CC BY
98
УДК 615.9(546.49):591.558:612.76
Н.Л. Якимова, Л.М. Соседова
СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ ВО ВНУТРЕННИХ ОРГАНАХ И ЗООСОЦИАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ БЕЛЫХ КРЫС ПРИ ИНГАЛЯЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РТУТИ
АФ-НИИ Медицины труда и экологии человека ГУ НЦ МЭ ВСНЦ СО РАМН (Ангарск)
Представлены результаты определения содержания ртути во внутренних органах белых крыс после ингаляционного воздействия паров металлической ртути. После окончания ингаляций и в отсроченный период получены, достоверные различия по количеству содержащейся, в исследуемых субстратах ртути у крыс опытной и. контрольной, групп. При. обследовании, после завершения, ингаляционной затравки, и. спустя. 9 недель после прекращения, контакта с ртутью у белых крыс наблюдалось изменение эмоционального состояния, с повышением, агрессивности.
Ключевые слова: белые крысы, ртуть, внутренние органы, зоосоциальное поведение
MERCURY CONTENT IN ALBINO RAT INTERNAL ORGAN AND ZOOSOCIAL BEHAVIOUR IN INHALATION EXPOSURE TO METALLIC MERCURY
N.L. Yakimova, L.M. Sosedova, Research Institute of Industrial Medicine and Human Ecology, SC ME, ESSC of RAMS, Angarsk
The results of determining the mercury levels in albino rat internal organs after inhalation exposure to metallic mercury vapour are presented, in this paper. The significant differences in the mercury levels have been revealed, in the rat mercury substrates studied, of the experimental and control groups have been revealed, after stopping the inhalation, exposures as well as some time exposure. The alterations in emotional state with increase in aggressiveness were observed to be in the albino rats during the examination, after stopping the inhalation, exposure and 9 weeks after stopping mercury contact.
Key words: albino rats, mercury, internal organs, zoosocial behaviour
В условиях возрастания техногенного загрязнения окружающей среды ртутью, низкой производственной и бытовой культуры, при недостаточности программ защиты от воздействия этого фактора и их скудном финансировании проблема профессиональной и экологически обусловленной интоксикации ртутью является актуальной [3, 7]. Ртуть относится к веществам первого класса опасности и обладает выраженной способностью к материальной кумуляции в биообъектах с возможными признаками отдаленных эффектов токсического действия [4, 7, 9, 10]. В атомарной форме в виде паров ртуть может поступать в организм через дыхательные пути. Металлическая ртуть Нд° легко абсорбируется через кожу. В экспериментальных исследованиях установлено, что для белых крыс минимально эффективные концентрации ртути лежат в диапазоне 0,03 — 0,01 мг/м3. С удлинением времени экспозиции величина пороговой концентрации уменьшается, что свидетельствует о значении кумуляции в развитии токсических эффектов при воздействии ртути. Вдыхание паров ртути приводит в основном к изменениям в центральной и вегетативной нервной системе. Длительная ингаляция паров ртути вызывает снижение мышечной работоспособности человека, развитие астено-не-вротического синдрома [7]. Установлено, что нарастание тяжести токсического эффекта с поражением центральной нервной системы и формировани-
ем энцефалопатии происходит даже через много лет после прекращения контакта с ртутью [6, 9]. Показано существование определенной зависимости проявлений клинических симптомов интоксикации от содержания ртути во внутренних органах [12, 13]. Несмотря на многочисленность исследований, направленных на изучение нейротоксическо-го действия ртути, исследованию отдаленных последствий ртутной нейроинтоксикации посвящены единичные экспериментальные работы [1, 4, 7, 9, 11]. Представляет интерес патогенез интоксикации, лежащий в основе формирования комплекса отдаленных последствий контакта с ртутью. Для более детального изучения механизмов нейротоксичности следует попытаться рассмотреть соотношение показателя накопленной ртути в тканях головного мозга сразу после экспериментального моделирования хронического ингаляционного воздействия и в отдаленный период обследования.
В связи с вышеизложенным целью нашей работы явилось исследование содержания ртути во внутренних органах белых крыс и динамики зоо-социальной активности после хронического ингаляционного воздействия паров металлической ртути в ранний и отдаленный периоды времени.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Ингаляционное воздействие парами ртути проводили в 200-литровых газовых камерах на 64
половозрелых белых беспородных крысах-самцах массой 200 — 260 г.
Животные были разделены на две группы: первая — опытная, состоящая из особей, получавших при хроническом воздействии ртуть; вторая — группа сравнения, включала животных, которым в камеры подавался воздух. Экспериментальных животных содержали в стандартных условиях вивария при естественном освещении в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Страсбург, 1986).
На протяжении всего срока хронического воздействия в затравочных камерах отбирали пробы воздуха с последующим анализом концентраций ртути. При подборе условий ингаляций и в ходе выполнения затравок проанализировано 140 проб воздуха (анализ проб выполняли младший научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследования О.А. Рычагова, руководитель д.б.н., проф. В.Б. Дорогова). Соблюдали следующие условия отбора проб: воздух из камеры со скоростью 0,2 л/мин. протягивался через два последовательно соединенных поглотительных прибора, заполненных 8 мл 8% раствора йода в йодистом калии, объем отобранного воздуха составлял 3 литра. Анализировали пробы через 2 часа от начала и в конце ингаляционного воздействия, полученные результаты усредняли (хроническую интоксикацию парами металлической ртути выполнял научный сотрудник лаборатории токсикологии, с.н.с., к.м.н. Г.Д. Хомуев)
Содержание ртути определяли с помощью серийного отечественного анализатора ртути «Юлия-2М» с расширенным диапазоном измерений и цифровым отсчетом показаний. В основу работы преобразователя положен непламенный атомно-абсорбционный метод, основанный на измерении поглощения излучения с длиной волны 253,7 нм атомами ртути, выделяемыми из аналитической пробы после восстановления ртути до элементного состояния [5, 8].
Умерщвление животных проводилось методом декапитации в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденными приказом МЗ СССР от 12.08.1977 г.
Содержание ртути определяли в биосубстратах 24 животных. Внутренние органы (головной мозг, легкие, печень, почки) брали в динамике эксперимента: непосредственно после окончания воздействия ртути и спустя 9 недель после окончания экспозиции. Выполнено 170 анализов на содержание ртути в органах животных. Для анализов брали по 0,5 г почек и по 1 г головного мозга, печени, легких белых крыс. К навеске добавляли 3 мл концентрированной НЫО3 и 1 мл концентрированной Н2О2. Через 2 — 3 часа образцы подвергались минерализации в течение 1 часа в герметичных фторопластовых сосудах в реакторе для минерализации при температуре 150 °С и давлении
10—15 атм. В подготовленных пробах определяли общее содержание ртути без разделения ее на элементарную, органическую и неорганическую.
Для оценки индивидуальной выраженности внутривидовой агрессии наблюдали контакт каждой экспериментальной крысы с крысой-чужаком в тесте «Чужак — резидент» в течение 5 мин. Зоо-социальное поведение характеризовали количеством взаимных вертикальных стоек и атак на чужака у животных опытной группы, в сравнении с контрольными. Лабораторных животных обследовали дважды: сразу после окончания ингаляций парами металлической ртути и спустя 9 недель после прекращения экспозиции
Статистическую обработку полученных данных осуществляли с помощью программы Excel «Описательная статистика» с использованием t-критерия Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Содержание ртути, определяемое во внутренних органах белых крыс, получивших хроническую экспозицию парами металлической Hg, оказалось различным при обследовании в ранний и отдаленный периоды (табл. 1). Непосредственно после окончания ингаляционного воздействия содержание металла во внутренних органах являлось максимальным. При этом, как и следовало ожидать, наибольшее количество его определялось в почках (соответственно 27,160 ± 1,29 мг/кг), что соответствует данным литературы о преимущественном накоплении поступившей в организм ртути в почках [4, 7, 10]. В отдаленном периоде интоксикации содержание Hg в данном органе уменьшалось в 14,8 раза, однако результаты анализа также достоверно значимо отличались от результатов контрольных животных, у которых содержание ртути определялось меньше примерно в 27 раз. Следует заметить, что у контрольных животных, не подвергавшихся ингаляционному воздействию паров металлической ртути, во внутренних органах изучаемый металл или не определялся совсем, или его значения были на уровне разрешающей способности прибора.
Наибольший интерес для нас представляло изучение содержания ртути в ткани головного мозга. Широко известно, что нейротоксичность тяжелых металлов, в том числе и ртути, связана прежде всего с их способностью преодолевать ге-матоэнцефалический барьер и накапливаться в различных отделах богатых липидами тканей мозга [4]. Причем, в большей степени это касается органических соединений ртути. Предполагают, что избирательное накопление в тканях мозга и нейротоксичность соединений ртути объясняется высокими значениями коэффициента распределения [10]. В условиях нашего эксперимента лабораторным животным ингаляционно вводились пары металлической ртути Hg0.
При анализе содержания ртути в тканях головного мозга установлено, что количество металла, накопленного в стволовых структурах, было выше
примерно в 2,3 — 2,4 раза, чем в коре головного мозга в оба срока обследования (табл. 1). Вместе с тем в отдаленном периоде интоксикации имело место резкое сокращение содержание ртути в головном мозге — как в коре (в 12,6 раз), так и в стволовой части (в 13,4 раза).
Известно, что пары ртути при ингаляции почти на 100 % абсорбируются в альвеолах легких, переходя в Нд2+ в эритроцитах и тканях организма [4]. Степень токсичности вещества зависит от растворимости, фазового состояния (жидкая ртуть или ртутные пары), способности диссоциировать с образованием ионных форм. Именно легочные макрофаги ответственны за солюбилизацию малорастворимых соединений ртути, усиливая их токсичность. В легких ртуть определялась лишь в первом сроке обследования, проведенном сразу после хронической ингаляционной затравки, и содержание ее было невысоким (0,107 ± 0,019 мг/кг). Отсутствие (результаты на уровне контрольной группы) изучаемого металла в отдаленный период после экспозиции свидетельствует о его быстрой элиминации из легочной ткани.
Накопление ртути в печени в основном отражает общую закономерность, характерную для других биосубстратов: высокое содержание металла сразу после экспозиции с последующим резким снижением его количества в ткани.
Изучение динамики массы тела — интегрального показателя, характеризующего общее состо-
яние организма экспериментальных животных, — показало его нарастание у крыс всех групп, но прибавление веса у животных, получивших ингаляционное воздействие парами ртути, было достоверно меньшим по сравнению с контрольной группой, что является косвенным свидетельством развития интоксикации (табл. 2).
При изучении зоосоциального поведения животных отмечено, что у белых крыс опытных групп возрастало количество особей с агрессивным типом поведения, особенно выраженное при обследовании в первый срок (табл. 3). Так, количество животных, в поведении которых регистрировались такие акты, как взаимная вертикальная стойка и атака на чужака, в опытной группе составляло 44,06 ± 6,46 % и 47,75 ± 6,5 %, в контрольной группе, соответственно, 16,98 ± 5,15 % и 33,9 ± 6,50 %. При обследовании белых крыс во второй срок количество особей, атакующих чужака, в опытной группе сохранялось на том же уровне, тогда как процент животных со взаимными вертикальными стойками не отличался от показателя контрольных животных. Независимо от времени изучения данных поведенческих актов среднее количество атак и взаимных стоек у белых крыс, вдыхавших пары металлической ртути, имело тенденцию к превышению аналогичных показателей у животных контрольной группы.
Оценивая полученные результаты, можно заключить, что длительное ингаляционное воздействие парами металлической ртути приводило к
Таблица 1
Содержание ртути во внутренних органах белых крыс (мг/кг)
Сроки обследования Группы Кора головного мозга Ствол головного мозга Легкие Печень Почки
1 срок Опытная (п = 5) 0,139 ± 0,012* 0,337 ± 0,014* 0,107 ± 0,019* 0,113 ± 0,025* 27,160 ± 1,29*
Контрольная (п = 4) 0,005 ± 0,0003 0,005 ± 0,001 0,009 ± 0,006 0,023 ± 0,007 0,010 ± 0,006
2 срок Опытная (п = 8) 0,011 ± 0,0009* 0,025 ± 0,003* 0,002 ± 0,0008 0,013 ± 0,003* 1,830 ± 0,21*
Контрольная (п = 7) 0,002 ± 0,0008 0,004 ± 0,001 0 0,005 ± 0,0009 0,068 ± 0,009
Примечание: * - отличие достоверно от контрольной группы, р < 0,05.
Таблица 2
Динамика массы тела белых крыс (г)
Сроки обследования Опытная группа (п = 64) Контрольная группа (п = 64)
1 срок 203,03 ± 3,44 202,37 ± 2,90
2 срок 240,14 ± 4,12* 256,05 ± 3,55
Примечание: * - отличие достоверно от контрольной группы, р < 0,05.
Таблица 3
Показатели зоосоциального поведения белых крыс (в %)
Группы животных 1 срок обследования 2 срок обследования
Число атак Число стоек Число атак Число стоек
Контрольная 33,9 ± 6,50 16,98 ± 5,15 22,20 ± 6,90 11,11 ± 5,23
Опытная 47,75 ± 6,5 44,06 ± 6,46* 42,85 ± 8,36* 11,42 ± 5,37
Примечание: * - отличие достоверно от контрольной группы, р < 0,05.
возникновению у белых крыс негативной эмоциональности, повышенной тревожности и агрессивности. Можно предположить, что выявленные нарушения эмоционального состояния животных в ранний период после прекращения ингаляций металлической ртути связаны с компенсаторными реакциями, развивающимися в ответ на токсическое воздействие металлической ртути на ЦНС белых крыс. В то же время сохранение высокой агрессивности свидетельствует о появлении признаков патологии ЦНС, характерных для энцефалопатии, развивающейся в отдаленный период.
Таким образом, анализ полученных экспериментальных данных подтверждает наличие неравномерности и специфики накопления ртути в тканях и органах, отражающих как недавнее, так и отдаленное или длительное воздействие металла на организм [10]. Многократное ингаляционное введение паров металлической ртути при обследовании через 9 недель после экспозиции, несмотря на значительное уменьшение, в то же время не приводит к полному выведению ионов металла из ткани головного мозга, почек и печени. Можно предположить, что изменения эмоциональной активности экспериментальных животных, выявляемые сразу после завершения ингаляций, обусловлены проникновением металлической ртути через клеточные мембраны с последующим связыванием в нейронах с мембранами митохондрий, эндоплаз-матической сети, комплекса Гольджи, ядер и ли-зосом. Вызываемые ртутью биохимические сдвиги обусловлены нарушением окислительного фос-форилирования в митохондриях с развитием тканевой гипоксии, активацией процессов свободнорадикального окисления, приводящих в конечном итоге к структурно-функциональным изменениям в нервных клетках.
Вместе с тем, несмотря на интенсивное выведение накопленного металла из тканей организма, во внутренних органах и, в частности, в головном мозге остается кумулированная ртуть, незначительные концентрации которой, учитывая ее токсичность, могут приводить к нарушениям церебрального гомеостаза. В научной литературе последних лет появились сообщения о возможном отсутствии пороговой концентрации действия для ртути, т.е. о ее без-пороговом токсическом действии на организм [8]. В связи с этим можно объяснить отдаленные эффекты нейротоксичности, наблюдаемые нами у экспериментальных животных и связанные с нарушением эмоциональной сферы, воздействием оставшихся незначительных концентраций ртути в ткани головного мозга. При этом нельзя не учитывать и возможность повреждения мозговых структур в отдаленном периоде запуском патологических процессов, обусловленных ранее содержащимися высокими концентрациями ртути и приводящих к изменению интегративной деятельности нейронов и в конечном итоге к реорганизации ЦНС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вредные вещества в промышленности. Неорганические и элементоорганические соединения // Изд-е. 7-е, пер. и доп. Под ред. Н.В. Лазарева. — Л.: Химия, 1977. — Т. 3. — 607 с.
2. ИваницкаяН.Ф. Сочетанное действие ионизирующего излучения и ртути на центральную нервную и гипоталамо-гипофизарно-надпо-чечниковую системы организма / Н.Ф. Иваницкая // Радиобиология. — 1991. — Вып. 4. — Т. 31. — С. 523-525.
3. Климов О.А. К вопросу загрязнения окружающей среды ртутью отходами производства / О.А. Климов, А.С. Мельниченко, А.К. Голубин // Материалы III научно-технической конференции «Ртуть. Комплексная система безопасности». — СПб., 1999. — С. 14—17.
4. Курляндский Б.А. Общая токсикология / Б.А. Курляндский, В.А. Филов. — М.: Медицина,
2002. — 607 с.
5. Маняшин Ю.А. Беспламенный атомно-абсорбционный способ определения ртути в биосредах / Ю.А. Маняшин, Б.Л. Зусман // Гигиена труда и профессиональные заболевания. — 1981. — № 1. — С. 48 — 49.
6. Оценка ртутной опасности на предприятиях химической промышленности Иркутской области / Н.В. Безгодов, И.Ф. Лаптев, В.В. Рогалева и др. // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. —2005. — № 2.
— С. 70 — 74.
7. Ртуть // Под. ред. Н.Ф. Измерова. — М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1982.
— № 11. — 13 с.
8. Содержание ртути в крови женщин г. Санкт-Петербурга с различными сроками беременности / А.М. Малов, Л.С. Карпова, А.Н. Петров и др. // Токсикологический вестник. — 2001. — №5. — С. 6—10.
9. Течение энцефалопатии в отдаленном периоде профессиональной ртутной интоксикации / О.Л. Лахман, В.Г. Колесов, О.К. Андреева и др. // Медицина труда и промышленная экология. —
2003. — № 3. — С. 46 — 48.
10. Токсикологическая химия // Под. ред. Т.В. Плетеневой. — М.: Издательская группа «ГЭ-ОТАР-Медиа», 2005. — 509 с.
11. Трахтенберг И.М. Хронические воздействия ртути на организм / И.М. Трахтенберг. — Киев: Здоров'я, 1969. — 189 с.
12. Maternal and cord blood background mercury levels: a longitudinal surveillance / W.D. Kuntz, R.M. Pitkin, A.W. Bostrom et al. // Am. J. Obstet Gynecol., 1982. — Vol. 143. — N 4. — P. 440 — 443.
13. Monitoring methylmercury during pregnancy: maternal hair predicts fetal brain exposure / E. Cernichiari, R. Brewer, G.J. Myers et al. // Neurotoxicology, 1995. — Vol. 16. — N 4. — P. 705 — 710.
Поступила в редакцию 17.10.2006 г
