CC BY
4
Проблемные етатьи
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1990 УДК 613.632:632.95]-06:613.1]-07
Е. И. Гончарук, И. Н. Филатова, А. П. Яворовский ^
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЙ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ СОЧЕТАНИИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЛЯХ, ОБРАБОТАННЫХ ПЕСТИЦИДАМИ
Киевский медицинский институт
В наших предыдущих сообщениях [2, 3] было показано, что капельки тумана могут адсорбировать на своей поверхности испаряющиеся из почвы экзогенные химические вещества, концентрация которых в 1 м3 тумана может в тысячи раз превышать в летнее время максимально возможную концентрацию этого же вещества в сухом воздухе при данной температуре. Сочетание экстремальных метеорологических условий, при которых в весенне-летнее время на сельскохозяйственных полях может образовываться токсичный туман, и мероприятия ло профилактике острых интоксикаций освещены в работе [4].
Задача настоящей работы состояла в том, чтобы в экспериментальных условиях доказать, что добавление мелкодисперсных частиц воды к сухому воздуху, проходящему над поверхностью испаряющегося вещества, приводит к возрастанию концентрации вещества в воздухе. С этой целью нами была смонтирована технологическая схема камеральной затравки животных (см. рисунок).
Ингаляционную затравку осуществляли в камере объемом 20 л 1. В состав установки входили три линии. Через первую линию, включавшую микрокомпрессор 2, реометр 3, блок адсорберов для очистки воздуха от пылевых частиц и водяных паров 4, сатуратор с препаратом 5,
Схема камеральной установки для затравки лабораторных животных. Обозначения в тексте.
подавали атмосферный воздух при комнатной температуре. Водяной аэрозоль генерировали ультразвуковым аэрозольным аппаратом «Ти1? иэьбО» 6 и подавали в затравочную камеру через вторую линию. Третья линия служила для А подачи воздуха-разбавителя, уравновешивавше- * го давление в камере, и состояла из микрокомпрессора 7, реометра 8 и блока адсорберов 9. Для компенсации убыли паров пестицида из объема вследствие адсорбции его на поверхности капелек водяного аэрозоля в камеру помещали исследуемый препарат 10. Размер частиц водяного аэрозоля (дисперсной фазы) составлял 5—15 мкм. Кратность воздухообмена в затравочной камере 0,25 за одну минуту.
Проведены дзе серии исследований. В I серии в камеру подавали сухой воздух с исследуемым веществом. Во II серии к сухому воздуху, содержащему ту же концентрацию газообразного исследуемого вещества, добавляли мелкодисперсные капельки воды для образования туманж. (аэрозоля).
В качестве токсиканта был выбран хорошо изученный пестицид диметилдихлорвинилфосфат (ДДВФ). Выбор этого пестицида обусловлен не только хорошей изученностью, но и применением его в качестве инсектицида широкого спектра действия. Препарат характеризуется следующими физике-химическими и токсикометриче-скими показателями: молекулярная масса 220,99, температура кипения при 35 °С — 0,05 мм рт. ст., ЬО50 для крыс 25—87 мг/кг, СЬбо для крыс 16,5 мг/м3, для мышей 13,6 мг/м3, ПДК в атмосферном воздухе 0,002 мг/м3.
В остром опыте 4-часовой ингаляционной затравке подвергали беспородных белых крыс-самцов массой тела 130—160 г. На крыс 1-й опытной группы воздействовали парами исследуемого препарата, 2-й — аэрозолем, образующимся в результате адсорбции паров ДДВФ поверхности капелек воды (аэрозоля). 3-я группа животных служила контролем. Животных контрольной группы на 4 ч помещали в затра-
вочную камеру и подавали чистый воздух. Эксперименты проведены с химически чистым ДДВФ. Контроль за содержанием препарата проводили методом газожидкостной хроматографии [6].
Средняя концентрация паров ДДВФ в зоне дыхания животных составляла 8,9±0,5 мг/м3, что превышало ПДК для атмосферного воздуха в 4450 раз; среднее содержание препарата при добавлении в затравочную камеру водяного аэрозоля равнялось 16,2±0,7 мг/м3, что выше ПДК для атмосферного воздуха в 8100 раз.
Указанные концентрации ДДВФ, которые поддерживали в затравочной камере в отработанном режиме модельной установки, были удобны для проведения сравнительного изучения токсичности паров и аэрозоля, поскольку соответствовали эффективному уровню его воздействия — соответственно 0,5 и 1 CLs0.
В соответствии с данными о механизме действия фосфорорганических пестицидов реакцию организма животных оценивали по ряду интегральных и специфических показателей: общему состоянию, поведению, клинике интоксикации, гибели животных; активности холинэстеразы (ХЭ) и ацетилхолинэстеразы (АХЭ) в цельной крови, плазме, эритроцитах, тканях печени и головного мозга; содержанию каталитически активной формы цитохрома Р-450 в печени, свободных семихиноновых радикалов в ткани головного мозга. Параллельно проводили морфологическое исследование структуры продолговатого мозга, печени и икроножной мышцы (окраска гематоксилином и эозином и по ван Ги-зону), а также определяли активность АХЭ в этих органах методом прямого окрашивания по Карновскому — Руте [7]. Для биохимических, морфологических и гистохимических исследований материал отбирали непосредственно после забоя крыс, осуществлявшегося сразу после прекращения затравки.
Активность АХЭ в цельной крови, плазме, тканях печени и головного мозга определяли по методу Эллмана [5]. Содержание каталитически активной формы цитохрома Р-450 в печени, свободных семихиноновых радикалов в головном мозге исследовали методом электронного парамагнитного резонанса на спектрометре фирмы «Varían» марки Е-109 при низкотемпературной стабилизации жидким азотом (77 К) [1]. Материалы экспериментальных исследований обработаны статистически, достоверными считались изменения при р^0,05.
Проведенные исследования показали, что клиническая картина интоксикации при воздействии как сухого воздуха, содержащего пары ДДВФ, так и воздуха с добавлением водяного } тумана характеризовалась кратковременным 4 возбуждением, фибриллярными подергиваниями мышц, гиперсаливацией. В дальнейшем стадия возбуждения сменялась заторможенностью, вя-
Изменения активности ХЭ у крыс при однократном воздействии ДДВФ (уИ±т)
Концентрация Ддвф, мг/м1 Активность ХЭ
ммоль/(ч • л) ммоль/(ч-кг)
Группа вотных цельная кровь плазма печень головной мозг
Контроль 0 74,5 ± 3,9 27, 1 ±2,5 52.3+3,0 450 ±28,1
1-я 2-я 8 , 9 ± 0,5 16, 2 ± 0 , 7 24,8 ±1,7 11.5±1,5 12,8 + 0,9 1.7 + 0,5 16,1 + 1,4 2,0 ±0.5 127.7±8, 4 S2,0 ± 7,1
лостыо, адинамией, затрудненным дыханием. В отличие от воздействия сухого воздуха, содержащего пары ДДВФ, клинические симптомы интоксикации при затравке с добавлением в камеру водяного тумана носили более выраженный характер. В этом случае на высоте проявления клинических симптомов отравления во время затравки имели место случаи гибели животных.
Изучение активности ХЭ цельной крови, плазмы, печени и головного мозга показало снижение ее у животных обеих опытных групп. Как видно из таблицы, у крыс 1-й группы активность ХЭ в цельной крови, плазме, печени и головном мозге снижалась по сравнению с контролем на 66,7, 64,2, 69,2 и 70,1 %. При ингаляционной затравке с добавлением к парам капелек воды наблюдалось значительно большее угнетение активности ХЭ в цельной крови, плазме, печени и головном мозге (соответственно на 86,6, 93,7, 96,2 и 81,8%), чем при воздействии сухого воздуха, содержащего пары ДДВФ.
При исследовании каталитически активной формы цитохрома Р-450 и свободных семихиноновых радикалов существенных отклонений в обеих опытных группах по сравнению с контролем не обнаружено.
Гистохимическое определение АХЭ показало, что в норме ее активность проявляется в цитоплазме и ядрах гепатоцитов всех зон ацинусов. Несколько более высокой активностью обладают перицентральные гепатоциты третьей зоны ацинуса. Наряду с этим высокая активность АХЭ обнаружена во внутридольковых нервных волокнах, располагающихся по ходу печеночных балок, а также в нервных волокнах перипор-тальных трактов. Активность АХЭ выявлена также в эритроцитах, находящихся в просветах интрамуральных сосудов печени. Четырехчасовая ингаляция сухим воздухом, содержащим пары ДДВФ, приводит по сравнению с контролем к общему существенному снижению активности АХЭ во всех структурах гепатоцитов. При этом в нервных волокнах активность фермента угнетается наиболее сильно и у подопытных животных этой группы выявляется лишь в виде слабой следовой реакции. В эритроцитах, определяющихся в просветах расширенных венозных
синусоидов, центральных и междольковых вен, активность АХЭ остается достаточно высокой.
Воздействие токсичного аэрозоля по сравнению с парами ДДВФ в сухом воздухе при 4-часовой экспозиции приводит к значительно более выраженному угнетению активности АХЭ во всех структурах печени. В отличие от паров препарата в сухом воздухе действие аэрозоля приводит к нивелировке разницы активности в перицентральных гепатоцитах и печеночных клетках других зон ацинусов.
Гистохимическое изучение активности АХЭ в структурах продолговатого мозга позволило установить, что в контроле наиболее высокая активность фермента отмечается в телах и отростках мультиполярных клеток, располагающихся в области ретикулярной субстанции, а также в области двигательных и чувствительных ядер черепно-мозговых нервов и нижних олив. Несколько более низкая активность АХЭ характерна для нервных волокон ретикулярной субстанции и других участков серого вещества. При действии сухого воздуха, содержащего пары ДДВФ, происходит общее угнетение активности АХЭ во всех структурах продолговатого мозга. При этом более высокая активность сохраняется в телах нервных клеток всех частей продолговатого мозга.
При воздействии паров ДДВФ с добавлением капель воды выявлена большая степень угнетения активности АХЭ в нервных клетках и волокнах продолговатого мозга, чем при действии сухого воздуха, содержащего пары препарата. Патоморфологическое изучение икроножной мышцы показало пересокращение отдельных миоцитов, отражающее, по всей вероятности, развитие в процессе ингаляционной затравки у крыс незначительной судорожной реакции. Ги-стохимически у контрольных крыс высокая активность АХЭ выявлена в нервных окончаниях и несколько более низкая — в миоцитах с достаточно четким рисунком поперечной исчерчен-ности. При действии паров ДДВФ происходит снижение активности АХЭ в нервных окончаниях, сочетающееся с изменением их структуры.
В отличие от паров в сухом воздухе действие аэрозоля ДДВФ приводит к значительно большему снижению активности АХЭ. Причем указанные изменения отмечаются как в миоцитах, так и в нервных окончаниях. При добавлении в камеру водяного тумана у отдельных животных снижение активности фермента по своей выраженности значительно превосходит таковые изменения при воздействии паров в сухом воздухе.
Суммируя изложенное выше, следует отметить, что при добавлении в затравочную камеру капель воды образующийся аэрозоль ДДВФ оказывает более выраженное токсическое воздействие на организм теплокровных животных, чем пары препарата в сухом атмосферном воздухе при тех же температурных условиях.
Таким образом, анализ полученных данных позволяет сделать заключение, что образование высоких концентраций пестицидов в приземном воздухе на сельскохозяйственных полях в ряде случаев может быть связано с образованием токсичного тумана. Исходя из этих данных, можно, очевидно, объяснить возникновение тех случаев интоксикаций, которые развивались у работающих на свекловичных и других обработанных пестицидами площадях в отдаленные сроки после применения препаратов.
Токсикологические исследования подтвердили результаты ранее проведенных нами экспериментальных наблюдений и теоретических расчетов о сорбции пестицидов на поверхности капель водяного тумана. Хотя абсолютная концентрация ДДВФ в затравочной камере в присутствии водяного аэрозоля оказалась несколько ниже расчетной (теоретической), фактический прирост концентрации препарата по сравнению с таковой в сухом атмосферном воздухе и тем более с допустимым содержанием в атмосферном воздухе был значительным (в 1,8 раза).
Более низкое содержание препарата по сравнению с теоретически рассчитанной концентрацией обусловлено тем, что в камеральной установке имеет место динамическое, а не статическое равновесие, которое может наблюдаться при сочетании экстремальных метеорологических условий и нахождении над поверхностью земли тумана в течение нескольких часов. При прохождении потоков воздуха и водяного аэрозоля в камере продолжительность контакта паров препарата с водяным туманом крайне мала (секунды). За это время успевает сорбироваться лишь определенное количество вещества, не достигающее равновесной величины.
Выводы. 1. На примере фосфорорганическо-го препарата (ДДВФ) экспериментально доказано, что содержание пестицидов в воздухе в присутствии мельчайших капель воды (тумана) значительно превышает содержание паров этих веществ в сухом атмосферном воздухе при тех же температурных условиях.
2. Полученный в экспериментальных условиях в результате сорбции паров пестицида на поверхности капель воды туман характеризуется высокой степенью токсичности, проявляющейся в развитии у животных симптомов острого отравления, специфических биохимических, гистохимических и патоморфологических изменений.
Литература
1. Биохимические методы в токсикологическом эксперименте: Метод, руководство. — Киев, 1985. — С. 52—54.
2. Гончарук Е. И., Филатова И. Н.. Липатова Т. Э. // Гиг. и сан.— 1987. —№ П. —С. 15—18.
3. Гончарук Е. И.. Липатова Т. Э„ Филатова И. Н. // Там же. — 1988. — № 1. — С. 25—27.
4. Гончарук, Е. И., Чалый А. В.. Филатова И. II. //Там же.— 1989. —№ 6. - С. 8—11.
5. Методы определения активности холинэстеразы в цель-
ной крови, плазме, тканях.— Киев, 1984. — С. 6—10.
6. Определение остаточных количеств пестицидов / Под ред. Ю. И. Кундиева, —Киев, 1983.
7. Основы гистохимии/Под ред. X. Луппа: Пер. с англ.— М„ 1980.
Поступила 10.02.89
Summary. Experimental findings indicated higher toxicity of dimethyldichlorovinylphosphate (DDVP) aerosol produced due to its molecular adsorption from a vapour phase on the surface of water aerosol for the warm-blooded animals in comparison with the effect of DDVP vapour.
i© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1990 ■ УДК 613.1G2( [47+57J (21!)
¡И. И. Деденко\, Б. В. Устюшин, А. Е. Шмонин, Б. Г. Лыткин,
Т. А. Ко четко ва
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ НИЗКОЙ ВЛАЖНОСТИ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ КРАЙНЕГО СЕВЕРА (обзор)
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Согласно существующим представлениям, среда обитания Крайнего Севера и высоких широт оказывает выраженное неблагоприятное влияние на организм человека. Вместе с тем вопрос о механизмах и причинах развития морфофунк-циональных изменений организма на Крайнем Севере до настоящего времени остается открытым. Существует несколько гипотез, объясняющих причину возникновения таких изменений. Так, ряд исследователей посвятили свои работы раскрытию причин морфофункциональных изменений кардиореспираторной системы, которые субъективно сопровождаются одышкой.
Наблюдаемый симптомокомплекс, объединяемый в понятия «магаданская пневмопатия» [1], «экзогенная флюктуирующая гипоксия Се-. вера» [28], объясняется изменениями парциального давления кислорода в атмосферном воздухе. При этом недостаточная компенсация функции системы внешнего дыхания у людей сопровождается структурными изменениями не ^только в респираторном тракте, но и в сосудах £ малого круга кровообращения. Аналогичной точки зрения придерживаются и другие авторы [6]. Указанные изменения объясняются также влиянием комплекса климатогеографических факторов [11], нарушением светопериодичности [22], колебаниями атмосферного давления [19], возмущениями магнитного поля Земли [20] и др. Причиной прямого ангио- и кардиотроп-ного эффекта на Севере служат перепады атмосферного давления, холодовое воздействие и, возможно, колебания активности геомагнитного поля [2]. Последний фактор выдвигается в качестве первопричины так называемого синдрома полярного напряжения [21].
Анализируя приведенные выше гипотезы, можно констатировать, что они разноплановы и не дают однозначного объяснения всем наблюдаемым на Крайнем Севере функциональным и структурным изменениям кардиореспираторной системы организма человека.
Вместе с тем среда регионов Крайнего Севера отличается от таковой средней полосы, по-
мимо низких температур, длительного холодного периода года, высокой подвижности воздуха, также и относительно постоянным параметром — низкой влажностью. Низкое содержание влаги сохраняется и в помещениях на Крайнем Севере [16, 32].
Следует особо подчеркнуть, что среднегодовая абсолютная влажность в регионах Крайнего Севера в 5 раз ниже, чем в аридной зоне пустынь, и в 3 раза ниже, чем в средней полосе [18]. У участников антарктических экспедиций отмечены изменения водного баланса при сокращенном диурезе, увеличении водопотреб-ления, обусловленные низкой влажностью среды [5, 19]. Имеются также данные об увеличении влагопотерь с поверхности легких в условиях Крайнего Севера [33—35].
Суточные потери воды с дыханием в Арктике могут составлять 1,5 л [33], и обезвоживание организма в этих условиях встречается довольно часто, правда, по мнению авторов, этот факт не имеет пока объяснения. Заслуживают внимания данные [4, 24] об увеличении влагопотерь с дыханием при низких температурах в условиях эксперимента в микроклиматических камерах.
В условиях холодового воздействия в микроклиматической камере отмечены повышенные потери воды с поверхности кожи. По мнению автора, «выбрасывание» холодного пота при охлаждении является несомненным фактом, хотя для низких температур среды это явление представляется в достаточной мере загадочным. Пытаясь объяснить приведенные данные, В. Г. Давыдов [10] пишет, что «биологическое значение этого явления можно рассматривать как одно из проявлений механизма терморегуляции, а именно как способствующее понижению теплопроводности кожи с целью защиты организма от охлаждения». Выявленные на Крайнем Севере повышенные величины потребления жидкости аборигенами п-ва Таймыр объясняются [29] спецификой их питания без связи с микроклиматическими факторами среды. В этом пла-
