МИКРОБИОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИИ В НЕКОТОРЫХ БАРЬЕРНЫХ СИСТЕМАХ ОРГАНИЗМА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.017.2-06:614.7+814.7:612.017.2

Т. И. Боншиевская, Р. В. Меркурьева, И. С. Шатерникова, Н. Б. Кумпан, Т. Г. Гасанов, С. И. Долинская, Л. Ф. Астахова, Л. И. Бушинская,

3. М. Гасимова

МИКРОБИОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ В НЕКОТОРЫХ БАРЬЕРНЫХ СИСТЕМАХ ОРГАНИЗМА

НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва, Азербайджанский НИИ вирусологии, микробиологии и гигиены им. Г. М. Мусабекова Минздрава

Азербайджанской ССР (Баку)

Изучение приспособительных возможностей организма относится к одному из наиболее сложных и актуальных вопросов медицины и биологии. В последние годы в нашей стране и за рубежом этой проблеме уделяется все большее внимание. Известно, что длительное воздействие на организм факторов малой интенсивности способствует развитию приспособительных реакций, проявляющихся на различных уровнях биологической организации. Особый интерес представляет изучение механизмов и критериев оценки процесса адаптации, поскольку при установлении гигиенических нормативов необходимо учитывать возможность развития приспособления организма к действию различных факторов окружающей среды (Е. И. Люблина и соавт.; Р. В. Меркурьева и соавт.; Г. И. Сидоренко и Ю. И. Прокопенко; В. В. Косяков).

В какой степени индифферентны для организма изменения структуры и функции жизненно важных систем, в том числе барьерных, в процессе адаптации к токсическому воздействию, каковы их механизмы и морфобиохимические критерии оценки — вот тот круг вопросов, который требует разработки и анализа. Целью данной работы явилась расшифровка некоторых механизмов процесса адаптации организма к ксенобиотикам и установление на этой основе по морфофункци-ональным и биохимическим критериям приспособительных реакций его важнейших барьерных систем при гигиенической оценке химических факторов окружающей среды.

В эксперименте использовали половозрелых беспородных белых крыс-самцов с исходной массой тела 150—180 г. Животных подвергали непрерывному ингаляционному воздействию одного из загрязнителей атмосферного воздуха — 1,2-ди-хлорпропана (ДХП) в концентрации 10 мг/м3, близкой к пороговой. Через 5, 30 и 60 сут от начала воздействия исследовали легкие и печень— основные барьерные системы организма при ингаляции токсичных веществ.

В связи с тем, что барьерные функции лег-i ких обеспечиваются преимущественно за счет компонентов аэроэпителиального барьера, а печени— за счет гепатоцитов ретикулоэндотелиаль-ной системы (РЭС), изучению этих элементов уделялось основное внимание. Были проведены гистохимическое, морфологическое и электронно-

микроскопическое исследования. Параллельно ( помощью биохимических методов, описанных ра нее (А. А. Покровский и соавт.; И. Н. Романова и Л. Ф. Астахова), оценивали активность орга-неллоспецифических ферментов клеток легких и печени (лизосомальных — р-глюкозидазы, р-гало ктозидазы, арилсульфатазы; микросомальных— глюкозо-6-фосфатазы, инозиндифосфатазы; мито хондриальной — Н+-АТФ-азы), а также содержа ние биологически активного субстрата — Ы-аце тилнейраминовой кислоты в гомогенате и суб клеточных фракциях печени. Качественную и ко личественную характеристику приспособительны? изменений получали при помощи графического метода (М. А. Пинигин с соавт.) после специфи ческой нагрузки животных 0,6 г/кг ДХП.

Через 92 ч после нагрузки измеряли суммаци онно-пороговый показатель, величину поглощенш кислорода и проводили гексеналовую проб} (внутримышечно крысам вводили 0,15 г/кг вод

Таблица

Величины суммационно-порогового показателя, поглощен!« кислорода, длительности гексеналового сна и выживаемосп животных после предъявления специфической нагрузки (в % по сравнению с контролем)

Показатель Длительность ингаляции ДХП

5 30 45 60

Суммационно-по-

роговый пока-

тель:

до нагрузки 100,00 96,7 100,0 243,5

Я >0,05 >0,05 >0.05 <0,05

после нагрузки 122,6 69,4 79,5 175,1

Я >0,05 <0,05 <0.05 <0,05

Поглощение кис-

лорода:

до нагрузки 95,8 100,7 93,3 98,4

Р >0,05 >0,05 >0.05 >0,05

после нагрузки 98,6 115,4 107,8 94,4

Р >0,05 <0,05 >0,05 >0,05

Длительность гек-

сеналового сна

после нагрузки 101,7 88,3 67,7 156,4

Я >0,05 >0,05 <0,05 <0,01

Выживаемость жи-

вотных после

предъявления

нагрузки в до-

зе, равной ЛД5., 66,6 250,0 150,0 —

Я >0,05 <0,05 >0,05

Таблица 2

Результаты подсчета количества больших альвеолоцитов, альвеолярных макрофагов, активности окислительно-восстановительных ферментов и оценки ультраструктурной организации эпителиоцитов легких крыс при ингаляционном воздействии ДХП

Длительность воздействии. Количество в 100 клетках межальвеолярных перегородок Активность в клетках альвеолярных перегородок (усл. ед.) Количество альвеолоцитов с признаками повреждения ультраструктуры (среди 100 клеток »того типа)

сут

больших альвеолоцитов макрофагов сдг мдг Г-6-ФДГ больших дыхательных

Контроль 23,5±1,4 2,7±0,8 0,2±0,1 2,7±0,2 2,7±0,2 14 18

5 Р 30 Р 60 р 29,6±0,6 <0,01 27,8±0,9 >0,05 30,5±2,1 <0,05 7,1±0,6 <0,001 8,0±1,0 <0,01 8,3±2,1 <0,05 0,5±0,2 >0,05 0,5±0,0 <0,05 0,4±0,2 >0,05 3,3±0,2 >0,05 3,3±0,1 <0,001 3,0±0,2 <0,05 3,1±0,1 >0,05 2,5±0,2 <0,05 2,8±0,1 >0,05 37 20 64 36 17 36

ного раствора гексенала). Отдельным животным предъявляли нагрузку в виде ЛД50 ДХП с целью изучения их выживаемости. В работе использовали 78 контрольных и 78 подопытных крыс, статистические группы включали по 5—6 особей.

Как следует из табл. 1, наибольшая устойчивость к нагрузке наблюдалась у животных, подвергавшихся ингаляционному воздействию ДХП в течение 30 сут; при продлении затравки до 60 сут устойчивость их к нагрузке снижалась. Эти данные позволяют заключить, что через 30 сут эксперимента в организме крыс развиваются приспособительные изменения, а при более длительном воздействии (через 60 сут) его адаптационные возможности истощаются.

Изучение механизма приспособительных реакций, обеспечивающих повышенную устойчивость организма к продолжающемуся токсическому воздействию показало, что в элементах аэроэпн-гелиального барьера наблюдается увеличение количества больших альвеолоцитов и макрофагов, нарастание в клетках паренхимы активности окислительно-восстановительных ферментов (табл. 2), а также перестройка их ультраструк-гуры, свидетельствующая о высокой функциональной активности эпителиоцитов и альвеолярных фагоцитов. Параллельно интенсифицируется активность элементов гистогематического барье-эа, подтверждением чего являются субклеточные вменения эндотелия легочных капилляров и дыхательных альвеолоцитов (пролиферация орга-нелл, активация цитопемзиса).

Даже в период максимальной устойчивости организма (через 30 сут воздействия ДХП) выявлено увеличение по сравнению с контролем количества эпителиоцитов I и II типа с признаками повреждения их ультраструктурной организации (отек перинуклеарного пространства, митохонд-зий, плазматической сети — см. табл. 2). Этот факт, по-видимому, объясняется ускорением процессов физиологической регенерации клеточных

элементов органа в условиях повышенной функциональной активности (Д. С. Саркисов).

Одновременно в печени подопытных животных наблюдались синхронное увеличение ферментативной активности гепатоцитов, нарастание числа активных клеток РЭС (табл. 3), а на ультраструктурном уровне — увеличение количества и размеров митохондрий в гепатоцитах. Через 60 сут воздействия параллельно со снижением устойчивости животных к нагрузке были выявлены уменьшение количества элементов РЭС в печени, деструкция значительного количества митохондрий гепатоцитов, вакуолизация их цитоплазмы и эндоплазматической сети.

Таким образом, увеличение количества больших альвеолоцитов, активных альвеолярных макрофагов с нормальной структурой в легких, нарастание функциональной активности клеток РЭС и эпителиальных барьеров, в частности легких и печени, ускорение процессов физиологичес-

Таблица 3

Активность окислительно-восстановительных ферментов (в усл. ед.) в печени крыс при ингаляционном воздействии ДХП (гистоферментативный анализ) и динамика численности элементов РЭС (М±т)

Длительность воздействия, сут СДГ ЛДГ Среднее число клеток РЭС в 20 полях зрения при увеличении 10X40

центр дольки периферия долькн центр дольки периферия дольки

Контроль 3,3±0,4 4,5±0,3 4,7±0,4 4,2±0,4 19,4±1,1

5 Р 30 Р 60 р 3,0±0,0 >0,05 3,4±0,2 <0,05 3,2±0,1 <0,02 4,6±0,3 >0,05 4Д±0,3 <0,02 4,2±0,4 <0,01 4,9±0,2 >0,05 5,1±0,2 <0,05 3,3±0,1 <0,05 4,7±0,1 >0,05 4,7±0,2 <0,05 2,1±0,2 <0,01 23.2±1,9 >0,05 27,2±1,7 <0,001 24,7± 1,6 <0,05

Таблица 4

Активность ферментов микросом, лизосом, митохондрий печени крыс при ингаляционном воздействии ДХП (М±т)

Длительность воздействия, сут Микросомы Лизосомы ¿Митохондрии

глюкозо-6-фосфатаза ииозннди-фосфатаза, мкмоль Рн/мин на 1 г ткани Р-галактозидаза, мкмоль/мнн на 1 г ткани арилсульфатаза, мкмоль/мнн на 1 г ткани Н + -АТФ-аза. мкмоль Рн/ч на 1 мг белка

общая свободная 1 общая свободная общая свободная

Контроль 8,8±1,5 46,2±2,1 25,3±2,4 0,34±0,04 89±7,5 9,8±0,21 23,0±0,1 1,15±0,11

5 Р 30 Р 60 р 7,6±1,1 >0,05 7,7±0,6 >0,05 9,1±0,8 >0,05 60,0±4,5 <0,05 65,0±7,7 <0,05 62,0± 5,2 <0,05 29,4±2,3 >0,05 23,9±4,5 >0,05 32,5±2,8 <0,05 0,48±0,02 <0,05 0,48±0,04 <0,05 0,46±0,06 <0,05 74±7,1 >0,05 77±8,0 >0,05 80±9,8 >0,05 9,7±0,3 >0,05 9,6±0,2 >0,05 12,8±0,2 <0,001 19,6± 1,3 >0,05 46,0± 1,2 <0,001 36,2± 1,0 <0,001 2,23±0,31 <0,01 1,66±0,28 <0,05 2,56±0,25 <0,001

1 Здесь и в табл. 5: в % от общей активности.

Ь кой регенерации являются критериями развития приспособления организма к воздействию ксенобиотиков.

Биохимические исследования показали, что, несмотря на повышенную устойчивость организма к химическому воздействию, через 30 сут эксперимента наблюдается достоверное увеличение (в среднем на 41 % по сравнению с контролем) свободной, т. е. отражающей доступность фермента для субстрата активности глюкозо-6-фос-фатазы, прочно связанного с мембранами эндо-плазматической сети печени, что свидетельствует о лабилизации мембран микросом (табл. 4). Аналогичный эффект наблюдался и в отношении лизосом печени, поскольку свободная активность ^ арилсульфатазы была повышена в 2 раза против контроля. Параллельно отмечено увеличение активности и митохондриальной АТФ-азы в среднем на 44 %.

Через 60 сут воздействия ДХП выявлена еще более существенная ферментная дезорганизация изученных мембранных структур печени. Установлено повышение общей активности арилсульфатазы на 31 %, р-галактозидазы— на 35%,

инозиндифосфатазы — на 28 % и Н+-АТФ-азы в 2 раза. Обнаружено существенное увеличение концентрации Ы-ацетилнейраминовой кислоты во фракции митохондрий (на 63%; ЖО.О!) и еще более выраженное во фракции лизосом (в 4 раза; Р<0,001) печени крыс. В легких изменения ферментативной активности были выражены слабее, лабилизация мембран отмечалась лишь со стороны лизосом (по увеличению свободной активности арилсульфатазы, табл. 5), что, по-видимому, было связано с увеличением в ткани легких количества активных макрофагов.

Таким образом, результаты биохимического исследования показали существенную лабилиза-цию мембран внутриклеточных структур (микросом, лизосом, митохондрий) печени крыс, о чем свидетельствует статистически достоверное увеличение свободной активности прочно связанного с мембранами фермента микросом — глю-козо-6-фосфатазы, лизосом — арилсульфатазы и активности митохондриальной Н+-АТФ-азы через 30 сут воздействия ДХП. Обнаруженные изменения усугублялись при более длительном воздействии в течение 60 сут, когда отмечалось ис-

Таблица 5

Активность ферментов микросом, лизосом, митохондрий легких крыс при ингаляционном воздействии ДХП

Длительность воздействия, сут Микросомы Лизосомы Митохондрии

ннозиндифосфатаза. мкмоль Рн/мин на 1 г ткани Р-галактозидаза. мкмоль/мнн на 1 г ткани арилсульфатаза, мкмоль/мин на 1 г ткани Н+-АТФ-аза. мкмоль Рн/ч на 1 мг белка

общая свободная общая свободная

Контроль 2,5±0,28 0,37±0,03 68±4,1 4,5±0,2 21,7± 1,3 2,04±0,48

5 Р 30 Р 60 Р 2,1±0,24 >0,05 2,5±0,09 >0,05 2,2±0,3 >0,05 0,35±0,03 >0,05 0,58±0,2 <0,01 0,76±0,02 <0,01 80±5,4 >0,05 66±2,4 >0,05 71±2,7 >0,05 4,6±0,2 >0,05 7,8±0,07 <0,01 4,2±0,2 >0,05 21,1±1,2 >0,05 32,4±1,8 <0,01 38,8±1,2 <0,001 1,77±0,18 >0,05 2,53±0,54 >0,05 7,15±0,64 <0,001

тощение приспособительных возможностей организма.

Итак, сравнительные морфобиохимические исследования показали, что даже в период повышенной устойчивости организма к химическому агенту в клетках основных барьерных систем — печени и легких — обнаруживаются перечисленные выше изменения, которые в дальнейшем прогрессируют, приводя к снижению резистентности и развитию патологических сдвигов как на клеточно-тканевом, так и на организменном уровне биологической организации. Это позволяет заключить, что комплексные морфофункцио-нальные и биохимические исследования уже на ранних этапах неблагоприятного воздействия дают возможность без использования нагрузочных тестов расшифровать механизмы и определить информативные неспецифические критерии гигиенической оценки как приспособительно-компен-

Summary. Comparative morphobiochemical studies revealed alterations in the cells of the key barrier systems — the liver and the lungs even in the period of elevated resistance of the organism to a chemical agent. The above cellular changes progress,-bringing about a decreased resistance and the development of pathological disturbances both on the cellular, and on the organism levels of biological organization.

саторных реакций, так и патологических процессов в органах и тканях.

Литература. Косяков В. В. Качественная и количественная характеристика адаптационных сдвигов при ингаляционном, пероралыюм и комплексном воздействии бензола. Автореф. дис. канд. М., 1978. Люблина Е. И., Минкина Н. А., Рылова М. JI. Адаптация к

промышленным ядам как фаза интоксикации. Л., 1971. Меркурьева Р. В., Шатерникова И. С., А улика Б. В. и др.— В кн.: Гигиенические аспекты охраны окружающей среды. М„ 1976, вып. 4, с. 22—24. Пинигин. М. А., Маркарян А. С., Шурупова В. С. — В кн.: Фармакология. Химиотерапевтические средства. Токсикология. Проблемы токсикологии. М., 1973, т. 5, с. 120— 128.

Покровский А. А., Арчаков А. И.. Бурмантова Н. П. — Цитология, 1968, № 10, с. 1473—1478. Романова И. Н., Астахова JI. Ф. — В кн.: Митохондрии. Биохимические функции в системе клеточных органелл. М„ 1969, с. 23—26. Саркисов Д. С. — В кн.: Гомеостаз. Под ред. П. Д. Гори-

зонтова. М., 1976, с. 133—177. Сидоренко Г. И., Прокопенко Ю. И. — Вестн. АМН СССР, 1976, № 4, с. 13—22.

Поступила 29.03.82

Therefore, comprehensive morphofunctional and biochemical studies make it possible to identify the mechanisms and ascertain the informative nonspecific criteria for a hygienic evaluation of both adaptative-compensatory reactions, and pathological tissue and organ processes even at early stages of a harmful exposure, without using load tests.

УДК 628.3:628.3:628.541: (579.68 + 814.77

Л. Э. Эргашева, И. И. Ильинский

О ВЛИЯНИИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОМЫШЛЕННЫХ УЗЛОВ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПАТОГЕННЫХ ЭНТЕРОБАКТЕРИИ

В ВОДЕ И ПОЧВЕ

Узбекский НИИ санитарии, гигиены и профзаболеваний, Ташкент

В настоящее время в республиках Средней Азии, в частности в Узбекистане, особую остроту приобрела проблема охраны водоемов в районах расположения крупных промышленных узлов, где образуется большое количество стоков смешанного состава, содержащих патогенную микрофлору, яйца гельминтов, органические вещества и различные специфические ингредиенты химического загрязнения. Например, в сточных водах Навоийского промышленного узла присутствует до 23 специфических ингредиентов химического загрязнения, многие из которых не задерживаются полностью на сооружениях биохимической очистки, в связи с чем попадают в воду реки Зараф-шан и в почву полей орошения.

По данным литературы, химические соединения могут оказывать бактерицидное, бактериостатиче-ское или стимулирующее действие на водную и почвенную микрофлору, на характер и взаимоотношения биоценозов, ослаблять конкурирующую и биологически активную роль автохтонной мик-

рофлоры в отношении энтеропатогенных бактерий, что может привести к изменению интенсивности процессов бактериального самоочищения, к увеличению сроков выживаемости и циркуляции возбудителей кишечных инфекций (А. Н. Захар-кина и соавт.; Л. И. Бедарева; Ю. Н. Никитина, и др.).

Ранее нами были изучены степень загрязнения сточных вод промышленного узла (по химическим и бактериологическим показателям), эффективность существующей очистки, глубина проникновения и срок выживаемости патогенных энтеро-бактерий из рода сальмонелл и шигелл в сероземной и легкосуглинистой почвах полей орошения. При этом для сероземных почв предельная ^ глубина проникновения патогенных энтеробакте-рий достигала 25 см, а сроки выживаемости на данной глубине — 15 сут; для легкосуглинистых почв эти показатели составляли соответственно 50 см и до 15 сут.