CC BY
13
УДК 614.7-07:612.6.052
В. В. Соколовский, В. С. Журков
ОЦЕНКА СУММАРНОЙ МУТАГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ФАКТОРОВ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сыснна АМН СССР, Москва
Одной из важнейших задач гигиены окружающей среды в условиях быстрого загрязнения биосферы антропогенными факторами различной природы является предотвращение его генетических последствий, т. е. ущерба для здоровья настоящего и будущих поколений людей, обусловленного влиянием факторов окружающей среды на наследственность (И. Р. Голубев; Н. П. Бочков).
Последствия воздействия мутагенных факторов многообразны: это не только наследственные заболевания, но и различные соматические эффекты, вызывающие злокачественную трансформацию, старение и др. Кроме того, они способны патологически изменять функции «нейтральных» наследственных вариантов (Н. П. Бочков), что приводит как к увеличению специфической заболеваемости, так и к снижению неспецифической устойчивости организма к факторам окружающей среды.
Гигиеническая роль мутагенных факторов не исчерпывается прямом влиянием на популяции человека; эти факторы действуют и опосредованно, ускоряя нежелательную эволюцию патогенных микроорганизмов и других неблагоприятных для человека компонентов биосферы.
Указанные обстоятельства обусловливают необходимость не только уменьшения поступления мутагенов в организм человека с пищей, водой, воздухом и др., но и общего снижения «фона» мутагенной нагрузки на биосферу. Медицинский аспект этой проблемы является определяющим.
Внушительные количества уже циркулирующих в среде, а также вновь синтезируемых химических веществ хорошо известны. Между тем, несмотря на удовлетворительное решение проблемы определения потенциальной мутагенной опасности отдельных химических загрязнителей (Н. П. Бочков и соавт.; В. С. Журков), «пропускная способность» всех лабораторий мира по тестированию веществ на мутагенность и кан-церогенность сравнительно невелика и составляет около 500 в год (Нстгтпк1 и соавт.). Острая необходимость в кардинальной интенсификации скрининга мутагенов существует и в нашей стране: в настоящее время в среднем только 5 из 100 разрабатываемых гигиенических нормативов обосновываются с учетом отдаленных последствий, а из веществ, включенных в действующий ГОСТ на питьевую воду, ни одно не изучалось с этой точки зрения (И. Р. Голубев).
В существующей практике гигиенического нормирования оценивается мутагенная активность
отдельного вещества, которая соотносится с другими показателями его биологической активности (токсичностью и др.), на основании чего делается заключение о его мутагенной опасности; последняя является одним из показателей вредности при установлении регламента (В. С. Журков). Данная схема должна служить необходимой составной частью нормирования отдельных загрязнителей.
Однако, как отмечалось выше, количество таких загрязнителей в окружающей среде уже столь велико, что зачастую не поддается точному учету. Например, в Великих озерах Северной Америки содержится более 450 соединений-контаминантов (Lee и Nestmann), а из питьевой воды некоторых городов США выделено около 300 веществ, некоторые из которых обладают мутагенной и канцерогенной активностью (Н. П. Дубинин и Ю. В. Пашин). В органической фракции вещества пылевых частиц воздуха может быть более 100 одних только полицикли-ческих ароматических углеводородов (Salamo-пе и соавт.), а большинство сложных смесей, которые образуются в процессе сгорания, включают сотни, если не тысячи органических соединений, зачастую тесно связанных с неорганическими компонентами, вследствие чего полная химическая идентификация таких смесей практически невозможна (Chrisp и Fisher).
Картина еще более усложняется тем, что мутагенная активность компонентов химических смесей не является постоянной в условиях меняющегося химического «окружения», а также изменчивых физических и биологических факторов среды. Одним из ярких примеров, показывающих, каким непредсказуемым превращениям подвергаются вещества в окружающей среде, как возникают и эволюционируют мутагены, может служить хлорирование воды. Известно, что одно из характерных последствий загрязнения среды — насыщение различных видов вод органическими отходами. Многими исследователями установлено, что добавление хлора к богатым органическими веществами водам, как пресным, так и соленым, приводит к образованию мутагенных соединений. Выявлена мутагенность экстрактов воды плавательных бассейнов, сточных вод, тканей рыб и др. (Payne и Rahimtula). Хлорирование питьевой воды, по данным некоторых авторов, увеличивает ее мутагенный потенциал в 6 раз (Maruoka и Yamanaka). Особенно велико значение хлорирования, применяемого в бумажной промышленности, где для отбеливания
продукции используются особенно высокие концентрации хлора («суперхлорирование»). Такие же концентрации иногда применяются для обеззараживания индустриальных и бытовых стоков. Мутагенный потенциал хлорированных вод обусловлен не хлороформом, который, будучи канцерогеном, не обладает мутагенной активностью, а всем комплексом хлорорганической смеси, точная идентификация которой затруднительна. Попадание хлорорганических производных в морскую среду приводит к появлению бро-моформа, который в отличие от хлороформа является мутагеном. Возникая в водной среде, мутагены могут поступать в организм человека как с питьевой водой, так и с пищевыми продуктами в результате аккумуляции гидробионтами и накапливания в цепях питания (Payne и Rahim-tula).
Существует большое число примеров того, что мутагенность конечного продукта превращения веществ в окружающей среде часто не имеет ничего общего с их мутагенным потенциалом, определенным в лаборатории. Например, мутагенность хрома определяется его валентностью в соединениях (шестивалентный ион генетически более активен, чем трехвалентный, а последняя в свою очередь зависит от количества в среде окислителей (Ю. В. Пашин и В. И. Козаченко). Противоположной особенностью обладает мышьяк: различные соединения трехвалентного иона имеют более выраженную способность к индукции хромосомных аберраций, чем пятивалентного, и даже внутри каждой из этих групп мутагенность разных соединений одного иона различна (Nakamuro и Sayato). Способность отдельных факторов усиливать или ослаблять мутагенный потенциал полициклических ароматических углеводородов показывает, что понятие сильных и слабых мутагенов применительно к конкретным условиям окружающей среды весьма относительно (Ю. В. Пашин и Л. М. Бахитова). Этот список может быть дополнен хорошо известными примерами процесса метилирования ртути, меняющего ее биологическую активность, превращениями нитратов и нитритов, фотохимическим смогом и др. Кроме того, физические и биологические факторы, также участвующие в изменении потенциала химических мутагенов, зачастую сами обладают мутагенной активностью (К. И. Станкевич и соавт.; Г. Д. Засухина). Существенно отметить, что в реальных условиях среды мутагенная активность отдельных факторов далеко не всегда усиливается в результате их взаимодействия. Например, мутагенность сигаретного дыма возрастает с увеличением температуры, но генетическая активность угольной золы полностью утрачивается при нагревании до 350°С (Fisher и соавт ).
Таким образом, в настоящее время сложилась ситуация, при которой, с одной стороны, темпы гигиенической регламентации загрязнителей
окружающей среды с учетом их мутагенной и других видов специфической активности отстают от потребности практики а, с другой — их фактический мутагенный потенциал в окружающей среде в каждом конкретном случае может существенно отличаться от обнаруженного при лабораторном скрининге. Эти два обстоятельства требуют разработки такого подхода к нормированию качества окружающей среды по мутагенной активности, который наряду с нормированием отдельных загрязнителей позволял бы оценивать, а в перспективе и регламентировать реальную суммарную нагрузку мутагенов на организм человека. Такой интегральный показатель — суммарная мутагенная активность факторов окружающей среды — должен служить показателем качества различных средовых объектов, имеющих сложную природу, в частности химический состав (воздуха, воды, пищевых продуктов и др.).
Следует отметить, что оценка суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды непосредственно в популяциях человека, например методом учета хромосомных аберраций, не может считаться удовлетворительной с позиций профилактики генетических нарушений, поскольку всякое увеличение таких аномалий коррелирует с увеличением иных, более тяжелых генетических последствий и генетического груза в целом, что, конечно, недопустимо. Нельзя также признать перспективным и метод нормирования мутагенной активности определенных смесей, представляющих собой попытки смоделировать реальные комбинации загрязнений, в силу тех же причин, что и отдельных загрязнителей.
В зависимости от конкретных задач оценку суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды можно разделить на индикацию и дозиметрию. Первая имеет цель обнаружить мутагенную активность одномоментно в различных объектах окружающей среды (воздухе атмосферном и различных помещений, продуктах различных стадий и участков производств, пробах воды, пищевых продуктах и др.), а также получить информацию о сравнительной опасности данной суммы мутагенов, т. е. определенную количественную характеристику; вторая— отразить интегрированный мутагенный эффект за определенный временной промежуток. Оценка суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды может быть локальной и протяженной; во втором случае данная активность может быть оценена на значительных пространствах: в акваториях, воздушных бассейнах, отдельных водоемах и др. И, наконец, она может оцениваться методом отбора и анализа проб или на месте (in situ). Для решения каждой из перечисленных задач могут быть рекомендованы различные методы и тест-системы, которые в самом общем виде представлены в таблице.
Методы оценки суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды
Характеристика
Задача временная (промежуток времени) пространственная Метод исследования Тест-системы Практическое значение (область применения)
Индикация мутагенов Одномоментно (часы— сутки) Точечная и (или) локальная оценки Отбор проб С последующим анализом (с концентрированием или без него, фракционированные или цельные) Тесты Эймса и другие микробные тесты; млекопитающие in vivo и in vitro и другие скрининговые методы, иные чувствительные животные и растительные тест-системы Определение наличия мутагенов в различных объектах окружающей среды и их количественная оценка: анализ мутагенной активности воды и воздуха, оценка эффективности различных стадий очистки воды и воздуха, контроль за мутагенной а тивностью стоков, выбросов, в различных точках циклов производств; оценка мутагеном активности пищевых и других продуктов, определение путей и степени накопления мутагенов в пищевых целях и др.
Дозиметрия действия мутагенов Сутки—недели То же То же и внесение тест-организмов in situ То же и растительные тест-системы (лук, традесканция, арабидопсис и др.), животные различного уровня организации (анализ хромосомных аберраций, сестринских хроматидных обменов, эмбриональное развитие и другие тесты) То же с интегральной оценкой за определенный промежуток времени
Месяц—год Годы Локальная и региональная оценки Региональная оценка Тест-объекты in situ, виды-индикаторы in situ, природные популяции Анализ природных популяций Мутагенная активность видов- и тканей-накопителей; генетические нарушения в природных популяциях видов-однолетников и другие тесты Животные и растения — синантропы и другие (динамика мутационного процесса по различным маркерам, сравнение темпов эволюции с таковыми в «чистых» районах и др.) Контроль за содержанием мутагенов в почве, классификация водоемов по степени загрязненности мутагенами; санитарная охрана курортных и других зон; определение источников поступления мутагенов Региональнаятстандарти-зация, особенности территориально-производственного планирования, санитарно-оз-доровительные мероприятия регионального масштаба
Десятилетия Регио-нально-глобальная оценка То же Особенносги эволюции различных групп организмов (темпы хромосомной изменчивости и др.), сукцессии и иные биоценотические сдвиги Санитарные и природоохранные мероприятия высшего ранга
Детальная оценка чувствительности и применимости каждого из методов оценки суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды, их описание, а также особенности их применения и интерпретации полученных результа-тов не входят в задачу данной статьи, но некоторые общие характеристики должы быть приведены.
Наиболее эффективными, чувствительными и относительно простыми методами анализа суммарной мутагенной активности факторов окру-
жающей среды, как и лабораторного скрининга, признаются тесты с использованием микроорганизмов, в частности штаммов Salmonella typhi-murium (тесты Эймса). Применение их на протяжении последнего десятилетия позволило не только испытать на мутагенность сотни отдельных веществ, но и провести изучение смесей, выделенных из различных объектов окружающей среды: воздуха (В. В. Соколовский и А. М. Ду-ган; Chrisp и Fisher; Hoffmann и соавт.), различных вод (Payne и Rahimtula), некоторых видов
производств (Schoeny и соавт.), цельных пищевых продуктов (Dolora и соавт.) и др. Применение данного метода для оценки суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды имеет несомненные преимущества (специфичность, информативность, чувствительность и др.) и в то же время сопряжено с рядом сложностей (В. В. Соколовский и А. М. Дуган). Следует признать, однако, что тесты Эймса являются в настоящее время наиболее эффективными для первичной оценки мутагенного потенциала различных факторов среды. Применение этих тестов сопряжено прежде всего с отбором проб: воды, воздуха и др. (взятие образцов, сбор на фильтры и др.) с последующей экстракцией различными растворителями (фракционирование) и стерилизацией; испытания на мутагенность проводятся на культурах различных, специально сконструированных для этой цели штаммов сальмонеллы с метаболической активацией или без таковой. Модификацией данного подхода, позволяющей проводить дозиметрию действия мутагенов за различные промежутки времени, а также изучать его на различных пространствах (водных и воздушных бассейнах и других территориях), служит анализ на мутагенность образцов тканей или органов животных и растений, являющихся естественными фильтраторами и (или) аккумуляторами загрязнителей: гидробионтов (пресноводные и морские моллюски, рыбы), наземных форм, а также растений и животных, аккумулирующих или метаболизирующих мутагены, содержащиеся в почвах (Plewa; Scott и соавт.; Parry и Al-Mossawi; Battaglia и соавт.; Sparks и соавт.).
Кроме Salmonella typhimurium, для анализа суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды могут использоваться и многие другие виды микроорганизмов (И. А. Захаров; Sugimura; Hollstein и соавт.; Sasaki и соавт.; Smith-Sonneborn и соавт.). Отобранные пробы могут анализироваться также и в других тест-системах, апробированных и хорошо зарекомендовавших себя в скрининге отдельных загрязнителей, в том числе и на млекопитающих, как in vitro (культуры тканей), так и in vivo (микроядра и хромосомные аберрации в клетках костного мозга, доминантные летали, сестринские хроматидные обмены и др.).
Следует отметить, что, кроме перечисленных широко применяющихся в настоящее время скрининговых методов, для оценки суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды предложено использовать и другие, нетрадиционные тест-объекты, интенсивный поиск которых продолжается и которые в ряде случаев обладают большей адекватностью и чувствительностью. К ним относятся многие виды животных, в первую очередь рыбы и другие гидробионты (Alink и соавт.; Vigfusson и соавт.), амфибии (Gray и соавт.), а также млекопитающие — как
домашние, так и дикие (И. Л. Гольдман и соавт.; Tates; Hook). Широко обсуждается применимость различных растительных тест-систем, число которых достигает нескольких десятков (X. И. Истамов; Nilan и Vig; Barnes и Kle-kowski). Чувствительность некоторых из этих методов может быть, как установлено, очень высокой: использование традесканции, например, позволяет улавливать различия мутагенной активности воздуха при различных направлениях ветра, что уже осуществляется в передвижных контрольных лабораториях США (Schairer и соавт.).
Дальнейшая разработка и введение нового интегрального показателя качества различных объектов окружающей среды — суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды — позволили бы, по нашему мнению, практически подойти к оценке реальной нагрузки факторов окружающей среды на организм в условиях их комплексного, комбинированного и сочетанного действия, что составляет сегодня одну из основных задач гигиены окружающей среды (П. Н. Бургасов и Г. И. Сидоренко). Мысль о необходимости такой оценки высказывалась неоднократно различными авторами применительно к отдельным средам: воде (Л. К. Юкнявичус и соавт.; Payne и Pahimtula), воздуху (В.В.Соколовский и А. М. Дуган; Sawicki) или отдельным загрязнителям: пестицидам (Е. В. Штан-ников и соавт.; Л. И. Медведь и Ю. И. Кундиев; А. И. Куринный), пылевым загрязнениям сложного состава (Р. В. Борисенкова и соавт.) и др. Очевидно, однако, что такой подход может быть оправдан для оценки всех факторов окружающей человека среды, причем в едином выражении. Детали этого подхода, в частности оптимальный набор тестов, их стандартизация, единицы выражения суммарной мутагенной активности и др., еще нуждаются в разработке. Важно подчеркнуть лишь, что оценка, а затем и нормирование этой активности факторов окружающей среды являются столь же необходимыми, как и нормирование отдельных загрязнителей. Необходимо отметить, что оценка этого параметра и ее регламентация наряду с генетическими будет в значительной степени служить предотвращению других видов отдаленных последствий, с которыми они тесно коррелируют. Кроме этого, многие из существующих методов оценки суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды отражают и общетоксические свойства объектов окружающей среды (их суммарную биологическую активность), что расширяет роль этого показателя в гигиене окружающей среды.
В перспективе предельно допустимые уровни суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды должны быть включены в действующие стандарты ее качества, а контроль
за их соблюдением должен осуществляться соответствующими службами.
Литература. Борисенкова Р. В., Луценко Л. А., Ко-четкова Т. А. и др. — Гиг. и сан., 1980, № 11, с. 8—10.
Бургасов П. Н„ Сидоренко Г. И. — Вести. АМН СССР, 1981, № 3, с. 3—10.
Бочков Н. П. Генетика человека. Наследственность и патология. AV. 1978.
Ц Бочков Н. Я.— Вести. АМН СССР, 1981, № 3, с. 13—19.
Бочков //. П., Шрам Р. Я-. Кулешов Н. П. и др. — Генетика, 1975, № 10, с. 156—169.
Голубев И. Р. — Гиг. и сан., 1978, № 4, с. 118—120.
Гольдман И. Л., Исамухамедов С. Ш., Смирнов О. К. и др.— Докл. ВАСХНЙЛ, 1980, № 1, с. 32—34.
Дубинин Н. П.. Пашин Ю. В. Мутагенез и окружающая среда. М„ 1978.
Журков В. С. — В кн.: Медицинские проблемы охраны окружающей среды. М., 1981, с. 88—95.
Засухина Г. Д. — В кн.: Генетические проблемы загрязнения окружающей среды на территории Молдавской ССР. Кишинев, 1980. с. 26—28.
Захаров И. А. — В кн.: Генетические последствия загрязнения окружающей среды. М., 1977, с. 55—68.
^ Истамов X. И. — В кн.: Критерии необходимых и достаточных тест-систем для идентификации потенциальных мутагенных и канцерогенных факторов в окружающей среде. М.. 1978, с. 14.
Куринный А. И. — В кн.: Съезд Всесоюзного о-ва генетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова. 4-й. Тезисы до-
, кладов. Кишинев, 1982, ч. 4, с. 70—71.
Медведь Л. И.. Кундиев 10. И. — Вести. АМН СССР, 1981, № II, с. 62—67.
Пашин Ю. В., Бахитова Л. М. — Гиг. и сан., 1980, № 7, с. 54—56.
Пашин Ю. В.. Козаченко В. Я. — Там же, 1981, № 5, с. 46— 49.
Соколовский В. В., Диган А. М.— Мед. реф. ж. VII, 1981, № 10, с. 48—51.
Станкевич К. И.. Бадаева Л. N.. Самом Л. В. и др. — Гиг. h сан.. 1981, № Ю, с. 9—11.
Штанников Е. В., Степанова Н. Ю., Ильин И. Е. и др.— Там же. 1980, № С, с 14—16.
м Юкнявичус Л. К., Кнабикас А. П., Лекявичус Р. /С. — В кн.: Тихоокеанский науч. конгресс. 14-н. Тезисы докладов. Ком. А. Секи. AI. M.. 1979, с. 81—82.
Alink G. M., Frederix-Wotters E. M., van der Gaag M. A. et al. - Mutât. Res., 1980, v. 78, p. 369—374.
Barnes №. S.. Klekowski E. J. — Environ. Hlth Perspect., 1978. v. 27, p. 61—67
Batlaglia В.. Bisol P. M., Fossato V. U. et al. —Rapp. Proc.-Verb. Réun. Consperm. int. Explor. Mer., 1980, v. 179, p. 267-274.
Chrisp C. E., Fisher G. L. — Mutât. Res., 1980, v. 76, p. 143— 164.
Dolara P., Barale R.. Mazzoli S. et al. — Ibid., v. 79, p. 213— 221.
Fisher G. L., Chrisp C. E., Raabe O. G. — Science, 1979, v. 204, p. 879—881.
Gray P. S.. Hunter R., Patterson R. M. — Cytobios, 1979, v. 25, p. 175—182.
Hemminki К., Sorsa M, Vaihio Н. — Scand. J. Work Environ. Hlth, 1979, N 5, p. 307—327. Hoffmann D., Norpoth K-, Wickramasinghe R. H. et al.—
Zbl. Bakt., 1980, Abt. 1, Bd 171, S. 388—407. Hollstein M., McCann /., Angelosanto F. A. et al. — Mutat.
Res., 1979, v. 65, p. 133—226. Hook E. B. — Environ. Res., 1981, v. 25, p. 178—203. Lee G.H., Nestmann E. R. — Genetics, 1981, v. 97, p. 62—63. Maruoka S„ Yamanaka S.— Mutat. Res., 1980, v. 79, p. 381 — 386.
Nakamuro K., Sayato Y. — Mutat. Res., 1981, v. 88, p. 73— 80.
Nilan R. A.. Vig В. К■—In: Chemical Mutagens. Principles and methods their Detection. New York, 1976, v. 4, p. 143— 170.
Parry J. M„ Al-Mossawi M. A. /. — Environ. Pollut., 1979,
v. 19, p. 175—186. Payne /. F., Rahimtula A. — In: Toxicology of Halogenated Hydrocarbons: Health and Ecological Effects. Ed. M. A. Q. Khan, R. H. Stanton. New York, 1981, p. 209—221. Plewa M. /. — Environ. Hlth Perspect., 1978. v. 27, p. 45—50. Sasaki Y„ Endo R„ Koido У. — Mutat. Res., 1980, v. 79, Salamone M. F.. Heddle J. A., Katz M. — Environ, int., 1979, v. 2, p. 37—43. p. 181 — 184.
Sawicki E. — IARC Sei. Publ., 1977, N 16, p. 127—157. Schairer L. A., Sanikulis R. C., Tempel N. R. — Environ. Mutagenes, 1981, v. 3, p. 303. Schoeny R., Warshawsky D., Hollingsworth L. et al. — Ibid., p. 181—195.
Scott B. R., Sparrow A. H„ Schwemmer S. S. et al. — Tex. J.
Sei., 1978, v. 30, N 5, Suppl., p. 107—114, 114—115. Smith-Sonneborn /., Palizzi R. A., Herr С. et al. — Science,
1981, v. 211, p. 180—182. Sparks T. H„ Baylis I. R.. Chang C. W. I. — Mutat. Res..
1981, v. 85, p. 133—139. Sugimura T. — Ibid., 1978, v. 53, p. 270—271. Tates A. D. — Environ. Hlth Perspect., 1979, v. 31, p. 151—159. Vigfusson N. V., Pernsteiner C. A., Vyse E. R. — Genetics, 1980, v. 94, N 4, pt 2, p. 109.
Поступила 27.04.82
Summary. Numerous examples have been cited to illustrate complex transformations of mutagens in the environment and to reveal the drawbacks in the current approach to setting norms for the content of mutagens in the environment, since nowadays the emphasis, is on the evaluation of mutagenic activity of individual pollutants. A new guality criterion taking into account various environmental factors and objects has been suggested — the total mutagenic activity of environmental factors. With regard to specific objectives, the evaluation of the total mutagenic activity of environmental factors is subdivided into indication and dosimetry— according to time characteristics; it can be local or extented — according to space characteristics; its methods ivnolve sampling and "in situ" assessment. Methods and test-systems for solving each of these problems are briefly outlined. It is implied that further development of the problem of assessing the total mutagenic activity of environmental factors will make i: possible to set hygienic norms for various environmental objects (air, water, foodstaffs), using this criterion as an index.
