CC BY
57
УДК 577.4(571.16):581.19
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ И ПОИСК ПРИРОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ С АНТИМУТАГЕННЫМ ДЕЙСТВИЕМ
С.Н. Ефимов, С.Е. Дмитрук, H.H. Ильинских
Рассмотрено экологическое состояние Томской области, представлены данные о распространении мутагенов в окружающей среде и влиянии их на состояние здоровья населения. Проведен скрининг среди известных лекарственных растений на предмет антимутагенного действия. На основе результатов экспериментов сделаны выводы о возможности дальнейшего направленного поиска растений - потенциальных источников антимутагенов.
Томская область расположена на Западно-Сибирской равнине в среднем течении реки Оби. Площадь территории составляет 316,9 тыс. км2. Население территории около миллиона человек, городское население составляет 70 %. Климат Томской области континентальный, определяется ее географическим положением и отличается значительной сезонной изменчивостью притока солнечной радиации и преобладанием северо-восточного переноса воздушных масс [1].
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников за 2001 год составили 252,8 тыс т, по сравнению с 2000 годом выбросы несколько сократились. Доля Томской области в сбъеме выбросов в атмосферу Западной Сибири - 6.4 %.
За 2001 год в поверхностные водные объекты было сброшено 538,83 млн м3 сточных, транзитных и других вод, что на 22,21 млн м3 больше, чем в 2000 году. В целом состояние поверхностных вод оценивается как неудовлетворительное по уровню содержания нефтепродуктов, фенолов и других загрязняющих веществ. В ряде случаев отмечено загрязнение подземных вод в результате хозяйственной деятельности. Доля Томской области в объеме загрязненных стоков Западно-Сибирского региона - 1,4 %.
Радиационную обстановку в Томской области можно назвать относительно благополучной. Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на местности составляла в 30-километровой зоне СХК и в г. Томске в среднем 8-13,5 мкР/ч, при максимуме 16 мкР/ч и не превышала фоновых значений.
На территории Томской области находятся районы падения отделяемых частей ракет-носителей. Общая площадь районов падения составляет 2140,4 тыс. га. После падения отделяемой части ракеты содержание в объектах окружающей среды (снеговые пробы) формальдегида, аммония солевого, нитратов и нитритов увеличивается.
В состоянии народонаселения области начиная с 1993 г. прослеживаются негативные тенденции. В 2001 г. рождаемость составила 9,6 человека на 1000 жителей, что соответствует низкому уровню, смертность населения области стабилизировалась на среднем уровне (9-15 человек на 1000 жителей) и в прошедшем году равнялась 13,2 человека на 1000 жителей.
За 2001 год увеличилась первичная заболеваемость населения по следующим нозологическим классам: новообразования (+8,5 %), болезни крови и кроветворных органов (+4,7 %), ос-
ложнения беременности, родов, послеродового периода (+47,9 %)« психические расстройства (+5,2 %), болезни органов пищеварения (+15,1 %). По данным областного онкологического диспансера в 2001 г. число больных с впервые установленным диагнозом составило 2939 человек. В динамике показателей за период 1991-2001 гг. прослеживается рост негативных тенденций. В структуре заболеваемости по локализации значительную долю занимают злокачественные новообразования трахеи, бронхов, легких (11,8 %), молочной железы (10 %), желудка (9,8 %) [1].
Вышеперечисленные данные, а также результаты экспериментальных и эпидемиологических наблюдений последних лет убеждают в том, что именно индуцированные мутации приводят к увеличению наследственной, врожденной и онкологической патологии. Повреждения структур наследственности, вызываемые привнесенными в среду мутагенами, ответственны не менее чем за половину всех случаев невынашивания беременности, обуславливают до 30 % задержек умственного развития, порядка 20 % врожденных пороков развития и не менее 10 % бесплодия супружеских пар, а также сотни генных болезней и заболеваний с генетической предрасположенностью [2, 3].
Контроль за распространением мутагенов и меры по ограничению контакта с ними - давно осознанная необходимость, тем не менее мутагенные факторы различной природы широко распространены в среде обитания человека. Вместе с тем полностью исключить контакт с рядом мутагенов не представляется возможным по медицинским или экономическим соображениям [4] В табл. 1 приведены данные о количестве лиц, контактирующих с промышленными мутагенами; указанные данные не полностью очерчивают круг известных средовых мутагенов и характеризуют положение в США, но позволяют получить представление о серьезности ситуации с их распространением.
Таблица 1 - Распространение некоторых промышленных мутагенов в США
Мутаген
Асбестовые волокна
Каменноугольная ; пыль
Древесная пыль
Дизельные выхлопы
Акриламид
I Мышьяк
Бензол
Бензидин
Основные источники загрязнения
Асбестодобывающее, асбестоцементное производство
Добыча каменного угля
Деревообрабатывающая промышленность
Транспорт, производства с использованием дизельных двигателей
Химическое производство
Стекловаренное, деревообрабатывающее и химическое производство
Нефтеперегонное производство
Химическое и лакокрасочное производство
Количество лиц, подвергающихся воздействию | мутагенов на рабочем месте I
27500000
400000
600000
1350000
11000
55000
238000
Этиленоксид
Химическое и лабораторное производство
Формальдегид
Пропиленоксид
Стирен
I Толуол
Винилхлорид
Производство резины и древесностружечных плит, текстильное и кожевенное производства Химическое производство • и производство крахмала
Полимерное и химическое производство
Производство бензина, химическое
производство_
Производство пластмасс
79000
270000
1500000
421000
1000000
1200000
1000000
Около 36000000 человек
Промышленность - не единственный источник мутагенов. Они могут образовываться при приготовлении пищи, встречаются в составе пищевых растений, незаменимых лекарственных средств [5]. В виде активных форм кислорода, переокисленных липидов, в результате действия стресса мутагены возникают непосредственно в организме человека. В табл. 2 показано лишь ограниченное число мутагенных агентов, выявленных с помощью микроядерного теста, но и приведенные данные достаточно показательны [6].
Таблица 2 - Мутагенные агенты различной природы _Мутагенные агенты_]
Физические агенты
альфа-лучи
гамма-лучи
рентгеновские лучи
УФ-лучи
Химические агенты
азотистый иприт
ацетальдегид
бисульфан
винбластин, винкристин
галадин
дезоксирибонуклеотиды
I диоксидин
кверцетин
митомицин С
I молоновый альдегид
| нирдазол___
I топливо ракетное
цикпофосфан
эндоксан
этидиум бромид
Инфекционные агенты
вирус полиомиелита
вирус кори
Исходя из сказанного, можно утверждать, что мутагенные воздействия на человека практически неизбежны, что придает актуальность поиску путей профилактики мутагенеза на основе
применения природных безвредных соединений.
В настоящее время изучены и выделены десятки химических соединений, входящих в растительные продукты, которые обладают выраженной антимутагенной активностью. Биологически активные вещества, содержащиеся в растениях, весьма разнообразны и насчитывают много сотен индивидуальных соединений. Перечислим основные классы фитосоединений, представляющих интерес для профилактики мутаций. Витамины
Аскорбиновая кислота как сильный антиоксидант обладает выраженной способностью снижать действие мутагенов разных классов, в первую очередь свободных радикалов. Эпидемиологические наблюдения показывают обратную корреляцию между потреблением витамина С
и риском заболевания раком [7, 8].
Витамин Е (токоферол) в достаточных количествах содержится в продуктах растительного происхождения, особенно в растительных маслах. Антимутагенные свойства альфа-токоферола
в значительной степени обусловлены его способностью ингибировать свободнорадикальные процессы [8].
Весьма распространенным в растениях витамином является бета-каротин (провитамин А). Антимутагенный эффект бета-каротина в ряде случаев превосходит другие витамины [7]. Показано, что бета-каротин является эффективным ингибитором синглетного кислорода и свободных радикалов. Поступающий с пищей, он предотвращает химическую индукцию опухолей у грызунов. Кроме того, была проведена серия экспериментов, учитывающих влияние бета-каротина и его комбинации с аспартамом на кластогенную активность циклофосфамида и диоксидина у мышей. В результате авторами установлено, что исследуемый антимутаген во всем диапазоне испытанных доз вызывает статистически достоверное снижение кластогенного эффекта известных мутагенов - циклофосфана и диоксидина [9].
В листовых овощах, корнеплодах моркови, плодах тыквы и других растениях накапливается витамин К, который снижает частоту спонтанных и индуцированных аберраций хромосом.
Антимутагенные свойства фолиевой кислоты, содержащейся в дрожжах и зеленых листовых растениях, также подтверждаются. Косвенным свидетельством антимутагенной активности фолиевой кислоты могут служить данные по модификации парааминобензойной кислоты, являющейся предшественником фолиевой кислоты, предмутационных изменений, индуцированных М-нитрозосоединениями [8, 10].
Витамин В2 (рибофлавин), желтый пигмент, в небольших количествах содержится в зеленых листовых овощах и зародышах злаков. В тесте За1топе11а/микросома установлена заметная антимутагенная активность витаминов В2 по отношению к бензапирену и конденсату сигаретного дыма [7, 8].
Фенольные соединения
Наибольшей биологической активностью обладают двуароматические фенолы, объединенные общим термином биофлавоноиды. Биофлавоноиды обладают Р-витаминной активностью, проявляют себя как антиоксиданты, синергичные с аскорбиновой кислотой; способны связывать тяжелые металлы, угнетают перекисное окисление липидов, блокируют связывание активных форм мутагенов с ДНК и угнетают свободнорадикальные реакции. Кверцетин и куркуми-ны - антагонисты опухолевых промоторов; катехины повышают точность репарации ДНК.
Следующая группа фенолов - кумарины, содержаться во многих растениях. Кумарины, выделенные из растительных экстрактов, снижают мутагенное действие аминоантрацена и бен-запирена; 7-оксикумарин, содержащийся в цветах ромашки, известен своей антимутагенной активностью [8].
Лигнаны
Лигнаны группы подофиллина обладают цитостатической активностью и применяются для лечения новообразований. Лигнаны левзеи, лимонника и элеутерококка используют как стимулирующие и общеукрепляющие средства.
Фармакологическую ценность в антимутагенном отношении представляют танины и гид-
ролизуемые дубильные вещества [11].
локпапы ТУСУРа 20П^ г Автоматизирована метаны обраб™. информации. управления и проектирования Терпеноиды
Тритерпеновые соединения в качестве антимутагенов представлены сапонинами и растительными стеринами. Наиболее интересны сапонины солодкового корня, глицирризин. корней первоцвета лекарственного - примулагенины и цветки календулы.
Аллипсульфид и близкие ему серосодержащие соединения входят в состав эфирных масел цитрусовых и некоторых других растений. Наибольший интерес вызывают сульфиды чеснока Комплекс серосодержащих соединений чеснока обладает высокой антиканцерогенной активностью, снижая индукцию опухолей диметилгидразином. алкилирующими агентами, нитрозосое-
динениями и другими веществами [7, 11].
Антимутагенной активностью обладают также вь,деленные из растений хлорофилл а и б,
хлорофиллин, галловая, эллаговая, кофейная и другие кислоты [8,10].
Таким образом, присутствие в тканях растений самых различных биологически активных веществ объясняет их влияние на мутагенную активность всевозможных факторов внешней
среды.
Как уже было сказано, в последнее время возрастает круг растений, изучаемых на антимутагенную активность, при этом активность большинства антимутагенов испытывается в тесте с сальмонеллой в условиях метаболической активации. При использовании такого подхода было испытано более 2000 экстрактов растений, представляющих 39 семейств, и эффект ингиби-рования мутагенеза, индуцированного 2-аминоантраценом, был обнаружен у 80 растений, при этом более 60 % из них не обладали токсическими свойствами [3]. На основе исследовании растений содержащихся в них различных химических соединений, обладающих знтимутагенной и антиканцерогенной активностью, возможно распределить растения на три группы в зависимости
от их защитной ценности.
Наибольшей активностью, по данным литературных источников, обладают солодковый
корень, чеснок, соевые бобы, имбирь, морковь, сельдерей, пастернак. Среди известных лекарственных растений в эту группу можно отнести чистотел большой, шлемник байкальский, радиолу розовую, подорожник большой [7, 10].
Средней антимутагенной активностью обладают лук, чай, цитрусовые, льняное семя, пшеница, томаты, перец, цветная и брюссельская капуста. Лекарственными растениями, средней активности считают крапиву двудомную, облепиху крушиновидную, кассию трубчатую, эвкалипт, терминалию.
Невысокая профилактическая активность присуща овсу, мяте, полыни, чабрецу, ячменю,
чернике, малине [10, 11].
Учитывая данные литературы, а также стремясь пополнить арсенал современных растительных препаратов антимутагенного действия, нами была поставлена цель - провести направленный скрининг среди представителей флоры Сибири на предмет выявления наиболее аю-ив-ных, сделать заключение о возможности создания на их основе высокоэффективных и безвредных препаратов - корректоров мутагенеза.
Исходя из поставленной цели, нами были изучены антимутагенные свойства 36 предста вителей Сибирской флоры. Выбор объектов базировался на основе сведений о составе биоло
гически активных веществ, преобладающих в данных растениях, и практики применения их народной медициной в качестве противораковых средств.
Для отбора растений с высокой степенью активности проводили испытания их водных экстрактов с помощью известной тест-системы - микроядерного анализа. Микроядерный анализ является относительно краткосрочным тестом для первичного отбора веществ с антимутагенными свойствами [12].
Микроядерный тест нашел широкое применение: используется для оценки влияния загрязнителей среды на живые организмы, для выявления цитогенетических аномалий в клетках лиц, подвергшихся воздействию различных агентов или ионизирующей радиации, а также подвергнутых медикаментозному лечению, вакцинации или больных инфекционными заболеваниями. Микроядерный тест на лабораторных животных является одним из наиболее практичных кратковременных цитогенетических тестов; анализ микроядер представляет большой интерес, так как он сравнительно прост, быстр и достаточно дешев [12, 6].
Эксперименты выполнены на 132 нелинейных мышах - самцах в возрасте 2 мес. массой 18-20 г. Они содержались при 12 часовом световом режиме, при свободном доступе к воде и пище.
В качестве индуктора мутагенеза использовали ионизирующую радиацию в дозе 100 Р (1 Гр). Облучение проводили на рентгеновской установке РУМ-17. Для изучения влияния препаратов на кластогенные эффекты радиации мышам однократно внутрибрюшинно в дозе 50 мг/кг вводили исследуемые экстракты, затем животных облучали. Оценивая фармакологические эффекты препаратов, из хвостовой вены животного забирали периферическую венозную кровь в количестве 20-50 мкл. Препараты готовили, равномерно распределяя форменные элементы крови на предметном стекле, после чего их высушивали, фиксировали в абсолютном метаноле, окрашивали азур И-эозином в течение 15-20 минут. Препараты промывали водопроводной водой в течение 2 минут, высушивали и исследовали в световом микроскопе с использованием масляной иммерсии при увеличении 10*90.
В эксперименте использовали один вид контроля - отрицательный, когда группа животных подвергалась только воздействию ионизирующего излучения.
Результаты выполненных исследований представлены на диаграмме, из которой видно, что наибольшую активность проявили экстракты подорожника среднего и ланцетного, которые снижали количество микроядер на 50,00 и 44,93 % соответственно. Хорошую активность показали также водные экстракты валерианы лекарственной, донника лекарственного и полыни горькой, которые снижали кластогенное действие радиации на 40,62, 38,53 и 37,5 % соответственно. Менее выраженными антимутагенными свойствами обладали экстракты хвоща полевого, черники, сушеницы топяной. чеснока, лопуха. В эксперименте невысокий уровень активности продемонстрировали экстракты ряски малой, рябины черноплодной и обыкновенной, шиповника майского, клюквы и другие.
Что касается экстрактов серпухи венценосной и хвоща лугового, то они, напротив, показали кластогенную активность по сравнению с контролем.
го о
-рь
о
05 О
00 о
о о
го о
контроль черника ряска малая хвощ полевой рябина обыкновенная рябина черноплодная боярышник кроваво-красный облепиха крушиновидная || шиповник майский 1 клюква хвощ лесной хвощ болотный
*вощ гуговой Еаа хвощ зимующий |§§|
сушеница топяная умь
Я 00
мята перечная
чистотел большой
лабазник ^естилепестнои
пижма обыкновенная
полынь горькая ||Гу... валериана лекарственная тысячелистник обыкновенный лопух
зверобой продырявленный
»«л »о-1"^»
1
;
можжевельник обыкновенный | калина обыкновенная багульник болотный
тмин обыкновенный Г " "• ■ » - ~
донник лекарственный Г .»; аио болотный подорожник средний подорожник большой ^ЦЬй
подорожник ланцетный [ лихнис халцедонский серпуха венценосная
кинеаос!и1яэос1и и йинэиаебиЛ 'ииЯвмйофни имюдейдо тямэюиз э1яннеаойиеи1В1лю±9\/ £002 Вс1лОЛ1 ^ешо^
Таким образом, в результате проведенных скрининговых испытаний и литературного обзора были выявлены перспективные для дальнейшего изучения и создания на их основе лекарственных препаратов растения - носители антимутагенного действия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Экологический мониторинг. Состояние окружающей среды Томской области в 2001 г. / Управление охраны окружающей среды и ОГУ «Облкомприрода» Администрации Томской области. - Томск: Дельтаплан, 2002. - 138 с.
2. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды. -
М„ 1989.
3. Засухина Г.Д., Синельщикова Т.А. Мутагенез, антимутагенез, репарация ДНК// Вестник
РАМН. - 1993. - № 1. - С. 9-15.
4. Худолей В.В. Модификации мутагенеза и антиканцерогенез// Вестник РАМН. - 1993. -
№ 1. - С. 34-41.
5. Дурнев А.Д. Модификация мутационного процесса в клетках человека // Вестник РАМН.
-2001. -№ 10. - С. 70-78.
6. Ильинских Н.Н., Новицкий В.В., Ванчугова Н.Н., Ильинских И.Н. Микроядерный анализ и
цитогенетическая нестабильность. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1991. -272 с.
7. Бариляк И.Р., Исаева А.В. Антимутагенные и генопротекторные свойства препаратов растительного происхождения /7 Цитология и генетика. - 1994. - № 3. - С. 3-17.
8. Edenharder R, Worf-Wandelburg A, Decker М, Piatt KL. Antimutagenic effects and possible mechanisms of action of vitamins and related compounds against genotoxic heterocyclic amines from
cooked food: Mutat. Res 1999 Jul 21;444(1):235-48.
9. Белоголовская Е.Г., Орещенко A.B., Дурнев А.Д., Середенин С.Б. и др. Влияние бета-каротина и аспартама на кластогенную активность циклофосфамида и диоксидина у мышей // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2000. - Т. 130. - № 11. - С. 570-573.
10. Шлянкевич М.А., Сергеев А.В., Голубева З.Ф. Использование пищевых продуктов и лекарственных растений для профилактики злокачественных опухолей// Сборник научных трудов, посвященных пятнадцатилетию кафедры онкологии АГМИ. - Баранаул, 1992. - С. 109-142.
11. Antimutagens, anticarcinogens, and effective worldwide cancer prevention // Weisburger J.H.-Journal of Environmental Pathology Toxicology and Oncology (US,1999, 18(2)): Pp. 85-93.
12. Терновая С.В. Фармакологическая защита генома кроветворных клеток при действии циклофосфана в эксперименте: Дисс. ... канд. мед. наук. - Томск, 2001.
