|
ТОКСИКОЛОГИЯ ПЕСТИЦИДОВ УДК 615.9:[632.95+546.32+546.48+546.815] ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИВЧЕННЯ МЕХАНІЗМІВ КОМБІНОВАНОЇ ДІЇ МАЛИХ ДОЗ ПЕСТИЦИДІВ, НІТРАТІВ, СОЛЕЙ СВИНЦЮ ТА КАДМІЮ М.М. Коршун, к.м.н., Н.А. Колесова, д.м.н., М.І. Веремій, к.м.н., І.І. Ткаченко, к.м.н., В.І. Литвиненко Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця, Київ В умовах прогресування техногенної денатурації довкілля одним з пріоритетних напрямків гігієни та токсикології залишається вивчення особливостей та механізмів комбінованої дії найбільш поширених полютантів — факторів ризику багатьох екологічно залежних мультифакторних хвороб [17, 18]. Серед останніх, як свідчать дані епідеміологічних досліджень, — пестициди різних хімічних груп, нітрати, важкі метали [12, 17]. В сучасній літературі достатньо широко висвітлені особливості, характер та механізм дії подвійних та потрійних комбінацій зазначених вище речовин переважно на рівні смертельних доз [7, 8, 11, 13, 15, 16]. Однак накопичена інформація недостатня для прогнозування наслідків дії складних багатокомпонентних комбінацій на рівні порогових та підпорогових доз, під впливом яких знаходиться населення. Труднощі такого прогнозування пов'язані з рядом причин, в тому числі з особливостями біотрансформації екзогенних хімічних речовин в організмі та неоднозначною роллю в цих процесах мікросомальних монооксигеназ [5]. Так, більшість жиророзчинних ксенобіотиків в печінці за участю оксидаз зі змішаними функціями перетворюються на полярні сполуки, які вступають в реакції кон'югації з утворенням здебільшого нетоксичних продуктів, що виводяться з організму переважно нирками [5]. Саме так здійснюється детоксикація багатьох фосфорорганічних пестицидів за рахунок N-деалкілірування (фосфамід, октаметил), О-деалкілірування (хлорфенвінфос), О-деариліру- вання (тіофос, базудин). Але ті ж самі мікросомальні монооксигенази беруть участь в окислювальній десульфурації тіонових та дитіонових ефірів (метафосу, тіафосу, метилнітрофосу), що призводить до утворення більш активних і, як правило, більш токсичних інгібіторів холінестераз [7]. Внаслідок зазначеного як індуктори, так й інгібітори мікросомальних ферментів в одних випадках при комбінованій дії підсилюють, а в інших — зменшують токсичність фосфорорганічних сполук [7]. До того ж розподіл хімічних речовин на індуктори та інгібітори оксидаз зі змішаними функціями умовний, оскільки результат залежить від дози та експозиції [5]. Зазначене ускладнює прогнозування характеру дії багатокомпонентних комбінацій, навіть коли відомі молекулярні механізми токсичності окремих хімічних речовин. В зв'язку з цим метою роботи було вивчення в умовах підгострого експерименту деяких ланок патогенезу комбінованої дії пестицидів різних хімічних груп, нітратів, свинцю та кадмію в дозах, які відзеркалюють діапазон реальних навантажень на населення. При цьому особливу увагу приділяли вивченню процесів перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) та енергетичного обміну, як провідних механізмів альтерації клітинних мембран при дії різноманітних хімічних чинників. Матеріали та методи дослідження Підгострий експеримент проводили на білих аутбредних щурах-самцях з початковою масою 90-100 г, які були поділені на 4 групи (одну — контрольну і три — дослідні) по 10 тварин у кожній. В експерименті моделювали максимально можливі реальні дозові навантаження чинників, дії яких зазнало населення Київської області у період з 1986 по 1990 роки, а також дози на один порядок нижчі та вищі від зазначених [2]. При цьому сумарне навантаження на людину за 1 рік відтворювали на тваринах протягом 20-денного досліду. Для моделювання навантаження пестицидами певного хімічного класу використовували один з найтиповіших представників цього класу. Реальні навантаження досліджуваних чинників моделювали на тваринах 2-ої дослідної групи. Вони щоденно протягом 20 діб зазнавали комбінованного впливу хімічних речовин у дозах (Di): ГХЦГ (хлорорганічний пестицид) — 4,58 мг/кг, базудину (фосфорорганічна сполука) — 0,31 мг/кг, атразину (представник сим-триазинів) — 0,12 мг/кг, маврику (синтетичний піретроїд) — 0,13 мг/кг, 2М-4Х (похідне хлорфеноксиоцтової кислоти) — 0,09 мг/кг, нітратів (у вигляді нітрату калію) — 95,6 мг/кг, свинцю (у вигляді ацетату свинцю) — 0,11 мг/кг, кадмію (у вигляді хлориду кадмію) — 0,07 мг/кг. Тварини 1-ої групи зазнавали впливу на рівні 1/10 Di, тварини 3-ої групи — на рівні 10 Di. Пестициди та солі важких металів вводили в організм щурів з продуктами харчування у вигляді олійних емульсій, нітрати з — питною водою. Утримання, годування та забій (шляхом декапітації) лабораторних тварин проводили у відповідності з прийнятими в експериментальній практиці методиками [6]. Вивчення стану піддослідних щурів здійснювали на 21 добу експерименту. Комбінований вплив хімічних речовин оцінювали за інтегральними показниками: масою тіла, ректальною температурою, спонтанною руховою активністю, сумаційно-пороговим показником. Гематологічні дослідження передбачали визначення у периферійній крові концентрації гемоглобіну, кількості еритроцитів, лейкоцитів, лейкоцитарної формули. Окисно-антиоксидантні процеси оцінювали за рівнем кінцевих продуктів пероксидації у сироватці крові, гомогенатах печінки, селезінки та мозку в тесті з тиобарбітуровою кислотою (ТБК-активних продуктів) [4] і за активністю ферментів антирадикального і антиоксидантного захисту. Активність каталази (КФ 1.11.1.6) у крові визначали манганометричним методом за Бахом і Зубковою [1], пероксидази (КФ 1.11.1.7) у крові — в реакції окислення індігокарміну [1], церулоплазміну (КФ 1.16.3.1) у сироватці крові за методикою Houskin, модифікованою Міттельштедтом [10]. Крім того визначали активність у сироватці крові аланін-амінотрансферази /АЛТ/ (КФ 2.6.1.2) і аспартат-амінотрансферази /АСТ/ (КФ 2.6.1.1) за методом Райтмана і Френкеля та лужної фосфатази (КФ 3.1.3.1) за методом Боданського [1, 9]. Отримані результати обробляли методами варіаційної статистики з використанням критерію вірогідності Стьюдента. Для проведення патоморфологічних досліджень шматочки печінки, серця, нирок та наднирників безпосередньо після евтаназії фіксували в 10 % нейтральному формаліні, проводили через батарею спиртів висхідних концентрацій, спирт-хлороформ, хлороформ, хлороформ-парафін, парафін і заливали в парафін. Серійні зрізи завтовшки 7 мкм фарбували гематоксиліном і еозином та по Ван-Гізону [3]. Гістохімічними методами на кріостатних зрізах печінки завтовшки 10 мкм вивчали основні закономірності процесів оксидоредукції шляхом виявлення активності сукцинатдегідрогенази за Нахласом із співавт., малатдегідрогенази, лактатдегідрогенази і цитоплазматичної альфа-гліцерофосфатдегідрогенази за Гесс, Скарпеллі та Пірсом; НАД-Н дегідрогенази і НАДФ-Н дегідрогенази за Фарбером [14]. Результати та їх обговорення Комбінована дія пестицидів, нітратів, солей свинцю та кадмію викликала вірогідне (р<0,05) порівняно з контролем гальмування темпів приросту маси тіла тварин усіх дослідних груп, більш виражене при максимальному рівні впливу (таблиця). Достовірне зменшення сумаційно-порогового показника, яке спостерігали при усіх рівнях впливу, свідчило про превалювання процесів збудження в центральній нервовій системі, яке, однак, не призвело до вірогідних змін спонтанної рухової активності. Реєстрували тенденцію до підвищення вмісту гемоглобіну при низьких рівнях впливу (0,05<р<0,1), незначний еритроцитоз у тварин 2-ої дослідної групи та лейкопенію при середніх та максимальних дозах. Під впливом пестицидів, нітратів, солей свинцю та кадмію спостерігали чітке залежне від дози збільшення активності лужної фосфатази, причому при максимальному рівні впливу розбіжності з контролем ставали достовірними (р<0,05). В той же час зміни активності АЛТ і АСТ у сироватці крові тварин дослідних груп були різноспрямованими і незначними. Найбільш суттєві зміни були зареєстровані з боку показників, які характеризують окисно-антиоксидантні процеси. Так, під дією досліджуваного комплексу чинників в максимальних дозах вірогідно підвищився рівень ТБК-активних продуктів у сироватці крові та гомогенатах печінки і мозку, що свідчило про посилення процесів перекисного окислення ліпідів у тканинах та надходження кінцевих продуктів пероксидації у кров. У тварин, що зазнали впливу низьких та середніх доз, односпрямовані зміни рівнів ТБК-активних продуктів у біосубстратах були виражені значно менше: у 1-ій дослідній групі спостерігали достовірне збільшення кінцевих продуктів пероксидації лише у сироватці крові, а у 2-ій — лише у гомогенатах печінки. Одночасно залучалися захисні механізми нейтралізації процесів пероксидації: достовірно підвищилась активність пероксидази крові у тварин 1-ої і 2-ої дослідних груп, позначилась тенденція (0,05<р<0,1) до збільшення активності каталази крові у щурів 1-ої і 3-ої дослідних груп. Тобто, комбінована дія пестицидів різних хімічних груп, нітратів, солей свинцю та кадмію в усіх дозах, що вивчались, активізувала процеси перекисного окислення ліпідів у біосубстратах. При цьому простежувалась чітка пряма залежність "доза-ефект", тоді як вираженість та ефективність компенсаторного підвищення активності оксидоредуктаз були вищими при низьких рівнях впливу. Патоморфологічні та гістохімічні дослідження свідчили, що після 20-тиденного комбінованого впливу хімічних чинників у деяких тварин з 1-ої дослідної групи в печінці на фоні незначно та помірно виражених білкової та жирової дистрофії гепатоцитів превалювали двоядерні клітини, у інших спостерігалась крайня ступінь жирової великокрапельної дистрофії аж до руйнування ядерного апарату (рис. 1 і 2). Ці структурні зміни розвивались на фоні тенденції до пригнічення активності ферментів дихання (сукцинатдегідрогенази, малатдегідрогенази) і термінального окиснення (НАД-Н дегідрогенази) при одночасному достовірному підвищені рівня гліколітичних процесів у гепатоцитах усіх зон печінкових ацинусів. У щурів 2-ої дослідної групи були виявлені більш одноманітні структурні зміни в печінці: превалювала жирова дистрофія гепатоцитів різного характеру та ступеню вираженості аж до тотального ліпідоза. У деяких щурів була дещо підсилена круглоклітинна інфільтрація перипортальної сполучної тканини. Ці зміни поєднувались з більш суттєвими порушеннями енергетичного обміну гепатоцитів: пригніченням дихання і значним посиленням гліколізу (рис. 3 і 4). Для щурів 3-ої дослідної групи більш характерним був розвиток різного ступеню білкової зернистої дистрофії гепатоцитів з накопиченням у цитоплазмі великих базофільних гранул, меньш — помірна жирова дистрофія. У тварин цієї групи спостерігалось більше, ніж в інших групах, без'ядерних гепатоцитів і були більше вираженими клітинні реакції як в середині печінкових ацинусів, так і в перипортальній сполучній тканині. У цих тварин ще більше пригнічені процеси дихання при значному підсилені гліколізу (рис. 5, 6). Таким чином, у печінці тварин, підданих підгострій комбінованій дії пестицидів, нітратів, солей свинцю та кадмію в досліджуваному діапазоні доз, розвивались різні за ступенем вираженості та поширеності процеси білкової та жирової дистрофії. Структурні зміни мали місце на фоні зниження енергетичного забезпечення, що проявлялось пригніченням активності ферментів дихання при одночасному підсиленні гліколітичних процесів. Метаболічні та структурні зміни в печінці характеризувались значною гетерогенністю, що проявлялось суттєвою їх варіабельністю в межах кожної групи та свідчило про значні індивідуальні особливості тварин в реагуванні на дію досліджуваного комплексу чинників. Незважаючи на це доволі чітко простежувалась пряма залежність ступеню змін енергетичного обміну і структури печінки від рівнів впливу комплексу хімічних речовин у досліджуваному діапазоні доз. Співставлення отриманих результатів щодо порушення енергетичного обміну і структури печінки дозволило припустити, що в генезі змін при комбінованій дії хімічних чинників довкілля, які вивчались, суттєве значення має розвиток тканинної гіпоксії. У нирках тварин 1-ої дослідної групи суттєвих структурних відмінностей від контролю не спостерігали. При середньому та максимальному рівнях впливу виявляли білкову зернисту дистрофію епітелію проксимальних звивистих канальців, проліферацію клітин мезангіума, гіпертрофію клітин юкстагломерулярного апарату, вогнищеве нерівномірне підвищення кровонаповнення капілярів клубочків. Мікроскопічне вивчення препаратів серця тварин 1-ої дослідної групи не виявило суттєвих структурних відмінностей від контролю. При середньому та максимальному рівнях впливу спостерігали вогнищеві дистрофічні зміни в усіх відділах серця, вогнищевий набряк, разволокніння кардіоміоцитів, периваскулярну круглоклітинну інфільтрацію, збільшення кількості фібробластів у стромі, підсилення кровонаповнення інтрамуральних мікросудин з розширенням їх просвітів. У наднирниках тварин 2-ої та 3-ої груп виявляли гетерогенне збільшення вмісту ліпідних включень у цитоплазмі світлих клітин пучкової зони, що може бути пов'язано з компенсаторним підсиленням продукції глюкокортикоїдів. У структурі клубочкової та сітчатої зон кори та мозкової речовини не спостерігали суттєвих односпрямованих змін. Висновки 1. Комбінована дія на організм теплокровних тварин пестицидів, нітратів, солей свинцю та кадмію у дозах, які моделювали реальні навантаження на населення, призводила до гальмування темпів приросту маси тіла тварин, превалювання процесів збудження в центральній нервовій системі, підвищення рівня гемоглобіну при низьких рівнях впливу, незначного еритроцитозу та лейкопенії при середніх та максимальних дозах, а також спричиняла залежну від дози активацію перекисного окислення ліпідів, що проявлялось накопиченням ТБК-активних продуктів у сироватці крові, мозку і стимулювало підвищення активності оксидоредуктаз (каталази і пероксидази) крові, вираженість якої була вища при низьких рівнях впливу. 2. У паренхіматозних органах (печінці, серці, нирках і наднирниках) тварин, підданих комбінованій дії пестицидів, нітратів, солей свинцю та кадмію в досліджуваному діапазоні доз, розвивались різні за ступенем вираженості та поширеності дистрофічні та деструктивні процеси. Структурні зміни розвивались на фоні зниження енергетичного забезпечення, що проявлялось пригніченням активності ферментів дихання при одночасному підсиленні гліколітичних процесів. При цьому чітко простежувалась пряма залежність ступеню змін енергетичного обміну і структури печінки від рівнів впливу комплексу хімічних речовин у досліджуваному діапазоні доз. 3. Структурні зміни паренхіматозних органів та метаболічні порушення в печінці характеризувались значною гетерогенністю, особливо при низьких рівнях впливу, що свідчило про значні індивідуальні особливості тварин в реагуванні на дію досліджуваного комплексу чинників. 4.Одними з ланок патогенезу комбінованої дії пестицидів, нітратів, солей свинцю та кадмію у діапазоні доз, що вивчався, є активація процесів перекисного окислення ліпідів та зниження енергетичного забезпечення клітин в зв'язку з розвитком тканинної гіпоксії, що в комплексі призводить до дистрофічних та деструктивних процесів в паренхіматозних органах. Література |