.

Експрес-оцінка хімічних факторів водного та повітряного середовища на підставі еритроцитарної моделі: Автореф. дис… канд. біол. наук / Г.В. Слюсарен

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2324
Скачать документ

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВИЙ ГІГІЄНІЧНИЙ ЦЕНТР

Слюсаренко Ганна Володимирівна

УДК [614.777+614.71]:615.9:612.111

ЕКСПРЕС-ОЦІНКА ХІМІЧНИХ ФАКТОРІВ ВОДНОГО ТА ПОВІТРЯНОГО СЕРЕДОВИЩА НА ПІДСТАВІ ЕРИТРОЦИТАРНОЇ МОДЕЛІ

14.02.01 -гігієна

АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Київ 1999

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Науково-дослідному інституті загальної і комунальної гігієни ім. О.М.Марзеєва Міністерства охорони здоров’я України.

НАУКОВИЙ КЕРІВНИК:
доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Антомонов Михайло Юрійович, Науково-дослідний інститут загальної та комунальної гігієни ім. О.М.Марзєєва Міністерства охорони здоров’я України, завідувач лабораторії

ОФІЦІЙНІ ОПОНЕНТИ:
доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Томашевська Людмила Анатолієвна, Український науковий гігієнічний центр Міністерства охорони здоров’я України, провідний науковий співробітник
доктор медичних наук, професор Степаненко Геннадій Панасович, Національний медичний університет ім. 0.0. Богомольця Міністерства охорони здоров’я України, професор кафедри пропедевтики гігієни, військової та радіаційної гігієни

ПРОВІДНА УСТАНОВА: Інститут екогігієни і токсикології імені Л.І.Медведя, відділ гігієни полімерів та токсичних відходів і лабораторія мутагенезу, Міністерство охорони здоров’я України, м.Київ

Захист відбудеться ”14” травня 1999 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.604.01 в Українському науковому гігієнічному центрі за адресою: 253660, м. Київ-94, вул. Попудренка, 50
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Українського наукового гігієнічного центру, м. Київ, вул. Попудренка, 50

Автореферат розісланий ”13” квітня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Б.Ю.Селезньов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми
Серед головних проблем XX століття найбільш значною є екологічна, яка пов’язана зі зміною середовища та умов життя людини (Сердюк А.М., 1996). Результати гігієнічних та екологічних спостережень за станом забруднення головних об’єктів навколишнього середовища (повітря, води та грунту) в Україні свідчать, що ситуація може бути кваліфікована як екстремальна (Кундієв Ю.І., Гончарук Є.Г. та ін., 1995). Сучасні підходи до гігієнічної оцінки якості середовища вимагають включення до системи гігієнічного контролю великої кількості різноманітних біоіндикаторів, використання біотестування.
Зростання антропогенного навантаження на джерела водопостачання, низька ефективність роботи водопровідних очисних споруд, часто незадовільний стан систем розподілу води обумовлюють необхідність пошуку альтернативних рішень забезпечення населення нашої країни якісною водою та її гігієнічної оцінки на різних етапах водопідготовки (Волощенко О.И„ Прокопов В.А. и др., 1991; Прокопов В.А., Тетенева И.А. и др., 1995).
В умовах різноманітного за своїм складом забруднення атмосферного повітря десятками токсичних речовин (Присяжнюк В.Е. и др., 1995) актуальним є їх індивідуальне та комплексне гігієнічне дослідження.
Важливим моментом при цьому є вибір адекватних методів дослідження. Система крові – одна з найрухливіших систем, яка швидко реагує на зміни гомеостазу організму внаслідок хімічного пошкодження (Трахтенберг И. М. и др., 1987). У гігієнічній практиці використовується ряд методів визначення еритроцитарних характеристик: базофільної зернистості (Лазарова С., Стоев С., Ибритимов Н. 1995), ферментативної активності (Власкина С.Г., Мамаева Е.М., 1994), цитометричних показників (Аверьянова Н.И, Аксенова В.М. и др., 1995) та ін.. Біотестування з використанням еритроцитів дає можливість вивчати гемотоксичність проб забрудненої води та повітря, їх кінетику та порогові характеристики. Дослідження Е.Г. Давлетова (1974), В.А. Вороніна, В.В.Лентякова (1989), В.О. Кравчука, І.Н. Міхайленко (1991), С.Г. Власкіної, Е.М. Мамаєвої (1994), French C.L., Baldwin L.A. (1995) та ін. свідчать про перспективність застосування у гігієнічній практиці методів визначення гемолітичних властивостей еритроцитів та конформаційних властивостей гемоглобіну, зокрема, кислотної резистентності еритроцитів та вмісту лігандних форм гемоглобіну, що можуть бути індикаторами гемотоксичності.
Одним з актуальних завдань токсикології є оптимізація методів дослідження токсичних процесів, котрі виникають в організмі при дії багатьох активних речовин (Кундиев Ю.И., Микульская И.А., 1993). Удосконалення еритроцитарних тестів для гігієнічної оцінки хімічних факторів навколишнього середовища з використанням математичного моделювання сприятиме оптимізації методів токсикологічних досліджень, що є актуальним для токсикології та гігієни.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами: Дослідження виконано в межах науково-дослідної роботи відділу прикладної фізіології та біохімії НДІ загальної та комунальної гігієни ім. О.М.Марзєєва “Разработка методических подходов к оценке общетоксического комбинированного действия водных и воздушных загрязнителей (на модели системы крови)” (Шифр ОК.92.16.474, № ДР 0193U039169).
Мета дослідження: розробити методичні підходи до використання еритроцитарної моделі для гігієнічної експрес-оцінки токсичної дії хімічних факторів навколишнього середовища.
Задачі дослідження:
1. Визначити закономірності ізольованої дії (залежності “час – ефект” та “концентрація – ефект”) деяких хімічних факторів навколишнього середовища (продуктів хлорування та озонування води, органічних розчинників, солей важких металів) на гемотоксичність з використанням еритроцитарної моделі іn vitro.
2. Дослідити гемотоксичність проб водного та повітряного середовища на еритроцитарній моделі іn vitro.
З. Зіставити результати досліджень з гемотоксичності та мутагенності хімічних факторів водного та повітряного середовища з даними щодо загальної токсичності цих факторів.
4. Розробити методику розрахунку параметрів гемотоксичності як допоміжних характеристик при гігієнічній оцінці хімічних факторів навколишнього середовища.

Наукова новизна одержаних результатів
В роботі вперше досліджено залежності “доза-ефект” для гемотоксичної дії хімічних речовин на еритроцитарній моделі іn vitro.
Вперше встановлено закономірності впливу фенолу, ацетату свинцю та хлоралгідрату на процес метгемоглобінутворення. Подальший розвиток дістало дослідження впливу на метгемоглобінутворення бензальдегіду, бензолу, біхромату калію, бутанолу-1, гідрохінону, дихлоретану, монохлороцтової кислоти, нітрату свинцю, нітрату церію, оцтової кислоти, селеніту натрію, тетрахлориду вуглецю, формальдегіду, фурфуролу, хлориду лантану, хлориду стронцію.
На підставі проведених досліджень вперше розроблено методику розрахунку параметрів гемотоксичності з використанням еритроцитарної моделі та математичного моделювання.

Практичне значення одержаних результатів
Доведена можливість використання еритроцитарної моделі для гігієнічної експрес-оцінки ефективності роботи очисних споруд в залежності від способу водопідготовки, а також забруднення повітряного середовища міст України (на прикладі проб аерозольної частини повітря Донецька, Сєвєродонецька, Маріуполя, Рівного, Сум, Севастополя).
Впровадження результатів дослідження: Матеріали дослідження використовувались у практичній роботі Київводоканалу при розробці нових технологічних режимів водопідготовки.
На основі отриманих результатів видано інформаційний лист по проблемі “Гігієна навколишнього середовища” № 86-98 “Експрес-метод визначення гемотоксичності хімічних факторів на підставі еритроцитарної моделі” (Київ: Укрмедпатентінформ, 1998), який впроваджено в Інституті екогігієни і токсикології ім. Л. І. Медведя та у НДІ “Еластік” при оцінці нешкідливості матеріалів та виробів, що контактують з кров’ю, та виробів і матеріалів медичного призначення.
Результати досліджень впроваджено у навчальний процес медичного факультету кафедри пропедевтики гігієни, військової та радіаційної гігієни (курс лекцій та практичних занять з пропедевтики гігієни, розділ “Методи гігієни”) та факультету підвищення кваліфікації викладачів гігієни медичних ВУЗІВ України (програма первинного циклу) Національного медичного університету їм. 0.0. Богомольця МОЗ України.

Особистий внесок здобувача
Дисертант особисто проаналізував відповідну літературу, самостійно виконав планування та проведення досліджень, аналіз отриманих результатів, підготовку матеріалів до друку. В роботі використано результати досліджень мутагенності повітря, виконаних кандидатом біологічних наук, старшим науковим cпівробітником, завідувачем лабораторії біоіндикації мутагенів О.М. Дуганом. Математичну обробку результатів досліджень виконано за участю молодшого наукового співробітника лабораторії математичних методів у гігієні В. О. Єлізарова. Об’єм самостійних досліджень становить 85-90%.

Апробація результатів дисертації
Результати дослідження оприлюднено на XIII з’їзді гігієністів України “Пріоритетні проблеми гігієнічної науки, медичної екології, санітарної практики та охорони здоров’я” (Київ, 1995), на наукових семінарах в УНГЦ МОЗ України, Інституті онкології та радіології МОЗ України.

Публікації
Результати дисертації опубліковані в 4 статтях у наукових журналах, в З статтях у збірниках наукових праць, у 1 тезах XIII з’їзду гігієністів України, за матеріалами роботи виданий 1 інформаційний лист.

Обсяг та структура дисертації
Дисертація викладена на 146 сторінках машинопису, ілюстрована ІЗ рисунками та 43 таблицями і складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (зі 221 найменувань, з яких 119 вітчизняних та країн СНД і 102 іноземних) та 5 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Матеріали і методи досліджень
Були використані наступні методики: визначення кислотної резистентності еритроцитів (Базарнова М.А 1982), визначення вмісту окси-, дезокси- та метгемоглобіну (Кушаковский М.С., 1968; Веnеsch R.Е., Веnesch R.Е., Yung S., 1973), напівкількісне дослідження мутагенності хімічних речовин (Аmes еt al., 1973) з використанням двох тест-штамів Salmonella typhymurium (ТА 100 і ТА 98) та печінкової фракції 8-9, отриманої від 6 самців щурів лінії Вістар.
Проведено 58 серій експериментів, з них 47 з вивчення гемотоксичності та 11 з вивчення мутагенності. В експериментах було використано 28 проб крові барана.
В цілому досліджено 19 хімічних речовин, які були переважно водними або убіквітарними забруднювачами (ацетат свинцю, бензальдегід, бензол, біхромат калію (БК), бутанол-І, гідрохінон, дихлоретан, монохлороцтова кислота (МХО), нітрат свинцю, нітрат церію, оцтова кислота (ОК), селеніт натрію, тетрахлорид вуглецю (ТХВ), фенол, формальдегід, фурфурол, хлоралгідрат, хлорид лантану, хлорид стронцію), 7 типів проб води, котрі були одержані на різних етапах водопідготовки (вихідна вода (ВВ), хлорування (дози активного хлору 5 мг/л та 10 мг/л), озонування (дози озону 4,25 мг/л та 6 мг/л), відстоювання, фільтрація, вторинне озонування та вторинне хлорування), 6 типів проб аерозольної частини атмосферного повітря міст України (Донецьк, Маріуполь, Рівне, Севастополь, Сєверодонецьк, Суми).
Лімітуючою ознакою при обгрунтуванні ГДК досліджених хімічних речовин була переважно санітарно-токсикологічна, за винятком бензальдегіду, гідрохінону, фурфуролу, фенолу (органолептична) та ОК (загальносанітарна). З метою з’ясування чутливості та інформативності запропонованих методів гігієнічної експрес-оцінки вибрані речовини, що характеризуються різним класом небезпеки та різними типами тропного впливу на людину.
Результати експериментів оброблено за допомогою загальноприйнятих методів математичної статистики, також проведено математичне моделювання динаміки гемолізу.

Результати досліджень та їх обговорення
Експериментальне дослідження включало п’ять етапів. Перший (підготовчий) – відпрацювання методик, вивчення впливу консерванту диметилсульфоксиду (ДМСО) на гемоліз клітин. Другий – визначення можливості застосування еритроцитарної моделі для з’ясування гемотоксичності хімічних речовин-забруднювачів води та повітря. Третій – аналіз гемотоксичності проб води та повітря. Четвертий – дослідження мутагенної активності деяких хімічних речовин, а також проб води на різних етапах водопідготовки. П’ятий – розробка методики розрахунку параметрів гемотоксичності.
Використання еритроцитарної моделі для визначення гемотоксичності хімічних речовин
На підготовчому етапі досліджень була визначена оптимальна концентрація гемолітичного розчину (0,0001 н НСІ) та проведені експерименти з вивчення можливої дії ДМСО (в концентраціях 5, 10, 15, 20, 25та 30мкл/л), котрий є розчинником проб води та повітря, на процес гемолізу еритроцитів. В результаті з’ясовано, що у вказаному діапазоні концентрацій ДМСО не впливав на швидкість гемолізу еритроцитів.
З використанням методу визначення кислотної резистентності еритроцитів проведені дослідження 19-ти хімічних речовин-забруднювачів на наявність гемотоксичності. Усі речовини були послідовно титровані з урахуванням їх розчинності.
В результаті проведення серії експериментів спостерігалися три типи реагування “речовина-еритроцит”: позитивний, негативний та нейтральний, які наведені на рис.1.
До речовин, які демонструють позитивний тип реагування, віднесли МХО, формальдегід, ОК, фурфурол, бензальдегід та фенол. Ці речовини проявляли виражену гемолітичну активність. Для них характерна наступна залежність “концентрація-ефект”: з послідовним зменшенням концентрації речовини показник часу 50°/о-го гемолізу клітин наближався до контролю. Це дозволило визначити концентрації речовин, які зменшували процес контрольного гемолізу у два рази. Для МХО ця концентрація складала 0,0065 мг/мл, для ОК – 0,0012 мкл/мл, для формальдегіду – 5 мг/мл, для бензальдегіду – 0,19 мкл/мл, для фурфуролу -11,2 мкл/мл, для фенолу – 0,55 мг/мл. Також було розхраховано інтегральні характеристики процесу гемолізу та залежність мала такий вид: у=a+bx (де у -інтегральні оцінки динаміки, х – значення концентрації фактора, а, b – коефіцієнти моделі).
До речовин з нейтральним типом реагування були віднесені хлоралгідрат, хлорид лантану, БК та нітрат церію, які не справляли вірогідного впливу на швидкість гемолізу у дослідженому діапазоні концентрацій (Див. Рис. 1).
До речовин з негативним типом реагування віднесли бензол, дихлоретан, нітрат свинцю, хлорид стронцію, ацетат свинцю, гідрохінон, ТХВ, бутанол-1 та селеніт натрію. Показник часу 50%-го гемолізу для речовин цієї групи був або суттєво більшим за контрольний (наприклад, для нітрату свинцю у концентраціях 4 мг/мл (3 хв), 2 мг/мл (3,97 хв), 1 мг/мл (3,585 хв) контроль (1,76 хв)) або взагалі не міг бути визначений (Див. Рис. 1 – на прикладі ацетату свинцю) через відсутність вірогідних ознак гемолізу протягом часу спостереження, імовірно, у зв’язку з проходженням антагоністичного процесу ущільнення мембран еритроцитів. На користь цього свідчить підвищення показника екстинції еритроцитарної суміші при відсутності утворення осадку.
За результатами визначення вмісту лігандних форм гемоглобіну досліджувані речовини було розділено на 2 групи. Першу групу склали хлоралгідрат, хлорид стронцію, хлорид лантану, селеніт натрію, бутанол-1 та дихлоретан. Додавання цих речовин суттєво не змінювало вміст окси- дезокси- та метгемоглобіну у тест-системі. До другої групи віднесли фенол, ацетат свинцю, нітрат свинцю, формальдегід, нітрат церію. Додавання цих речовин суттєво підвищувало вміст метгемоглобіну та, відповідно, знижувало вміст окси- та дезоксигемоглобіну. Наприклад, додавання формальдегіду у концентраціях 0,5-2 мг/мл у 3,8 рази підвищувало вміст метгемоглобіну в еритроцитах. Для фенолу (10-5 мг/мл) підвищення вмісту метгемоглобіну складало 1,3-1,7 рази, для ацетату свинцю (1-0,1 мг/мл) у 2,1-2,7 рази, для нітрату свинцю (4-І мг/мл) у 3,4-3,7 рази. Нітрат церію при несуттєвому впливі на вміст метгемоглобіну знижував вміст оксигемоглобіну у 1,2 – 1,7 рази та підвищував вміст дезоксигемоглобіну у 2,3 – 3,4 рази. Було визначено концентрації, які найбільш змінюють процес утворення лігандних форм. Для нітрату церію це 0,2 мг/мл, для фенолу – 7 мг/мл, для ацетату свинцю – 0,2 мг/мл, для нітрату свинцю – 4 мг/л, для формальдегіду – 2 мг/мл. Отже, визначення вмісту лігандних форм гемоглобіну дозволило вивчити вплив важких металів та інших токсичних речовин на конформаційні властивості гемоглобіну.
Характер впливу досліджених речовин на динаміку вмісту окси-, дезокси- та метгемоглобіну в еритроцитах відрізнявся від їх впливу на процес гемолізу: речовини, що активно впливали на вміст лігандних форм гемоглобіну, належали до різних груп за впливом на процес гемолізу еритроцитів. Очевидно, це пов’язано з різними механізмами дії речовин на еритроцити (вплив на мембрану еритроцитів, або безпосередньо на гемоглобін). Таким чином, визначення вмісту лігандних форм гемоглобіну доповнює визначення кислотної резистентності еритроцитів при вивченні гемотоксичності хімічних забруднювачів. Особливо це має значення для солей важких металів, котрі, за даними нашого дослідження, здатні гальмували процес гемолізу еритроцитів.
Експериментальні дані щодо перевірених на гемотоксичність речовин були проаналізовані з урахуванням їх класів небезпеки, лімітуючих показників шкідливості та загальнотоксичних властивостей. Відзначається висока чутливість та інформативність методу визначення кислотної резистентності еритроцитів для окремих речовин-забруднювачів нейротропної дії. Не було виявлено вірогідної залежності між лімітуючими показниками шкідливості речовин та їх гемолітичними властивостями, котрі було досліджено на еритроцитарній моделі.
Використання еритроцитарної моделі для експрес-аналізу проб води та повітря
За допомогою тесту визначення кислотної резистентності еритроцитів був проведений аналіз середньомісячних проб питної води (червень 1996 року), отриманої з Дніпровського водопроводу на різних етапах водопідготовки, та проб аерозольної частини атмосферного повітря деяких міст України (Донецьк, Маріуполь, Рівне, Севастополь, Сєверодонецьк, Суми).
Результати експериментального дослідження гемотоксичності проб питної води за допомогою даного тесту наведені у таблиці 1.
Таблиця 1. Залежність показника екстинції суміші від часу гемолізу для проб питної води на різних етапах водопіготовки
Час, хв Показники екстинції суміші в досліджених пробах води, опт. од.
контроль 1 2 3 4 5 6 7
0 0,5800* 0,5925* 0,4870*** 0,6040 0,5710* 0,6021 0,5250* 0,5530**
0,5 0,5245 0,5123* 0,4415** 0,5445* 0,5390* 0,5572* 0,4805** 0,5345*
1,0 0,4610 0,4452* 0,3960** 0,4755* 0,4840* 0,4785* 0,4375* 0,4975**
1,5 0,4075 0,3872* 0,2955*** 0,3865* 0,4055 0,4168* 0,3970* 0,4455*
2,0 0,3630 0,3386* 0,1710*** 0,2965** 0,3270* 0,3481* 0,3570* 0,3805*
2,5 0,3230 0,3062* 0,0965*** 0,2285** 0,2610* 0,2860** 0,3000* 0,3075*
3,0 0,2890 0,2789 0,0640*** 0,1765** 0,2105* 0,2294** 0,2614* 0,2560*
3,5 0,2600 0,2592 0,1400** 0,1730** 0,1869** 0,2060** 0,2250*
4,0 0,2340 0,2341 0,1070** 0,1435** 0,1487** 0,1595** 0,1950*
4,5 0,2110 0,2109 0,1210** 0,1812* 0,1715*
5,0 0,1920 0,1876 0,1080** 0,1535*
Т501 3,10 2,51* 1,60** 1,90** 2,21** 2,46* 2,85* 2,75*
Примітка. Т501 – показник часу 50%-го гемолізу еритроцитів у хвилинах
* р

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019