CC BY
10
УДК 615.285.7.099:616.8-053.31-036.8-092.9
^ Л. Н. Бадаева, Н. В. Кокшарева, Л. М. Овсянникова,
В. А. Перехрестенко, Н. И. Киселева
СТРУКТУРНО-МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНО-ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОСТНАТАЛЬНОЙ ТОКСИЧНОСТИ ТЕТРАМЕТИЛТИУРАМДИСУЛЬФИДА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
ВНИИ гигиены и токсикологии пестицидов, полимеров и пластических масс Минздрава
СССР, Киев
Постнатальные поражения нервной системы, особенно в раннем детском возрасте, включают различные патологические состояния, обусловленные воздействием на плод неблагоприятных факторов [3, 4, 6, 8]. Повреждающими факторами могут быть заболевания женщины в период беременности, различные нарушения обмена веществ, интоксикация, а также непосредственное воздействие химических соединений на развивающийся плод [4, 5, 7, 9, 10]. Возникающий при . действии некоторых пестицидов в эксперименте нейродистрофический процесс в материнском организме отрицательно влияет на нейрогенез в ан-те- и постнатальном периоде, что свидетельствует о тесной взаимосвязи патологии в системе мать — плод [2]. Ввиду большой чувствительности организма в период внутриутробного и пост-натального развития к воздействию факторов окружающей среды ранний постнатальный онтогенез служит важной биологической тест-системой для изучения проявления токсических эффектов химических веществ, установления закономерностей ответной реакции потомства, его возможной адаптации к антропогенным воздействиям.
Для оценки постнатального развития, проявления отдаленного токсического эффекта химических веществ нужна совокупность адекватных методов с целью выяснения взаимосвязи последова-д тельно скоординированных процессов. В связи с ^"этим нами применен комплексный методический подход с использованием структурно-метаболических и функционально-поведенческих показателей. Цель работы — совершенствование методов оценки токсичности пестицидов в пре- и постнатальный период для определения механизмов постнатальных нарушений на клеточном и молекулярном уровнях, прогнозирования возможных неблагоприятных токсических эффектов у потомства и ограничения использования в народном хозяйстве биологически опасных химических соединений.
Изучено действие тетраметилтиурамдисульфи-да (ТМТД) на организм беременных животных, новорожденных и потомства. Выбор препарата обусловлен его политропным токсическим действием, в частности влиянием на нервную и сердечно-сосудистую системы взрослых животных. Использованы современные электронно-микроскопи-
ческие, биофизические, электрофизиологические методы, поведенческие тесты и хроматографиче-ский анализ. Опыты проведены на 60 беременных крысах, новорожденных и потомстве 1-го и 2-го месяцев постнатального онтогенеза. ТМТД вводили животным перорально ежедневно в течение 20 дней беременности в дозе, соответствующей 7го ЬО (21 мг/кг), для выяснения определенных сторон механизма токсического действия препарата на организм беременных животных и его последействия для важных систем жизнеобеспечения потомства. Контролем служили 10 беременных животных, которые не получали ТМТД, и их потомство. В данном сообщении приведены результаты изучения действия препарата на организм потомства.
Введение ТМТД беременным животным оказывало определенное воздействие на организм потомства различных этапов постнатального онтогенеза. В сердце новорожденных крысят опытных групп наблюдались ультраструктурные изменения кардиомиоцитов, свидетельствующие о нарушении клеточного и тканевого метаболизма с тенденцией к развитию гипоксии. В саркоплазме встречались миелиноподобные образования, вакуоли различного размера. Отмечались маргинальная конденсация хроматина, извитость ка-риолеммы, очаговые перинуклеарные расширения, что являлось морфологическим признаком изменения функции ядерного аппарата. Выраженные изменения наблюдались со стороны сократительного и энергетического аппаратов кардиомиоцитов. Наблюдались также нечеткость дисков саркомеров, их очаговая деструкция, расширение 2-полос и беспорядочное формирование миофиб-рилл. Обращали на себя внимание разнонаправ-ленность ориентации формирующихся миофиб-рилл, извитость и увеличение электронной плотности и десмосомальных участков.
В сердце 1- и 2-месячного потомства опытной группы наиболее отчетливым изменениям подвергались миофибриллы, митохондрии и саркоплаз-матический ретикулум кардиомиоцитов. При электронной парамагнитной резонансной (ЭПР) спектрометрии обнаружена тенденция к повышению интенсивности ЭПР-сигналов, обусловленных свободными радикалами и железосерными белками в сердце 2-месячного потомства опытной
группы по сравнению с контролем (контроль 114,50+1,30, опыт 122,40+5,78; Р>0,05).
Следует рассмотреть влияние ТМТД на печень новорожденных и потомства. Методом ЭПР-спек-трометрии [1] в печени новорожденных опытной группы выявлено повышение интенсивности ЭПР-сигналов, обусловленных цитохромом Р-450 (контроль 19,30+1,19, опыт 32,40+2,11; Р<0,01) и свободными радикалами (соответственно 75,30+5, 97 и 83,70+2,30; Р<0,05). Отмечено снижение интенсивности сигналов железосерных белков (соответственно 52,70+5,07 и 40,00+1,30; Р<0,01). Временное повышение интенсивности процессов детоксикации в печени новорожденных могло быть связано с активацией функции печени сразу после рождения в связи с новыми условиями жизни. К 2—2,5 мес постнатального развития активность цитохрома Р-450 у подопытного потомства существенно не отличалась от контроля. Наряду с этим была снижена интенсивность ЭПР-сигналов, обусловленных железосерными белками (контроль 65,47+1,75, 48,76+0,92; Р< <0,01) и свободными радикалами (соответственно 87,50+4,06 и 82,62+3,15; Р<0,05). Полученные данные свидетельствуют об ингибирующем «последействии» ТМТД или его метаболитов на тканевое дыхание, окислительное фосфорилиро-вание, энергообразование и другие важные стороны клеточного метаболизма.
Введение ТМТД беременным животным оказывало определенное воздействие на нервную систему потомства. В коре головного мозга и спинном мозге новорожденных опытной группы на фоне тканевого отека имелись ультраструктурные изменения нервных волокон и нейроцитов. В последних обнаружены полиморфизм ядер, нечеткость контуров коротких расширенных канальцев эндоплазматического ретикулума (ЭР) с мно-горядно расположенными на них рибосомами, а в контроле — хорошо контурируемые удлиненные
Кора головного мозга в 1-й месяц постнатального развития при введении ТМТД в период беременности. Электронная микрофотография. Ув. 20 000.
канальцы гранулярного ЭР. Наличие обнаруженных коротких расширенных канальцев ЭР с мно-^, горядностыо рибосом можно рассматривать как показатель его ультраструктурной защитной перестройки, необходимой для функционирования ЭР в измененных условиях клеточного метаболизма (см. рисунок). Наряду с рибосомами, расположенными на мембранах ЭР, обнаружены свободные рибосомы и полисомы. Увеличение в цитоплазме количества полисом Р. Кпск [11], А. Ро-Нсагс1 и М. Ве5з1з [12] связывают с усилением процессов синтеза в самой клетке. Среди интакт-ных митохондрий встречались измененные митохондрии с вакуолизацией матрикса, гомогенизацией отдельных крист, очаговой деструкцией мембран.
Выявленные ультраструктурные изменения в головном и спинном мозге новорожденных крысят свидетельствуют о мембраноповреждающем действии ТМТД. Это может проявляться ослаблением метаболической и функциональной активности ЭР и митохондрий. Методом ЭПР-спектрометрии обнаружена тенденция к снижению интенсивности ЭПР-сигналов с q-фaктopoм 2,0, обусловлен-ных свободными радикалами, в головном мозге новорожденных опытной группы (контроль 22,90+0,83, опыт 20,40+0,56; Р>0,05).
Интерес представляют ультраструктурные изменения в головном и спинном мозге 1- и 2-месяч-ного потомства. Имелись изменения мембранных структур ЭР, ЭР митохондрий, миелиновых волокон и синапсов. Следует отметить идентичность ультраструктурных изменений нейроцитов головного и спинного мозга подопытных животных при воздействии ТМТД. В нейроцитах, в синаптиче-ских терминалях имелись отдельные митохондрии измененной формы с вакуолизированным матрик-сом, очагами деструкции крист, а также гипертрофированные митохондрии с электронно-плот-ными гранулами. Встречались нейроциты, в которых наружная ядерная мембрана была тесно связана с измененными митохондриями, корот-^, кие расширенные канальцы ЭР с многорядностью'У рибосом, что можно рассматривать как ультраструктурные показатели защитной перестройки в нейроцитах головного и спинного мозга 1-месячного потомства опытных групп. Встречались также миелиновые волокна, содержащие 6—12 истонченных пластин, имеющих по своему ходу неодинаковую электронную плотность, в синаптиче-ских терминалях наблюдалось «склеивание» отдельных пузырьков, изменение их плотности и формы.
Описанные ультраструктурпые изменения представляют морфологический субстрат изменения мембранного потенциала, функций проведения нервного импульса. При изучении функционального состояния периферической нервной системы 1-месячного потомства опытной группы выявлено снижение скорости распространения возбуждения по седалищному нерву (контроль 33,70+1,12,
опыт 21,50+1,0; Р<0,05), уменьшение амплиту-дды потенциала действия (соответственно 2,60± ±0,32 и 1,25±0,07; Р<0,04).
Структурно-функциональные изменения нейро-цитов, нервных проводников и синапсов в организме 1-месячного потомства на фоне «последействия» ТМТД имели свое проявление, своеобразное отражение и в нарушении некоторых поведенческих реакций как интегральных показателях функционального состояния нервной системы подопытных животных.
Данные поведенческих тестов (познавательно-ориентировочных реакций) свидетельствовали о фазовости корковых процессов, более выраженной функциональной лабильности подопытного потомства, преобладании процессов активации, возбуждения в первые дни эксперимента, сменяющегося угнетением познавательно-ориентировочной деятельности к 14-му дню эксперимента. В результате изучения двигательной активности у 1-месячного потомства на 4 полях («высотном», закрытом, комбинированном и поле Холла) выявлено ее снижение на 41,18 % по сравнению с Щ контролем, особенно в опытах на установке «высотное поле». При электрофизиологическом исследовании установлено более выраженное снижение амплитуды потенциала действия икроножной мышцы 1-месячного потомства по сравнению с контролем (контроль 7,80±0,77, опыт 5,00± ±0,96; Р<0,05).
При использовании нейрогистологического метода Бильшовского — Грос в скелетной мускулатуре 1-месячного потомства выявлены очаговое истончение мышечных волокон, ослабление поперечной исчерченности, гомогенизация саркоплазмы. Отмечались очаговая дисхромия, извитость толстых миелиновых волокон, гипертрофия претерминалей нервных окончаний. Совокупность описанных изменений можно рассматривать как морфологический эквивалент ослабления функции нервно-мышечных структур и снижение двига-• тельной активности 1-месячного потомства под-опытных животных.
Следует подчеркнуть, что на фоне структурно-метаболических и функционально-поведенческих изменений, характерных для мембраноповрежда-ющего эффекта постнатального отдаленного действия ТМТД, нам удалось обнаружить ультраструктурные признаки проявления своеобразной активации, индукции биосинтеза в нервной системе 1-месячного потомства, которые имелись и в организме 2-месячкого потомства. Вместе с тем в головном и спинном мозге 2-месячного потомства сохранялись ультраструктурные нарушения мембран ЭР, митохондрий, миелиновых волокон и синапсов. Полученные ультраструктурные данные подтверждались результатами электрофизиологического анализа. Оказались сниженными скорость распространения возбуждения по седалищному нерву (контроль 33,70±1,12, опыт 24,30±1,36; Р<0,05) и амплитуда потенциала
действия нерва (контроль 2,60±0,32, опыт 1,20± ±0,11; Р<0,05).
При нейрогистологическом исследовании скелетной мускулатуры 2-месячного потомства выявлены менее выраженные реактивные изменения нервных проводников по сравнению с имевшимися у 1-месячного потомства. В мышце обнаружены гипертрофия отдельных волокон, гиперплазия клеток эндомизия. Данные электрофизиологического анализа свидетельствовали о тенденции к повышению амплитуды потенциала действия икроножной мышцы у 2-месячных крысят опытной группы (контроль 7,80±0,77, опыт 8,30±1,10; Р>0,05). Двигательная активность по данным поведенческих тестов у 2-месячного потомства была снижена на 15 % по сравнению с контролем, 1$ то "время как у 1-месячного потомства — на 41,18 %.
Изменения в организме потомства крыс в определенной мере могут быть обусловлены наличием в надпочечниках, сердце, головном и спинном мозге неидентифицированного метаболита ТМТД, определяемого тонкослойной хроматографией. Таким образом, введение ТМТД беременным животным в дозе 21 мг/кг оказывает неблагоприятное воздействие на важные системы жизнеобеспечения потомства. Отдаленное действие препарата, определяемое структурно-метаболическими и функционально-поведенческими показателями, проявляется кардио-, гепато- и нейротоксиче-ским эффектом у потомства различных этапов постнатального онтогенеза. Полученные данные должны быть учтены при оценке действия препарата, гигиенической регламентации его применения и разработке профилактических мероприятий по антенатальной охране потомства.
Выводы. При ежедневном пероральном введении беременным животным ТМТД в дозе 21 мг/кг (720 ЬО50) появляются ультраструктурные изменения ядер митохондрий, миофибрилл кардиомиоцитов, миелиновых мембран, ЭР и митохондрий нейроцитов головного и спинного мозга новорожденных, 1- и 2-месячных животных. Выявлены новые показатели ультраструктурной защитной перестройки митохондрий, ЭР нейроцитов головного и спинного мозга у 1- и 2-месячного потомства.
2. Методом ЭПР-спектрометрии установлено изменение интенсивности ЭПР-сигналов желе-зосерных белков, свободных радикалов в сердце, печени, головном и спинном мозге, цитохрома Р-450 в печени потомства.
3. В надпочечниках, сердце, головном и спинном мозге потомства подопытных животных обнаружен неидентифицированный метаболит ТМТД.
4. Установлено снижение двигательной активности и изменение некоторых показателей позна-вательно-ориентировочной реакции у потомства. Уменьшается скорость распространения возбуждения по нерву, изменяется амплитуда потенциа-
ла действия нерва и мышцы у подопытного потомства.
5. Полученные структурно-метаболические и функционально-поведенческие показатели могут быть использозаны для прогнозирования действия препаратов на потомство, их гигиенической регламентации, оценки постнатальной токсичности химических соединений с целью ограничения применения в народном хозяйстве медико-биоло-гически и экологически опасных пестицидов.
Литература
1. Ажипа Я- И. Медико-биологические аспекты применения метода электронного парамагнитного резонанса. М., 1983.
2. Бадаева J1. Я. — Бюл. экспер. биол., 1976, № 8, с. 945— 947.
3. Бадалян Л. О. Детская неврология. М., 1975.
4. Бодяжина В. И. Вопросы этиологии и профилактики нарушений развития плода. М., 1963.
5. Вашакидзе В. И. — В кн.: Гигиена применения, токсикология пестицидов и клиника отравлений. Киев, 1968, вып. 6, с. 742—748.
6. Гершман Р. И., Василенко М. А., Кириллова JI. Г. и др. — В кн.: Антенатальная охрана плода и профилактика перинатальной патологии. Киев, 1979, с. 62— 64.
7. Кирющенко А. П. — Фельдш. и акуш., 1973, № 6, с. 25— 31.
8. Мирошниченко В. П., Медведев В. А., Вахника Д. А. — В кн.: Антенатальная охрана плода и профилактика перинатальной патологии. Киев, 1979, с. 170—172.
9. Саноцкий И. В., Фоменко В. Н. — В кн.: Гигиена и про-
фессиональные заболевания. Рига, 1974, вып. 1, с. 62— 68.
10. Саноцкий И. В., Фоменко В. Н. Отдаленные последсйТ' вия влияния химических соединений на организм. М., 1979.
11. Krick F. — В кн.: Живая клетка: Пер. с англ. М., 1962, с. 203—221.
12. Поликар А., Бесси М. Элементы патологии клетки: Пер. с франц. М.,1970.
Поступила 30.12.85
Summary. Daily oral administration of TMTD to pregnant animals at the dose of 21 mg/kg (1/20 LDS0) resulted in cardiotoxic, hepafotoxic and neurotoxic effects observed in the litter at different stages of postnatal ontogenesis. Ultra-structural changes in the nuclei, mitochondria, cardiomyocyte myofibrils, myelin membranes, endoplasmic reticulum (ER) and neurocyte mitochondria of the brain and the spinal cord in the newborn and 1 and 2-month old litter were observed. New data on ultrastructural protective transformation of mitochondria, ER neurocytes of the brain and the spina! cord in the 1 and 2-month old litter were obtained. Changes in the intensity of EPR signals of ferrosulfate proteins, free radicals in the heart, liver, brain, spinal cord, hepatic cytochrome P-450 in the newborn and litter were identified by EPR spectrometry. Non-identified metabolite of TMTD was observed in the litter's adrenal gland, heart, brain and spinal cord. The litter was found to have reduced motor activity, changes in certain recognition-orientation reaction, reduced;-rate of nervous stimulation and changes in the amplitude otn nervous and muscular potential. The detected structural metabolic and functional behavioral parameters can be used to predict hazardous effects of the chemicals on the progeny to establish hygienic norms, to assess postnatal toxicity caused by certain chemicals in order to restrict the application of biologically and ecologically harmful pesticides in the national economy.
УДК 613.164 + 613.6441-07:616.1-008.11-092.9:519.86
Л. А. Олешкевич, М. Ю. Антомонов, Ж. Г. Сидоренко, С. Д. Дахнюк
ИЗУЧЕНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ШУМА
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
В индустриально развитых странах шум является одним из наиболее распространенных физических факторов окружающей среды. Влияние шума на человека характеризуется многообразно. Достаточно глубоко изучено действие производственного шума на различные системы организма и состояние здоровья работающих. Влияние шума низких и средних уровней, имеющегося на территории жилой застройки, исследовано недостаточно. Вместе с тем результаты изучения заболеваемости населения, подвергающегося воздействию различной шумовой нагрузки на производстве и в быту, показали, что степень влияния шума на здоровье в значительной мере определяется акустическими условиями быта [5]. Коммунальный шум является фактором риска возникновения сердечно-сосудистых заболеваний [10]. Это позволяет предположить, что степень негативного влияния коммунального шума в силу его низкого уровня зависит прежде всего от продолжительности воздействия.
Цель настоящей работы — изучение зависимости влияния коммунального шума на состояние сердечно-сосудистой системы от его интенсивной? сти и длительности, определение характера адаптационной реакции на шум путем построения ее математической модели.
Исследование включало 3 экспериментальные серии: I серия была контрольной (оценка состояния сердечно-сосудистой системы при отсутствии акустического воздействия), во II и III сериях изучено влияние транспортного шума LAoкв соответственно 55 к 75 дБ Л в течение 2 ч.
Влияние шума на сердечно-сосудистую систему оценивали по показателям ЭКГ и артериальному давлению (АД). ЭКГ регистрировали во II стандартном отведении. Определяли длительность интервала R—R, по которому рассчитывали частоту сердечных сокращений (ЧСС), амплитуду зубцов Р и Т, отношение Р/Т [1]. АД измеряли по методу Короткова. Показатели регистрировали на 15-й минуте после включения шума и через каж-
