УДК 615.9:615.2/3.099

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНГАЛЯЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КРОТОНОВОГО АЛЬДЕГИДА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЗМА

С.В. Вековшинина, к.б.н., В.Г. Шуляк, к.б.н., Т.В. Хилькевич, П.Г. Жминько, к.б.н.

Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И. Медведя МЗ Украины, г. Киев

Кротоновый альдегид (бета-метилакролеин, метилпропеналь, 2-бутеналь) широко используется в органическом синтезе и деревообрабатывающей промышленности. Кротоновый альдегид (КА) образуется в результате сгорания автомобильного топлива, некоторых полимерных материалов (полипропилена), при гниении мусора. Известно, что при ингаляционном пути поступления это соединение высоко токсично и оказывает раздражающее и общетоксическое действие [1].

В экспериментах на мышах и крысах было показано, что КА относится ко II классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 [2]. При действии КА в высоких концентрациях отмечается нарушение гемодинамики в малом круге кровообращения, которое ведет к отеку легких и гибели животных. Преобладающим влиянием КА на центральную нервную систему крыс является наркотическое действие — заторможенность, адинамия, боковое положение, анальгезия. У мышей отмечается возбуждающее действие, что проявляется в виде тремора, ригидности хвоста, судорог. Лимитирующим в токсическом действии КА является раздражающий эффект на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз [3].

Целью настоящей работы являлось исследование функционального состояния сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, состава периферической крови крыс при ингаляционном действии КА в остром и хроническом эксперименте.

Методы исследования
Объектом исследования служили белые крысы (самцы) линии Wistar массой тела 160—180 г. Подопытная и контрольная группы состояли из 6 животных.

Действие КА на организм крыс исследовали в газопаровых камерах Б.А. Курляндского объемом 200 л, в которых осуществлялся трехкратный обмен воздуха со скоростью 2 л/мин., поддерживалась температура 20—24 °С и относительная влажность воздуха 78—86 %. Содержание КА в воздухе определяли газохроматографическим методом.

Токсические свойства соединения изучали при однократном ингаляционном воздействии паров КА в концентрациях 160; 130; 87; 5 и 1 мг/м³ (экспозиция 4 ч) и при многократном действии (хронический эксперимент) — в концентрациях 5,18; 0,56; и 0,14 мг/м³ (экспозиция 4 ч).

Исследуемые показатели регистрировали в динамике через 1 ч, 3 и 7 сут. после однократного ингаляционного воздействия. В хроническом опыте гематологические исследования проводили в динамике через 0,5, 1, 2 и 4 мес. после начала эксперимента, показатели гемодинамики и дыхания регистрировали через 0,5; 1 и 4 мес., показатели ориентировочно-исследовательской активности — в конце эксперимента.

Кардиотоксическое действие КА изучали по изменению биоэлектрической активности сердца. Показатели ЭКГ записывали во ІІ стандартном отведении в состоянии покоя. Анализировали конфигурацию ЭКГ, измеряли длительность интервалов P-Q, Q-S, Q-T, вольтаж зубцов P, R, S, T. Реографическим методом регистрировали минутный объем крови (МОК). О функциональном состоянии легких судили по частоте дыхания (ЧД) и минутном объеме дыхания (МОД) до и после функциональной нагрузки (вдыхание животными паров фенола на протяжении 20 с).

Влияние КА на состав периферической крови оценивали по количеству эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, ретикулоцитов, уровню гемоглобина, лейкоцитарной формуле, которые определяли с помощью унифицированных методов [4]. Содержание гемоглобина определяли цианметгемоглобиновым методом, количество эритроцитов и лейкоцитов подсчитывали в камере Горяева, ретикулоцитов — в мазках крови после суправитальной окраски бриллиант-крезиловым синим, тромбоцитов — по Фонио. Критериями оценки функционального состояния центральной нервной системы служили показатели ориентировочно-исследовательской активности животных в открытом поле: латентный период (ЛП) начала движения (в сек), количество пересеченных квадратов (горизонтальная активность — ГА) и вертикальных стоек (вертикальная активность — ВА). Поведенческие реакции подсчитывали в течение 3 мин. У животных (контрольная и опытная группы) перед началом експеримента регистрировали фоновые показатели [5]. Влияние КА на периферическую нервную систему оценивали по функциональному состоянию двигательных аксонов и нервно-мышечной передачи. Электрофизиологическим методом регистрировали скорость распространения возбуждения (СРВ) по (n.caudalis) и величину амплитуды вызванных потенциалов действия m. lateralis на непрямое раздражение нерва прямоугольными стимулами. Лабильность мионевральной передачи оценивали по способности латеральной мышцы воспроизводить потенциалы действия на стимуляцию 50—200 Гц.

Обработку полученных экспериментальных данных проводили методом вариационной статистики.

Результаты исследования и их обсуждение
Клиническая картина острой интоксикации у крыс при воздействии КА в концентрации 160 мг/м³ (ЛК₅₀) развивалась через 2 ч после поступления паров препарата в зону дыхания и на первых этапах характеризовалась признаками раздражающего действия (беспокойство животных, груминг). В дальнейшем у животных отмечались саливация, слезотечение, цианоз слизистых оболочек, частое поверхностное дыхание, анальгезия, заторможенность, боковое положение тела. Животные погибали от удушья вследствие развития отека легких. У выживших после острого отравления крыс видимые признаки интоксикации (саливация, заторможенность) наблюдались в течение трех суток. При действии КА в более низких концентрациях гибели животных не отмечалось. Состояние крыс при этом характеризовалось некоторой заторможенностью и грумингом в течение 1 сут. после воздействия препарата.

При изучении кардиотоксического действия КА при однократном ингаляционном воздействии в концентрациях 130 и 87 мг/м³ выявлено существенное снижение (на 38—40 %) МОК на 7 сут. исследования (табл. 1). Ответная реакция на раздражитель (фенол) в контрольной группе крыс характеризовалась значительным увеличением (на 40—50 %) МОК, в то время как при воздействии КА в концентрациях 87 и 5 мг/м³ после действия паров фенола наблюдалось снижение МОК во все сроки исследования.

Показатели ЭКГ при воздействии КА в концентрациях 130 и 87 мг/м³ в остром опыте существенно не изменялись по сравнению с контролем. Это свидетельствует о том, что КА не нарушает биоэлектрическую активность сердца. Поэтому в дальнейшем данные исследования не проводили.

Изменения функционального состояния дыхательной системы характеризовались снижением ЧД и ответа на феноловую нагрузку у крыс, подвергшихся воздействию КА в концентрациях 130, 87 и 5 мг/м³ [ 6].

Таким образом, на фоне отсутствия видимых нарушений биоэлектрической активности сердца под влиянием КА наблюдалось недостаточность функции дыхания и кровообращения, которая может быть связана с ослаблением сократительной способности сердечной мышцы и угнетением дыхательного центра. При хроническом воздействии КА в концентрации 5,18 мг/м³ (табл. 2) через 0,5 и 1 мес. наблюдалось некоторое (на 5—8 %) снижение ЧД после нагрузки фенолом. Вместе с тем, показатель МОД не имел достоверных отличий на протяжении всего срока исследования. Под влиянием паров фенола МОД увеличивался у животных контрольной группы на 21—36 %, у опытных животных МОД тоже увеличивался, но если через 0,5 мес. это увеличение составляло 44 %, то через 4 мес. — только 7 %. В связи с этим можно сделать вывод, что КА в концентрации 5,18 мг/м³ угнетает функцию дыхательных рецепторов, что может при-вести к гиповентиляции легких.

Достоверных изменений показателя МОК у крыс на протяжении всего срока исследования не наблюдалось. Под влиянием паров фенола имели место изменения, сходные с таковыми показателя МОД. При ингаляционном воздействии КА в концентрации 0,56 мг/м³ (табл. 3) наблюдалось снижение ЧД через 0,5 мес. (на 23 %) в опытной группе после вдыхания паров фенола. В более поздние сроки наблюдений эти изменения не регистрировались.

Анализ изменений показателя МОД свидетельствует, что при использовании КА в концентрации 0,56 мг/м³ величина МОД контрольной группы животных увеличивается на 78 %, а опытной — только на 22 %. Через 1 мес. эти различия нивелируются.

Через 1 мес. наблюдалось повышение МОК по отношению к контролю (до феноловой нагрузки — на 52 %, после вдыхания фенола — на 65 %). Через 4 мес. эти изменения не регистрировались. Полученные данные свидетельствуют о том, что КА в концентрации 0,56 мг/м³ изменяет функцию легких на протяжении 1 мес., после чего наступает адаптация к воздействию вещества.

При воздействии КА в концентрации 0,14 мг/м³ не наблюдалось достоверных изменений МОД, МОК и ЧД на протяжении всего срока наблюдений, что позволяет отнести данную концентрацию к недействующей.

Таким образом, КА в высоких концентрациях при хроническом поступлении в организм оказывает раздражающее действие на дыхательную систему, что проявляется угнетением дыхательных рецепторов, гиповентиляцией легких и нарушением кровообращения.

Анализ морфологического состава крови при однократном ингаляционном воздействии КА в острых опытах свидетельствует об отсутствии стойких однонаправленных изменений. Так, при воздействии КА в концентрации 130 мг/м³ достоверные изменения отмечались только в белой крови: через 1 ч — нейтрофилез, гиперсегментоз ядер нейтрофилов и относительная лимфоцитопения; через 7 сут. — снижение числа моноцитов и повышение количества лимфоцитов с атипичным строением ядра. Более низкая концентрация препарата — 87 мг/м³ вызывала моноцитопению, на 7 сут. — ретикуло- и тромбоцитопению, морфологические изменения в лейкоцитах (гиперсегментоз ядер нейтрофилов и повышение числа атипичных лимфоцитов у отдельных животных). При воздействии КА в концентрации 5 мг/м³ изменения показателей периферической крови несколько отличались от таковых при действии более высоких концентраций: имели место слабая лейкопения, относительный нейтрофилез, лимфоцитопения и моноцитоз. Изменения периферической крови при поступлении в дыхательные пути КА в концентрации 1 мг/м³ отсутствовали.

В связи с вышеуказанным, изменения морфологического состава периферической крови при воздействии КА, по-видимому, не являются специфическими. Наблюдаемые фазовые изменения некоторых показателей могут быть связаны с особенностями адаптационных процессов в организме животных. Вместе с тем, препарат в высоких концентрациях оказывал цитотоксическое действие на клетки белой крови — лимфоциты и нейтрофилы.

Гематологические исследования, проведенные в хронических экспериментах, показали, что КА в концентрации 5,18 мг/м³ не вызывает резких изменений в количественном составе периферической крови. Через 1 мес. после начала эксперимента обнаруживали выраженный шизоцитоз эритроцитов, через 4 мес. — умеренную ретикулоцитопению, что указывает на слабое торможение эритропоэза. Отмечался также гиперсегментоз нейтрофилов, связанный с цитотоксическим действием препарата на данные клетки.

Ингаляционное воздействии КА в концентрации 0,56 мг/м³ приводило к невыраженному, но достоверному повышению уровня гемоглобина, количества тромбоцитов (1 мес.) и лейкоцитозу (1 и 2 мес.). Через 0,5 и 1 мес. увеличивалось количество атипичных нейтрофилов и лимфоцитов. В последующие сроки исследований изменения в количественном и качественном составе периферической крови не наблюдались. При воздействии КА в концентрации 0,14 мг/м³ отмечались (в пределах физиологических колебаний) уменьшение количества эозинофилов (0,5 мес.) и лейкоцитов (2 мес.). При исследовании в восстановительный период (1 мес.) изменения в количественном и качественном составе периферической крови отсутствовали. Таким образом, концентрация 0,14 мг/м³ является недействующей по гематологическим показателям.

Электрофизиологическое исследование не выявило существенного влияния КА на функциональное состояние периферической нервной системы крыс при однократном поступлении. СРВ по двигательному нерву, величина амплитуды потенциала действия мышцы на одиночный импульс, а также характер нервно-мышечного проведения импульсов различной частоты у подопытных животных достоверно не отличались от показателей контрольной группы. В связи с отсутствием нарушений функции периферических нервов и мышц при действии КА в остром опыте в дальнейшем эти исследования не проводили.

Изучение ориентировочно-исследовательской деятельности животных в хроническом эксперименте выявило существенное (на 50—38 %) увеличение вертикальной активности при воздействии КА в концентрациях 5,18 и 0,56 мг/м³ (табл. 4). Другие показатели поведенческой активности крыс в открытом поле (ЛП, ГА) не изменялись. При воздействии КА в более низкой концентрации — 0,14 мг/м³ не отмечалось нарушения ориентировочного рефлекса. Исследовательская активность в открытом поле отражает общий уровень возбудимости головного мозга животных. Наблюдаемое увеличение исследовательского компонента поведенческой активности животных может быть связано со способностью КА оказывать возбуждающее действие на центральную нервную систему [7].

Выводы
1. Кротоновый альдегид при однократном ингаляционном воздействии в высоких концентрациях (130 мт/м³ и 87 мг/м³) на фоне отсутствия изменений биоэлектрической активности сердца вызывает нарушение кровообращения, угнетение функционального состояния дыхательной системы. При остром воздействии кротонового альдегида изменений функции периферических нервов и мышц не выявлено.
2. В хроническом эксперименте кротоновый альдегид в концентрациях 5,18 мг/м³ и 0,56 мг/м³ оказывает возбуждающее действие на центральную нервную систему, угнетает функцию дыхательных рецепторов, что сопровождается гиповентиляцией легких и нарушением кровообращения.
3. Изменения количественного состава периферической крови при остром и хроническом ингаляционном воздействии КА не являются стойкими и однонаправленными. Вместе с тем, КА в высоких концентрациях оказывал цитотоксическое действие на клетки белой крови.
4. Концентрация кротонового альдегида 0,14 мг/м³ в хроническом эксперименте является недействующей по изученным показателям.

Литература
1. Вредные вещества в промышленности/Под. ред. Н.В. Лазарева, Э.Н. Левиной. —Л.: —Химия, 1976. —Т. 1. —С. 518—519.
2. Жминько П.Г., Каган Ю.С., Кокшарева Н.В., Шушурина Н.В., Шуляк В.Г., Иваницкий В.А., Янкевич М.В., Лысенко Е.А., Кавецкая Л.Н., Хилькевич Т.В. Некоторые особенности токсического действия кротонового альдегида при ингаляционном пути поступления в организм//Сongresul IV al igienistilor, epidemiologilor, microbiologilor si parazitologilor din republica Moldova, 11—12 sept. —1997, Chisinau. —C. 184—185.
3. Тепкина Л.А., Скворцова Е.Л., Шипулина З.В., Карташова А.В., Мальков Ю.Н., Сизова Н.Н. Обоснование ПДК кротонового альдегида в атмосферном воздухе// Гиг. и сан. —1997. —N 3. —С. 3—5.
4. Лабораторные методы исследования в клинике: Справочник/Меньшиков В.В., Делекторская Л.Н., Золотницкая Р.Н. и др.; под ред. В.В. Меньшикова. —М.: Медицина, 1987. —368 с.
5. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. —М.: Высшая школа, 1991. —С. 119—122.
6. Хилькевич Т.В., Жминько П.Г., Кокшарева Н.В. Экспериментальные данные о воздействии кротонового альдегида на функцию дыхания//Современные проблемы токсикологии. —1998. —N 1. —С. 41—42.
7. Котляр Б.И. Пластичность нервной системы. —М.: Изд-во МГУ, 1986. —240 с.