Экология/ 4. Промышленная экология и медицина труда

К.б.н. Искакова С.А.

Национальный центр гигиены труда и профзаболеваний, г Караганда, Республика Казахстан

ПОКАЗАТЕЛИ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В ОРГАНАХ У КРЫС ПОСЛЕ СУБХРОНИЧЕСКОЙ ЗАТРАВКИ ПАРАМИ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ

Ввиду развития нефтедобывающей промышленности в Казахстане остро встала проблема хранения элементарной серы, запасы которой увеличиваются с каждым днем. Элементарная сера является химически активным веществом и может взаимодействовать со всеми компонентами окружающей среды с образованием более токсичных метаболитов: сероводорода, серного ангидрида, сернистого ангидрида, серной кислоты. Кроме этого элементарная сера сравнительно легко под воздействием высокой температуры окружающей среды испаряется с площадок хранения в виде аэрозоля или пара, образуя восьмиатомные молекулы, что может оказать токсическое действие на живые организмы [1, 2].

При интоксикации организма, как правило, органами мишенями являются: печень, легкие, почки, сердце, селезенка и мозг, а также органы гормональной регуляции: поджелудочная железа, паращитовидные железы, надпочечники. Соответственно, эти органы очень избирательно реагируют на интоксикацию в зависимости от природы вредных веществ.

Процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), играя важную роль в нормальном функционировании клетки, выступают и как ранние ключевые звенья ответной реакции организма на стрессорные состояния. Интоксикация организма, являясь стрессовым фактором, также сопровождается активацией процессов ПОЛ.

Соответственно повышается уровень свободнорадикальных процессов в тканях. Усиленное образование продуктов ПОЛ в организме при ингаляции парами элементарной серы может свидетельствовать о снижении активности антиоксидантной системы (АОС). Соотношение этих процессов в организме во многом определяет структуру и функции биологических мембран. Таким образом, их исследование может иметь значение для понимания механизмов, обеспечивающих адаптационные процессы при интоксикациях.

В этой связи, целью нашей работы явилось установить в эксперименте на экспериментальных животных субхроническое действие паров элементарной серы на массу тела и весовые коэффициенты их органов, на процессы ПОЛ в гомогенатах органов крыс.

Материал и методы:

Экспериментальное исследование проведено в осенний период на 58 белых беспородных крысах массой 200-250г, содержащихся в виварии при естественном световом режиме на стандартной диете со свободным доступом к воде. Животные были разделены на три группы: I группа - интактные крысы (n=10), II группа – животные, подвергавшиеся подострой ингаляционной затравке аэрозолью элементарной серы в дозе 2,45 мг/м³ (n=24), III группа – животные, подвергавшиеся острой ингаляционной затравке аэрозолью элементарной серы в дозе 11,3 мг/м³ (n=24). Ингаляция аэрозолью элементарной серы производилась 10 недель в течение 4-х часов статическим методом в затравочных камерах Курляндского, емкостью 200 литров. Пары элементарной серы получали методом «песчаной бани» по Саноцкому И.В.[3]

ПДК серной пыли в воздухе рабочей зоны установлен, как 6мг/м³[4], отталкиваясь от этой цифры, была взята доза 11,3мг/м³, как группа сравнения, при которой биохимические сдвиги отражают интоксикацию организма. Доза 2,45мг/м³ ниже уровня действующей ПДК в воздухе рабочей зоны, однако, по мнению Брилинского Л.П. [1] ПДК в воздухе рабочей зоны должен быть снижен до 2 мг/м³ .

Методы исследования: контроль за состоянием животных (общая активность, наличие побочных эффектов, гибель животных), взвешивание животных, внутренних органов (печень, легкие, сердце, почки, мозг, селезенку, семенники, поджелудочную железу, паращитовидные железы, надпочечники), определение коэффициента прироста, определение весовых коэффициентов органов. Весовые коэффициенты. Определение массы тела животных проводили до начала опыта и на 71 сутки. На 71 сутки от начала опыта у каждой крысы из группы определяли относительную массу (коэффициенты) внутренних органов – печени, почек, легких, сердца, мозга, селезенки, надпочечников, поджелудочной железы, паращитовидных желез.

На 71 сутки после субхронической ингаляции паров элементарной серы крыс декапитировали, извлекали сердце, печень, почки, легкие, головной мозг и готовили гомогенаты органов на трис-НСI-буфере (рН 7,4) в соотношении 1:10 (ткань: буфер). Содержание ТБК-активных продуктов (МДА) в гомогенатах определяли по реакции с тиобарбитуровой кислотой, используя коэффициент экстинкции, равный 1,56•105М-1см-1, и выражали в нмоль МДА на 1 мг белка в гомогенате [5]. Установлено, что гомогенаты органов крыс содержат в достаточном количестве субстрат для ПОЛ, его активаторы, а также показатели системы антиоксидантной защиты и отражают состояние ПОЛ всего организма. Таким образом, в нашей работе мы проводили определение первичных продуктов ПОЛ – диеновых коньюгатов (ДК), вторичных продуктов - малонового диальдегида (МДА) в гомогенатах органов крыс: сердце, печени, почках, легких и головном мозге. Пробы центрифугировали, показатели ПОЛ определяли в супернатанте.

Результаты обработаны статистически с помощью электронной таблицы Microsoft Excel определением средней арифметической (М) и ее стандартной ошибки (м), степень достоверности различий между сравниваемыми величинами определяли по критерию Стьюдента.

Результаты и обсуждение:

Экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Изучали влияние субхронической ингаляции паров элементарной серы в дозе 2,45, 11,3мг/м³ на массу тела, печени, легких, сердца, почек, мозга, селезенки, поджелудочной железы, паращитовидных желез, надпочечников. Ингаляция парами элементарной серы приводила к снижению массы тела крыс,

которое отмечали уже через неделю, что является результатом патологического действия интоксиканта. В наибольшей степени снижалась масса тела в третьей группе, что вероятно обусловлено большей концентрацией паров серы. Чем больше была степень снижения массы тела и ниже конечная масса крыс, тем тяжелее было физиологическое состояние животных. Действие паров элементарной серы приводило к значительному (в среднем на 30,22%) увеличению массы печени у большинства животных и снижению массы селезенки в среднем на 37% по сравнению с контролем. Кроме того, отмечали последовательное увеличение массы легких (в среднем на 53%), почек (в среднем на 36%) по сравнению с контролем, что в большей степени характерно для второй группы с меньшей концентрацией паров элементарной серы.

Степень изменения массы тела и органов существенно варьировала у разных животных. Таким образом, ингаляционное действие паров элементарной серы на организм крыс носит индивидуальный характер и зависит не только от количества поглощенной токсодозы, но и от состояния защитных систем и адаптивных возможностей животных. Чем сильнее проявляется патологическое действие паров элементарной серы на печень, легкие, почки, тем в большей степени увеличивается масса этих органов, что говорит об их более высокой функциональной активности [7,8].

Таблица №1.Некоторые показатели состояния животных в субхроническом эксперименте. Экспозиция –70 суток (М±m), n=24

Показатель	Группы животных
	Норма (лит.данн.)	Контроль (n=10)	2группа 2,45мг/м^3 (n=24)	3группа 11,3мг/м^3 (n=24)
Вес исходный, гр.	150,6±11,5	199,7±7,02	278,7±9,04***	291,1±7,4***
Вес на 70 сутки, гр.	212,3±12,5	242±3,43	297,3±25,59**	300,5±8,96***
Прибавка в неделю, гр.	4,79±0,39	4,23±3,59	1,86±1,65	0,94±1,56
** - p<0,005; *** - p<0,001 по сравнению с контролем

Отмечен низкий прирост массы тела в третьей группе с дозой 11,3 мг/м³в 5,1 раза меньше, по сравнению с нормой и в 4,5 раза меньше, по сравнению с контрольной группой. Среднесуточный прирост массы тела за весь период наблюдения (70 дней) составил 22,22% при ингаляции парами элементарной серы в дозе 11,3 мг/м³ и 47,99% при дозе 2,45мг/м³ по сравнению с контрольной группой. Это свидетельствует о более выраженном интоксикационном процессе, сопровождающем ингаляцию парами серы в третьей группе экспериментальных животных.

Как следует из таблицы 2 и 3, при разных дозах субхронической ингаляции паров элементарной серы отмечается статистически достоверное увеличение концентрации ДК и МДА в гомогенатах органов экспериментальных животных по сравнению с интактной группой.

Таблица №2 Показатели ДК в гомогенатах органов крыс при разных дозах субхронической ингаляции паров элементарной серы (нмоль/мл).

Гомогенаты	Контроль (n=10)	Доза 2,45мг/м^3(n=24)	Доза 11,3мг/м^3(n=24)
сердца	0,0252±0,00387	0,0622±0,0162	0,0436±0,011
печени	0,0392±0,0067	0,0564±0,0111	0,0409±0,0122
почек	0,0416±0,0079	0,0589±0,0148	0,0356±0,0119
легких	0,0361±0,0159	0,0683±0,0193	0,0385±0,0126
мозга	0,0396±0,0143	0,0457±0,0099	0,0413±0,0156
Примечание: *-р<0,05; ***-p<0,001 по сравнению с контролем

Концентрация первичного продукта ПОЛ - ДК – при ингаляции паров серы в дозе 2,45мг/м³ недостоверно превышала таковые в контрольной группе в 2,48 раз в сердце, в 1,88 раза в легких. Содержание диеновых конъюгатов при ингаляции паров серы в дозе 11,3 мг/м³ недостоверно превышала таковые в контрольной группе в 1,7 раз в сердце, на 5%, на 8,3% в легких; и снижалось на 22,2% в почках. При сравнении опытных групп необходимо отметить, что концентрация ДК во второй опытной группе при дозе 2,45мг/м³ недостоверно превышает таковые в третьей опытной группе на 44% в сердце, на 36,5% в печени, на 62,9% в почках, на 74% в легких, на 12% в головном мозге.

Рис.2 Влияние субхронической ингаляции паров элементарной серы на показатели ДК в гомогенатах органов крыс.

Таблица №3 Показатели МДА в гомогенатах органов крыс при разных дозах субхронической ингаляции паров элементарной серы (в нмоль/мл).

Гомогенаты	Контроль (n=10)	Доза 2,45мг/м^3(n=24)	Доза 11,3мг/м^3(n=24)
сердца	0,671±0,086	0,841±0,0452^&&&	1,464±0,117***
печени	1,037±0,178	0,917±0,242	1,542±0,199
почек	0,704±0,049	0,929±0,389	1,317±0,122***
легких	0,29±0,044	0,939±0,168***^&	1,457±0,162***
мозга	0,66±0,195	1,0±0,167^&&&	1,766±0,19***
Примечание: *** - р<0,001 по сравнению с контролем; ^&- р <0,05; ^&&&- р<0,0001 по сравнению со второй группой

Концентрация вторичного продукта ПОЛ – МДА при ингаляции паров серы в дозе 2,45мг/м³ достоверно превышала таковые в контрольной группе в 3,24 раза в легких. При дозе 11,3мг/м³ концентрация конечного продукта ПОЛ достоверно превышает таковые в контрольной группе в 2,18 раза в сердце, в 1,87 раза в почках, в 5 раз в легких, в 2,6 раза в головном мозге. При сравнении опытных групп необходимо отметить, что концентрация МДА в третьей опытной группе при дозе 11,3мг/м³ достоверно превышает таковые во второй опытной группе в 1,7 раза в сердце, в 1,55 раза в легких и в 1,7 раза в головном мозге, и недостоверно превышает в 1,68 раза в печени, в 1,4 раза в почках

По данным литературы [9] МДА образуется в процессе окислительной деструкции липоперекисей липидов при вторичной атаке кислородом и является интегральным показателем активности перекисного окисления липидов (ПОЛ) (Зенков В.З. и др., 2001). В связи, с чем можно сделать вывод, что субхроническая ингаляция парами элементарной серы в дозе 2,45 мг/м³ характеризуется невысокой общей активностью ПОЛ на фоне интенсификации образования вторичных продуктов ПОЛ в легких.

При субхронической ингаляции парами серы в дозе 11,3мг/м³ свободнорадикальные процессы в гомогенатах органов экспериментальных животных достоверно выше аналогичных показателей здоровых животных: Так, МДА выше в 2,18 раза в гомогенате сердца, в 1,5 раза в гомогенате печени, в 1,88 раза в гомогенате почек, в 6 раз в гомогенате легких, в 2,68 раза в гомогенате мозга. Однако достоверно снижается концентрация ДК на 44% и повышается содержание МДА в 6 раз, по сравнению с аналогичными показателями при дозе 2,45 мг/м³. Это свидетельствует об усилении окислительной деструкции липоперекисей липидов при субхронической ингаляции парами серы в дозе 11,3 мг/м³.

Наиболее чувствительными органами к окислительному стрессу оказались в порядке очередности поступления токсиканта в органы-мишени: легкие, почки, сердце, головной мозг, в то время как в печени видимо существуют защитные механизмы, снижающие процессы окисления липидов.

Рис.1 Влияние субхронической ингаляции паров элементарной серы на показатели МДА в гомогенатах органов крыс.

Выводы:

1. Подострое ингаляционное действие паров элементарной серы приводит к значительному уменьшению массы тела подопытных животных в связи с уменьшением прироста массы тела и увеличению ряда органов: печени (на 30,22%), легких (на 53%), почек (на 36%) по сравнению с контролем, что связано с увеличением функциональной нагрузки на каждый орган.

2. Субхроническое действие паров элементарной серы в дозе 2,45 мг/м³ в течение 10 недель приводит к недостоверному повышению образования первичных продуктов ПОЛ (ДК) в гомогенатах органов подопытных крыс.

3. Субхроническое действие паров элементарной серы в дозе 11,3мг/м³ на организм белых крыс в течение 10 недель приводит к интенсификации окислительных процессов ПОЛ, в частности к достоверному увеличению образования вторичного продукта ПОЛ (МДА) (р<0,001) в легких, почках, сердце и головном мозге по сравнению с контролем, а в дозе 2,45мг/м³ к достоверному увеличению образования вторичных продуктов ПОЛ в легких.

Литература:

1. Брилинский Л.П. К вопросу оздоровления условий труда рабочих, занятых добычей и переработкой самородной серы.// В кн.: «Актуальные проблемы эпидемиологии, микробиологии и гигиены». – Львов, 1965. – с. 60-61.

2. Кузиев Р.С., Алексевич Я.И. Состояние здоровья рабочих, занятых добычей серы.// Факторы внешней среды и их влияние на здоровье населения. – Киев, 1970. – Вып. 2. – С. 51-55.

3. Саноцкий И.В. // в кн.: Методы определения токсичности и опасности химических веществ (токсиметрия). -М: Медицина,1970.-С.84-85.

4. Временные методические указания по обоснованию предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. – М.,1988. – 108 с.

5. И.Д.Стальная, Т.Г.Гаришвили Метод определения МДА в ткани.// Современные методы в биохимии – М.,1977г.-С. 66-68.

6. Костюк В.А. с соавт. Определение диеновых конъюгатов.// Вопросы медхимии, 1984 г.- №4.- С.125-127.

7. Федосеева Е.С., Лысиков О.Ю., Нагаева О.С., Сучинова., Хабонина Е.С. Влияние эндотоксина на массу тела и органов крыс.// Вестник РГМУ.-2007.-№2/55/.-С.321

8. Лысиков О.Ю., Нагаева О.С., Сучинова., Федосеева Е.С., Хабонина Е.С. Вариабельность массы тела и органов, животных как одна из причин полиморфизма экспериментальных данных.// Вестник РГМУ.-2007.-№2/55/.-С.288-289.

9. Арчаков А.И., Карузина И.И. Модификация макромолекул в реакциях окисления низкомолекулярных чужеродных соединений, как основа развития патологических состояний. // Тез. докл. науч. конф.: Эфферентные методы в медицине. - Анапа. - 1992. - С.5-6.