CC BY
5
метрическим и гистохимическим показателям, от-ражают зависимость концентрация — время, что открывает перспективы ускоренного нормирования веществ в атмосферном воздухе на основе использования структурно-функционального анализа; различный угол наклона прямых характеризует чувствительность морфологических показателей.
Выводы. 1. Структурно-функциональный анализ печени при действии CCI.) и НДМА и сен-сомоторной коры головного мозга при ингаляции СО показал независимо от уровня воздействия веществ одинаковую направленность морфологических изменений в отношении их характера и локализации при наличии некоторых относительно специфических признаков и различий степени выраженности реакций, связанных с уровнем воздействия.
2. При воздействии СО срок возникновения изменений в сенсомоторной коре головного мозга по морфометрическим и гистохимическим показателям изображается в виде прямых на сетке с логарифмическими делениями. Углы наклона прямых графика зависимости доза — время, построенного по морфологическим показателям, от-
ражают степень чувствительности показателей, 3. Однонаправленность морфологических изменений, возникающих под влиянием ССЦ, НДМА и СО в острых и хронических опытах, их подчиненность зависимости доза — время свидетельствуют о возможности прогнозирования биоэффектов хронического воздействия этих веществ по результатам острого эксперимента.
Литература
1. Бонашевская Т. И., Беляева Н. И., Булочникова Е. К-и др. —Гиг. и сан., 1979, № 11, с. 68—70.
2. Бонашевская Т. И., Пинигин М. А., Тарасова К. И., Некрасова Г. И.— Там же, 1977, № 12, с. 27—31.
Поступила 06.11.85
Summary. Hcpato- and neurotoxicity studies with carbon tetrachloride, nitrosodimethylamine and carbon monoxide showed a possibility of extrapolating data from subacute to chronic experiments on the basis of morphologic investigations. Specific characteristic changes related to exposure level were established. The onset of morphologic changes in concentration/time studies is plotted in the form of straight lines on the logarithmic scale. This shows that fundamentally it is possible to predict the biologic effects on the basis of morphologic parameters.
УДК 616.24-003.656.6+616.233-С02-003.661-092.9
Л. Т. Еловекая, Ю. Т. Капитанов, В. В. Яглов, Э. А. Григорян, В. Н. Дружинин, Г. Н. Васильева, Л. М. Купина, Ю. М. Демин, К. Е. Кирьянов, Ю. А. Лощилов
МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПНЕВМОКОНИОЗА И ПЫЛЕВОГО БРОНХИТА ПРИ ИНГАЛЯЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ПЫЛИ
НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, Москва
Моделирование в эксперименте естественного аэрогенного пути поступления промышленных аэрозолей и применение воспроизводимых моде-лей пневмокониоза и пылевого бронхита необхо-г димы при разработке гигиенической классификации разнообразных промышленных пылей, гигиенического нормирования новых и малоизученных аэрозолей, дальнейшего решения вопросов патогенеза пиевмокониозов и пылевых бронхитов, а также для экспериментальной оценки эффективности лечебных и профилактических средств. Унификация требований к условиям воспроизведения моделей экспериментального пневмокониоза и пылевого бронхита, введение единых критериев оценки ответной реакции организма на одинаковое воздействие стандартизованной кварцевой пыли позволяют на основе изучения зависимости доза — эффект в большей мере использовать принцип сравнительной патогснности. При этом комплексная (рентгенологическая, морфологическая, биохимическая) оценка изменений, возникающих в организме экспериментальных животных, дает возможность сопоставить их с
клиническими проявлениями и динамикой развития патологического процесса при воздействии пыли, а также выявить и дифференцировать общие закономерности взаимодействия пылевых частиц с организмом, одновременно уточняя биологическую значимость дисперсного состава пыли.
Одним из важных условий воспроизведения ингаляционной модели экспериментального пневмокониоза и пылевого бронхита является подготовка пыли. В качестве стандартизованной модели предлагается модель экспериментального пневмокониоза, развивающегося от воздействия пыли молотого кварца марки ПК-3 Люберецкого карьера (ГОСТ 9077—59, содержание БЮ, 98 %, плотность 2,65 г/см3, масс-медианный аэродинамический диаметр — ММАД 24±0,6 мкм, счетный медианный аэродинамический диаметр — СМАД 2,3±0,1 мкм, стг 2,42). Подготовка пыли к эксперименту заключается в получении пыли, например воздушной сепарацией с размером частиц, ориентировочно соответствующих размерам частиц, наблюдаемым в произвольных условиях:
Коэффициент задержки частиц пыли по массе в зависимости от ММАД при оё = 3
ММАД Коэффициент задержки, % ММАД Коэффициент задержки, %
1 25 15 7
3 15 20 6
5 11. 30 5
10 8 40 4
50 3,5
ММ АД 15-20 мкм, ММД 9,2-12,3 мкм (ав 2,5), СМАД 1,3 мкм.
Для осуществления модели экспериментального бронхита используется грубодисперсная фракция порошка молотого кварца той же марки с ММАД частиц 50 мкм. Для выделения грубо-дисперсной фракции пыли исходную кварцевую пыль подвергают обработке путем отвеивания тонкодисперсной фракции или осаждением гру-бодисперсной фракции в воде. Применение грубой пыли способствует быстрому (к 6 мес от начала воздействия) развитию пылевого бронхита без существенных изменений в респираторной области легких, так как коэффициент задержки частиц в легких с ММАД 50 мкм равен 0 при Ов 1,2 и не превышает 0,05 при ае 4,5. Дисперсность пыли контролируется микроскопически.
Плотность и дисперсность пыли (эти две характеристики опосредуются в значении ММАД) определяют степень осаждения пыли на различных морфофункциональных уровнях дыхательного тракта (носоглотка, трахеобронхиальный отдел и респираторная область легких). Поэтому важное значение для развития пневмокониотиче-ского процесса имеет коэффициент задержки пыли в легких. В табл. 1 для ориентировки приведены данные о зависимости этого коэффициента от ММАД при сгй, равном 3. Для приведенных выше характеристик использованного нами кварца коэффициент задержки частиц в легких крыс равен 10 %.
При воспроизведении экспериментальной модели пневмокониоза длительность ингаляционного воздействия должна обеспечить накопление в легких животных не менее 20 мг пыли. Это означает, что при коэффициенте задержки пыли равным 8—12 %, ингаляция должна проводиться ежедневно, кроме выходных и праздничных дней, в течение 9 мес (273 сут). Предпочтительна продолжительность ингалирования животных в течение суток, равная 5 ч, при концентрации пыли в ингаляционных камерах 50 мг/м3. При невозможности обеспечить поддержание постоянной концентрации на уровне 50 мг/м3 в течение 5 ч допустимо уменьшение длительности ингалирования при соблюдении пылевой нагрузки на легкие. Так если продолжительность ингалирования уменьшается в 10 раз (до 30 мин), то концентрация пыли в
камерах должна быть увеличена тоже в 10 раз (до 500 мг/м3). Пылевая нагрузка (ПН) рассчи- 1 тывается по формуле 45
где С — концентрация пыли в ингаляционной камере (в мг/м3); I — длительность ингаляционного воздействия (в сут); — легочная вентиляция животных за время ингалирования (в м3/сут).
В некоторых ингаляционных установках пыль в камеру подается снизу. В этом случае необходимо обеспечить поступление в зону дыхания животных частиц пыли с ММАД по крайней мере не менее 10 мкм. Скорость воздуха (в сантиметрах за 1 с), увлекающего с собой частицы пыли в ингаляционные камеры, рассчитывается по формуле:
V = 3-10-3р-й2,
где р — плотность частицы пыли (в г/см3); й — диаметр (в см); 3-10 — расчетный коэффициент (в см2).
При расчетах по этой формуле не учитывается отклонение формы частиц от шарообразной. Пре-небрежение поправкой является своеобразным коэффициентом запаса на реальную геометрию частиц.
При воспроизведении экспериментальной модели пылевого бронхита длительность ингаляционного воздействия должна быть не менее 6 мес (ежедневно, кроме нерабочих дней).
Контроль за накоплением пыли в легких животных в модели экспериментального пневмокониоза имеет своей целью соблюдение условий, позволяющих получить к концу ингалирования определенную массу пыли в легких животных. Контроль заключается в определении массы пыли, накопившейся в легких животных через 1,3, 6 и 9 мес после начала затравки. В каждый из указанных сроков следует умервщлять 6—8 животных. Прогнозировать накопление пыли в легких во время ингаляционного воздействия мож- _ но путем расчетов по формуле: ^
д(1)= (1 — е )>
где д(() — масса пыли (в мг) в легких через промежуток времени после начала ингалирования; X — постоянная выведения медленно выводящейся фракции пыли из легких (для кварцевой пыли она равна 7-Ю-3 сутки-1); 0,6 — доля медленно выводящейся фракции в общей массе пыли; г] — коэффициент задержки пыли в легких (в %).
Коэффициент задержки пыли в легких может быть установлен по результатам определения массы пыли в легких животных за время 5-часовой однократной ингаляции.
<7(0 С<2
где I = 1 сут.
Количество иыли в легких после прекращения А ингаляционного воздействия можно прогнозиро-^вать путем расчетов по формуле:
9 (0 = <7 (273) е-'
где ^(273) — масса пыли (в мг) в легких к моменту окончания ингалирования (через 273 сут).
При оценке биологических изменений целесообразен указанный комплексный подход, включающий применение морфологических, биохимических, рентгенологических методов, направленных на получение исчерпывающей характеристики патологического процесса, развивающегося как в респираторном отделе легких, так и в воздухоносных путях. В качестве наиболее полной и приемлемой схемы морфологического изучения респираторного отдела легких может быть рекомендована следующая: описание содержимого в полости альвеол (наличие или отсутствие детрита, свободных пылевых частиц, макрофагов с фагоцитированной пылью, дистрофических изменений макрофагов), установление наличия или от-£ сутствия эмфиземы, утолщений межальвеоляр-ных перегородок, определение клеточного состава инфильтрата межальвеолярных перегородок (клетки моноцитоидного ряда, лимфоциты, тучные клетки, кониофаги и характер их распределения, формирование гранулем). Для оценки морфологической степени зрелости силикотиче-ской гранулемы в ее гистогенезе можно условно выделить следующие стадии: I стадия — гранулема в основном представлена гистиоцитами и макрофагами с фагоцитированными частицами кварца, большими и малыми лимфоцитами, тканевыми базофилами (клеточно-пылевой очажок); II стадия — помимо макрофагов, в гранулеме содержатся фибробласты и фиброциты. Для данной стадии характерно появление коллагеновых волокон, составляющих примерно 30 % объема гранулемы; III стадия — увеличение количества коллагеновых волокон, которые составляют 50 % ^массы гранулемы; IV стадия — содержание в основном клеток фибробластического ряда, немногочисленных макрофагов при максимальном развитии коллагеновых структур.
О морфофункциональном состоянии воздухоносных путей судят по изменениям в мерцательном эпителии трахеи и бронхов, при этом учитывают гипертрофию или атрофию эпителиального слоя, гиперплазию бокаловидных клеток и содержание в них слизистого секрета (нейтральных гликозамингликанов), сократимость мерцательных ресничек, дистрофические изменения в эпителиальных клетках, метапластические перегородки. Важно обращать внимание на изменения базальной мембраны эпителия слизистой оболочки трахеи и бронхов: утолщение, гомогенизацию, стертость границ, тинкториальные свойства, расслоение. При описании нарушений в рыхлой соединительной ткани собственного слоя слизистой
оболочки трахеи и бронхов следует различать отечность, инфильтрацию клеточными элементами, разрастание или гибель эластических волокон, разрастание коллагеновых волокон, степень выраженности склеротических изменений. Изменения, наблюдающиеся в слизисто-белковых железах собственного слоя слизистой оболочки, рекомендуется представлять по следующей схеме: гиперплазия концевых отделов, содержание секреторного продукта, атрофические изменения концевых отделов, расширение выводных протоков, кистозное перерождение желез.
Рентгенодиагностика силикотического процесса в легких базируется на выявлении теней силико-тических узелков различного размера на фоне интерстициальных изменений диффузного характера. Рентгенография должна осуществляться в двух взаимно перпендикулярных проекциях с использованием стандартной рентгеновской пленки без применения усиливающих экранов (с целью уменьшения расстояния объект — пленка) при следующих физико-технических условиях: напряжение на трубке 48 кВ, экспозиция 0,08 с, фокусное расстояние 20 см. Выбор указанных параметров обеспечивает получение сравнительно качественных негативов при стандартной лабораторной обработке. Для устранения возможной динамической нерезкости изображения животных обездвиживают с помощью рауш-наркоза эфиром. Трансформация легочного рисунка на рентгенограммах легких* крыс в период формирования силикотического процесса незначительна, поэтому диагностируется с известной долей вероятности. Решение этого вопроса связано с проблемой улучшения качества рентгенограмм и повышения их информативности.
Для улучшения качества исследования рекомендуем пользоваться острофокусной рентгеновской трубкой, безэкранными бумажными кассетами, изготавливать контактные отпечатки с так называемого «суммированного негатива». В процессе получения суммированного негатива и отпечатков с него коррекцию оптической плотности пленки следует осуществлять с помощью декси-тометрии, осуществляемой с помощью денситометров и микрофотометров, а также стандартных эталонов плотности.
Использование комплекса описанных методических приемов позволяет с большей достверно-стью судить о трансформации легочной структуры.
Плотность любого участка рентгенограммы характеризуется коэффициентом оптической плотности, в частности, измеренным относительно толщины выбранного участка. Коэффициент оптической плотности рассчитывается по формуле:
где и о — искомая оптическая плотность; ¡7,. — оптическая плотность 1 мм2 участка рентгено-
граммы; Uv — оптическая плотность вуали; Н — толщина легочной ткани (в мм) в месте измерения, определяемая по боковой рентгенограмме.
При воздействии пыли на легкие в зависимости от степени ее агрессивности, режимов ингаляции, состояния макроорганизма и др. могут развиться бронхит, эмфизема, лимфоаденопатия, ателектаз и иные изменения даже при отсутствии заметной трансформации легочного рисунка. Степень развития эмфиземы поддается объективизации также путем определения коэффициента оптической плотности на рентгенограммах, но этим не ограничивается. Изменяются, а следовательно, могут быть оценены и ее косвенные признаки путем измерения переднезаднего размера грудной клетки, ширины межреберных промежутков, степени развернутости эпигастрального угла. Размер лимфатических узлов и участков ателектаза также может быть оценен соответствующими измерениями.
Рентгенологическая картина силикоза у экспериментальных животных (крыс) определяется наличием на рентгенограммах теней мелкоузелкового, узелкового характера на фоне склеротических изменений диффузного характера. Степень выраженности процесса условно может быть разделена на 3 стадии. Для I стадии характерно наличие на рентгенограммах обоих легких немногочисленных теней мелких узелков различной плотности с умеренной реакцией со стороны корней и плевры. II стадия отличается от предыдущей более четкой картиной развития узелкового процесса: число узелков значительно возрастает, они становятся плотнее и крупнее, реакция корней и плевры также становится более выраженной. В III стадии имеется картина, обусловленная появлением массивных полей фиброза за счет укрупнения узелков и их слияния; при этом фиброзные поля нередко чередуются с участками просветления вследствие развития буллезной эмфиземы. Корни, как правило, расширены и значительно уплотнены, с выраженными плеврально-диафрагмальными и плевропери-кардиальными сращениями.
Анализ количественных биохимических показателей и сопоставление их с гистологическим и рентгенологическими (преимущественно качественными) изменениями могут помочь при проведении клинико-экспериментальных параллелей.
Развитие пневмокониотического процесса рекомендуется оценивать по следующим показателям: абсолютным и относительным (на 100 г массы тела животных), массе сырых и высушенных легких и трахеобронхиальных лимфатических узлов, количеству суммарных липидов в высушенных легких и лимфатических узлах, экстрагируемых эфиром в аппарате Сок-
слета, содержанию гликозамингликанов (по гексуроиовым и сиаловым кислотам) yr-j, леводным компонентам основного вещества сое-1^ динительной ткани легких, содержанию суммарного оксипролина в гомогенатах сухой ткани легких и лимфатических узлов по методу Н. Stegemann Для характеристики периброн-хиального и интерстициального фиброза рекомендуется определение оксипролина в тщательно разделенных гомогенатах мелких бронхов и ин-терстиция.
Для получения дополнительной информации целесообразно также изучение альвеолярного фагоцитоза в промывных водах дыхательных путей.
В связи со спецификой формирования и течения пылевого бронхита, которая заключается в нарастающей гиперплазии и гиперсекреции бел-ково-углеводных желез на фоне постепенного склерозирования стенки бронхов, рекомендуется изучить в динамике следующие биохимические показатели: содержание белка в промывных водах дыхательных путей (по Лоури) в различные сроки эксперимента, количество в них углеводных компонентов (кислых и нейтральных муко-.£ полисахаридов) по гексуроновым и сималовым кислотам, уроьень оксипролина в высушенном, хорошо очищенном гомогенате бронхиального дерева.
Кроме того, требуются данные о биохимических показателях, свидетельствующие об отсутствии или наличии фиброзного процесса, протекающего непосредственно в интерстиции легких.
Использование предлагаемых моделей экспериментального пневмокониоза и пылевого бронхита позволяет на основе сопоставления симпто-мокомплексов, развивающихся у экспериментальных животных при пневмокониозе и пылевом бронхите, выявить и дифференцировать общие закономерности взаимодействия пылевых частиц с организмом, взаимосвязи между возникновением пнемнокониоза и пылевого бронхита. Создание стандартизованных моделей является хорошей количественной основой для выяснения ролц^ среднесменных и максимальных разовых концентраций производственных пылей различных видов.
Поступила 24.12.85
Summary. The need to create standard inhalational experimental models of pneumoconiosis and dust-induced bronchitis is emphasized. The data concerning model reproduction, as well as methodological materials on conducting morphologic, roentgenologic and biochemical investigations aimed at assessing biological changes in the lungs and upper respiratory routes caused by dust of different physico-chemical characteristics are presented.
1 Stegemann H. — Hoppl.-Seylers L physiol. Chem., 1958, Bd. 311, S. 41-45.
t
