CC BY
6
УДК 614.71/.73:в12.014.49
В. К. Фадеева, Л. М. Мелесова, Е. М. Вихрова
ИЗУЧЕНИЕ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА К АТМОСФЕРНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЯМ (НА ПРИМЕРЕ ФЕНОЛА)
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Адаптация рассматривается как одно из фундаментальных и универсальных свойств биосистемы. С позиции физиологических критериев адаптация— это процесс поддержания функционального состояния гомеостатических систем и организма в целом (В. П. Казначеев).
13 настоящем исследовании предпринята попытка изучить картину изменений ранних отклонений в системе показателей, характеризующих состояние внутренней среды организма (формула крови, газовый состав и показатели кислотно-щелочного равновесия — КЩР — крови, уровень энергетического обмена — общий газообмен), а также закономерности приспособления (адаптации) организма к длительному воздействию фенола путем динамических наблюдений за указанными физиологическими параметрами.
Исследования проведены на 100 беспородных крысах-самцах с исходной массой тела 300±10г. В качестве модельного вещества взят распространенный загрязнитель атмосферного воздуха — фенол. Круглосуточную ингаляционную затравку животных осуществляли в термостатированных затравочных камерах вместимостью 800 л (А. К. Плющев и Л. М. Мелесова). Наблюдения осуществляли в весенне-летний период года, на протяжении всего периода исследования в затравочной камере поддерживались стабильные температура (24—26 °С) и концентрация исследуемого вещества (9,8 ± ±0,3 мг/м3).
У животных в условиях круглосуточной ингаляционной затравки фенолом были изучены в динамике и сопоставлены во взаимосвязи следующие показатели: картина красной и белой крови (количество эритроцитов, уровень гемоглобина, оксиге-моглобина, метгемоглобина, общее количество лейкоцитов с формулой крови, абсолютное количество эозинофилов); изменения газового состава и КЩР крови (р02, рС02, С04, НСОэ, рН, ±ВЕ); некоторые показатели тканевого дыхания (общая активность лактатдегидрогеназы в сыворотке крови, содержание пировиноградной кислоты и активность сульфгидрильных групп в цельной крови); показатели общего газообмена (потребление кислорода, выделение углекислого газа и дыхательный коэффициент).
Подсчет форменных элементов крови в 1 мкл периферической крови осуществляли в камерах Го-ряева и Фукса — Розенталя. Гемоглобин и его формы (окснгемоглобин и метгемоглобин) в пробе цельной крови определяли на спектрофотометре СФ-16 (М. С. Кушаковский). Газовый состав и КЩР крови анализировали на газоанализаторе
«Корнинг» (США). Общую активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в сыворотке крови определяли спектрофотометрическим методом Wroblewski и La Due в модификации Hill (И. И. Иванов и соавт.). Содержание пировиноградной кислоты (ПВ К) в цельной крови определяли по методу Умбрайта в модификации М. М. Бабаскина. Количественное определение общих SH-групп белков плазмы крови проводили спектрофотометрическим методом на СФ-16 (X. А. Рубина и Л. А. Романчук). Общий газообмен изучали на газоанализаторе «Спиролит».
Исследуемые показатели определяли в динамике через 1, 3, 5, 7, 15, 30, 45, 60, 90 и 120 сут хронической затравки животных фенолом.
Физиологические сдвиги оценивали как в cono* ставлении с исходными изучаемыми показателями, так и с показателями соответствующих физиологических параметров в контроле. Контролем служили животные, содержащиеся в течение всего периода исследований в условиях термостатированной камеры с чистым воздухом. Результаты исследований обработаны методами вариационной статистики.
Длительные наблюдения в динамике состояния выбранных физиологических систем в условиях воздействия фенола позволили выявить 4 стадии, определяемые характерным временем развития и направленностью физиологических сдвигов. Результаты представлены в таблице.
В I стадии, стадии первичных реакций-эффектов (характерное время 1—7 сут), в системах дыхания и крови выявлены направленные физиологические сдвиги. Показатели газового состава и КЩР крови*' свидетельствуют о выраженном ацидозе. Концентрация водородных ионов (pH) составляет 7,17 ±0,02 в опыте против 7,34 ±0,02 в контроле. Увеличено содержание кислых продуктов в крови: pCOt в опыте 46,0±6,5мм рт. ст. против 33,1 ±3,0 мм рт. ст. в контроле. Общее содержание углекислоты (tCOg) составило 10,9±0,9 мэкв/л в опыте против 9,0±0,7 мэкв/л в контроле, HCOi" 9,2± ±0,7 мэкв/л в опыте против 7,6±0,7 мэкв/л в контроле. Выявлено увеличение дефицита оснований (±ВЕ): —26,6±1,0 мэкв/л в опыте против 18,9± ±1,3 мэкв/л в контроле. Указанный сдвиг КЩР крови у подопытных животных выражен на фоне повышенного рОа в крови (56,8±3,2 мм рт. ст. в опыте против 38,7±1,3 мм рт. ст. в контроле) с повышенным выведением углекислоты в выды* хаемом воздухе (19,4±0,5 мл/мин-кг в опыте про-^. тив 17,6±0,6 мл/мин-кг в контроле) без изменения потребления кислорода; дыхательный коэффициент увеличен до 0,89 в опыте против 0,78 в контроле. Для перечисленных выше сдвигов ЯсО.Об.
Накопление недоокисленных продуктов в крови связано с токсическим влиянием фенола на состояние окислительных процессов, которое проявляется в инактивации ферментных систем. Об этом свидетельствует увеличение общей активности гли-колитического фермента ЛДГ в сыворотке крови ♦до 41,3±2,1 мкмоль пирувата на 1 мл в 1ч при 37 °С в опыте против 24,0±3,4 мкмоль пирувата на 1 мл в 1 ч при 37 °С в контроле (/><0,001); увеличение содержания основного субстрата дыхания ПВК в крови до 1,9±0,13мг% в опыте против 1,0±0,03мг% в контроле (/><0,01); блокирование БН-групп белков плазмы крови: 16,3± ±0,5 ед. опт. пл. в опыте против 24,1 ±1,5 ед. опт. пл. в контроле (/><0,05).
Установленные физиологические сдвиги на стадии первичных эффектов можно связать с нарушением гликолиза, утратой катализирующей активности ферментов, нарушением тканевого дыхания, развитием гипоксического состояния.
Наблюдается сдвиг в картине красной крови в направлении уменьшения числа эритроцитов до «6,7±0,2млн. в опыте против 6,5±0,2 млн. в контроле, уровень гемоглобина в крови удерживается в границах физиологической нормы, цветной показатель увеличивается с 0,66 до 0,75 (/><0,05) в сравнении с исходным уровнем и с показателем в контроле. Концентрация метгемоглобина в крови нарастает до 0,5±0,04 г% против 0,2±0,03 г% в контроле (/><0,001), а уровень оксигемоглобина удерживается на нижней границе показателей в контроле.
Выявлен отчетливый сдвиг по некоторым показателям белой крови в направлении лейкопении и эозинопении: общее содержание лейкоцитов в крови снижается до 7,4 ±0,5 тыс. в 1 мм3, выходит за пределы нижней границы физиологических колебаний в контроле — 10,5±1,0тыс. в 1 мм3, уменьшается абсолютное количество эозинофилов до *66,3±8,9 против 100,0±12,9 в контроле. Имеются сдвиги в формуле крови: на фоне нейтрофильного лейкоцитоза (увеличение количества палочкоядер-ных форм до 2,0±0,3 % в опыте против 0,7± ±0,1% в контроле), лимфопения (63,5±3,2% в опыте против 73,2±2,5% в контроле; Р<0,05).
На II стадии (характерное время 15—22 сут) происходит перестройка общей реакции организма. Общая направленность реакции — снижение некоторых первичных эффектов. Включаются реакции, направленные на выведение кислых продуктов из крови: 1С02 8,0±0,4 мэкв/л в опыте против 9,6± ±0,2мэкв/л в контроле, НСОГ 6,7±0,4 мэкв/л против 8,2±0,1 мэкв/л в контроле (/><0,05), рН не отличается от показателя в контроле. Нормализуется газовый состав крови: рС02 33,9± ±1,8 мм рт. ст. против 33,1 ±3,0 мм рт. ст. в контроле, р02 44,5±2,5 мм рт. ст. против 38,1± ±2,3 мм рт. ст. в контроле.
Характер реакции изменен и по некоторым показателям в системе дыхания. Отмечено более высокое потребление кислорода (24,2±1,2 мл/мин-кг
Е
+1 >>
5
X £
а
<М 00
ооо-ппп о
+1+1+1+1+1+1II +1
СО чГ СОЮ СО— СО (О
<о со о
— I"- со ч*" —' со
сч 9
о — о
о о сч" о
+1 +1 +1 +1
ю оо
о» СО а> еч
ОО -ч-
ОООПтГИ- о о
+1+1+1+1+1+1+1 +1 +1
"^о^г — ®юл <о ст>
Г~10ь."с01г>с0с0 О ОО
— ОЭ СЧ СО чг —
— сч
м о о"
+1
СЧ СО N
ь — о_
сч о'о"
+1 +1 +1
сч ю_ оо_ сч* — —" сч
8
г- • —>■—.»< • •
^ счг- юо -^оо оо о — — —
оо—" сч сч о) о — о о о'о —Г— о" о"
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
оо СО О ОО ЮЮ — О (О ОО со со_о> (ООО
со"-г аГ ю" соо' ооо <ооо •с'1 сч— —
— N ПтГ — Г— ^ СО СО
л о»-*
о о — сч о со
+1 +1 +1 +1 +1 +1
г- о о — ю
о
+1 00 «с
О +1
со 00 о_ ОО —" сч" о" о
+1 +1 +1 +1 ю ю о со
• • ст>
— СЧ_ 00. ю
о о— — —"сч"
+1+1+1 +1 +1+1
— О 00 г- <т> ю
о
+1
о
ОО
о +1
СЧ • 1С '-О
о со о о о
о сч"—" о'о
+1 +1 +1 +1 +1 ОО О) ^ со СЧ - - * со — —• —го
сч сч о N о со сч сч о оо — 5
ООО +1 +1 +1 СЧ (О 00 СЧ +1 со сч +1+1 о +1 (О о +1 сч о +1 — сч +1 +1 г- а> о +1 сч
(О со о О) о а> оо оо сч — сч —
• #
• • » * • • • сч • СО
сч ю ю о ю сч о> N о —
ООО ао !0 со о О о сч о
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
1-- [-- СО О 00 ет> сч со о>
ю-ч-г^ £ (о 10 •в" Л о о> г-Г
сч со о 12,9 о со N сч о со о
о о — со" — о о о со о"
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
10010 о — о <о 7,34 о о
«о 8 о> сч —'
I ъ
_ г
__гт
т ~ X
. "0 8
* . —
2 ¡0 и н ^ Н и
•я - н , ^
£ х 2 о-н Й
§ О § 45. £ Я 2
¿.г? 2 . =
И о * 5 -г- . а
X г« й О ~ О
£ ио и
(чич Й о. о. —
х
СП
Я
I «
8 X
ч я
о.
ж г--
г со г с_" *
хЗс «
а. с; с
против 21,3±0,8 мл/мин-кг в контроле; Р<0,05) и снижение дыхательного коэффициента до 0,72 против 0,79 в контроле.
В картине красной крови отчетливо выражен сдвиг в направлении увеличения ее кислородной емкости: количество эритроцитов (7,1 ±0,1 млн. в 1 мм3) превышает показатель в контроле (6,2 ± ±0,2 млн. в 1 мм3; Я<0,001). Уровень гемоглобина повышен до 14,9±0,4 г% против 13,6±0,2 г% в контроле, концентрация оксигемоглобина — до 14,5±0,4 против 13,4±0,2г% в контроле (Р<0,05). В эти же сроки нормализуется общее количество лейкоцитов и абсолютное количество эо-зинофилов.
Комплекс изменений можно рассматривать как положительный для организма сдвиг, хотя отмечается неустойчивость некоторых физиологических параметров. Так, колебания содержания ЛДГ у подопытных животных составляют от 14,9±2,3 до 33,7±1,0 мкмоль пирувата на 1 мл в 1 ч при 37 °С, в контроле — от 18,7±1,8 до 22,9±2,1 мкмоль пирувата на 1 мл в I ч при 37 °С; колебания ПВК в крови — от 1,4±0,05 мг% до 1,8±0,06 мг% против 1,2±0,06мг% в контроле.
III стадия (характерное время 30—45 сут) определяется как стадия первичной стабилизации. Большинство исследуемых физиологических параметров систем, характеризующих газовый состав и КЩР крови, картину красной крови, либо восстанавливается (количество эритроцитов, уровень гемоглобина, оксигемоглобина), либо находится на верхнем пределе физиологических колебаний в контроле (р02, рС02).
Ацидоз полностью не компенсирован. Выявлена некоторая задержка углекислоты в тканях (tC02 8,1 ±0,5—10,0±1,0 мэкв/л в опыте против 7,8± ±0,13 мэкв/л в контроле, HCOJ" 6,6±0,4—8,8± ±0,8 мэкв/л в опыте против 7,1 ±0,4 мэкв/л в контроле). Концентрация водородных ионов ниже значения в контроле (pH 7,23±0,01—7,27 ±0,01).
Повышенное значение параметров ЛДГ в сыворотке крови (32,3±1,0—34,9±1,1 мкмоль пирувата на 1 мл в 1 ч при 37 °С) и ПВК в крови (1,6± ±0,1—1,8±0,1 мг%) выше крайних физиологических колебаний в контроле (1,0±0,03—1,3± ±0,08 мг%). Для указанных параметров Я<0,05. Высокие значения ЛДГ и ПВК у подопытных крыс выявлены на фоне сравнительно более низких, чем в контроле, значений потребления кислорода (22,3±0,6 мл/мин-кг в опыте против 24,0± ±1,0 мл/мин-кг в контроле). Это косвенно свидетельствует об усиленном гликогенолизе в этот период у животных, находящихся в атмосфере фенола.
Концентрация метгемоглобина в крови у подопытных животных удерживается на высоком уровне — 0,9±0,07—1,2±0,1 г% против 0,3±0,06 г% в контроле (Я<0,001).
В формуле белой крови выявлен отчетливый сдвиг в сторону увеличения палочкоядерных нейт-рофилов (3,2±0,4 % против 0,9±0,25% в контроле).
Для оценки состояния адаптнрованности организма подопытных животных к фенолу в последующие сроки (через 60, 90, 120 сут) крысы обеих групп были подвергнуты дополнительному воздействию (3-суточный голод, вода без ограничения), после чего они были тестированы по описанной программе. Голод относят к состояниям «напряже-# ния», когда организм отвечает генерализованной реакцией с вовлечением в нее разных физиологических систем. В этих условиях по комплексной оценке состояния гомеостаза газовой среды и КЩР крови, ферментных систем и гематологических показателей красной и белой крови можно судить о функциональном состоянии организма в целом. Устойчивость ответов на повторные дополнительные воздействия может служить мерой адаптнрованности организма к измененным условиям среды (М. Н. Миррахимов).
IV стадия — стадия вторичной стабилизации (характерное время 60—120 сут). У контрольных и подопытных крыс в газовом составе, КЩР и картине красной крови наблюдаются сопряженные сдвиги в сторону верхней физиологической грани» цы. Так, у подопытных крыс содержание эритроцитов в периферической крови составляет 7,3 ± ±0,1 млн. в 1 мм3, уровень гемоглобина — 15,4 ± ±0,5 г%, оксигемоглобина — 15,0±0,2г%, общее содержание углекислоты ЮО» — 10,6 ± ±0,8 мэкв/л, НСОГ 9,1 ±0,7 мэкв/л, напряжение газов в крови рС02 36,1 ±3,0 мм рт. ст., рОг 43,3±3,7 мм рт. ст. Нормализовалась общая активность ЛДГ в сыворотке крови — 19,8± ±2,1 мкмоль пирувата на 1 мл в 1 ч при 37 °С. Указанные физиологические сдвиги выявляются после голода в течение отмеченного периода (60, 90, 120 сут) и устойчивы по амплитуде ответа.
Через 90 сут у подопытных крыс нормализуется содержание метгемоглобина до 0,3±0,03г%. Через 60 сут у подопытных животных отчетливо выражен сдвиг в формуле белой крови: нейтрофиль* ный лейкоцитоз — увеличение палочкоядерных форм до 2,5±0,6% против 1,0±0,1% в контроле (Я<0,05), лимфопения — 65,0±3,8% против 75,3± ±2,1% в контроле (Р<0,01), эозинопения — снижение абсолютного числа эозинофилов до 79,5± ±14,2 против 193,1 ±26,8 в контроле (Р<0,001). Отмеченные неспецифические изменения в крови (лейкоцитоз, эозинопения, лимфопения), по данным П. Д. Горизонтова, характерны для стадии мобилизации стресса.
Тестирование голодом в последующие периоды (90,120 сут) не выявило различий в реакциях контрольных и подопытных крыс: лимфопения и эози-нофилия в обеих группах на фоне содержания лейкоцитов в границах физиологической нормы.
Материалы собственных исследований позволяют сделать следующее заключение. Динамика изменений в системе крови, газовом составе и КЩР^ крови позволяет рассматривать их как адаптивно-приспособительную реакцию организма на длительное воздействие фенола. Полученные эксперимен-
тальные материалы выявили существенную роль системы кислородного обеспечения в формировании устойчивости организма к токсическому воздействию фенола.
Сочетанная оценка гематологических параметров, газового состава и КЩР крови может служить по-казателем состояния адаптнрованности и нормального функционирования организма.
Литература. Бабаскин П. М. — Лаб. дело, 1976, № 8, с. 487.
Горизонтов П. П.. — Арх. пат., 1973, № 8, с. 3—11. Иванов И. И., Коровкин Б. Ф., Маркелов И. М. Введение в клиническую энзимологию. Л., 1974, с. 195—196. Казначеев В. П. — В кн.: Адаптация человека в различных климатогеографических и производственных условиях. Новосибирск, 1981, т. 1, с. 5.
Кушаковский М. С. — В кн.: Ьиохимические методы исследования в клинике. Под ред. А. А. Покровского. М., 1969, с. 376—380. Миррахимов М. Н. — В кн.: Общие вопросы эколог, физиологии. Температура среды и энергетика животного организма в природе и эксперименте. Л., 1977, с. 26.
Плющев А. К-, Мелесова JI. М. — Гиг. и сан., 1980, № 6,
с. 53—55.
Рубина X. А., Романчук Л. А. — Вопр. мед. химии, 1961, № 6, с. 652—655.
Поступила 10.08.82
Summary. Following a long-term (120 days), inhala-tional exposure of rats to phenol at the concentration of 9.8—0.3 mg/m3, the animals developed functional disturbances indicative of the role oxygen provision plays in forming the organism's stability (adaptation) to the toxic exposure.
УДК 614.72:669.227.3|2]:С 13.155.3
Т. П. Ермаченко, Н. В. Гринь
МАТЕРИАЛЫ К ГИГИЕНИЧЕСКОМУ ОБОСНОВАНИЮ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ МАРГАНЕЦ-ЦИНКОВОГО ФЕРРИТА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ
Донецкий медицинский институт им. М. Горького
Целью настоящей работы явилось экспериментальное изучение биологического действия микроконцентраций марганец-цинкового феррита — железосодержащего сплава (Мп0-2п0-Рег03) и обоснование его предельно допустимой концентрации в воздушном бассейне населенных пунктов.
Исследования выполнены на 240 белых крысах-самцах, подвергавшихся ингаляционному воздействию оксифера в концентрациях: 1-я группа — 0,61 ±0,015 мг/м3, 2-я группа — 0,24 ±0,008 мг/м3, 3-я группа — 0,06±0,0017 мг/м3, 4-я группа — 0,014±0,0018 мг/м3. Пятая группа животных служила контролем. Динамическая круглосуточная ингаляционная затравка крыс проводилась в течение 4 мес в 200-литровых камерах, в которые воздух подавался в количестве 50 л/мин. Заданная концентрация аэрозоля в камерах обеспечивалась дозаторами пневмовибрационного типа. Содержание феррита в камерах определялось фотометрическим методом, основанным на улавливании аэрозольных частиц из определяемого объема воздуха, извлечении осадка способом «сухого» сжигания, растворении в соляной кислоте и определении розового комплексного соединения железа с О-фе-нантролином при рН 4,0 (3. Марченко).
Критериями общетоксического действия марга-нец-цннкового феррита служили масса тела, сум-мационно-пороговый показатель (СПП), содержание калия, натрия в плазме крови, кальция, фосфора в крови, общего белка и белковых фракций в сыворотке крови, БН-групп в крови, гемоглобина, эритроцитов, определение активности ферментов (каталазы крови, холинэстеразы сыворотки крови, трансамнназ в гомогенате легких), результаты лю-
минесцентной микроскопии лейкоцитов с измененным свечением ядра, а также данные патоморфоло-гических исследований.
Установлено, что ингаляционное поступление феррита в концентрациях 0,61 и 0,24 мг/м3 вызывало в течение первых 2 мес увеличение массы тела животных по сравнению с контролем. В 3-й группе крыс аналогичные изменения отмечены лишь после 4-месячного воздействия, в то время как вдыхание оксифера в концентрации 0,014 мг/м3 не сопровождалось отклонениями этого показателя в сравнении с контролем.
О состоянии центральной нервной системы (ЦНС) судили по величине СПП. Хроническая ингаляционная затравка марганец-цинковым ферритом вызывала у крыс 1-й и 2-й групп развитие тормозных процессов в ЦНС через 2 нед (соответственно 5,80±0,10 и 5,7±0,12 мВ в основных группах и 5,0±0,25мВ в контроле) и по истечении 1 мес от начала эксперимента (соответственно 4,8±0,21, 4,8±0,19 и 3,7±0,28 мВ). После кратковременной нормализации (2 мес затравки) вновь отмечалось стойкое развитие тормозных процессов в ЦНС. Результаты наших опытов согласуются с данными литературы о неблагоприятном влиянии марганца и его соединений на высшие функции головного мозга (Л. И. Котляревский; М. С. Толгская).
Учитывая химический состав оксифера и данные литературы о влиянии оксидов марганца на красную кровь (Н. В. Лазарев и Э. Н. Левина), мы исследовали содержание гемоглобина и эритроцитов в крови белых крыс в ходе ингаляционной затравки марганец-цинковым ферритом. Полученные результаты указывают на стимуляцию эритропоэза
