CC BY
3
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2007 УДК 614.72:666.9611-074-092.9
Л. Н. Пылев, О. В. Смирнова, Л. А. Васильева, А. И. Везенцев, Е. А. Гудкова, Л. Н. Наумова, С. М. Нейман
ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ВОЛОКОН ХРИЗОТИЛА НА ЕГО БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ
НИИ Канцерогенеза ГУ РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН, Москва, ГУ Белгородский государственный университет
Несмотря на значительные успехи в изучении волокнистого (асбестового) канцерогенеза, практически все исследователи считают, что его механизм остается неясным. Существует ряд гипотез, некоторые из которых насчитывают не один десяток лет. К ним, например, относятся сорбция на волокнах канцерогенов других классов [14] и гипотеза М. Stanton [28] о размерах волокон. Они и сейчас не потеряли своего значения. Наиболее обсуждаемой в настоящее время является гипотеза о роли активных радикалов.
Хотя показана возможность прямого повреждающего действия волокнами хромосом [15, 22], этот вид канцерогенеза относят все же к негенотоксическому.
При взаимодействии асбестовых фибрилл с клеткой-мишеныо (макрофаги, эпителий легких, мезотелий) происходит образование различной природы активных радикалов (кислородных, NO-радикалов и перекисей ли-пидов) как на ее мембране, так и в цитоплазме. Эти соединения могут образовываться или сорбироваться и на поверхности волокон, прежде всего в местах активных центров [15, 22—24, 26, 29]. В этом случае патогенное действие оказывает уже не само волокно, а генерируемые им или сорбированные на нем биологически активные соединения.
Большинство исследователей относят асбест и к инициаторам, и к промоторам канцерогенеза. Показано повреждающее действие на ДНК и нарушение ее репарации, повреждение многих внутриклеточных сигнальных путей, теломеразной активности и нарушение экспрессии некоторых онкогенов, генов супрессоров и факторов роста [9, 12, 13, 16—19, 21, 22, 27]. Возникающие при этом мутации в клетках-мишенях в стадии промоции накапливаются и закрепляются. Таким образом, изучение мутагенной активности волокон, независимо от ее причин, представляет большой интерес.
Одним из методов, адаптированных к асбесту |1], является микроядерный тест, предложенный W. Sclimid [25].
Существуют данные, что "экранирование" поверхности волокон асбеста с помощью нанесения на нее различных веществ снижает канцерогенность [10, 20, 30].
По нашим данным, обработка НС1, а также температурное воздействие под давлением меняли морфологию фибрилл и заряд поверхности, что приводило к изменению (снижению) токсичности, мутагенности и канцерогенное™ [5, 6].
Более 60% выпускаемого хризотила используется ас-бестоцементной промышленностью. Вопрос об онко-опасности ее производств окончательно не решен Нет убедительных данных о ее наличии для населения, использующего в быту изделия из асбестоцемента. Эксперименты на животных немногочисленны и также не дают окончательного ответа [7]. Поскольку в асбестоцементе поверхность волокна асбеста покрыта "пленкой" цемента [4], эта модель представляет также интерес в плане исследования механизмов биологического дейст-
Распределение волокон с диаметром 1—2 мкм по их длине (в %)
вия "экранированного" волокна. Оценка ее важна и с практической точки зрения.
Данная работа посвящена изучению мутагенности и некоторых свойств поверхности покрытого цементом волокна хризотила.
Одной из главных и наиболее трудных задач работы было приготовление сопоставимых образцов пылей. С помощью разных методов истирания и сепарации были приготовлены пробы пылей Баженовского товарного (нативного) хризотила и обогащенной волокнистой фракции асбестоцементной пыли (асбестоцемент). Кроме этого, в опыте использованы исходная асбестоце-ментная пыль, полученная при распиловке шиферного листа, и пыль цементного камня; приготовленная путем измельчения гидратированного портландцемента. Дисперсность образцов изучали с помощью светового и просвечивающего электронного микроскопов, а химический состав — рентгеноспектральным и энергодисперсионным методами.
Мышам-самцам (СВАхС57/В16)Р, массой тела около 20 г в брюшную полость ввели образцы пылей из расчета 500 мг на 1 кг массы тела в виде взвеси в 0,5 мл физиологического раствора. В каждой группе было по 6 животных. Контрольным мышам вводили физиологический раствор. Через 24 ч животных забивали с помощью эфира и готовили по 2 мазка костного мозга, взятого из бедренных костей. Клетки окрашивали по Романовскому и под масляной иммерсией подсчитывали число полихромато-фильных эритроцитов с микроядрами на 1000 полихро-матофильных эритроцитов. Статистическую обработку проводили по методу Стыодента.
Количество, тип и силу активных центров на поверхности волокон определяли индикаторным методом в его спектрофотометрической разновидности [2]. В основе лежит адсорбция одноосновных индикаторов на поверхности твердых веществ из водной среды. Ассортимент реактивов позволяет регистрировать кислотные и основные центры в диапазоне —4,4—+17,2. Количественное определение центров адсорбции (в мг-экв/г) данной кислотной силы проводили спектрофотометрическим методом в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях спектра. Растворы фотометрировали в односанткметро-вых кюветах относительно растворителя на СФ-26 при длине волны, соответствующей максимальному поглощению индикатора. Методика позволяет проводить количественное определение суммарной кислотности по Лыоису и Бренстеду с дифференциацией реакционных центров по типу и силе в зависимости от кислотной силы применяемого индикатора.
Поскольку ответственными за патогенное (канцерогенное) действие асбестсодержащих пылей являются волокна, одинаковое их количество и размеры — основные требования к образцам для сопоставления их биологических потенций.
Современные инструментальные возможности не позволяют получить полностью идентичные образцы асбе-
Таблица 1
Образец Длима волокна, мкм
5-10 10-20 20-30 30-50 50—S0 SO-150 > 150
Асбсст Асбестоцемент 26,4 10,7 19.6 21.7 19,1 16.8 11,3 16,8 11,0 19,0 8,1 10,7 4,6 4,3
Таблица 2
Распределение изометрических частиц по их диаметру (в %)
Образец Диаметр, мкм
< 1-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60
Асбест 85
Асбестоцемент 81
Цемент 37,1
Асбестоцементная пыль 60
15 13
24,8 30
22,6
Примечание. * — волокна с диаметром 20—100 мкм.
ста и асбестоцемента (покрытые цементными составляющими волокна), так же, как и очень трудно приготовить пыли, содержащие чистую волокнистую фракцию. Содержание волокон в полученных нами образцах составляло для товарного хризотила: волокон — 48,9%, пучков волокон — 6,7%; для асбестоцемента: волокон — 41%, пучков волокон — 4,6%. Их размерные характеристики (табл. 1) также довольно близки. Несмотря на то что в пробе асбестоцемента волокон длиной до 5—10 мкм на 15% меньше, чем в пробе асбеста, в совокупности (например, до 80 мкм) их количество одинаково — соответственно 85 и 87,4%. Практически не отличается и количество более длинных волокон (в том числе превышающих 150 мкм).
Примерно одинаковы и размеры изометрических частиц, представляющих собой как породу, так и зерна цемента (табл. 2).
Дисперсность пыли цементного камня (см. табл. 2) ниже; подавляющее большинство частиц (84,5%) имеет размеры до 20 мкм.
Дисперсность "технической" асбестоцементной пыли приведена в табл. 2, волокон асбеста в ней содержится 1—3%, их длина 15—400 мкм, встречаются отдельные волокна и пучки толщиной до 30 мкм.
Таким образом, анализ содержания волокон в интересующих нас в первую очередь образцах асбеста и асбестоцемента показывает возможность и правомерность сопоставления их биологической активности.
Химический состав волокон нативного хризотила и волокон хризотила, отобранных из асбестоцементной пыли, приведен в табл. 3. Большое количество СаО в последних показывает, что волокна действительно несут на себе цементные составляющие.
Распределение и сила активных центров на поверхности волокон товарного хризотила и волокон асбестоцемента приведена на рисунке. В середине 30-х годов В. И. Вернадский и L. Poling показали, что поверхность твердого тела обладает свойствами кислот и оснований и является бифункциональной, поскольку представляет собой совокупность центров Льюиса и Бренстеда как кислотного, так и основного типа. Бренстедовские кислотные центры являются донорами протонов, а основные — их реципиентами. Лыоисовские кислотные центры, имея свободные электронные орбитали, принимают электронную пару. Основные центры Льюиса, напротив, являются донорами электронов, передавая их на энергетический уровень адсорбированной молекулы [3, 8]. Таким образом, они могут участвовать в образовании активных радикалов как кислородных (реакция Фентона), так и других видов перекисных реакций. Между кислотностью центра и энергетическим уровнем связанного с ним поверхностного состояния существует взаимне-однознач-
6* 9,5 10
4,1
1,6
0,3
ное соответствие. Кислотная сила, соответствующая какому-то конкретному значению, в определенной степени является выражением сродства к электрону. Меньшие значения кислотности соответствуют большей кислотной силе или большему сродству к электрону. Чем выше последнее, тем выше способность притягивать к себе электроны. Поэтому оценка кислотности центра отчасти позволяет охарактеризовать электронное сродство орбитали данного активного центра, на которую попадает электронная пара или неспаренный электрон адсорбированной молекулы.
Общее количество активных центров у волокон товарного хризотила незначительно превышает (в 1,2 раза) количество таковых у волокон из асбестоцемента (см. рисунок). Закономерно предположить, что оно должно влиять на активность поверхности волокна, но общей количественной характеристики недостаточно для оценки механизма взаимодействия поверхности с биологическими структурами. Необходимы данные о количестве центров определенного типа и силы. В случае хризотила (см. рисунок) можно обнаружить заметные полосы распределения активных центров в области значений показателя кислотности, равных 5; 6,4; 7,3, причем наибольшее их количество приходится на показатель 6,4—17,05 мг-экв/г. У волокон из асбестоцемента имеется одна полоса распределения активных центров: при показателе кислотности 7,3 их количество составляет 17,36 мг-экв/г. Таким образом, полоса распределения по сравнению с таковой у хризотила смещается в слабоосновную, почти нейтральную область. Соответствие функции кислотности сродству к электрону позволяет провести аналогию с окислительной способностью активных центров поверхности. Чем выше показатель кислотности, тем больше вероятность, что данный активный центр будет притягивать электроны или электронные пары биологических молекул, контактирующих с поверхностью волокна. Такая способность заметно выше у товарного хризотила; у волокон асбестоцемента она приближается к нулевой. Это позволяет считать, что способность к окислительным процессам, в том числе и перекисному окислению липидов, на поверхности волокна, на мембранах и в цитоплазме клеток-мишеней у волокон из асбестоцемента заметно ниже, чем у волокон товарного хри-зотил-асбеста.
Как в исследованиях других авторов и в наших предыдущих работах [5, 6] в данных опытах волокна товарного хризотила проявили мутагенность, хотя и не очень выраженную. У волокон, покрытых цементными составляющими, мутагенность не выявлена, результаты аналогичны полученным в контрольном опыте. Различия с товарным асбестом существенны (р < 0,01). Также не найдено мутагенной активности у пыли цементного камня
Таблица 3
Химический состав нативного хризотила и подвергнутого воздействию портландцемента
Образец Содержание, %
MgO А1А Si02 FcA СаО CuO SO, О
Асбест 45,25 0,73 48,58 3,85 0,89 0,7 _ _
Асбестоцемент 39,54 0,43 43,04 1,41 15,01 — 0,57 0,7
♦ Товарный хризотил-асбест ^ —■— Волокна хризотил-асбеста из асбестоцемента
Распределение активных центров на поверхности исследуемых образцов.
По оси ординат — количество активных центров (в мг-экв/ч); гго оси абсцисс — кислотная сила.
локна которого покрыты цементными составляющими, что позволяет сравнивать их свойства.
2. Способность к окислительным процессам у волокон товарного хризотила вероятно выше, чем у волокон из асбестоцемента.
3. Мутагенная активность в микроядерном тесте у волокон, покрытых цементом, отсутствует; в то время как у товарного асбеста она имеет место.
4. Выявлена корреляция между результатами физико-химических и биологических исследований.
Авторы работы выражают признательность за участие в приготовлении образцов сотрудникам НИИпроектасбест Е. Г. Лобановой и Л. Т. Казарнович, сотруднику ЦЛКП ОАО "Ураласбест"А. Г. Никоновой, сотруднику Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН А. В. Мохову.
и у асбестоцементной пыли. Вероятно, основной причиной является отсутствие или очень низкое содержание в последних волокнистой фракции.
Таким образом, "экранирование" поверхности волокна цементной "пленкой" или частицами цемента привело к существенному снижению одного из видов биологической активности — мутагенности.
Ранее сообщалось о меньшей мутагенной активности асбестоцементной пыли по сравнению с таковой у асбеста [11]. Принципиальное преимущество нашего исследования заключается в сопоставимости по количеству волокон образцов. Поэтому мы можем с полным правом утверждать, что асбестоцементное волокно менее биологически агрессивно (пока по критерию мутагенности), чем волокно, не покрытое цементом. Учитывая, что в биологической активности асбестсо-держащих пылей примат отдается именно волокнистой составляющей, полученные результаты представляют практическую важность. Теоретический их интерес также несомненен, поскольку они позволяют ближе подойти к изучению механизма патогенного действия асбеста и других минеральных волокон. Сопоставляя результаты биологических экспериментов с данными физико-химических исследований, можно сделать заключение, что высказанное нами предположение о снижении способности к окислительным процессам у волокон асбестоцемента нашло свое подтверждение.
Как уже упоминалось, в настоящее время важную роль в патогенном действии на организм минеральных волокон отводят активным радикалам. Кислородные активные радикалы являются короткоживущими, период их полураспада составляет наносекунды, а радиус диффузии, например, ОН радикала равен 100 нм. Таким образом, очевидно, что они могут оказывать действие внутри клеток-мишеней или на клетки ближайшего окружения. Напротив, биологически активные перекиси липидов относятся к долгоживущим, способным оказывать неблагоприятное воздействие не только на близлежащие клетки, но через тканевые жидкости и на клетки, находящиеся на значительном расстоянии. Количество и биологическая их агрессивность уступает, например, кислородным радикалам; возможно, этим объясняется невыраженность полученного мутагенного эффекта. Все высказанные предположения нуждаются в дальнейшем изучении. Необходимы также дальнейшие исследования по сопоставлению других видов биологической активности волокон нативного хризотила и покрытых цементом.
Выводы. 1. Получены сопоставимые по дисперсности образцы товарного хризотил-асбеста и хризотила, во-
J1 итература
1.
3.
4.
5.
6.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20. 21.
22.
23.
24.
25.
Ванчугова Н. Н., Фраш В. Н., Коган Ф. М. // Гиг. труда. - 1985. - № 6. - С. 45-48. Кислотно-основные свойства поверхности твердых веществ / Под ред. А. Н. Нечипоренко. — Л., 1989. Крылов О. В. Гетерогенный катализ. — М., 2004. Нейман С. М., Лугинина И. Г., Везенцев А. И. и др. // Строительные материалы. — 2002. — № 4. — С. 30— 31.
Пылев Л. Н., Васильева Л. А., Кринари Г. А. и др. //
Гиг. и сан. - 2002. - № 3. - С. 61-64.
Пылев Л. Н., Васильева Л. А., Стадникова Н. М. и др.
// Гиг. и сан. - 2006. - № 4. - С. 70-73.
Пылев Л. //., Смирнова О. В. // Гиг. и сан. — 2006.
- № 2. - С. 32-36.
Танабе К. Твердые кислоты и основания. — М., 1973. Baldys A., Aust А. // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. — 2005. - Vol. 32, N 5. - P. 436-442. Brown R., Carthew P., Hoskins J., Simpson C. // Carcinogenesis. - 1990. - Vol. 11,N 10.-P. 1883-1885. Dopp E., Yadav S., Ansari F. et al. // Particle Fibre Toxicol. - 2005. - Vol. 2, N 9. - P. 1-11. Fan J., Wang Q., Liu S. // Biomed. Environ. Sci. — 2001. - Vol. 14, N 3. - P. 220-228. Filiberti R., Marroni P., Neri M. et al. // Tumour Biol.
- 2005. - Vol. 26, N 5. - P. 221-226.
Harington J. // Nature. - 1962. - Vol. 193. - P. 43-45.
Jaurand M. // IARC Sci. Publ. - 1989. - N 90. -P. 54-73.
Kamp D., Panduri V., Weitzman S., Chandel N. //Mol. Cell. Biochem. - 2002. - Vol. 234-235, N 1-2. -P. 153-160.
Kim H., Morimoto Y., Tsuda T. et al. // Carcinogenesis.
- 2001. - Vol. 22. - P. 265-269.
Kitamura F., Araki S., Suzuki Y. et al. // Industr. Hlth.
- 2002. - Vol. 40, N 2. - P. 175-181.
Lecomte C., Andujar P., Renier A. et al. // Cell Cycle. — 2005. - Vol. 4, N 12. - P. 1S62-1869. Maltoni C., Minardi F. // IARC Sci Publ. - 1989. -N 90. - P. 40-50.
Manning C., Yallmhan V., Mossman B. // Int. Immunop-harmacol. - 2002. - Vol. 2, N 2-3. - P. 191-200. Mechanisms of Fibre Carcinogenesis // Eds A. Kane et al. // IARC Sci Publ. - 1996. - N 140. - P. 11-125. Nishiike Т., Nishimura Y., Wada Y, Iguchi H. // Arch. Toxicol. - 2005. - Vol. 79, N 2. - P. 83-89. Pezerat //., Zalma R., Guignard J., Jaurand M. ¡/ IARC Sci Publ. - 1989. - N 90. - P. 100-111. Schmid W. /I Agents Actions. — 1973. — Vol. 3. — P. 77-85.
26. Shukla A., Gulumian M., Hei T. et al. // Free Rad. Biol. Med. - 2003. - Vol. 34, N 9. - P. 1117-1129.
27. Shukla A., Ramos-Nino M., Mossman B. // Int. J. Bio-chem. Cell. Biol. - 2003. - Vol. 35, N 8. - P. 198— 209.
28. Stanton M., Wrench C. // J. Natl. Cancer Inst. - 1972. -Vol. 48, N 3. - P. 797-821.
29. Tanaka S., Choe N., Hemenway D. et al. I I J. Clin. Invest. - 1998. - Vol. 102, N 2. - P. 445-454.
30. Van der Meeren A., Fleury J., Nebut M. et al. // Int. J. Cancer. - 1992. - Vol. 50. - P. 937-942.
nocrymuia 20.04.06
S u m m a ry. Samples of commercial clirysotile-asbestos and asbestos cement, which were equal in number, were prepared. The content of fibers, up to 80 pm in length, was 87.4 and 85.0% in the first and second samples, respectively. Chemical analysis confirmed that there were cement components onto
the surface of fibrils in the second sample. Onto the surface of native asbestos fibers, there were considerable distribution bands of active centers in the range of pH values of 5, 6.4, and 7.3; their largest number was at pH 6.4. Asbestos cement fibers had a band at pH 7.3, i.e. there was displacement towards the neutral region. Thus, their capacity for oxidative processes is likely to be lower than that in the fibers from the first sample. The mutagenic activity of the commercial chry-sotile, examined in the micronucleus test, was substantially higher (p < 0.01) than that in the asbestos cement sample wherein it did not differ from that seen in the control experiment (saline solution). Mutagenicity was not found in cement and asbestos cement dust (2-3% of fibers) either. It is probable that the absence of mutagenicity in the cement-coated asbestos fibers may be attributable to a considerable reduction in their potencies for the formation of active radicals (oxygen, lipid peroxidation, and others).
Методы гигиенических исследований
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2007 УДК 613.995-092:612.821
Н. А. Редчиц, И. В. Сергета, О. В. Яцина
МЕТОД КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИИ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ-ЛИЦЕИСТОВ
Винницкий национальный медицинский университет им. Н. И. Пирогова, Украина
Одним из важнейших аспектов адаптационного процесса и, в частности, учебной адаптации к условиям пребывания в инновационных общеобразовательных учебных заведениях нового типа является психическая адаптация, которая обеспечивает установление оптимальной сбалансированности личности ученика и школьной среды и, таким образом, соответствие психической деятельности школьников, прежде всего их ведущих поведенческих проявлений, требованиям окружения [1,6, 8].
Необходимо отметить, что эффективная психическая адаптация является необходимой предпосылкой успешной реализации мотивированного поведения в конкретных условиях пребывания, а ее характер определяет основные свойства и особенности этого поведения [3, 5, 9]. Вместе с тем в определенных условиях возможна дестабилизация соотношения в системе "ученик—школьная среда", которая может вызвать возникновение существенных различий между значимыми потребностями ученика и возможностями их успешной реализации [2]. В связи с этим необходимо учитывать тот факт, что в каждом конкретном случае изучения особенностей психической адаптации возникает необходимость применения комплексного подхода для изучения ее ведущих аспектов, но не только тех. которые характеризуют собственно психическую адаптацию, но и тех, которые имеют психофизиологическое содержание [4, 7]. На наш взгляд, именно состояние психофизиологической адаптации (ПФА) является решающим при изучении гигиенических аспектов приспособления ученика к непривычным условиям пребывания и выполнения непривычной для него деятельности.
Исследования были проведены на базе младших классов общеобразовательных школ № 1 и № 4 и шко-лы-лицея № 7 города Винницы Подолии Украины, где под наблюдением в динамике исследований находилось 332 ученика (из них 168 девочек и 164 мальчика) в возрасте от 7 до 10 лет. В ходе исследований определяли адекватные критерии оценки особенностей ПФА младших школьников к выполнению каждодневной учебной дея-
тельности в условиях общеобразовательной школы и школы-лицея. При этом мы руководствовались прежде всего необходимостью использования простых и доступных заданий, которые позволяют получить адекватное обобщенное представление об уровне адаптационных возможностей организма учащихся. Оценивали показатели латентного периода зрительно-моторной реакции (ЛПЗМР), устойчивости внимания, функционального состояния зрительного (критическая частота слияния световых мерцаний — КЧССМ) и двигательного (координация движений — КД) анализаторов, образной (ОП), вербальной (ВП) и механической (МП) памяти, образного (ОМ), логического (ЛМ), дивергентного (ДМ), вербального (ВМ) и вербально-логического (ВЛМ) мышления, мышечной силы (МС).
Основным критерием особенностей течения ПФА на протяжении периода наблюдений было определение характера преобразований различных психофизиологических функций организма на основе определения величин "индекса психофизической адаптации (ИПФА). Расчет И ПФА проводили путем сопоставления показателей развития отдельных психофизиологических функций и личностных особенностей, соответственно, в начале и в конце периода наблюдений на основании использования следующей формулы:
ИПФА = С**)-*
а + о + с
(1)
где а — количество случаев с признаками наличия положительной динамики со стороны отдельной психофизиологической функции; Ь — количество случаев с признаками наличия негативной динамики со стороны отдельной психофизиологической функции; с — количество случаев со стабильным результатом развития со стороны отдельной психофизиологической функции.
За количественные критерии оценки степени эффективности психофизиологической адаптации, которая происходила, были приняты следующие параметры:
