CC BY
3
мяшьяка использовался графитовый электрод с золотой подложкой. Условия формирования электрода следующие: фон 9 н. НС1; фэ=—0,3 В; тэ=5 мин, СА11 =1,2-Ю-5 г/мл (А. А. Каплин и соавт., 1977). ^ определяют на графитовом электроде с использованием «эффекта подложки» из С<3 (Е. М. Ройзенблат и Г. Н. Веретина). Условия формирования электрода: <рэ=—0,9 В;тэ=15 мин; См =1,5-10 5 г/мл. Остальные элементы определяют на ртутном пленочном электроде в нейтральной среде при потенциалах электролиза: для Сё, РЬ, Си <ра= 1,0 В; для Мп, 2п фэ=—1,9 В.
Анализ воды. К 0,2 л воды добавляют 1 мл НС1 (1:1), затем аликвотную часть этой пробы (10 мл) упаривают в кварцевом стаканчике при 100 °С с 0,5 мл Н2Э04 и 1 мл 30 % Н202 до появления белых паров. К выпаренной пробе приливают 2,5 мл 10 % НС1 и в этом растворе проводят полярографическое определение мышьяка при потенциале электролиза —0,4 В. Предварительно добавляют в раствор несколько кристаллов сернокислого гидразина для перевода полярографически неактивного Аб (V) в А5(Ш). После определения мышьяка раствор в ячейке нейтрализуют и в нем определяют С<3 (фсй=—0,6 В), РЬ(фрь =—0,42 В), Си (фСи =—0,15 В) при фэ=—1,0 В, а затем — Мл (Фмп =—1.4 В) и 2п (ф2п =—1,02 В) после концентрирования при ф8=—1,9 В. Для определения содержания Н^ в воде пробу воды консервируют отдельно. К 0,1 л воды добавляют 5 мл Н2504 (1:1) и 1 мл 2,5 % раствор КМп04. После кипячения аликвотной части в круглодонной колбе с обратным холодильником в течение 10 мин в растворе определяют ртуть (фНе =+0,12 В) при следующих условиях электролиза: фэ=—0,9 В, фэ= = 15 мин.
Кроме анализа поверхностной воды, нами предложена методика определения Аб, Си, РЬ, Сё, 2п, Мп в сапропелях. Пробу сапропеля готовят к анализу по общепринятой методике (В. Н. Под-
чайнова и Л. Ф. Дубинина). Ввиду возможности достижения низкого предела обнаружения элементов методом инверсионной вольтамперометрии навеску уменьшают в 100 раз.
Анализ сапропеля. В кварцевый тигель помещают 0,1 г воздушно-сухой пробы сапропеля и прибавляют 0,5 мл концентрированной Н2Б04. Смесь нагревают до выделения паров БОз, добавляют 1 мл 30 % Н202 и раствор выпаривают почти досуха. Остаток обрабатывают 5 мл 10 % НС1 при нагревании и раствор отфильтровывают. Затем в него добавляют несколько капель 10 % аскорбиновой кислоты для полного обесцвечивания. В этом растворе проводят полярографическое определение микроэлементов в той же последовательности, что и при анализе воды. Концентрация элементов измеряется методом добавок стандартных растворов. Относительная ошибка определения не превышает 10 %. Длительность анализа одной пробы воды 11/2 ч, сапропеля —30 мин, исключая стадию разрушения металлоорганических комплексов.
По разработанным методикам измерено содержание ряда токсичных микроэлементов (Ь^, Ав, РЬ, Сс1) в поверхностных водах и донных отложениях сапропелевых озер Томской области.
Литература. Веретина Г. Н., Говорунова Н. Н., Гринь Н. В. и др. — Гиг. и сан., 1981, № 5, с. 33. Каплин А. А., Вейнц Н. А., Мордвинова Н. М. — За.
вод. лабор., 1977, 43, № 9, с. 1051. Каплин А. А., Покровская А. Н., Воробьева А. И. —
Гиг. п сан., 1978, № 3, с. 66. Красовский Г. Н., Соколовский В. В. — Гиг. и сан.,
1979, № 9, с. 56. Подчайнова В. НДубинина Л. Ф. — Ж. аналит. химии, 1972, т> 27, № 2, с. 242. Ройзенблат Е. М., Веретина Г. Н. — Там же, 1974,
т. 29, № 12, с. 2376. Стромберг А. Г., Карбаинов Ю. А., Каплин А. А. — В кн.: Методы анализа природных и сточных вод. М., 1977, с. 157. Хорват А. — Гиг. и сан., 1980, № 6, с. 63.
Поступила 30.ОС.81
УДК в |3.632 + в1&.»1в]:вв9.018.С7Ч
О. В. Березина А. А. Гоев
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ПОВЕДЕНЧЕСКОЙ ТОКСИКОЛОГИИ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В последние годы значительно возрос интерес к изучению сложных поведенческих реакций (Е. С. Балыннна и Л. А. Тимофиевская; Weiss). Методической основой большинства методов исследования сложных форм поведения является теория о функциональной системе, нарушение целостности которой приводит к изменению поведенческого акта (П. К- Анохин; К. В. Судаков). Значительное повышение интереса исследователей к использованию поведенческих реакций объясняется доступностью, высокой чувствительностью ме-
тодов и возможностью количественного учета реакций. Проводимые в последние годы работы по. изучению механизма действия на ЦНС химических веществ позволили выяснить нейрофизиологическую основу изменения поведенческих реакций я установить механизм действия химических веществ на ЦНС (А. И. Бокина и соавт.).
Данная работа является частью комплексных исследований по совершенствованию методов изучения влияния факторов окружающей среды на ЦНС и поведенческие реакции. Ее задачей было
изучение оперантного поведения животных в условиях затравки тяжелыми металлами и определение критериальности показателей для предварительной и ускоренной оценки токсичности химических веществ. В качестве исследуемых веществ были взяты свинец и кадмий, представляющие значительную опасность для организма в силу их высокой стабильности и кумуляции.
Исследования проведены на 56 белых крысах массой 130±20 г. Применяли стандартное оборудование фирмы «Грасон— Стадлер» (США) с предъявлением животным комплексной программы «фиксированный интервал — фиксированное отношение» (ФИ/ФО). По программе ФИ пищевое подкрепление подавалось животному только в случае, если реакция в соответствии с программой последует по истечении определенного промежутка времени, по программе ФО точно воспроизведено количество запрограммированных ответов. Все другие варианты поведения животного не сопровождались пищевым подкреплением.
Определяли число правильных ответов на предъявление программы, число ошибочных нажатий, скорость выполнения программы и др. Особенности поведенческих реакций животных в условиях их пероральной затравки ацетатом свинца в концентрациях 0,1, 10 и 100 мг/л (в пересчете на ион металла) изучали на животных 4 групп. Растворы вводили 5 раз в неделю в течение 3 мес.
Результаты опытов показали, что характер поведенческих реакций зависит от интенсивности воздействующего фактора. Так, при воздействии свинца в концентрации 0,1 мг/л изменения в поведении животных по сравнению с контрольными наступали на 1-й неделе затравки, однако они носили разнонаправленный характер. При воздействии свинца в концентрации 10 мг/л у всех крыс уменьшились исследованные показатели, что было отчетливо выражено на 2—3-й неделе затравки. При концентрации 100 мг/л поведение животных нарушалось в 1-ю неделю затравки. Сдвиги были однонаправленны у всех животных и выражались в снижении всех изученных показателей. Так, скорость выполнения программы ФО сократилась в среднем на 32,6 % а ФИ — на 69,5 %. Установлено, что данный метод позволяет выявить последовательность и быстроту наступления токсического эффекта (рис. 1). Безусловно, неблагоприятный эффект воздействия на организм свинца в концентрации 10 мг/л проявлялся у большинства, а в концентрации 100 мг/л — у всех животных и по всем показателям. Свинец в указанных концентрациях вызвал резкое нарушение поведенческих реакций. У крыс нарушалось соотношение возбудительных и тормозных процессов в ЦНС, значительно замедлялась реакция на предъявление ком-лекса раздражителей, уменьшалось количество выполненных программ. Изменения поведенческих реакций при воздействии всех концентраций свинца наблюдались уже в первый месяц затравки, и хронический эксперимент не делал метод более
7со wo
500 400 300 200 100 О
700 600
воо
400
воо 200 >00 о
700 600 воо
АСО ООО 200 100
о
ÜL
г. _ Ü
? ?
ш
3 4 S 6
Ei.
ш
ш
.2_J 4_g в
ж
Рис. 1. Показатели работоспособности животных при затравке ацетатом свинца из расчета 0,1 мг/л (в), 10 мг/л (б) и 100 мг/л (в).
Заштрихованные столбики — контроль, светлые — опыт: / — длительность затравки (в неделях); // — функциональная проба на угашение поведенческой реакции: /// — функциональная проба с вероналом.
чувствительным. При большей длительности эксперимента появлялся определенный автоматизм при выполнении «рабочей программы» (так называемая врабатываемость), который мог исказить картину токсического эф>фекта. Это обстоятельство обусловило необходимость разработки такого режима исследований поведенческих реакций животных, который позволяет избежать указанных явлений. С этой целью проведена сравнительная оценка различных режимов затравки и обучения животных:
I режим — обучение животных выполнению программ различной степени сложности до усвоения ими программы ФИ/'ФО—120/20, затем затравка исследуемым веществом с одновременным изучением характера поведенческих реакций; 11 режим — обучение животных последовательно усложняемым программам на фоне затравки их исследуемым веществом; III режим — предварительная затравка в течение 1 мес, затем обучение животных различным программам с одновременным исследованием характера поведенческих реакций. Сравнительная оценка указанных режимов проведена с воздействием свинца в концентрации 100 мг/л. Результаты исследований по I режиму изложены выше.
Исследования по II режиму проводили следующим образом. Животных обучали выполнению программ различной степени сложности на установке «Грасон — Стадлер» одновременно с затравкой.
По всем изученным показателям наблюдалось из-'менение величины ответа. При обучении животных программе ФИ/ФО—120/20 резко уменьшалось число ответов, что свидетельствовало о развитии тормозных процессов в ЦНС (в более ранние сроки это проявлялось при работе животных по I режиму). При анализе индивидуальных кривых отмечены меньший разброс данных у подопытных крыс и четкая разница в поведенческих кривых подопытных и контрольных животных. Однако обработка данных связана с определенными трудностями, так как поведенческие реакции изучают в начале обучения и сопоставление показателей крыс опытной и контрольной групп возможно лишь по определенным интервалам времени. Таким образом, II режим затравки также позволяет выявить эффект токсического действия свинца на сложные формы поведения животных. По III режиму проводили предварительную затравку животных в течение 1 мес, затем шли обучение животных н работа по последовательно усложняемым программам. Наиболее выраженные изменения опе-рантного поведения крыс отмечены в первые 10 дней после затравки, причем показатели у подопытныхжи-вотных были вдвое меньше, чем у контрольных, уже в первый день исследовании. Поведенческие реакции крыс контрольной и опытной групп значительно раз-, личалнсь уже с самого начала обучения. Однако исследования по 111 режиму, так же как и по 11 режиму, не позволяют сопоставить полученные результаты с фоновыми данными. Неадекватность поведенческих реакций, в основе которых лежит нарушение нормального соотношения возбудительных и тормозных процессов, обнаруживалась, таким образом, при всех режимах затравки, но несколько раньше при I и II режиме. Принимая во внимание положительные стороны каждого из испытанных режимов и их недостатки, мы разработали наиболее оптимальный и ускоренный вариант исследования: первичное обучение животных (без автоматики) следует проводить до осуществления ими 50 самостоятельных нажатий (2—3 дня), а обучение осуществлять по следующей последовательно усложняемой программе ФИ/ФО: 10с/5 на-жатнй, затем 20/10, 60/20 и 120 с/20 нажатий (каждая по 2 дня), снятие фоновых данных (10 опытов с предъявлением программы ФИ/ФО—120/20) до затравки животных токсичным веществом, затем затравка в 1 мес без исследования поведенческих реакций. Поведенческие реакции по программе ФИ/ФО—120/20 изучаются в первые 10 дней после месячной затравки животных.
Установлено, что контрольные животные после месячного перерыва хорошо воспроизводят программу ФИ/ФО—120/20, что позволяет с первого же дня после затравки снимать опытные данные. Характер поведенческих реакций у подопытных животных после затравки зависит от воздействия токсичного вещества.
Как уже указывалось, нарушения адекватности поведения животных рассматриваются в качестве
интегральных показателей неблагоприятного воздействия на организм токсичных веществ. Однако в связи с тем что различия в характере поведения животных имеют значительные индивидуальные колебания, мы определили следующие критерии, которые позволяют объективно подойти к оценке результатов исследований: за проявление токсического эффекта принимаем статистически достоверные изменения у 60 % экспериментальных животных по 3 из 4 исследуемых показателей.
Токсическое действие кадмия на организм определяли на животных 4 групп (1 контрольной и 3 опытных) по разработанной нами ускоренной методике изучения оперантного поведения животных. Затравку кадмием проводили 5 раз в неделю. Вещество применяли из расчета 0,01, 0,1 и 1 мг/л. Полученные результаты показали, что наибольшие отклонения всех исследованных показателей поведения животных вызывает концентрация 1 мг/л. Увеличивалось число ошибочных нажатий, изменялась интенсивность работы при выполнении программы и др. Средняя концентрация 0,1 мг/л вызывал^ нарушения у большинства животных. При концентрации 0,01 мг/л поведенческие реакции изменялись по всем показателям, однако у меньшего числа животных. Обращает на себя вни- ' мание стабильность показателей контрольных животных, которые на протяжении всего опыта практически оставались неизменными. Показатели каждого животного подвергали статистической обработке, сопоставлялись данные поведенческих реакций до и после затравки кадмием. Установлено, что у контрольных животных показатели не увеличивались. Например, до затравки средний показатель А (число правильных ответов по программе) составил 68 усл. ед., после затравки — 80 усл. ед., в то время как у животных, получавших кадмий из расчета 1 мг/л, до затравки он был равен 56 усл. ед., а после нее — 108 усл. ед. Необходимо отметить, что степень воздействия кадмия на организм была связана как с концентрацией кадмия, так и со временем его воздействия на организм. Наиболь- j шее количество животных (100 %) с отклонениями более 25 % по сравнению с фоновыми данными по такому показателю, как интенсивность работы при выполнении программы, выявлено при воздействии кадмия из расчета 1 мг/л. Средняя концентрация 0,1 мг/л вызывала сдвиги у 80 % особей, а 0,01 мг/л — у 60 %. Что касается времени наступления эффекта (по отклонению показателей на 25 % от фонового уровня), то такие отклонения наступали при использовании концентрации 0,01 мг/л через 96 ч, 0,1 мг/л — через 72 ч, а 1 мг/л —через 24 ч. В данном случае мы можем говорить о выявлении дозозависимых эффектов и наличии зависимости времени наступления эффекта от концентрации вещества, что указывает на возможность прогнозирования степени токсичности J химических веществ. Результаты изучения влияния кадмия на организм и оперантное поведение животных по принятым нами довольно жестким
ВЪКфСиу
Т25 1СЮ 75 50 25
Ш
В^храг/ А
200*-П5 150 125 100 75 60 75
В°кк<рау 175 150 125 ¡ПО 75 60 г5
ЪЪКфону 225 200 175 150 125 100 75 50 V
В _ 6
сро
5 сро.
в
ФО
ФО
I
ФИ
ФИ
р 1 ¥ щ
р 1 1 1
ФИ
ФИ
Рис. 2. Показатели поведенческих реакций животных в контроле (а) и при затравке кадмием из расчета 0,01 мЬ/л (б), 0,1 мг/л (в) и 1 мг/л (г). Заштрихованные столбики — фон. светлые — опыт. А — количество правильных ответов; В — количество ошибочных нажатий; ФО — фиксированное отношение; ФИ — фиксированный интервал.
критериям свидетельствуют о безусловно неблагоприятном действии на организм тяжелых металлов и позволяют установить концентрацию кадмия 0,01 мг/л в качестве действующей на поведенческие реакции животных (рис. 2).
Таким образом, нами разработана ускоренная методика изучения поведенческих реакций животных, которая позволяет в короткий срок (1,/4— 2 мес) дать гигиеническую и токсикологическую оц&нку химическим веществам, сопоставить их токсичность и опасность, определить степень и направленность неблагоприятного действия на ЦНС и оперантное поведение животных. Рекомендуемые нами для оценки изменений поведенческих реакций крыс показатели имеют достаточно высокую чувствительность и содержат большой объем информации, необходимой для определения токсического эффекта химических веществ.
Поскольку описанная методика достаточно проста и надежна, необходима разработка схемы и прибора — аналога американской установки «Гра-сон — Стадлер». Предлагаемый прибор (схема которого представлена на рис, 3) предназначен для изучения оперантного поведения мелких лабораторных животных (крыс). Основная программа состоит из двух частей: заданного числа нажатий и фиксированного временного интервала. Животное по программе ФО должно нажать клавишу Кн! столько раз, сколько запрограммирует экспериментатор (от 1 до 22), пользуясь переключателем Пх. По второй программе ФИ животное должно выдержать временной интервал во все время горения лампы Л ь которая находится в клетке. Время второй части программы можно изменять от 1 до 120 с. Принцип работы устройства следующий. При нажатии клавиши Кнх срабатывают реле Р, и счетчик Сч^ Своими контактами Р,1 подключает к цепи питания Р2 и Р^ шаговый искатель ШИ^ При срабатывании ШИ! его якорь переключается. Этот цикл будет повторяться до
Рис. 3. Принципиальная схема прибора для изучения оперантного поведения животных.
Объяснения в текст«.
того момента, пока якорь барабана ШИ1 не достигнет числа нажатий установленного на переключателе П^ Тогда срабатывают реле Р3 и Р, через замкнутый контакт ШИ}. Реле Р3 контактом Р^ самоблокируется и контактами Р| подключает систему автоматического сброса на нуль шагового искателя ШИ^ Одновременно реле Р4 контактами Р{ подключает вторую часть программы. Начинает функционировать реле времени. Время его работы можно изменять от 1 до 120 с. После отработки реле времени установка возвращается в исходное состояние л прибор автоматически готов к следующему циклу работы. Счетчик Сч3 отсчитывает число исследуемых программ. Лампы Л, и Ла позво-
ляют экспериментатору контролировать прохождение той или другой части программы. Все устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 350X250X230 мм.
Литература. Анохин П. К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М., 1968. Балынина Е. С., Тимофиевская Л. А. — Гиг. и сан.,
1978, № 7, с. 54—58.
Бокина А. И. и др. — В кн.: Советско-американский симпозиум по проблеме «Гигиена окружающей среды». 2-й. М., 1977, с. 24—31. Судаков К- В. Системные механизмы мотивации. М.,
1979.
Weiss В. Digital Computers in the Behavioral Laboratory. New York, 1973.
Поступила 2S.0S.S1
УДК 613-074:678]-074:543.544
М. Т. Дмитриев, В. А. Мищихин
ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПИРОЛИТИЧЕСКОЙ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В гигиенических исследованиях и практической работе нередко возникает потребность в идентификации синтетических полимерных материалов, особенно при необходимости дать гигиеническую оценку зарубежным изделиям, рецептура и маркировка материалов которых обычно неизвестны. Внешний осмотр обычно не дает определенных результатов. Общепринятые методы идентификации полимерных материалов основаны на фотометрии растворов полимеров. Кроме того, для идентификации материалов их вносят в пламя газовой горелки и наблюдают за цветом и конфигурацией синего конуса пламени (Л. С. Калинина; Г. Клайн). Разрешающая способность этих методов невелика. Более эффективна идентификация материалов с применением спектрометрии отраженного от них света, спектрографии, масс-спектрометрии с источником ионов для твердых тел,'лазерной спектроскопии. Однако для этой цели требуется специальная аппаратура, которая в гигиенических учреждениях практически отсутствует. В то же время в гигиене широко используются газовые хроматографы (в основном для определения загрязнения окружающей среды). Они могут быть рекомендованы и для идентификации синтетических полимерных материалов.
Газохроматографический метод обладает весьма широкими возможностями, особенно при анализе конкретных веществ. В упрощенном варианте (без идентификации отдельных хроматографических пиков) хроматограмма также содержит значительный объем информации, которая может быть использована для характеристики всего комплекса веществ по способу «отпечатков пальцев». Ранее этот метод применялся для оценки общего загряз-
нения воздуха и воды (М. Т. Дмитриев и Н. А. Кит-росский; М. Т. Дмитриев и соавт., 1969, 1970; Al lard). В такой же степени хроматограмма может служить и в качестве специфического «отпечатка» полимерного материала, однако для резкого повышения выхода из его образцов конкретных веществ для анализа необходим предварительный пиролиз полимера. Ранее пиролитической газовой хроматографией пользовались при изучении полимерных материалов для определения их термостабильности, состава материала, входящих в полимеры молекулярных групп (К. В. Алексеева; В. С. Илич-кин и соавт.; Kullik).
Пиролиз осуществляли в кварцевой или из молибденового стекла пробирке 1 со шлифом № 14 (рис. 1). Длина пробирки 15 см, диаметр 1,5 çm. Пробирку закрывали пробкой 2 со впаянными стеклянными трубками (длиной ниже пробки 15 ц
Рис. 1. Схема присоединения пиролитической пробирки к газовому хроматографу для идентификации материалов. Объяснения в тексте.
