|
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ УДК 613.632: 612.015 СВИНЕЦ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕССИ.М. Трахтенберг*, Т.К. Короленко*, Н.А. Утко**, Х.К. Мурадян** *Институт медицины труда АМН Украины, Киев, Свинец как глобальный загрязнитель окружающей среды и классический промышленный яд продолжает оставаться в центре внимания специалистов широкого профиля, включая токсикологов, гигиенистов и экологов. Согласно анализам донных отложений, слоев арктического льда или археологических останков, за сравнительно короткий исторический период содержание свинца увеличилось в десятки и сотни раз как в окружающей среде, так и в различных тканях биологических объектов и человека [5, 22]. Антропогенная свинцовая нагрузка, характерная для многих регионов мира, может индуцировать целый комплекс факторов, которые способны вызывать нарушения практически на всех уровнях биологической организации, включая экосистемы [1, 2, 15, 17, 21]. Среди многочисленных "мишеней" тяжелых металлов свободные радикалы и противостоящие им антиоксидантные системы занимают особое положение, так как нарушение баланса между образованием и гашением свободных радикалов обычно приводит к развитию окислительного стресса с последующей реальной угрозой гибели клетки и организма в целом. Свинец считается одним из наиболее токсичных среди тяжелых металлов. Его прооксидантные эффекты и, в частности, ингибирующее влияние на антиоксидантные ферменты, обычно более выражены при острых отравлениях, в том числе производственного характера. При хроническом действии, как, например, у популяций животных, которые проживают в течение многих поколений на загрязненных свинцом территориях, активность ферментов подвергается сложным изменениям, в том числе может возвращаться к исходному уровню или даже превосходить его благодаря включению многочисленных адаптационно-регуляторных или селективных механизмов [6, 17, 18]. В последние десятилетия в связи с тем, что антропогенная нагрузка достигла угрожающих масштабов, экологический и производственный аспекты влияния свинца приобрели особую остроту, что и предопределило целесообразность настоящего анализа материалов литературы по одному из наиболее актуальных проблем в этой области — влиянию свинца на развитие окислительного стресса. Свинцовая интоксикация человека, связанная с производственной деятельностью У людей влияние свинца на генерацию свободных радикалов и развитие окислительного стресса изучалось преимущественно в клетках крови и у лиц, которые получали опасные дозы свинца в результате производственных аварий или хронических нарушений норм безопасности. С биологической точки зрения эти данные могут быть и не самыми информативными для понимания механизмов действия свинца. Однако, учитывая практическую значимость и сложность получения такого материала, важность этой части обзора не должна вызывать сомнений. Среди различных нарушений, вызванных свинцовой интоксикацией у человека, ослабление антиоксидантной защиты и последующее развитие окислительного стресса является общепризнанным. Так, сопоставление содержания свинца, активности супероксиддисмутазы (СОД) и уровня перекисного окисления липидов (ПОЛ) в крови 712 рабочих и 155 кабинетных служащих, занятых в производстве стали, показало более высокие значения этого показателя у рабочих. Повышение содержания свинца сопровождалось сниженной активностью СОД и более высоким уровнем ПОЛ. Примерно такие же сдвиги были характерны для крыс, которым вводили свинец в дозах 10 мг/кг или 20 мг/кг. В условиях in vitro добавление свинца вызывало ингибирование активности СОД и усиление ПОЛ в эритроцитах периферической крови, указывая на важную роль окислительного стресса в свинцовой интоксикации [13]. Существенное снижение активностей СОД, каталазы и повышение уровня ПОЛ были обнаружены и в эритроцитах рабочих с производственными отравлениями, когда содержание свинца в плазме увеличивалось в среднем до 0,57 мг/л. Содержание свинца в крови проявило положительную корреляцию с ПОЛ и отрицательную с содержанием глутатиона. В исследованиях in vitro аппликация свинца (1 mМ) также вызывала ингибирование СОД, каталазы и глутатионпероксидазы (ГП) с параллельной стимуляцией лизиса эритроцитов [23]. На ранних этапах отравления свинцом отмечается быстрое аутоокисление предшественника гема, 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК) с последующим усилением образования свободных радикалов, нарушением нормального потока митохондриального кальция и ингибированием антиоксидантных ферментов [16]. При физиологических pH АЛК подвергается аэробному окислению, которое катализируется ионами металлов, в частности, свинца, с образованием гидроксильных, АЛК — и супероксиданион-радикалов. У 60 отравленных свинцом рабочих, в крови которых содержание свинца превышало норму в 2-8 раз, обнаружены весьма высокие положительные корреляции (выше 0,95) между содержанием свинца и активностью СОД или уровнем АЛК [8]. Положительная корреляция между содержанием свинца в крови и активностью СОД или содержанием малонового диальдегида (МДА) была обнаружена и у 66 рабочих, занятых в производстве стали. У них окислительноый стресс сопровождался повышенным уровнем повреждений ДНК, особенно у лиц, которые злоупотребляли алкоголем и табаком [24]. В другой серии исследований у отравленных свинцом рабочих было обнаружено, что содержание свинца в крови колебалось в пределах 15-500 мкг/л. При этом регистрировалась высокая положительная корреляция (r=0,79) между содержанием свинца и активностью АЛК-дегидротазы, а также между содержанием свинца в крови и моче (r=0,43) [7]. При более умеренных отравления, как например, у 120 польских сталеваров, не были обнаружены существенные изменения ПОЛ в крови [3]. Примечательно, что как и в опытах на животных, применение антиоксидантов частично или полностью устраняло отрицательные последствия свинцовой интоксикации у людей. Например, 4-недельный прием аскорбиновой кислоты (1 г ежедневно) приводил к снижению содержания свинца (на 80 % более) в крови сильно курящих людей [9]. Свинцовая экспозиция способна вызывать гипертензию как у людей, так и у животных. Добавление экзогенных антиоксидантов (2,3-димеркаптосукциновой кислоты или СОД) и субстратов NO (нитропруссида или аргинина) может частично или полностью устранить отрицательное влияние свинца [10]. Внутримышечное введение ацетата свинца вызывало существенное подавление синтеза и снижение уровня гемоглобина крови. Эти изменения сопровождались ростом ПОЛ и уменьшением активностей СОД, каталазы, глутатион редуктазы (ГР), глутатион-S-трансферазы и низкомолекулярных антиоксидантов. Ежедневное введение мелатонина (мощный низкомолекулярный антиоксидант) полностью устранило отрицательное влияние свинца [11]. Пероральное введение свинца (35 мг/кг) может индуцировать снижение массы тела и тимуса, с одновременным увеличением массы селезенки и печени мышей. Эти изменения сопровождались сдвигами клеточного состава крови и признаками иммунотоксичности. Свинец снижал число CD4+ и CD8+ клеток, лейкоцитов и Т-киллеров в периферической крови, митогенный ответ Т клеток селезенки к конканавалину-А и реакции В-клеток к липополисахаридам. Комбинирование с мелатонином существенно или полностью устранило иммунотоксичность свинца, очевидно, указывая на ключевую роль свободных радикалов в этом процессе [14]. Таким образом, свинец способен стимулировать процессы генерации свободных радикалов, одновременно снижая их нейтрализацию антиоксидантной системой. В результате таких сдвигов окислительный стресс и повреждение макромолекул ДНК и белков, а также стимуляция ПОЛ становятся не только особенностью, но нередко и маркерами свинцовой интоксикации. Экологические нарушения содержания свинца При хронической экспозиции в течение нескольких поколений, как это имеет место у короткоживущих видов, обитающих на загрязненных территориях или в водоемах, может наступить постепенное ослабление ингибирующего влияния свинца на активность ключевых антиоксидантных ферментов. Немаловажную роль при этом, очевидно, играет селекция наиболее приспособленных к новым условиям особей. Подобные предположения о роли селекции, возможно, справедливы и для определенных типов или популяций клеток, например, для эритроцитов [4, 25]. Свинцовая интоксикация отличается существенными популяционными и видовыми отличиями. Так, изучение арктических моллюсков Macoma balthica в 7 станциях, расположенных вдоль берегов Белого и Печерского морей, обнаружило, что у особей, собранных из регионов с высоким содержанием свинца, увеличены активность СОД и ГП, но не каталазы и ГР [21]. В то же время у моллюсков Mytilus galloprovincialis, собранных с экологически чистых или загрязненных свинцом и другими тяжелыми металлами участков средиземноморского побережья, не были обнаружены существенные отличия в активности СОД, каталазы, ГП и ГР [20]. Морской двустворчатый моллюск Perna viridis известен как эффективный биоконцентратор и биоиндикатор наличия тяжелых металлов в окружающей среде. Сравнительные опыты с воздействием на него свинца, кадмия и алюминия показали, что накопление тяжелых металлов сохранялось линейной в ходе всего периода эксперимента. Увеличение содержания свинца сопровождалось усилением ПОЛ, которое было следствием образования свободных радикалов на фоне снижения активности ферментов антиоксидантной системы [19]. Оценка влияния окислительного стресса, индуцированного такими тяжелыми металлами, как свинец, ртуть, кадмий и медь, у одноклеточной водоросли Gonyaulax polyeder, подтвердила, что свинец является одним из наиболее сильных токсических агентов, способных индуцировать окислительные повреждения. Развитие окислительного стресса и соответствующие повреждения липидов и белков были более выражены при острой интоксикации, чем при хроническом воздействии. В последнем случае клетки начинали проявлять признаки адаптации, которые выражались в повышении активности СОД и содержания глутатиона. Полученные результаты свидетельствуют, что повышение антиоксидантного потенциала является важным условием приспособления к экологической среде с высоким уровнем тяжелых металлов [17]. Измерение активностей СОД, каталазы и Se-зависимой и Se-независимой ГП, а также содержания Р-450 моноаминоксигеназы в печени, легких и эритроцитах крыс, живущих в загрязненных местностях с высоким содержанием свинца и других тяжелых металлов, а также минеральных масел и полициклических ароматических углеводородов, обнаружило сложный характер развития окислительного стресса, который в целом свидетельствовал о возможности адаптации к высокому уровню генерации свободных радикалов и соответствующей реорганизации антиоксидантной защиты [12]. Характерной особенностью окислительного стресса является то, что при увеличении повреждений выше определенного критического уровня происходит активация программы самоликвидации клетки — апоптоза. Поэтому важным моментом в судьбе клетки, подвергшейся влиянию свинца, является вопрос о том, насколько быстро развивается и насколько продвинут окислительный стресс, и приведет ли он к запуску апоптоза. С этой точки зрения представляются привлекательными специфические ингибиторы апоптоза, задерживающие разворачивание программы и тем самым представляющие клетке шанс выправить положение репарацией повреждений. Такие соединения могут оказаться эффективными антидотами при свинцовой интоксикации и в настоящее время интенсивно изучаются. Таким образом, свинец может вызывать стимуляцию образования свободных радикалов с одновременным снижением их нейтрализации соответствующими системами антиоксидантной защиты. Такие изменения приводят к развитию окислительного стресса и нередко вызывают активацию апоптоза. При длительной же экспозиции и особенно при проживании в течение поколений на загрязненных свинцом и другими тяжелыми металлами территориях может происходить постепенное ослабление ингибирующего эффекта ионов металлов. Более того, при этом на фоне в целом напряженной антиоксидантной ситуации может наступить активация некоторых подсистем, очевидно, благодаря включению различных адаптационных и селективных механизмов на клеточном и популяционном уровнях. Литература |