенное показывает, что фталоцианиновые красите-„тз но является столь биологически активными, как их природные аналога биопорйиршш. Разница эта проистекает из того, что повышение сопряжения во фталоцианиновом макрокольце приводит к его исключительной устойчивости и, как следствие, полному отсутствию

метаболизма в организме.

Неспособность фталоэданиновых гасителей выполнять окислительные функции тема обусловливает отсутствие специфического ингибирования дыхания изолированных митохондрий печени 1фыс. Дезагрегация к лекул фталоцианина при взаимодействии их с белком также препятствует проявлению ими биологической активности.

Исследование отдаленных последствий действия фталовданиновых гасителей показали, что они не обладают канцерогенной и му-■ тагенной активностью.

Суммируя все вышеизложенное, можно заклшить, что при имек>-пшхея незначительных различиях в биологическом поведении общность механизма действия и патогенеза интоксикации красителями - на основе ФЦМ позволяет установить для них единый групповой саг-нитарный норматив в воздухе рабочей зоны.

• Способность красителейи пигмента прокрашивать кожу и слизистые оболочки обусловливает необходимость установления групповой ЦДК на уровне более низком, чем это предусмотрено для мало токсичных веществ.

ВЫВОДЫ

1. В организме фталоцианиновые гасители не подвергаются метаболизму, адсорбируются на клеточных мембранах, связывается с белками сыворотки крови, преимущественно с альбуминами, дезагрегируются в биологических средах. Дезагрегация фталоцианинов обусловлена не только диэлектрической проницаемостью растворителя, но и первоначальным агрегированием красителя.

2. Токсическое действие фталоцианинов меди связано, с нарушением тканевых барьеров и появлением дополнительных путей экс-

цещи красителей. Токсичность красителей пропорциональна спо-обности связываться с сывороточными альбуминами. Фталоцианино-¡ые гасители способны к материальной кумуляции - прокрашиванию шхлой соединительной ткани. Низкая токсичность фгалоцианиновых фасителей объясняется стойкостью их молекулы и адсорбцией на жаневых барьерах, затрудшшшх проникновение в 1фовяное русло.

3. В отличие от природных псгрфиринов фяалоцианиновые 1фаси-;ели не способны выполнять окислительные функции тема, что обус-ювливает неспецифический характер ингибирования' дыхания изоли-юванных митохондрий печени 1фысы. Патогенез интоксикации фтало-дааниновнми красителями основывается на изменении свертывания фош за счет нарушения полимеризации фибрина.

4. Общность механизма действия гасителей токсикокинетики, гатогенеза интоксикации могут служить основой для интенсифипка-Ш исследований в области гигиенического регламентирования и ' установления групповых нормативов. Предложена и утверждена груп-ювая ЦДК в воздухе рабочей зоны гасителей органических на ос-юве фталоцианина меди 5 мг/м3 3 класс опасности (ГОСТ 12.1.005-•88 п. 589).

Основные материалы диссертации опубликованы в следувдих работах:

1. Изучение метаболизма фталоцианиновых гасителей методом 53ЖХ // Тезисы Ш Всесоюзного симпозиума по молекулярной жидко-;тной хроматографии. - Рига, 1984. -.С. 183 (в соавт.).

2. Изучение токсичности фталоцианина меди // 1%гиена и сани-

гария. - 1985. - № I. - С. 92-93 (в соавт.).

3. Влияние структуры фталоцианиновых красителей на их поведение в организме // Гигиена труда и профессиональные заболевания. - 1987. - № 4. - С. 49-57 (в соавт.).

4. Влияние сыворотки крови и мочи на агрегацию водорастворимых фталоциа иновых красителей // Гигиена и санитария. -

- 1987. - № 10. - С. 87 (в соавт.).

5. О некоторых особенностях токсического действия водорастворимых фталоцианиновых 1фасителей // Гигиена труда и црофесспо-нальные заболевания. - 1989. - té 9. - С. 47-48 (в соавт.).

6. Связь токсичности некоторых фгалоцаанинов меда с их распределением на белках сыворотки крови IJ Гигиена пруда и профос-сиональные заболевания. - 1987. - й 10. - С. 54-56 (d соавт.).

7. Методические указания по фотометрическому измерению водорастворимых фталоцианиновых красителей в воздухе рабочей зоны // Методические указания по измерению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны. - Москва, 1989. - Вып. 25. -

- С. 60-64.

Зах. Ni 468 подл, к печати 22.07,91 г., тир. 100 asa. Ротапринт НИИ ГТиПЗ АМН СССР