РАЗРАБОТКА БИОХИМИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ КСЕНОБИОТИКОВ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

© Л. X. МУХАМБЕТОВА, 2004 УДК 614.72:615.91-074

Л. X. Мухамбетова

РАЗРАБОТКА БИОХИМИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ КСЕНОБИОТИКОВ

ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва

В настоящее время наряду с изучением вклада загрязнения окружающей среды в заболеваемость населения большое внимание уделяется изучению распространенности состояний, предшествующих развитию патологии или создающих условия для ее формирования. Это прежде всего биохимические нарушения на уровне основных внутриклеточных систем защиты внутренней среды организма, обеспечивающих метаболизм и детоксика-цию ксенобиотиков. Нарушение процессов детоксика-ции является одним из пусковых патогенетических механизмов развития патологии, обусловленной влиянием химических факторов окружающей среды. Работами последних лет показано, что длительное воздействие низких доз ксенобиотиков приводит к нарушению функции защитной антиксенобиотической системы цитохромов Р-450, что сопровождается изменением ферментной организации и барьерных функций биомембран, модификации структуры нуклеиновых кислот и белков, т. е. к развитию мутагенного и канцерогенного эффектов, аутоиммунной патологии и аллергии [1, 3, 5, 7, 9, 10]. Следствием этого может быть снижение устойчивости организма к воздействию различных неблагоприятных факторов, что, по-видимому, в значительной степени и способствует широкому распространению инфекционно-воспалительных заболеваний [4, 6, 11]. В этом случае предполагается следующий патогенетический механизм: нарушение процессов детоксикации — модификация

иммунной системы — снижение иммунитета — увеличение чувствительности организма к инфекции [10, 11].

Выявление алгоритма биохимических изменений с учетом состояния процессов биотрансформации химических факторов окружающей среды является необходимым этапом для разработки методов биохимической диагностики при оценке состояния здоровья населения, подвергающегося воздействию ксенобиотиков.

В лаборатории биохимии ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН разработаны методические подходы к оценке неблагоприятного действия метаболизирующихся в организме химических веществ — исследование активности основной цитохром Р-450-зависимой системы детоксикации печени, интенсивности процессов перекисного окисления липидов, активности процессов связывания и выведения токсичных метаболитов, нарушения ферментной организации клетки и ее органелл (митохондрии, лизо-сомы, микросомы).

Использование данных подходов позволило изучить биоэффект более 50 химических соединений — загрязнителей атмосферного воздуха, воды и почвы, в том числе нитрозаминов, метабромбензальдегида, бифенилов, формальдегида, фенола, стирола и других приоритетных загрязнителей окружающей среды. Ниже представлены некоторые результаты воздействия химических факторов окружающей среды.

100 80 60 40-20-0 -20 -40 Н -60 -80 -100

Ш

I

ъ.

Иг

Ш

в

15% этанол

Метабромбенз-альдегид

В

"Ж с

Этанол + метабром-бензальдегид

Активность алкогольдегидрогеназы Ферментемия

Активность альдегиддегидрогеназы

Активность р-анилин-гидроксилазы Активность 1Ч-деметилазы амидопирина | Содержание малонового диальдегида ] Активность УДФ-глюкоронилтрансферазы

Рис. 1. Влияние этанола и метабромбензальдегида на активность систем метаболизма и детоксикации ксенобиотиков. А — 2 нед, В — 4 нед, С — 8 нед. Здесь и на рис. 2 по оси ординат — проценты.

Таблица 1

Уровни воздействия комплекса атмосферных загрязнителей

Концентрация, мг/м'

Вещество 1-я группа 2-я группа 3-я группа

(слабое воздейст- (умеренное воз- (сильное воздей-

вие) действие) ствие)

Диоксид серы Оксид азота Оксид углерода Стирол Ацетон

0,16 ± 0,065 0,066 ± 0,006

7,8 ± 0,9 0,063 ± 0,022 0,37 ± 0,22

0,55 ± 0,064 0,38 ± 0,04 35,0 + 8,0 0,12 ± 0,74 1,03 + 0,74

1,23 ± 0,13 1,05 ± 0,1 87 ± 8,2 0,28 ± 0,27 9,4 ± 0,27

Формальдегид 0,11 1 0,017 0,089 + 0,016 0,26 + 0,076

Фенол

0,0024 + 0,0009 0,0056 + 0,0012 0,0068 ± 0,002

Так, изолированное и комбинированное действие ме-табромбензальдегида и этанола сопровождается однонаправленными изменениями: индукцией цитохрома Р-450, снижением процессов конъюгации токсичных метаболитов (ацетальдегид, ацетоуксусная кислота, ацетон, малоновый диальдегид) и дестабилизацией мембран клетки и субклеточных органелл (митохондрии, лизосо-мы, эндоплазматический ретикулум), что может свидетельствовать о развитии клеточного и субклеточного дисгомеостаза [3]. При этом комбинированное воздействие сопровождается более выраженным эффектом. Полученные результаты были использованы при установлении гигиенических нормативов метабромбензальдегида. Учитывая социальную значимость этанола, нельзя недооценивать его модифицирующее влияние на цитохром Р-450-зависимую монооксигеназную систему печени, особенно при прогнозировании возможных неблагоприятных эффектов химических факторов окружающей среды (рис. 1).

Воздействие комплекса наиболее распространенных загрязнителей атмосферы в разных режимах представлено в табл. 1 и на рис. 2.

Минимальный уровень Воздействия (1-я группа) приводил к индукции этанолокисляющей системы и накоплению малонового диальдегида, изменения на уровне монооксигеназной системы носили компенсаторный характер.

Максимальные воздействия (3-я группа) сопровождались ингибированием I фазы детоксикации ксенобиотиков и активностью этанолокисляющей системы. Указанные изменения сопровождались накоплением токсичных метаболитов малонового диальдегида и дестабилизацией внутриклеточных мембран [12].

100-, 80-60 40-20-0

-20-I -40 -60 -80 -100

JT

1

ш

I

II

III

ggj Скорость р-гидроксилирования анилина Щ Активность УДФ-глюкуронилтрансферазы Щ] Цитохром Р-450

Скорость n-деметелирования амидопирина

Рис. 2. Воздействие комплекса атмосферных загрязнителей.

/— слабое, II — умеренное, III — сильное.

Нарушение процессов детоксикации увеличивает опасность развития химической патологии при дополнительном воздействии химического загрязнения окружающей среды. Это подтверждается и нашими результатами по модификации эффекта циклофосфамида (увеличение хромосомных аберраций*) при индукции монооксигеназной системы печени фенобарбиталом.

Таким образом, в условиях экспериментального моделирования изолированного, комплексного и сочетан-ного действия метаболизирующихся в организме приоритетных химических загрязнителей атмосферного воздуха выявлены нарушения на уровне исследованных систем биохимического гомеостаза, что по международной классификации соответствует NOAEL (необнаруживае-мые вредные эффекты), LOAEL (минимальный уровень

*Раздел выполнен в лаборатории генетики под руководством проф. В. С. Журкова.

Таблица 2

Характеристика реализации неблагоприятного эффекта с учетом международной классификации

NOAEL LOAEL FEL

Фактор Показатель варианты

а в а в а в

Метаболизи- Цитохром Р-450 — t tt tt Itttl i

рующиеся химические вещества

Глюкоконъюгация Токсические метаболиты Малоновый диальдегид Мембранотропный эффект Цитохром В5

Не обнаружено Норма

Не обнаружено Норма

tt

Не обнаружено tt

Не обнаружено Норма

Не обнаружено tt t

Норма

tt t

t tt

ttt tt

Этанол Алкогольдегидрогеназа — tt tt tt t t

Альдегиддегидрогеназа tt t t 1

Токсические метаболиты Норма Норма t tt ttt

Парацетамол Фенолы — t tt tt tt ttt

Амиды t tt tt tt ttt

Глутатионредуктазная система t tt t Норма 4-

Парацетамол 4-44 U i l 4

Примечание. Прочерк — не изменено, рамкой очерчена достоверная корреляция.

обнаруживаемых вредных эффектов), РЕЬ (уровень явных вредных эффектов) (табл. 2). При этом снижается активность I фазы детоксикации ксенобиотиков в зависимости от уровня воздействия, а поддержание гомеоста-за осуществляется за счет активации УДФ-глюкоронил-трансферазы [12].

При оценке биохимического гомеостаза процессы биотрансформации и детоксикации ксенобиотиков можно рассматривать как основные генетически детерминированные биохимические системы адаптации организма к воздействию факторов окружающей среды. Это позволяет расширить возможности проведения эколого-гигие-нической экспертизы и обосновать новые подходы к оценке состояния здоровья человека.

Оценка состояния системы цитохромов Р-450, локализованных в субклеточных структурах печени, почек, надпочечников и других органов и тканей у людей, практически неосуществима. Поэтому для обнаружения последствий нарушения процессов детоксикации на уровне отдельных систем целостного организма используют методы, характеризующие накопление токсичных метаболитов (малоновый диальдегид и др.), а также увеличение содержания низко- и высокомолекулярных соединений (субстраты, ферменты) в биологических жидкостях организма (моча, слюна).

Неинвазивную биохимическую диагностику использовали в комплексных медико-биологических и гигиенических исследованиях при оценке состояния здоровья детей дошкольного и школьного возраста различных районов Москвы, Воронежской области, Ярославля, Череповца и других регионов РФ. Установлено, что при наибольшем химическом загрязнении окружающей среды возрастает количество лиц, относящихся к группе биохимического риска развития патологии, иммунодефицита и иммунопатологии [7—10].

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости более широкого внедрения методов неинвазивной диагностики, разработанных в ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, при оценке состояния здоровья населения.

Литература

1. Арчаков А. И., Карузина И. И. // Вестн. АМН СССР.

- 1998. — № 1. - С. 14-23.

2. Изучение оценки состояния здоровья детей в г. Москве:: Метод, указания / Под ред. Г. И. Сидоренко, Е. Н. Кутепова. - М., 1998.

3. Меркурьева Р. В., Мухамбетова Л. X., Бонашевская Т. И. // Окружающая среда и здоровье. Наука и практика: материалы 2-го Международного симпозиума ученых СССР и ЕЭС. - М. и др., 1991. -С. 17-1; 17-12.

4. Мухамбетова Л. X. // Гиг. и сан. — 1992. — № 9— 10. - С. 34-36.

5. Мухамбетова Л. X., Беляева Н. Н., Петрова И. В., Журков В. С. // Экология человека. — 1996. — № 3.

- С. 13-15.

6. Мухамбетова Л. X. // Гигиеническая оценка состояния окружающей среды и здоровья населения в Москве. - М., 1997. - С. 41-44.

7. Мухамбетова Л. X., Петрова И. В., Пинигин М. А. // Гиг. и сан. - 1998. - № 2. - С. 3-5.

8. Оценка состояния здоровья и выявление предпато-логических состояний детей: Метод, рекомендации / Под ред. Г. И. Сидоренко, Е. Н. Кутепова. — М., 1999. - С. 46-50.

9. Петрова И. В., Мухамбетова Л. X., Беляева Н. Н. Ц Гин. и сан. - 1994. - № 1. - С. 16-19.

10. Рахманин Ю. А., Мухамбетова Л. X., Пинигин М. А. Ц Гиг. и сан. - 2004. - № 2. - С. 6-9.

И. Труфакин В. А., Трунова Л. А. // Вестн. РАМН. -1994. - № 7. - С. 15-18.

12. Muhambetova L. Н., Dolinskaja S. J., Nasonova А. А., Avaliani S. L. // Proceedings of the 7-th International Conference Cytochrome p-450; Biochemistry and Biophysics / Eds A. J. Archakov, G. J. Bachmanova. — 1992. - P. 580-582.

Поступила 26.03.04

Ф Б. А. РЕВИЧ, 2004

УДК 614.72:616-008.84:615.91]-074

Б. А. Ревич

БИОМОНИТОРИНГ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Центр демографии и экологии человека Института народнохозяйственного прогнозирования РАН, Москва

Одним из наиболее надежных методов, характеризующих воздействие на здоровье населения токсичных веществ, является оценка их содержания в диагностических биосубстратах.

Большинство исследований токсичных веществ в биосубстратах, проведенных в России, не включают международную интеркаллибрацию или использование стандартных образцов, что затрудняет сравнение полученных данных с зарубежными аналогами. В последние годы ситуация несколько улучшилась, несколько отечественных лабораторий, в том числе лаборатория Медицинского научного центра профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий (Екатеринбург), лаборатория экотоксикологии Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцева РАН, лаборатория химико-аналитических исследований Геологического института РАН, совместно с лабораторий CDC (Blood Lead Laboratory Reference System) регулярно (1—2 раза в год) участвуют в интеркаллибрации по определению содержания свинца в крови; лаборатория химико-аналитических исследований Геологического института РАН принимает участие в проектах МАГАТЭ, ежегодно проводит тестирование качества аналитических работ и интеркаллибрацию результатов определения уровня тяжелых металлов в моче, а также при создании новых стандартных

образцов биосубстратов. Интеркаллибрация определения содержания полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорорганических пестицидов, включая токсафены, в крови ведется в рамках проекта Арктического мониторинга (АМАР) НПО "Тайфун" Росгидромета, Российским научно-исследовательским центром чрезвычайных ситуаций МЗ и СР РФ с Институтом общественного здоровья Канады, начаты такие исследования и токсикологической лабораторией Федерального центра Госсанэпиднадзора МЗ и СР РФ. Лаборатория экотоксикологии Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцева РАН участвовала в проекте ВОЗ по определению уровня диоксинов в грудном молоке. Ряд эколого-эпидемиологических международных проектов на Кольском полуострове выполнялся с использованием методов биомониторинга силами Северо-Западного центра общественного здоровья.

Рассмотрим ситуацию по использованию методов биомониторинга химических веществ в гигиенических исследованиях в России, не претендуя на полный охват всех существующих работ. Результаты работ систематизированы по следующим задачам биомониторинга: определение диагностических биосубстратов для оценки экспозиции конкретных химических веществ; идентификация спектра накапливающихся токсичных веществ в ор-