Научная статья на тему 'ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ НА ГИДРОБИОНТАХ'

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ НА ГИДРОБИОНТАХ Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
18
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Э.И. Семененко, О.Ф. Филенко, С.Д. Сойнов, О.П. Дакильченко, Н.А. Тушмалова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The results of comparative sanitary-hygienic and toxicological studies of aqueous extracts from polyvinylchloride plasticates in hydrobionts are presented. A correlation between plasticate extract oxidation and motor activity, regeneration, and immobilization of hydrobionts is established. The possibility of using hydrobiontos as test objects for preliminary toxicological assessment of polymers is supported.

Текст научной работы на тему «ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ НА ГИДРОБИОНТАХ»

тнческие проблемы терморегуляции. — Новосибирск, 1982, —С. 243—244.

3. Бахилина И. М. // Физиол. журн. СССР.— 1967. — Т. 53, № 1, —С. 119—121.

4. Иванов К■ П. Кислородное голодание и температура ■ тела. —Л., 1968.

5. Иванов К■ П., Ткаченко Е. Я-, Якименко М. А. // Физиол. журн. СССР.— 1970. —Т. 56, № 10, —С. 1538—

{ 1443.

6. Иванов К■ П., Ткаченко Е. Я., Якименко М. А., Туманова А. М. // Там же.—1973, —Т. 59, № 12.— С. 1883—1888.

7. Иванов К. П., Ларюхина Т. М. // Там же. — 1975. — Т. 61, № 12, —С. 1805—1811.

8. Исаакян Л. А., Масленникова Л. С., Ольнянская Р. П., Трубицина Г. А. // Там же,— 1973. —Т. 59, № И,—

1 С. 1742—1749.

9. Кустов В. В., Тиунов Л. А.. Васильев Г. А. Комбинированное действие промышленных ядов. — М., 1975.

10. Кустов В. В., Литау В. Г. // Всесоюзная конф. по

экологической физиологии, биохимии и морфологии. — Фрунзе, 1977. —С. 412—413.

11. Кустов В. В., Обухова М. Ф., Остапенко О. Ф. Токсикология синтетических смазочных материалов. — М., 1977.

12. Кустов В. В., Литау В. Г. // Косм. биол. — 1979. — № 6. — С. 69—72.

13. Кушаковский М. С. Клинические формы повреждения гемоглобина. — Л., 1968.

14.Ларюхина Т. М. // Бюл. экспер. биол.— 1976. — № 3. — С. 286—289.

15. Sagawa S., Shiraki К, Konda N.. Nahayama Н. // J. Physiol. Soc. Jap. — 1982, —Vol. 44, №8—9.— P. 540—549.

Поступила 29.12.85

Summary. Adverse aniline and benzene effects on blood response and thermal regulation formed in the process of cold adaptation were established in a control sample of animals (rats).

УДК 613.298:678]-099+615.462.099

Э. И. Семененко, О. Ф. Филенко, С. Д. Сойнов, О. П. Дакильченко, И. А. Тушмалова, М. Д. Бресткина, Е. Ф. Исакова

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ НА ГИДРОБИОНТАХ

ВНИИ медицинских полимеров, Москва; МГУ им. М. В. Ломоносова

Применение полимерных материалов в фармацевтической и пишевой промышленности, для изготовления изделий медицинского назначения предусматривает их контакт с организмом непосредственно или в опосредованном виде, например при использовании полимеров в качестве упаковки лекарственных средств. В связи с этим разработка простых, надежных и достаточно чувствительных экспресс-методов, обеспечивающих адекватную оценку токсичности полимерных материалов в процессе производства из них разнообразных изделий, язляется актуальной задачей.

Экспресс-,методы токсикологическЪй оценки должны быть дешевыми, доступными, а их результаты должны коррелировать с результатами санитарно-химических исследований. Для этой цели удобны гидробионты — инфузории, гидры, дафнии, которые давно используются для оценки качества природных и сточных вод [1—3, 5], а также для экспресс-оценки лекарственных средств [7].

Водные организмы по сравнению с млекопитающими обладают такими важными для лабораторной практики качествами, как удобство содержания, малая стоимость и простота эксперимента, экспрессиость, возможность оценки мутагенных и эмбриотоксических последствий в короткий промежуток времени. Эволюционная отдаленность водных организмов от млекопитающих не является препятствием для их использования, так как в этом случае мы имеем дело с экологической системой, которая используется в качестве «датчика» для экспресс-оценки токсич-

ности с последующей окончательной проверкой на теплокровных животных. В литературе [4, 8, 10, 11] описаны методы, позволяющие быстро — в течение 4—7 сут — и.с хорошей воспроизводимостью оценить токсичность полимерных материалов или изделий, а также низкомолекулярных соединений, которые могут мигрировать из полимера в контактную среду. Они основаны на применении в качестве тест-объекта инфузории Те^аЬутепа руготне и других культур. Достоинством указанных методов [4, 9] является возможность автоматизации эксперимента.

Целью настоящей работы было выяснение возможностей и способов использования водных организмов в качестве тест-объектов для отборочной экспресс-оценки токсичности полимерных материалов и изделий из них.

Проведены санитарно-химические и токсикологические (на гидробионтах) исследования водных вытяжек из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката медицинского назначения марки ПМ-742-

Данный полимер содержит смолу С-70, пластификатор диоктилфталат, антиоксидант, стабилизатор, эпоксидирозанное соевое масло, т. е. отличается сложным качественным составом. Хро-матографический анализ водных вытяжек из этого материала весьма сложен, так как в модельную среду часто мигрируют не только пластификатор и антиоксидант (количества которых не превышают 0,001—0,01 мг/л), но и другие низкомолекулярные соединения, состав которых в настоящее время еще не полностью рас-

шифрован. В основном это продукты термодеструкции, образующиеся при переработке ПВХ-пластиката при температуре 180—190°С (экструзия, литье и т.д.). Поэтому в санитарно-хими-ческом анализе нами использованы широко применяемые в настоящее время интегральные методы, позволяющие определить общее содержание органических соединений (окисляемость) и концентрацию непредельных органических соединений (бромируемость).

Миграция потенциально токсичных низкомолекулярных соединений в контактную среду — дистиллированную воду — оценивалась по величине окисляемости при определенном соотношении между площадью поверхности, полимера и объемом воды (S/V), времени контакта 1—3 сут и температуре 20°С.

Для исследования влияния водных вытяжек из ПВХ-гранул на гидрах (Hydra Attenuata) и инфузориях (Spirostomum ambiguum major) навески полимера массой 2,5, 5,0, 10 и 20 г помещали в стеклянные колбы с притертой пробкой, содержащие по 50 мл дистилированной воды, что соответствовало S/V = 0,5, 1, 2 и 4. Экстракция водных вытяжек проводилась в течение 1-х и 3-х суток при комнатной температуре, после чего ПВХ-гранулы отделяли от экстракта. Для проведения теста на инфузориях из каждой колбы отбирали по 10 мл водной вытяжки и помещали в бюксы с притертой пробкой. Затем добавляли маточный раствор солей, в 1 мл которого содержится 0,2мг KCl, 0,35 мг NaHCOa, 0,25 мг MgCl2 0,25 мг СаСЬ и 1,75 мг NaCl. При внесении в бюксы по 0,2 мл маточного раствора концентрация солей в них соответствовала концентрации этих веществ в стандартной среде, применяемой при культивировании инфузорий. Для приготовления на основе водной вытяжки из ПВХ-гранул стандартной среды для культивирования Hydra Attenuata к 40 мл экстракта, оставшегося в каждой колбе, добавляли по 4 мг NaHC03 и по 2 мг СаС!2, MgCl2 и трилона Б. При проведении опытов с дафниями колбы с гранулами заливали 250 мл отстойной водопроводной воды. После настаивания в течение суток вытяжки из каждой колбы сливали в химические стаканы.

Изучение токсического действия водных вытяжек из ПВХ-пластиката на дафний (Daphnia magna Straus) проводилось по методике Н. С. Строганова и Л. В. Колосовой [6]. Трехдневных рачков из лабораторной синхронной культуры в количестве 10 особей на 80 мл раствора помещали в водные вытяжки с различными значениями S/V и в чистую воду (контроль). Опыты ставили в 3 повторностях, длительность наблюдений 72 ч. Рачки получали в качестве корма хлореллу в концентрации 600 тыс. клеток в 1 мл раствора или воды. В ходе опыта наблюдали за изменением физиологического состояния дафний (поведение, выживаемость, линька).

При изучении влияния водных вытяжек на

жизнедеятельность и двигательную активность Spirostomum ambiguum major в бюксы, содержащие 10 мл экстракта, помещали по 20 инфузорий, находившихся ранее в бюксе с 10 мл обычной среды. Результаты учитывали через 24 ч пребывания спиростом в исследуемом растворе. Фиксировали изменение внешнего вида и уменьшение их числа в бюксах с исследуемыми водными вытяжками из ПВХ-гранул. Для определения двигательной активности спиростом по 1 особи помещали в специальную камеру из оргстекла вместимостью 0,02 мл. После 5-минутной адаптации к новым условиям в течение следующих 5 мин учитывали число пересечений спиро-стомой линий координатной сетки, нанесенной на окуляр микроскопа. Результаты опыта обрабатывали статистически.

Для изучения влияния водных экстрактов различной концентрации на жизнедеятельность и регенерацию гидр у 50 взрослых, непочкующихся животных с одинаковым уровнем пищевой возбудимости (последнее кормление за сутки до опыта) отсекали дистальную часть тела — стебелек с подошвой. Для этого гидру в капле среды помещали на предметное стекло в поле зрения объектива микроскопа МБС-1 и при помощи микроманипулятора стеклянной палочкой толщиной 150 мкм животное прижимали к стеклу. При этом волосок располагали поперек тела гидры на границе стебелька и гастральной области. Проведя стеклянной иглой вдоль волоска, отсекали дистальную часть тела. Оперированных животных помещали в бюксы (по 10 в каждую), содержащие по 20 мл экстракта из ПВХ-гранул, приготовленного при вышеуказанных значениях S/V. Контролем служили 10 оперированных гидр, помещенных для регенерации в бюксу, содержащую 20 мл обычной (для гидр) среды. Результаты учитывали визуально (критерием регенерации служило прикрепление гидр к субстрату) через 24, 48 и 72 ч после помещения животных в исследуемые растворы.

В санитарно-химическом эксперименте установлено, что на окисляемость водных вытяжек из ПВХ-пластиката, приготовленных при 20°С и времени настаивания 3 сут, сильно влияет величина S/V (рис. 1). Так, при S/V, равном 8, значение окисляемости достигает 45—50 мг/л 02. При проведении параллельных биологических исследований на гидробионтах мы ставили задачу выявления безвредного уровня окисляемости, а также границ токсического воздействия вытя-. жек на гидробионтов.

В результате проведенных испытаний установлено, что водные вытяжки, полученные после 24 ч экстракции при S/V, равном 0,5, не оказывали влияния на выживаемость, морфологию и двигательную активность инфузорий, при S/V, равном 1 и 2, отмечено статистически достоверное уменьшение их двигательной активности, при S/V, равном 4, у большей части инфузорий пол-

Рис. 2. Зависимость двигательной активности инфузорий от величины окисляемое™ водных вытяжек из ПВХ-пластиката. По оси абсцисс — окнсляемость (в мг/л 02); ио оси ординат — двигательная активность (число пересечений линий визира окуляра за 15 мин). Пунктирная линия — контроль.

Рис. 1. Зависимость окисляемости водных вытяжек из

ПВХ-пластиката от величины S/V. По осн абсцисс — соотношение между площадью поверхности полимера и объемом воды (S/V); по оси ординат — показатель окисляемости (в мг/л 02).

ностыо отсутствовали поступательные движения, а у остальных спиростом двигательная активность была резко снижена (рис. 2). Часть инфузорий при этом приобрела шаровидную или овальную форму либо форму вытянутой капли.

Через 24 ч после начала опыта подошва не регенерировала ни у одной гидры контрольной группы, через 48 ч регенерировала у 8 особей, через 72 ч — у 10. Через 24 ч экспозиции в экстракте из 5 г ПВХ (S/V = 0,5, показатель окисляемости 9 мг/л 02) регенерации подошвы не наблюдали, отмечалось некоторое укорочение щупалец. Через 48 ч подошва регенерировала у 8 животны (как и в контрольной группе), но щупальца были несколько укорочены. Через 72 ч подошва регенерировала у 9 животных, однако щупальца оставались укороченными. Экспозиция в экстракте из 10 г ПВХ (S/V=l, показатель окисляемости 15 мг/л 02) вызывала у гидр укорочение щупалец, появление на их концах булавовидных утолщений. Эти явления были более выражены через 24 и 48 ч после начала опыта. Через 72 ч щупальца были укорочены, булавовидные утолщения исчезли. Подошва регенерировала у 6 особей через 48 ч и у 10 через 72 ч. Экстракт из 20 г ПВХ (S/V = 2, показатель окисляемости 20 мг/л 02) вызвал значительное укорочение щупалец, появление на их концах выраженных булавовидных утолщений. Эти явления отмечались на протяжении всего периода наблюдений, однако через 72 ч было заметно некоторое улучшение состояния щупалец — булавовидные утолщения к концу опыта имелись не у всех гидр. Регенерация подошвы у этих животных была существенно за,медлена по сравнению с контрольной группой — через 48 ч подошва регенерировала только у 2, через 72 ч — у всех 10 особей. Экстракт из 40 г ПВХ (S/V = 4, показатель окисляемости 33 мг/л 02) обладал выраженным токсическим действием. Через 24 ч щупальца у гидр были резко сокращены, на концах имелись булавовидные утолщения. У 1 особи щупальца лизировались. Через 48 ч 1 гидра

полностью лизировалась, у остальных растворились все щупальца. Через 72 ч у части животных появились признаки восстановления щупалец. Регенерация подошвы не отмечена ни у одного животного этой группы за весь период наблюдения.

Полученные данные свидетельствуют о том, что при показателе окисляемости свыше 20 мг/л 02 исследуемые вытяжки обладают выраженным токсическим действием на гидр (отсутствие регенерации более чем у 50 % особей).

В опытах на дафниях через 2 ч воздействия водных вытяжек отмечено налипание частиц'кор-ма (хлорелла) на харапакс, антенны и грудные ножки животных, причем эти явления были сильнее выражены при больших значениях S/V. Позднее (через 3—4 ч) при S/V, равном 2 и 4, и показателе окисляемости, равном 20 и 33 мг/л 02 соответственно, у дафний нарастали симптомы отравления: фильтрационный аппарат был сильно забит частицами корма, в кишечник пища не поступала, и на всем протяжении он был прерывисто заполнен светлоокрашенным содержимым. Воздействие водных вытяжек на органы передвижения приводило к тому, что дафнии переставали активно плавать в толще воды и опускались на дно стакана. Эти же симптомы при меньших значениях S/V проявлялись позднее. Как видно из данных, приведенных в таблице, иммобилизация дафний наступала при всех изученных значениях S/V и наблюдалась длительный период вплоть до полной гибели тест-объекта.

В процессе проведения эксперимента нами было отмечено, что воздействие водных вытяжек из ПВХ-пластиката на дафний приводило к торможению процесса линьки. В водных вытяжках при S/V, равном 0,5 и 1, и показателе окисляемости 9—15 мг/л 02 число линек было снижено в 2 раза по отношению к контролю, при больших значениях S/V линька отсутствовала. Иммобилизованных особей из водных вытяжек с S/V, равным 0,5, переносили после окончания опыта в чистую воду и наблюдали их выживаемость через сутки. Она составила не более 3,3% от контроля. По-видимому, компоненты полимерного материала (низкомолекулярные органические соединения), мигрирующие в воду, приво-

Влияние показателя окисляемости водных вытяжек из ПВХ-пластикатов на жизнедеятельность дафнии

Показатель окисляемости, мг/л О, Время иммобилизации, ч Количество сброшенных караОак-сои в пересчете на 1 дафнию

ЕТ60 ET 100

Контроль 1,7

10 15 20 27 40 17 5 1,5 71 47 23 2 0,8 0 0 0

Примечание. Продолжительность жизни тест-объ-екта в лабораторных условиях в обычной воде (контроль) более 30 сут; ETS0, ЕТ100—время иммобилизации соответственно 50 и 100 % дафний.

дят к нарушению двигательной активности тест-объекта, а также процессов дыхания, пищеварения и линьки.

Таким образом, результаты тестирования водных вытяжек из исследованного полимерного материала на гидрах показали, что при окисляемости, превышающей 25 мг/л 02, эти вытяжки обладают выраженным токсическим действием и вызывают нарушения регенерации более чем у 50 % особей. В опытах на спиростомах граница токсического воздействия водных вытяжек на двигательную функцию тест-объекта также находится в диапазоне S/V, равном 1—2, что соответствует окисляемости 15—23 мг/л 02 и коррелирует с данными, полученными на гидрах.

Отрицательное воздействие водных вытяжек на двигательную активность и линьку дафний также проявляется при S/V, равном или более 1 (окисляемость 15 мг/л 02 и более). При этом токсическое воздействие вытяжек на гидробион-тов данного вида более выражено по сравнению с другими видами, что говорит о его большей чувствительности к экстрактам из ПВХ-пласти-ката.

Выводы. 1. Показана принципиальная возможность проведения экспресс-токсикологического анализа полимерного материала медицинско-

го назначения с использованием в качестве тест-объектов гидробионтов.

2. Получены предварительные данные о корреляции между результатами санитарно-химиче-ских и биологических испытаний полимерного материала на 3 различных видах гидробионтов. Установлена зависимость между степенью токсического действия водных вытяжек из ПВХ-пла-стиката и их окисляемостью.

3. Изучение корреляции между санитарно-хи-мическими и экспресс-токсикологическими параметрами может стать основой для прогнозирования гигиенических свойств полимерных материалов и изделий из них.

Литература

1. Алексеев В. А. // Теоретические проблемы водной токсикологии. — М.. 1983.— С. 141—148. '

2. Бресткина М. Д., Тушмалова Н. Л., Данильченко О. П. // Теоретические вопросы биотестирования. — Волгоград, 1983.— С. 133—137.

3. Данильченко О. П.. Тушмалова И. А. // Там же.— С. 127—130.

4. Еськов А. П., Каюмов Р. И., Лутецкий А. С. и др. // Гиг. и сан,— 1985. —№ 1, —С. 62—64.

5. Ирлина И. С., Этлин С. Н. // Симпозиум протозооло-гов «Экология морских и пресноводных простейших»: Тезисы докладов. — Саласпилс, 1984. — С. 39—41.

6. Строганов Н. С., Колосова Л. В. // Методы биологических исследований в водной токсикологии. — М., 1971. —С. 210—216.

7. Шашина Л. Ф„ Иванов В. М., Любимов Б. И. // Фар-макол. и токсикол. — 1985. — №3. — С. 107.

8. Nillson J. R. Ц J. Protozool. — 1977, —Vol. 24, N 2.— P. 275—283.

9. Rasmussen L.. Cohl К H. et al. 11 Ibid. — 1974. — Vol. 21, N 4, —P. 552—555.

10. Schults Т., Dumont J. // Ibid. — 1977. — Vol. 24, N 1,— P. 164—172.

11. Schults T. et al. // Ibid. — 1978. — Vol. 25, N4,— P. 502—509.

Поступила 27.05.86

Summary. The results of comparative sanitary-hygienic and toxicological studies of aqueous extracts from poly-vinylchloride plasticates in hydrobionts are presented. A correlation between plaslicate extract oxidation and motor activity, regeneration, and immobilization of hydrobionts is established. The possibility of using hydrobiontos as test objects for preliminary toxicological assessment of polymers is supported.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.