CC BY
4
6. Козлова С. И.. Семанова Е. // Перспективы медицинской генетики, — М„ 1982.— С. 335—358.
7. Кудрицкий Ю. К., Серебрянников В. Д., Стрельникова Н. /(.//Радиационная гигиена. — Л, 1982. — Вып. П. —С. 97—107.
8. Кузнецов А. И. Цитогенетические изменения в лимфоцитах периферической крови, возникающие после рент-генодиагностических исследований желудка: Автореф. дне.... канд. мед. наук. — Л., 1971.
9. Кулешова Н. П., Шрам Р. // Перспективы медицинской генетики. — М„ 1982, —С. 123—161.
10. Ленц В. Медицинская генетика: Пер. с нем. — М., 1984.
11. Москалев 10. И., Журавлев В. Ф. Уровни риска при различных условиях лучевого воздействия. — М., 1983.
12. Население СССР, —М., 1983.
13. Радиационная защита: Рекомендации МКРЗ: Публикация №26, —М„ 1978.
14. СССР в цифрах в 1981 году. — М., 1982.
15. Сусков И. И., Сазонова Л. А. //Успехи современной генетики. — М., 1983,— Вып. 11, —С. 83—132.
16. Alberman Е.. Polani Р. Е„ Roberts G. А. P. //Ann hum. Genet. — 1972. — Vol. 36. — P. 185—:94.
17. Gajewski A. K-, Slovikowska M. G. // Rocz. panst. zakl-** hig. — 1977, — Vol. 28.— P. 419—423.
18. Stevenson A. C., Mason R„ Edvards K.// Lancet. — 1970. — Vol. 2. — P. 1335— 1337.
19. Turpin R., Lejene J. Les chromosomes Humaines. — Paris, 1965.
20. Uchida I. A., Lee С. P. V. // Nature. — 1974. — Vol. 250, — P. 601—602.
Поступила 14.03.88
Summary. On the strength of the literary data an evaluation of genetic exposure-associated risk during roentgenologic examination of women of the reproductive age is presented. It is demonstrated that the degree of genetic risk depends on woman's age at the moment of the roentgenologic examination and the amount of the gonadal dose. Identification of the high-risk exposed populations has been substantiated.
УДК 614.7-074
Т. И. Бонашевская
ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ГИГИЕНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Чл
Основные направления морфологических исследований в области гигиены окружающей среды (ОС) связаны с изучением структурно-функциональных основ взаимодействия организма с факторами ОС и обоснованием критериев, характеризующих развитие ранних неблагоприятных эффектов. Проводимые исследования свидетельствуют о высокой чувствительности методов структурно-функционального анализа, позволяющих улавливать сдвиги на уровне клеток и субклеточных структур при действии веществ в концентрациях, близких к ПДК по токсикологическим тестам [1, 4, 6].
Чувствительность морфологических методов определяется, с одной стороны, использованием количественных подходов и, с другой — применением функциональных характеристик, полученных с помощью цито-, гистохимии, цитофотомет-рии, интерферометрии, авторадиографии, электронной микроскопии.
Морфометрический анализ, проведенный на уровне клеток, клеточных популяций, дает возможность оценить количественный состав их, а также процентное распределение клеток по различным структурным признакам. Направленный гистоферментативный анализ предоставляет информацию об активности различных биоэнергетических систем, о вкладе тех или иных субстратов в биоэнергетику клетки, о взаимоотношении между энергообеспечением биосинтетических процессов и функционального обмена. Таким образом, выбор адекватных методов исследования имеет решающее значение при выявлении эффектов действия факторов малой интенсивности.
Вместе с тем индикация минимальных сдвигов в организме обз'словливает необходимость диф-
ференцировки их по степени критериальной значимости [2].
Анализируя отечественные морфологические работы в области гигиены ОС, можно отметить, что они характеризуются определенным поступательным развитием — от констатации эффектов к изучению их биологической значимости. Зарубежные исследования развиваются в основном по пути углубленного анализа отдельных клеточных популяций с использованием методов электронной микроскопии. В последние годы для скрининга токсических веществ широко применяют культуру тканей. При этом, как правило, отсутствуют работы обобщающего характера с анализом общих закономерностей структурно-функциональных сдвигов в ответ на воздействие химических факторов, обоснованием морфологических критериев. Вместе с тем такие разработ^^ ки необходимы для обоснования гигиенических нормативов.
Каждый уровень организации биосистемы имеет свои критерии, характеризующие структурно-функциональный статус. При оценке элементарных биологических реакций на уровне клеток и субклеточных органелл критерий может быть представлен одним показателем, например индексом меченых ядер (ИМЯ), характеризующим интенсивность включения в клетки радиоизотопа 3Н-тимидина. В данном случае критерий как признак адекватен понятию «показатель», поскольку ИМЯ исчерпывающе характеризует ДНК-синтезирующую активность клеток, т. е. является обоснованным критерием данного процесса. По мере усложнения задачи усложняются и критерии. Так, прогрессирующее снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ)—фер- .
мента, прочно связанного с мембранами мито-^ хондрий, является показателем повреждения этих органелл, однако не отражает общего состояния митохондрий, так как снижение активности СДГ может быть обусловлено не повреждением митохондрий, а превалированием расходования фермента над его ресинтезом. Для подтверждения связи ингнбирования фермента с повреждением мембран митохондрий нужен дополнительный показатель — ультраструктурная характеристика митохондрий.
Наиболее сложным в гигиенических исследованиях является обоснование критериев для оценки состояния целостного организма.
Раскрытие таких категорий, как предпатоло-гия, патология, оценка их взаимосвязи и последовательности перехода одного состояния в другое, не представляет сложности при моделировании тяжелых интоксикаций с соответствующей патологоанатомической характеристикой. Динамический анализ таких материалов позволяет установить зависимость доза — время — предпа-л тология, переходящую в зависимость доза — вре-мя — патология. Вопрос об идентификации категории состояния организма в хронических гигиенических экспериментах представляется очень сложным в связи с отсутствием нозологических форм заболеваний (бронхиты, пневмонии, токсические гепатиты и т. д.), волнообразным развитием изменений на клеточно-популяционном уровне. Это обусловливает необходимость использования критериев, характеризующих изменения клеток и субклеточных органелл.
Критериями усиления функциональной активности ядрышек являются увеличение их объема и числа, формирование гранулярного компонента по периферии ядрышка, его эктопия, в то время как функциональное истощение ядрышка характеризуют его вакуолизация, сегрегация, резкое сжатие, обособление фибриллярного и гранулярного компонентов.
Система оценочных критериев с повышением уровня организации расширяется за счет включения в нее признаков предшествующего уровня. Так, критериями усиления активности клеточного ядра, помимо состояния ядрышек, служат увеличение его размеров, формирование инвагинаций кариолеммы, диффузное расположение хроматина, увеличение числа ядерных пор, в то время как критериями его функционального истощения являются хроматолиз, вакуолизация, отек нуклеоплазмы и перинуклеарного пространства, конденсация или распад хроматина.
Критерии повреждения клетки — ее дистрофические изменения, процессы деструкции (рексис, лизис, пикноз ядер и цитоплазмы), снижение содержания биополимеров и активности ферментных систем. Решающее значение в гибели клеток имеет патология ядра, ведущая к нарушению процессов транскрипции, трансляции и белоксин-' тезирующей функции клетки. Критериями ком-
пенсаторно-приспособительных реакций клеточного уровня являются гипертрофия клеток и их органелл, пролиферация последних, увеличение плоидности, ядерно-плазменного соотношения, увеличение содержания пластических веществ и активация ферментов, использование шунтовых метаболических путей (а-глицерофосфатного и гексозомонофосфатного шунтов).
В настоящее время подвергается критике попытка абсолютизации данных, полученных на молекулярном уровне. Оценка клетки как элементарной ячейки жизни — отправная точка выявления биологически значимых эффектов. Однако оценка состояния отдельных клеток не несет в себе никакой информации без их количественной оценки в рамках клеточной популяции. Клеточный пул является системой, в которой представлены элементы, находящиеся в состоянии репродуктивной активности, роста и дифференциации, активного специфического функционирования, старения и деградации. Всю информацию об организации и упорядоченности клеточного пула несет его генетический фонд. Де-структурированные клетки, утрачивая цитоархи-тектонику, удаляются из системы, в которой оставшиеся клетки путем репликации поддерживают стабильность популяции.
Таким образом, сохранение клеточно-тканево-го гомеостаза обеспечивается наличием двух противоположных, взаимообусловленных и имеющих разнообразные формы выражения процессов — повреждения и восстановления. Для каждого клеточного пула характерен свой ритм обновления. Процент элементов с регрессивными, равно как и компенсаторными, признаками значительно варьирует в зависимости от партий животных, их видовых, возрастных и половых особенностей, сезонных и виварных условий и т. д. Количественная оценка соотношений этих процессов в рамках клеточной популяции служит структурно-функциональной основой диагностики донозологическкх, но прогностически значимых для организма форм изменений.
Для обеспечения этого положения были проведены экспериментальные исследования. В виде отдельных фрагментов полученные материалы представлены в монографиях [4, 7].
При экспериментальном изучении токсических свойств ряда химических веществ показано, что одним из ранних признаков, предшествующих развитию интоксикации, по общетоксикологическим показателям является увеличение количества деструктурированных элементов. Этот признак установлен при ингаляционном воздействии ксенобиотиков по морфометрическим показателям мишеневых систем — эпителиоцитов верхних дыхательных путей, воздухоносных и респираторных отделов легких, гепатоцитов печени, а также нейронов сенсомоторной зоны коры головного мозга в процессе развития началь-
ных проявлений пульмоно-, гепато- и нейроток-сического эффектов.
Отсутствие сдвигов по токсикологическим показателям позволяет считать, что данный морфологический признак может рассматриваться как критерий донозологических форм изменений в организме.
Биологическая значимость представленного морфологического критерия подтверждается сочетанием его с целым рядом структурно-функциональных нарушений. Это прежде всего изменение объема и количества ядрышек, объема ядер, соотношения одно- и двуядерных, ди- и полиплоидных клеток в популяции гепатоцитов.
Полиплоидизация гепатоцитов является важным механизмом репаративной регенерации. Увеличение числа геномов в неразделившихся гепатоцитах в результате незавершенного митоза находится под генетическим контролем с закреплением данного признака в эволюции. Таким увеличением обеспечивается резистентность гепатоцитов к токсическим воздействиям, создается возможность объединения аберрантных дочерних геномов и их взаимокоррекции, а по некоторым представлениям, интегрируется деятельность диплоидных гепатоцитов.
Вследствие развития компенсаторно-приспособительных реакций изменяются также клеточные соотношения реснитчатых, бокаловидных, ба-зальных клеток в воздухоносных отделах дыхательной системы, альвеолоцитов 1-го и 2-го типов, секреторных и реснитчатых клеток в респираторных отделах легких [5, 7]. В процессе формирования раннего нейротоксического эффекта на фоне повышения доли поврежденных нейро-цитов сенсомоторной зоны коры головного мозга наблюдается изменение процентного распределения нейронов по площади их центральных сечений в сторону увеличения субпопуляций крупных нейронов [8].
Повышение доли деструктурированных клеток в мишеневых системах нередко сочетается с изменением количественного состава мигрирующих клеточных популяций (рост числа мононуклеар-ных фагоцитов, тканевых базофилов, глиальных элементов и т. д.), а также с нарушением уровня метаболической активности мишеневых систем по цито- и гистохимическим показателям.
Мам представляется, что увеличение количества деструктурированных клеток над фоновым уровнем является индуцирующим звеном в цепи компенсаторно-приспособительных реакций. Как абсолютный признак повреждения и гибели клетки этот критерий до развития нозологических форм органопатологии может служить признаком повышения рабочей активности мишеневых органов, участвующих в процессах детоксикации и элиминации ксенобиотиков. Нагрузка токсическими агентами приводит к напряженному функционированию биосистем, осуществляющих мета-болизирование, сокращению периодов покоя и
восстановления макромолекул клеток. Повышение рабочей активности барьерных систем под- ^ тверждается изменением гистоферментативных показателей состояния окислительно-восстановительных ферментов, поскольку метаболизм ксенобиотиков является энергозависимым процессом. Доказательством наличия функционального напряжения барьерных и регуляторных систем при токсическом воздействии химических факторов служат повышение показателей газообмена, активности сурфактантной системы, сокращение продолжительности гексеналового сиа [4, 5], увеличение содержания 32Р в фосфолипидной и нелипидной фракциях мозга, нейрофизиологические нарушения в процессе формирования нейротоксического эффекта, соответствующие увеличению доли деструктурированных элементов [8].
При обосновании критериальной значимости морфофункциональных показателей использованы также результаты морфобиохимических сопоставлений [7]. Морфологические критерии раннего неблагоприятного воздействия на орга-низм химических факторов ОС соответствуют " начальным признакам лабилизации внутриклеточных мембран, тестируемым по повышению свободной активности органеллоспецифических ферментов. По мере усиления структурно-функциональных нарушений в органах-мишенях в них усиливалась дестабилизация внутриклеточных мембран и наряду с этим нарастала активность ферментов, оцениваемая по биохимическим и гистохимическим показателям.
По-видимому, повышение проницаемости мембранных структур клеток на фоне высокой ги-стоферментативной активности может характеризовать функциональное напряжение систем организма. В отличие от хронического воздействия низких концентраций токсичных веществ в острых и подострых опытах при формировании отчетливого патологического процесса на органно-тканевом уровне отмечалось изменение биохимических показателей, свидетельствующее о разви-тин системного мембраноповреждающего эффекта— угнетении общей и свободной активности органеллоспецифических ферментов окислительно-восстановительного ряда [3].
При действии низких концентраций вредных веществ усиление проницаемости внутриклеточных мембран соответствует повышению уровня деструктурированных клеток. Наличие такой взаимосвязи позволяет заключить, что нарушение мембранных структур — основа увеличения общего уровня поврежденных клеток.
Наиболее важным этапом обоснования гигиенической значимости морфологических критериев явилось сопоставление их с уровнем специфической резистентности организма, т. е. резистентности воздействию изучаемого вещества. Применение нагрузочных тестов показало, что волнообразному изменению резистентности соответ-
ствует волнообразный характер морфологических реакций. Период повышенной резистентности характеризуется сопряженным повышением содержания пластических веществ и активности окислительных ферментов в системе эпителиальных барьеров, а также ранними признаками ла-билизации внутриклеточных мембран, т. е. структурно-функциональным напряжением барьерных систем, что не позволяет рассматривать адаптацию организма к токсичным веществам как процесс истинного физиологического приспособления.
Для первого периода сниженной резистентности организма характерны повышение уровня деструктурированных клеток, изменение клеточных соотношений, увеличение ДНК-синтезирую-щей активности эпителиоцитов, количества мо-нонуклеарных фагоцитов в органах-мишенях, рост отдельных гистохимических показателей, начальные признаки лабилизации мембран. Комплекс этих изменений мы расцениваем как критерии раннего неблагоприятного воздействия на организм химических факторов ОС [7]. Снижение в этот период устойчивости структурно-ги-стохимической организации к такому воздействию свидетельствует о синхронизации резистентности биосистем разного уровня интеграции и подтверждает критериальную значимость комплекса учитываемых морфологических признаков для целостного организма.
Прогностическое значение предлагаемых морфологических критериев подтверждается тем, что, возникая в доинтоксикационный по токсикологическим показателям период, они повторяются в более выраженной форме при появлении признаков интоксикации. Принятие за порог действия веществ появления этих признаков снимает необходимость проведения дальнейшей диф-ференцировки изменений в поздние сроки воздействия. Сложность такой дифференцировки заключается в том, что различные типы эпителиальных барьеров, реализуя приспособительные процессы по общему плану, имеют собственный временной график. Вот почему констатация ранних изменений, подтвержденных морфометриче-ским анализом, представляет научно обоснованный и экономичный путь разработки гигиенических стандартов, а также способствует диагностике состояния целостного организма на стадии донозологических форм изменений.
За истекшее пятилетие получены убедительные материалы, свидетельствующие о возможности прогнозирования биоэффектов (гепатоток-сического, нейротоксическ'ого) по морфологическим показателям, полученным при краткосрочном воздействии веществ. Установлено, что на графике, построенном • В'логарифмическом масштабе, зависимости времени появления достоверных морфометрических и гистохимических изменений от уровней воздействия имеют вид прямых. Это открывает перспективы для ускоренной
регламентации химических факторов ОС по морфологическим показателям.
В настоящее время получил развитие целый ряд новых направлений морфологических исследований. К ним относится исследование механизмов действия биологических факторов ОС и их сочетаний с токсичными веществами. Так, изучение сочетанного действия хрома и вирусной инфекции показало, что хром изменяет резистентность организма к вирусу гриппа. Это отмечено через 2 нед воздействия хрома, поступающего в организм с питьевой водой на уровне 10 ПДК. Повышение резистентности организма к биологической нагрузке подтвердило ранее установленную закономерность, что в основе этого процесса лежит структурно-функциональная реорганизация барьерных систем с повышением их пластических и биоэнергетических ресурсов.
Значительно увеличилось число изучаемых клеточных популяций. Наряду с ранее исследованными предметом анализа стали эндотелиоци-ты сосудов различной локализации, лимфоциты органов иммуногенеза и периферической крови, тканевые базофилы, эпидермоциты. Причем методологические подходы, разработанные для системы эпителиальных барьеров, оказались действенными и при изучении этих клеточных популяций.
В последнее время начинают развиваться морфологические исследования, связанные с анализом иммунотоксических аспектов воздействия химических и биологических факторов ОС. Большие перспективы имеет также изучение процессов детоксикации, получение их топографических характеристик на уровне клеток и субклеточных структур методами дифференциального центрифугирования, иммуноцитохимии. Метаболизиру-ющие ксенобиотики системы жестко структурированы, связаны с определенными субпопуляциями клеток, что и лежит в основе их избирательного взаимодействия. Интрацеллюлярное формирование токсичных радикалов определяет зоны и очаги деструкции (при высоком уровне химического воздействия) и преимущественную локализацию деструктурированных элементов на уровне клеток и субклеточных структур, связанную с повышением их рабочей активности (при действии низких доз).
Дальнейшего развития требует изучение межклеточных взаимодействий и осуществляющего их гликокаликса, механизмов переключения процессов адаптации на преморбидные и патологические процессы на основе предъявления однократных и повторных химических и биологических воздействий с анализом запасов прочности систем, установлением предела, за которым стоит развитие органно-тканевой патологии.
Важнейшим направлением морфологических исследований в области гигиены ОС является поиск высокоинформативных, бескровных цитологических и гистометрических методов для
диагностики ранних изменений в состоянии здоровья человека, возникающих под воздействием неблагоприятных факторов ОС.
Литература
1. Беляева Н. Н„ Кумпан Н. Б. // Структурно-функциональные и биохимические механизмы влияния факторов окружающей среды на организм человека и экспериментальных животных. — М., 1986.— С. 27—30.
2.Бонашевская Т. И. // Вести. АМН СССР.— 1978. — №4, —С. 44—52.
3. Бонашевская Т. И., Ламентова Т. Г., Долинская С. И. и др. // Современные биохимические методы в гигиене окружающей среды, — М., 1982.— С. 40—46.
4. Бонашевская Т. И., Беляева Н. Н„ Кумпан И. Б., Па-насюк ¿1. В. // Морфофункциональные исследования в гигиене. — М., 1984.
5. Бонашевская Т. И., Кумпан Н. Б.// Арх. анат.— 1986, — № 4, —С. 41—48.
6. Иванов Ю. В. II Структурно-функциональные и биохимические механизмы влияния факторов окружающей среды на организм человека и экспериментальных животных,—М., 1986, —С. 154—157,
7. Меркурьева Р. В., Судаков К. В., Бонашевская 'Г. И., Журков В. С. Медико-бнологическне исследования в гигиене.—М., 1986.
8. Шамарин А. А., Радкевич J1. А., Кобаков А. 10., Фетисов В. В. Структурно-функциональные и биохимические механизмы влияния факторов окружающей среды на организм человека и экспериментальных животных. — М., 1986, —С. 118—123.
Поступила 17.05.88
Summary. Application of morphomelric, histochemical and histoenzymatic examination techniques enabled one to detect early biologic effect of exposure to environmental chemical factors before the appearance of shifts in toxicologic indicators. A combination of characteristics involving damage and compensation reactions at the level of cells and cellular populations served as a hygienically significant criterion of adverse body effect of toxic substances. Biologic significance of morphologic criteria was confirmed by their correlation to the level of body resistance to specific load along with the degree of cellular stability, and by the comparison of morphologic shifts with the changes in physiologic and biochemical indicators. The prospects of development of morphologic studies in the field of environmental health are set forth.
УДК 615.9-015.4:616.30-008.11.076.9
Н. Н. Беляева
ПРОЛИФЕРАЦИЯ И ПОЛИПЛОИДИЗАЦИЯ ГЕПАТОЦИТОВ КАК ПОКАЗАТЕЛИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ПЕЧЕНИ ПРИ ДЕЙСТВИИ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В условиях загрязнения окружающей среды возрастает потребность в гигиенической регламентации различных агентов, что в свою очередь делает необходимым выбор наиболее информативных показателей неблагоприятного воздействия на организм. Так как одной из главных функций печени является детоксикация химических соединений, то изучение гепатоток-сического эффекта факторов окружающей среды представляет одну из важнейших социально-гигиенических задач. Однако использование морфологического анализа для гигиенической оценки гепатотропного действия имеет ряд методических особенностей, главными из которых являются хроническое воздействие веществ в низких концентрациях, не приводящих, как правило, к выраженной органной патологии [5], и невозможность динамического исследования, что приводит подчас к взятию материала в конце эксперимента. Последнее обстоятельство значительно затрудняет трактовку изменений, так как длительное воздействие низких концентраций токсических агентов приводит к чередующимся процессам повреждения и компенсации. В связи с этим наиболее остро стоят вопросы об определении гепатотоксического эффекта и о выборе адекватного для его решения критериально значимого показателя.
В настоящей работе обосновываются необходимость изучения восстановительной регенерации печени в виде компенсаторной пролиферации и полиплоидизации гепатоцитов как адекватного ответа на повреждающее дейстзие химических факторов окружающей среды.
Эксперименты проведены на беспородных белых крысах-самцах, получавших брикетированный корм. Исследовали острые и хронические ингаляционные и пероральные воздействия целого ряда химических веществ. Методика проведения эксперимента, взятия материала и методы исследования более подробно описаны ранее [2]. Полиплоидизацию печени изучали при непрерывной ингаляции 1,2-дихлорпропана (ДХП) в концентрациях 2000 мг/м3 (экспозиция 20 ч, 3 и 7 сут), 1000 мг/м3 (7 сут), 100 и 500 мг/м3 (14 уст), 1,5 и 9 мг/м3 (86 сут); при ингаляции 1,2,3-трихлорпропана (ТХП) в концентрациях 800 мг/м3 (7 сут), 20 и 100 мг/м3 (14 сут), 0,4 и 2 мг/м3 (86 сут); при ингаляции перхлорэтилена (тетрахлорэтилена, ПХЭ) в концентрациях 2750 мг/м3 (7 сут), 100 и 500 мг/м3 (14 сут), 4,2 и 19 мг/м3 (86 сут). Комбинацию этих веществ оценивали через 7 сут (ДХП 680 мг/м3, ТХП 270 мг/м3 ПХЭ 1200 мг/м3), 14 сут (ДХП 190 мг/м3, ТХП 35 мг/3, ПХЭ 210 мг/м3) и 86 сут (2 смеси: 1) ДХП 4,5 мг/м3, ТХП 2 мг/м3 и ПХЭ
