ПРОТЕКТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ МИНИМАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ОРГАНИЗМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОГО ИНСЕКТОАКАРИЦИДА ФОСТРАНА

В.В. Мизин**, П.Н. Колбасин* А.А. Писарев*

Кафедра общей гигиены и экологии

Крымский государственный медицинский университет

им. С.И.Георгиевского*,

Симферопольская городская дезстанция**

Одной из актуальных проблем загрязнения окружающей среды представляют собой пестициды, особенно хлор- и фосфорорганические. Пестициды - химические вещества, применяемые для борьбы с различными вредными организмами: растительноядными клещами (акарициды), насекомыми (инсектициды), бактериями (бактерициды), высшими растениями (гербициды), грибами (фунгициды), моллюсками (лимациды), круглыми червями (нематоциды), паразитическими червями у животных (антигельминты), тлей (афициды), личинками и гусеницами (ларвициды) и др. В эту группу веществ обычно включают и антисептики, применяемые для предохранения неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами, а также вещества, употребляемые для предуборочного удаления листьев с растений (дефолианты), вызывающие обезвоживание тканей растений, что ускоряет их созревание и облегчает уборку урожая (десиканты), предпосевную обработку семян (протравители семян) и др. Пестициды подразделяются на два основных класса: хлорорганические и фосфорорганические. Фосфорорганические пестициды представляют собой сложные эфиры: фосфорной кислоты - диметилдихлорвинилфосфат (ДДВФ); тиофосфорной - метафос, метилнитрофос; дитиофосфорной - карбофос, рогор; фосфоновой - хлорофос. Преимуществом фосфорорганических пестицидов является их относительно малая химическая и биологическая устойчивость. Большая часть их разлагается в растениях, почве, воде в течение одного месяца, но отдельные инсектициды и акарициды внутрирастительного действия (рогор, сейфос и др.) могут сохраняться в течение года. Некоторые химические препараты могут действовать на вредные организмы только при непосредственном контакте (контактные пестициды). Системные пестициды способны передвигаться по сосудистой системе растения и в ряде случаев, по сосудистой системе животного. Основным источником поступления пестицидов в водные объекты является поверхностный сток талых, дождевых и грунтовых вод с сельскохозяйственных угодий, коллекторно-дренажные воды, сбрасываемые с орошаемых территорий. Пестициды также могут вноситься в водные объекты во время их обработки с целью уничтожения нежелательных водных растений и других гидробионтов, со сточными водами промышленных предприятий, производящих ядохимикаты, непосредственно при обработке полей пестицидами с помощью авиации, при небрежной транспортировке их водным транспортом и при хранении. Коэффициенты кумуляции (во сколько раз содержание химического вещества больше в гидробионтах, чем в воде) составляют от 3-10 до 1000-500000 раз. В поверхностных водах пестициды могут находиться в растворенном, взвешенном и сорбированном состояниях. Пестициды могут попадать в организм через повреждённую кожу, а некоторые из них, которые растворяются в жирах, и через неповреждённую. Существует ряд условий, способствующих проявлению токсического действия пестицидов, так они лучше всасываются через кожу при её гипертермии и усиленном потоотделении, этому способствует высокая температура воздуха рабочей зоны, солнечная радиация, повышенная физическая нагрузка и некоторые другие факторы. Также пестициды могут поступать в организм через желудочно-кишечный тракт, и через лёгкие. На судьбу яда в организме значительно влияет соотношение между поступлением и выведением или превращением его, т.е., баланс яда. Если количество выведенного и обезвреженного яда меньше поступившего за этот же промежуток времени, создаются условия для его накопления – кумуляции. В тех случаях, когда происходит кумуляция не самого яда, а эффекта его действии наступает функциональная кумуляция, или кумуляция действия. До некоторой степени таким свойством обладают представители некоторых фосфорорганических соединений (тифос, карбофос, метафос и др.). Многочисленные литературные данные свидетельствуют о разностороннем влиянии пестицидов на организм человека: подавляется иммунная система, что приводит к снижению защитных сил организма; возникает острое набухание клеток коры больших полушарий мозга с выраженным хроматолизисом, страдают органы пищеварения, в частности в печени возникают глубокие дистрофические, а иногда некротические изменения, приводящие к циррозу, нарушается сердечно-сосудистая деятельность. Отравления по характеру течения делятся на острые и хронические. Первый период скрытый, или латентный, длящийся от момента попадания яда до наступления первых признаков отравления, второй период предвестников с общими неспецифическими явлениями, третий – токсического действия, с выраженными клиническими нарушениями, четвертый – восстановления, пятый – последующих явлений или осложнений. Симптомы острого отравления появляются внезапно, течение его может быть лёгким, средним, тяжёлым. При длительном повторном поступлении в организм малых количеств яда развивается отравление в течении нескольких месяцев или лет хроническое отравление. При этом нарастают явные признаки хронических неспецифических заболеваний внутренних органов, аллергических состояний, иммунных депрессий. При поступлении в организм нескольких ядов следует различать формы их взаимодействия и влияния на организм: комбинированное влияние, одновременное действие на организм двух или более соединений и сочетанное действие – влияние различных по своей природе факторов среды, например, яда и высокой температуры. Группа фосфорорганичеких пестицидов включает соединения существенно отличающихся по химическому строению. Общим для них является наличие молекулы хлора, которая и обуславливает общий характер действия на организм человека и теплокровных животных, но возможны существенные отличия как в степени токсичности, так и в проявлении интоксикации. Хлорорганические соединения обладают выраженным кумулятивными свойствами, способны вызывать острые и хронические отравления, поражают различные органы и системы, но преимущественно нервную систему, печень, почки, ССС, кровь. Неизученным остается вопрос о влиянии физических нагрузок на характер отравлений пестицидами. Единичные исследования, посвящённые вопросу оценки предельно допустимой концентрации, летально дозы и др. применительно к пестицидам выполнены без учёта роли физической нагрузки в момент их воздействия. В то же время по имеющимся данным токсикологические константы имеют определённую связь с характером и интенсивностью физических нагрузок, причем связь коррелятивную. В частности, известно, что физические упражнения, обеспечивающие развитие тренированности, снижают неблагоприятное влияние внешней среды, а непосредственное воздействие дозированных физических нагрузок, построенных по принципу “сочетанного эффекта” активного отдыха, расширяет компенсаторно-приспособительные возможности организма. В эксперименте нами было использовано 50 белых крыс линии “Вистар” средним весом 200-250 г в возрасте 5 месяцев. В качестве токсического вещества использован высокоэффективный фосфорорганический инсектоакарицид фостран. Контрольную группу составили 15 белых крыс линии “Вистар”. Регистрация двигательной активности у животных производилась путём применения горизонтального тредбана, модифицированного нами применительно к условиям эксперимента. В основу конструкции аппарата положен принцип “бегущей дорожки”. Опытные животные ежедневно в течении 30 суток бегали на тредбане по 10 мин. С последующими 20 минутными интервалами, суммарное время ежесуточного эксперимента 4 часа, чистое время пребывания на тредбане – 80 мин. С тремя вариантами скорости: 10м/мин.; 20м/мин.; 30м/мин., что составляло 800, 1600, 2400 метров в сутки соответственно и соответственно минимальному, среднему и максимальному уровню физических нагрузок. Контрольные животные не подвергались действию данных функциональных нагрузок.

Введение фострана приводило к нарушению гемоциркуляции, полнокровию сосудов микроциркуляторно русла, периваскулярному отёку и формированию мелких экстравазатов. Дистрофические изменения кардиомиоцитов характеризовались проявлением очагов контрактурной дегенерации и разобщением мышечных волокон за счёт отёка перимизиальных пространств. Минимальная физическая нагрузка не изменила морфологической картины, которая практически не отличалась от предыдущей серии, также выявлялись умеренно выраженные явления отёка стромальных элементов, мелкие экстравазаты развивались очагово, контрактурные изменения кардиомиоцитов также носили мелкоочаговый характер.

Повышение интенсивности физической нагрузки усугубляло гемодинамические нарушения : появлялись агрегация эритроцитов в венах (сладж-синдром) и артериолах. При этом уровне физической нагрузки отмечалось статистически достоверное (P<0,001) уменьшение содержания суммарного РНК на 31,7%. Усиление периваскулярного отёка привело к набуханию и разобщению миофибрилл.

Максимальная физическая нагрузка сопровождалась нарастанием деструктивных изменений в миокарде: появлялись отдельные очаги лизиса кардиомиоцитов, более обширные, чем в предыдущей серии, кровоизлияния, нарастал межуточный отёк с умеренной лимфоцитарной инфильтрацией. В венах и артериолах микроциркуляторного русла встречались гомогенизированные массы, напоминавшие гиалиновые тромбы. К окончанию сроков наблюдения отмечалось формирование тонковолокнистых рубцов по типу заместительного склероза в месте погибших мышечных волокон. Очаги зернисто-глыбчатого распада были единичными и мелкими, располагались в толще правого желудочка сердца. Дистрофические изменения выражались в утолщении миофибрилл в участках пересокращения со сближением вставочных дисков, исчезновение поперечной, а позже и продольной ориентировки мышечных волокон. В участках мышечного волокна, подвергшегося лизису, перимизиальные волокна были ярко фуксинофильными, тогда, как цитоплазма просветлённой, а иногда имела вид оптической пустоты, ядра в таких участках были пикнотичными, гиперхромными. Иногда выявлялась ядерная пыль. В очагах зернисто-глыбчатого распада контуры волокон не определялись, очаги некроза были представлены тканевым детритом с обломками ядер в виде хромофильных веществ.

Анализ контрактурных повреждений миокарда в паренхиматозных элементах левого желудочка (ЛЖ), межжелудочковой перегородке (МП) и правого желудочка (ПЖ) при минимальной физической нагрузке на фоне затравки фортраном показал нарастание очагов кантрактурного повреждения во всех исследуемых отделах, но наиболее показательно и статистически значимо (P<0,01) в толще ЛЖ, где по отношению к исходному уровню суммарное содержание очагов контрактур увеличилось на 43,6%. По отношению к группе контроля контрактурные повреждения носили разнонаправленный и статистически незначимый характер. Присоединение средней физической нагрузки характеризовалось значительным и статически достоверным по отношению к исходному уровню увеличением контрактурных повреждений во всех исследуемых отделах, с наибольшей выраженностью в правых отделах сердца, где их количество увеличивалось на 121,3%. По отношению к группе с чистой затравкой препарата количество контрактурных повреждений статистически значимо увеличилось как в стенке ЛЖ, так и в стенке ПЖ с наибольшей выраженностью в правых отделах сердца, где их суммарное количество оказалось увеличенным на 58,03%. При максимальной физической нагрузке количество контрактурных повреждений статистически достоверно (P<0,001) увеличивалось, как по отношению к исходному уровню, так и к группе контроля, но наиболее значительное нарастание количества контрактур отмечено в стенке правого желудочка при увеличении их количества на 158,8% по отношению к исходному уровню и на 84,4% по отношению к группе контроля. Электронномикроскопическое исследование при затравке фостраном выявляло гетерогенность сократительного миокарда с наличием тёмных и светлых участков в мышечных волокнах. Миофибриллы находились в состоянии умеренного сокращения, структура их была сохранена, лишь в отдельных участках выявлялись очаги гомогенизации миофиламентов. У большинства митохондрий двуконтурность наружной мембраны прослеживалась лишь на отдельных участках. Матрикс митохондрий был повышенной электронной плотности, при этом наблюдались очаги его гомогенизации и выраженная фрагментация крист. На фоне этого отмечались митохондрии, содержащие значительное количество неизменных крист. Присоединение минимальной физической нагрузки не оказывало существенных изменений в ультраструктурной организации кардиомиоцитов. Физическая нагрузка среднего уровня приводила к дезориентации мышечных волокон, нарушению их параллельного расположения и увеличения расстояния между ними, кое-где видны участки нарушения целостности миофибрилл в области z дисков. Митохондрии выглядели набухшими, имели округлую форму и просветлённый матрикс, кристы в них, как правило, были дезориентированы, в отдельных митохондриях наряду с дископлексацией крист наблюдались их разрывы, однако наружная митохондриальная мембрана почти всегда сохранялась. Максимальный уровень физической нагрузки характеризовался разволокнением миофибрилл в мышечных волокнах, что сопровождалось потерей чёткости контуров z дисков. Отдельные мышечные волокна выглядели разорванными. Со стороны митохондрий наблюдались все более увеличивающиеся дистрофические изменения в виде резкого набухания органелл, которые имели светлый матрикс, во многих митохондриях кристы были разрушены, а в большом количестве митохондрий отмечалось нарушение целостности наружной мембраны. При количественном анализе электронограмм сердца при затравке фостраном, а также при различных уровнях физической нагрузки, на фоне затравки фостраном, можно отметить, что изменения количества митохондрий в одной электронограмме имели тенденции к изменению, наиболее выраженному при среднем и максимальном уровнях нагрузки, где их количество уменьшалось на 33,6% и на 44,8% соответственно. При анализе количества крист в одной митохондрии отмечен аналогичный характер изменений, наибольшая выраженность которых наблюдалась при среднем и минимальном уровнях нагрузки, где их количественное содержание снижалось на 35% и 36,3% соответственно. Количество крист в одной электроннограмме существенно и статистически достоверно (P<0,01) снижалось уже при чистой затравке фостраном, присоединение физической нагрузки увеличивало количество разрушенных крист наиболее выражено при максимальном уровне нагрузки, где их количество уменьшалось статистически достоверно по отношению к серии с чистой затравкой препаратом на 60,67%. Средняя площадь одной митохондрии претерпевала существенные и статистически значимые изменения, как по отношению к контрольной группе во всех сериях эксперимента и прогрессирующе при максимальном уровне, где по отношению к исходному уровню площадь одной митохондрии увеличивалась на 100%, а по отношению к контрольной группе на 60%. Изменения средней площади митохондрий в одной электроннограмме при чистой затравке фостраном в среднем и максимальном уровнях нагрузки были незначительны и статистически недостоверны, в то время, как при минимальном уровне нагрузки наблюдалось статистически значимое, как по отношению к исходному уровню, так и по отношению к контрольной группе увеличение средней площади митохондрий (P<0,001). Коэффициент энергетической эффективности митохондрий (КЭЭМ), представляющий собой, выраженное в процентах отношение произведения среднего суммарного количества крист на сумму площадей митохондрий в одной электроннограмме при патологии к тем же показателям нормального сердца, при затравке фостраном снижался на 39%. Присоединение минимальной, средней и максимальной физических нагрузок приводило к прогрессирующему снижению (КЭЭМ), который составил 69,3%, 49,2%, 43,4% соответственно. Морфологическая картина сердца при введении фострана характеризовалась нарушением гемоциркуляции и нарастающими дистрофическими изменениями кардиомиоцитов. Электронномикроскопическое исследование выявило гетерогенность сократительного миокарда, наличие двухконтурности наружной мембраны митохондрий с очагами гомогенизации матрикса, фрагментации крист, свидетельствующих о парциальном некрозе митохондрий. Контрактурная дегенерация отмечалась практически во всех отделах, но наиболее выраженной она была в правых отделах, где количественно увеличивалась на 158,8% по сравнению с исходным уровнем. Таким образом, на фактологическом материале выявлено протекторное действие минимальных физических нагрузок. Последние: активизируя обменные процессы, очевидно, с одной стороны усиливают дезинтоксикационные процессы, с другой стороны – как бы подготавливая стромально-паренхиматозные модули сердца к отрицательному воздействию агента повышает его толерантность. Токсический эффект фострана, как фосфорорганического пестицида проявляется морфологическими и функциональными изменениями в сердце. В основе поражения лежит цито- и мембранотоксическое действие фострана. Морфологические изменения в сердце при отравлении фостраном развиваются на фоне прогрессирующей гипоксии миокарда и проявляются гипертрофией преимущественно правых отделов сердца контрактурной дегенерацией и снижением коэффициента энергетической эффективности митохондрий до 39%. Использование минимальных физических нагрузок активизирует угнетённый кислородозависимый метаболизм, повышает резистентность тканевых мембран на клеточном и субклеточном уровнях, расширяет энергоёмкость внутриклеточных структур, достоверно обеспечивает протекторный эффект при воздействии фострана на организм. Проведённые исследования с современных морфофункциональных позиций не только освещают динамику и этапы морфогенеза и органной декомпенсации при отравлении пестицидами на фоне физических нагрузок, но и обосновывают эффективность минимальных физических нагрузок в снижении токсического эффекта и последующей реабилитации. Полученные данные открывают новые подходы в рациональной выработке трудовых и реабилитационных режимов у лиц, работающих с ядохимикатами.