CC BY
5
УДК 615.277.4.015.42:616-008.931
Н. Н. Литвинов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА ПРИ РАЗНЫХ УРОВНЯХ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИТРОЗОДИМЕ-
ТИЛАМИНА
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Одна из основных трудностей гигиенической регламентации химических канцерогенов окружающей среды состоит в отсутствии до настоящего времени общепризнанных научных доказательств наличия или отсутствия порога действия канцерогенных веществ [3, 9, 15—18, 22]. Не умаляя значения традиционно используемых для решения проблемы различных математических приемов, считаем необходимым подчеркнуть, что прямые доказательства наличия или отсутствия порога действия химических концерогенных веществ могут быть получены лишь при углубленном изучении процессов, вызываемых ими в самом организме.
Для получения таких доказательств нами предпринято биохимическое изучение метаболизма модельного канцерогена нитрозодиметилами-на (НДМА) в эксперименте на неинбредных белых крысах-самцах с начальной массой 150— 170 г, которые получали в течение 2—5—10 мес с питьевой водой НДМА в концентрациях 0,1, 1,0, 10 мг/л; число животных в группе не менее 10. Функциональное состояние ферментных систем микросом печени крыс оценивали по содержанию цитохромов Р-450, [6] и по активности глюкозо-6-фосфатазы [11], УДФ-глюкуро-нилтрансферазы [7], р-глюкуронидазы [13], ионозин-5-дифосфатазы [ 11 ], ацетилэстеразы [10], а митохондрий — по активности МДГ, ГДГ, СДГ [12] и Н+-АТФ [14]; в сыворотке крови определяли активность МДГ и ГДГ.
Через 2 мес воздействия НДМА в концентрации 0,1 мг/л было выявлено увеличение содержания в микросомах печени крыс цитохромов Р-450 и Ь5 соответственно на 58 и 60 %, что указывает на индукцию монооксигеназной системы микросом и усиление метаболизма канцерогена. Усиление метаболизма НДМА, как известно [21], сопровождается накоплением в клетках печени активных алкилирующих продуктов его метаболизма, которые способны взаимодействовать с белковыми и липидными компонентами клеточных и субклеточных мембран, приводя в конечном итоге к нарушению проницаемости, а затем и структурной целостности последних. Содержание в клетках активных метаболитов, канцерогена определяется соотношением скорости его окисления в соответствующих микросомаль-ных и митохондриальных системах клеток печени и выведения активных метаболитов с предварительной их конъюгацией с глицином, глюку-
роновой, серной, уксусной кислотами и др., которая катализируется специфическими микросо-мальными трансферазами [5].
Однако основное неблагоприятное действие активных продуктов метаболизма НДМА заключается в том, что, накапливаясь в клетке и разрушая клеточные мембраны, метаболиты при определенной концентрации способны метилировать ядерную и митохондриальную ДНК, вызывая мутации, что рассматривается в настоящее время как важный (хотя не единственный) механизм канцерогенеза [19, 20].
Судя по нормальной активности в печени УДФ-глюкуронилтрансферазы и снижению на 42 % общей активности (З-глюкуронидазы, большая часть активных метаболитов канцерогена в этот первый срок эксперимента выводится из организма, и их повреждающее мембраны действие практически не выражено. Об этом же свидетельствует лишь незначительное увеличение в печени крыс свободной активности (в относительно интактных структурах) МДГ и доли свободной активности общей активности СДГ, указывающее на незначительное увеличение проницаемости мембран митохондрий для низкомолекулярных субстратов.
Примечательно, что в последующем метаболизме НДМА не превышал контрольных уровней, поскольку индукции цитохромов Р-450 и Ьъ через 5 и 10 мес воздействия НДМА в концентрации 0,1 мг/л не было отмечено. В то же время мы наблюдали нарастание неблагоприятных изменений функционального состояния ферментных систем микросом и митохондрий в печени подопытных животных, указывающих на постепенное накопление в организме активных продуктов метаболизма НДМА и нарушение проницаемости клеточных мембран. Это, по-видимому, связано с подавлением процессов конъюгации и активизацией (3-глюкуронидазы (увеличение процентного отношения свободной активности к общей). Так, мы выявили последовательное снижение активности УДФ-глюкуронилтрансферазы на 14 % через 5 мес и на 26 % через 10 мес воздействия канцерогена, при этом общая активность (З-глюкуронидазы была стойко снижена, однако возрастала доля свободной активности от общей этого фермента на 50 и 173 % соответственно. Активизация данного фермента приводит к разрушению образованных глико-конъюгатов, т.е. имеет место противоположное
второй фазе метаболизма ксенобиотиков действие. Выявлена инактивация прогиоструктуриро-ванной глюкозо-6-фосфатазы на 23 и 52 % через 5 и 10 мес воздействия НДМА соответственно, что указывает на деструкцию фосфолипидных компонентов мембран микросом печени [4, 8].
Судя по снижению общей активности (после разрушения соответствующих мембранных структур неионогенным детергентом Triton Х-100) МДГ и глутаматдегидрогеназы на 28 и 31 % соответственно, а также увеличению доли свободной активности от общей активности ГДГ, проницаемость мембран митохондрий в печени через 5 мес мало отличается от таковой через 2 мес воздействия канцерогена. Однако к 10-му месяцу картина изменилась. Так, мы выявили повышение активности МДГ на 80 %, Н+-АТФазы на 29 % в печени, а в сыворотке крови повышение активности МДГ на 43 %. Последнее свидетельствует об увеличении проницаемости мембран митохондрий и гепатоцитов для высокомолекулярных белков.
Следует подчеркнуть, что степень усиления метаболизма НДМА через 2 мес была практически такой же, как при его воздействии в концентрации 0,1 мг/л, так и при концентрации в 10 раз больше — 1 мг/л. В последнем случае увеличение содержания в микросомах печени цитохромов Р-450 и Ь$ составляло 60 и 51 % соответственно.
Установлено, что НДМА в концентрациях 0,1 и 1 мг/л вызывает однонаправленные изменения со стороны ряда ферментных систем, например снижение через 5 и 10 мес воздействия активности глюкозо-6-фосфатазы, УДФ-глюкуронил-трансферазы, ГДГ в печени подопытных животных, а также циклические изменения активности МДГ: увеличение активности через 2 и 10 мес, достижение контрольного уровня через 5 мес воздействия.
Однако при воздействии НДМА в концентрации 1 мг/л наблюдали ряд новых закономерностей в изменении активности ферментных систем. Прежде всего следует отметить небольшое (22 %), но статистически достоверное снижение содержания цитохрома Р-450 в микросомах печени через 5 мес воздействия, сменившееся через 10 мес увеличением его содержания . на 18 % (рС0,05). Приобрела также циклический характер динамика активности (3-глюкуронидазы: увеличение через 5 мес и снижение через 10 мес воздействия канцерогена. Установлено также снижение активности неспецифической ацетил-эстеразы, инозин-5-дифосфатазы, сопровождавшееся постоянным в течение всего эксперимента повышением активности Н+-АТФазы, достигавшим 184 и 126 % через 5 и 10 мес воздействия канцерогена соответственно.
При трактовке полученных результатов мы опирались на концепцию А. И. Арчакова [1, 2], согласно которой благодаря высокому химиче-
скому сродству цитохрома Р-450 к ксенобиотикам, их ускоренный метаболизм возможен лишь при максимальном насыщении монооксигеназ-ных систем микросом, для чего необходимо массивное поступление ксенобиотика в организм. При поступлении в организм небольших количеств ксенобиотика он накапливается в гидрофобном слое мембран микросом и постепенно окисляется с небольшой скоростью, т. е. «медленно горит». Следовательно, накопление НДМА в гидрофобном слое мембран микросом в концентрациях, необходимых для насыщения моно-оксигеназной системы и'стимуляции биосинтеза цитохрома Р-450, достигается при воздействии канцерогена в концентрации 0,1 мг/л в течение 2 мес. Десятикратного увеличения концентрации НДМА (до 1,0 мг/л), по-видимому, недостаточно для того, чтобы существенно ускорить индукцию монооксигеназной системы микросом. Помимо микросом, в метаболизме НДМА принимают также участие некоторые ферментные системы митохондрий, в частности сукцинатзави-симая оксидоредуктаза и НАДФ-Н-цитохром--¿?5-редуктаза, расположенные соответственно на внутренней и внешней мембранах митохондрий, а также восстановительные нитроредуктазы ци-тозоля [5]. Метаболизируя остаточные, не вступившие в реакцию с монооксигеназной системой микросом количества канцерогена, эти ферментные системы подвергаются воздействию его активных метаболитов.
При анализе результатов, полученных в эксперименте с НДМА в концентрации 10 мг/л, отмечено, что, судя по уровню содержания цитохромов Р-450 и а также активности УДФ-глюкуронилтраисферазы, функциональное состояние монооксигеназной системы микросом через 2 мес воздействия находится на том уровне, который наблюдался через 5 мес при воздействии НДМА в концентрации 0,1 мг/л. При этом активность других изучаемых ферментных систем микросом находилась в пределах контрольных величин.
Изменения активности ферментных систем митохондрий через 2 мес воздействия НДМА в концентрации 10 мг/л соответствовали таковым, отмеченным в этот же срок эксперимента при воздействии НДМА в концентрации 1 мг/л. Следовательно, в данном случае можно полагать, что увеличение концентрации действующего канцерогена в 100 раз (с 0,1 до 10 мг/л) приводит к быстрому насыщению монооксигеназной системы микросом, при этом через 2 мес воздействия наблюдается лишь угасание ее индукции. Другими словами, «медленное горение» в течение 10 мес воздействия НДМА в концентрации 0,1 мг/л сменилось, образно выражаясь, «пламенем горения» в течение 2 мес действия канцерогена в концентрации 10 мг/л.
Через 5 мес воздействия НДМА в концентрации 10 мг/л мы наблюдали изменения активно-
сти изучаемых ферментных систем микросом значительно более выраженные, но в целом аналогичные изменениям, отмеченным при действии НДМА в концентрации 1 мг/л. Так, содержание цитохрома Р-450 было снижено на 34 %, общая активность глюкозо-6-фосфатазы и УДФ-глюкуронилтрансферазы на 66 и 45 % соответственно; общая активность (З-глюкуронидазы была повышена на 68%. Принципиально отличным изменением со стороны мембран микросом печени подопытных животных через 5 мес воздействия НДМА в концентрации 10 мг/л является снижение, а не повышение, как это было отмечено при воздействии канцерогена в концентрациях 1 и 0,1 мг/л, а также снижение доли свободной активности от общей активности глюкозо-6-фосфа-тазы на 16% и (3-глюкуронидазы на 42%, что свидетельствует о нарушении процессов компарт-ментализации, в частности транспорта низкомолекулярных веществ. Среди ферментных систем митохондрий в этот срок эксперимента обращает на себя внимание значительное повышение активности в печени Н+-АТФазы до 231 %, а также снижение общей и свободной активности ГДГ на 57 и 58 % соответственно.
При дальнейшем воздействии канцерогена через 10 мес функциональное состояние моноокси-геназной системы микросом находилось в пределах нормы, так как уровень содержания цитохрома Р-450 возвратился к контрольным значениям. Однако, судя по снижению активности УДФ-глюкуронилтрансферазы на 46 %, происходит дальнейшее накопление в печени подопытных животных активных метаболитов НДМА вследствие уменьшения скорости их выведения из организма. При этом было отмечно резкое угнетение активности всех изучаемых ферментных систем. Так, сохранялся низкий уровень активности УДФ-глюкуронилтрансферазы, общей активности глюкозо-6-фосфатазы и ацетилэсте-разы, который мы наблюдали через 5 мес воздействия. Произошло резкое (на 73 %) падение общей активности (З-глюкуронидазы и снижение на 47 % общей активности инозин-5-дифосфатазы. Кроме того, мы выявили снижение на 48 % активности Н+-АТФазы и на 40 % ГДГ, а также извращение цикличности изменений свободной активности МДГ: повышение активности через 2 мес воздействия НДМА и достижение уровня контрольных величин через 5 и 10 мес, при этом общая активность фермента была стойко снижена на 28 %. Стойкое снижение уровня общей активности «растворимых» ферментов является прогностически неблагоприятным (в этих условиях мы наблюдали наличие опухолей примерно у 50% животных). Примечательно, что в результате проведенного нами изучения тех же ферментных систем в почках выявлены в целом аналогичные изменения, что указывает на повреждающее действие метаболитов канцерогена не только на окислительные системы печени, но и
на выделительную систему организма подопытных животных.
Следовательно, проведенное биохимическое исследование позволяет сделать вывод о том„ что можно установить такие уровни воздействия химических канцерогенных веществ, при которых процессы повреждения и репарации клеток будут сбалансированы вследствие низкой скорости метаболизма канцерогена, равновесия между процессами накопления, конъюгации и выведения активных метаболитов, а также устойчивости компенсаторных механизмов клетки. Это положение является биологической основой возможности предотвращения развития канцерогенного эффекта в течение жизни человека или животного с помощью установления максимально допустимых уровней воздействия на организм канцерогенных веществ, т. е. путем их гигиенической регламентации в объектах окружающей среды.
Литература
1. Арчаков А. И. Микросомальное окисление.— М., 1975.
2. Арчаков А. И. Оксигеназы биологических мембран. — М., 1983.
3. Боговский П. А. // Вопр. онкол. — 1984. — № 9.— С. 104—109.
4. Бурлакова Е. Б., Джелякова M. Н., Сахария В. О. и др.//Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии.— М., 1982. — С. 113—140.
5. Головенко И. #., Карасева T. Л. Сравнительная биохимия чужеродных соединений. — Киев, 1983.
6. Карузина И. И., Арчаков А. //.//Современные методы в биохимии. — М., 1977.— С. 49—63.
7. Кокаровцева М. Г., Якушенко В. Е., Кузьминская У. А. //Лав. дело.— 1977. —№ 3. — С. 179.
8. Ныохолм Э., Старт К. Регуляция метаболизма: Пер. с англ. — М., 1977.
9. Парфенов Ю. Д.// Вопр. онкол. — 1986. — № 1.— С. 9—23.
10. Покровский А. А., Арчаков А. И. //Докл. АН СССР — 1965. —Т. 160. —С. 1203—1205.
11. Покровский А. А., Арчаков А. И., Бурмантова Н. П.// Цитология.— 1968. —Т. 10. — № П. —С. 1573—1578.
12. Покровский А. А., Арчаков А. И., Мухамбето-ва Л. X. //Там же. —1969. —Т. П. —№ 1. —С. 121 — 125.
13. Покровский А. А., Кравченко Л. В., Тутельян В. А.// Биохимия.— 197k —Т. 36. — №4, — С. 690—696.
14. Романова И. И., Астахова Л. Ф. // Митохондрии. Биохимические функции в системе клеточных органелл.— М., 1969.— С. 227—232.
15. Турусов В. С., Парфенов Ю. Д.// Вопр. онкол. — 1984._№ 9._С. 99_104.
16. Boyland ¿.//J. Cancer Res. — 1984.— Vol. 108. — N 1. —P. 3—5.
17. Claus GBolander К.// Pollut. Water Res.— 1983.— ' Vol. 15. —P. 153—182.
18. Cothern C. R., Marcus №. L. // Regul. Toxicol. Pharmacol.— 1984.— Vol. 4. — N 3. — P. 265—274.
19. Gouiier R. //Rev. IRE. — 1984.— Vol. 8.— N 3. — P. 37—43.
20. Neubert D. // Bga-Schr. Inst. Veterinarmed Bundesgesundheitsamt., 1984. —N 3. —Bd 37—65.
21. Prodi G., G rill i S., Berioluzza A. //Mec. Alteration of Rapar: DNA, Relat Mutagene et Cancerogenese. Chem. Collog. Int. CNRS. — Paris, 1977. — P. 57—69.
22. Schulz A. // Staub.— 1982. — Bd 42. — N 11. — S. 403— 405.
Поступила 22.01.S7
Summary. It is established that the effect of different concentrations of nitrozodimethylamine (0.1, 1.0, 10,0 mg/1) during the period of 2-5-10 months causes different degrees of the microsomal oxygenase system induction accompanied by a parallel oppression of detoxication processes of active
metabolites at the level of UDF-glucocuronyltransferase and activity variations of membrane-associated mitochondrion and microsome enzymes. The obtained results can be used for the regulation of chemical carcinogenic substances.
УДК 614.87.-613.647/.648.621
Н. В. Максименко, М. Р. Боярский
МЕРЫ ЗАЩИТЫ РАБОТАЮЩИХ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ НИЗКОЧАСТОТНОМ
ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ МЕТАЛЛА
Харьковский НИИ гигиены труда и профзаболеваний
В настоящее время на предприятиях машиностроения широко применяются технологические процессы (закалка, пайка, разогрев мерных заготовок, обжиг и прикатка труб, плавка металла и др.), связанные с использованием энергии электромагнитных полей (ЭМП) очень низкой частоты. При эксплуатации оборудования (индукционные нагреватели, сталеплавильные печи, станы горячей прокатки и др.) ЭМП на рабочих местах обслуживающего персонала достигают значительных величин (сталеваров — 2400 А/м, нагревальщиков — 550 А/м, калильщиков — 125 А/м, прокатчиков — 300 А/м). Величины ЭМП зависят от типа применяемого оборудования, его мощности, характера выполняемых технологических операций и расположения рабочих мест по отношению к источникам поля [1, 2].
Проведенные хронометражные наблюдения показали, что у термистов трудовые операции, связанные с воздействием ЭМП, занимают от 30 до 80 % рабочего времени, причем более длительное время под воздействием ЭМП находятся прокатчики (80%), нагревальщики (66%) и калильщики (54%).
Наряду с воздействием МП термисты подвергаются влиянию шума и лучистого тепла. Установлено, что нагревальщики, прокатчики, сталевары подвергаются воздействию непрерывного шума низко-, средне- и высокочастотного диапазона, генерируемого кузнечно-прессовым, трубопрокатным и литейным оборудованием. Уровень шума достигает 105—110 дБ А, превышая предельно допустимые уровни на 20—25 дБ А.
Интенсивность инфракрасного излучения на рабочих местах лиц указанных профессий составляет 2100—2800 Вт/м2. Концентрации химических веществ (окись углерода, окись железа, медь, никель) на рабочих местах термистов не превышают ПДК. Высокие концентрации окиси железа на рабочих местах сталеваров (8,2 мг/м3) регистрировались только в момент разлива металла.
Метеорологические условия на рабочих местах термистов в основных производственных цехах подвержены незначительным колебаниям в зависимости от сезона года. Установлено, что в зимний период температура воздуха колеблется в
пределах 17,6—23,2°С и не превышает гигиенические нормативы. В теплый период года данный фактор изменялся более существенно. В начале смены он составлял 25—28,4°С, а в конце достигал 28,1—30,8°С. Относительная влажность и скорость движения воздуха как в зимний, так и в летний период года находились в пределах гигиенических нормативов (40—62 % и 0,1—0,3 м/с соответственно) .
Таким образом, из полученных данных следует, что термисты в процессе выполнения трудовых операций могут подвергаться воздействию комплекса неблагоприятных производственных факторов (ЭМП, шум, лучистое тепло). В связи с тем что интенсивность ЭМП на рабочих местах термистов превышает предельно допустимый уровень, равный 25 А/м [4], возникает необходимость в разработке комплекса защитных мероприятий, которым и посвящена настоящая статья.
Исследования по выбору способов защиты от воздействия ЭМП и требований к ним показали, что защита должна идти по пути автоматизации технологического процесса или дистанционного управления оборудованием (на стадии проектирования), дополнительного экранирования источников поля и оборудования эффективной вытяжкой вентиляции в условиях производства. Разработка средств защиты должна исходить из условий воздействия факторов на организм человека с учетом основных параметров, характеризующих излучение, и соответствовать следующим требованиям:
1) обеспечивать снижение напряженности ЭМП на рабочих местах обслуживающего персонала до санитарной нормы; 2) не искажать характер технологического процесса; 3) не снижать производительность труда; 4) быть простыми в изготовлении и надежными в эксплуатации; 5) не требовать значительных материальных затрат на их изготовление и эксплуатацию; 6) обеспечивать соблюдение правил техники безопасности.
Первое требование является весьма важным, так как оно определяет эффективность защитных устройств (Э), под которой понимают отношение напряженности магнитного поля (максимальная величина) на рабочем месте (Нтах) к напряжен-
