МЕХАНІЗМИ ІНТОКСИКАЦІЙ

УДК 547-311:613.632:577.31

И.Ю. Высоцкий, к.м.н.

ЦИРКАДНЫЕ И ЦИРКАННУАЛЬНЫЕ РИТМЫ ТОКСИЧНОСТИ ЭПИХЛОРГИДРИНА

Сумский государственный университет

В настоящее время в химической промышленности широко используется эпихлоргидрин (ЭХГ), который применяется в качестве промежуточного продукта в производстве многих химических веществ и главным образом глицерина и эпоксидных смол. ЭХГ представляет собой реакционноспособное и довольно токсичное соединение, поступающее в организм человека преимущественно в условиях производства при его вдыхании или попадании на кожу. Данные, полученные в исследованиях на людях, а также результаты экспериментов на животных свидетельствуют о действии ЭХГ на центральную нервную систему, дыхательную систему, печень, кровь, глаза и кожу [16].

При определении токсичности эпоксидных смол, ЭХГ, других химических соединений, мы обнаружили весьма широкие колебания основных параметров токсикометрии в различных экспериментах [3, 5, 9]. Поскольку физиологические процессы различных систем организмов в разные временные периоды могут быть на разном уровне функционирования, вполне вероятно, что именно биоритмы лежат в основе неодинаковой реакции организма на воздействие в разные часы суток, сезоны года и разные годы, [15]. Суточные и сезонные отклонения в токсичности ксенобиотиков и эффективности лекарств были показаны на животных [1, 2, 15, 31], а в некоторых случаях и на человеке [23, 28]. Даже смерть или выживание индивида при действии токсического агента могут зависеть от времени суток, месяца или сезона года [32]. Последнее позволило нам сделать предположение, что наиболее вероятными факторами, определяющими колебания токсичности ЭХГ, являются, по-видимому, время суток и сезон года, то есть циркадные и цирканнуальные биологические ритмы [4]. Исследования в этом направлении могут послужить первым этапом на пути подбора оптимальных вариантов режимов посменной работы у сменных рабочих, занятых на производстве ЭХГ, эпоксидных смол, стеклопластиков и других полимерных материалов, в синтезе которых применяется ЭХГ.

Целью данной работы было изучение влияния суточных и сезонных биоритмов на токсичность одного из наиболее опасных летучих компонентов эпоксидных смол — ЭХГ при смертельных и близких к пороговым уровнях воздействия.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили на отдельных группах животных, сравнимых по генетическому фону, возрасту, полу и условиям содержания. Использовали крыс-самцов линии Wistar массой 140—180 г. Животные в течение 14 дней перед исследованием и в дальнейшем в ходе эксперимента содержались в звукоизолированных с контролируемой температурой искусственно освещаемых комнатах при соотношении светового и темнового периодов 12:12. Свет с 06 до 18 ч сменялся темным периодом с 18 до 06 ч. Температуру в комнатах поддерживали в пределах 22—24°С. Исследования проводили с 4-х часовым интервалом с 06 ч одного дня до 06 ч другого дня.

Животным с целью определения суточных колебаний ЛД16, ЛД50, ЛД84 и ЛД99 ЭХГ вводили внутрижелудочно однократно в виде 5% раствора, приготовленного на растительном масле, в 06, 10, 14, 18, 22 и 02 ч в дозах от 40 до 190 мг/кг, а сезонных колебаний — зимой, весной, летом и осенью в 12 ч в дозах от 40 до 250 мг/кг. После воздействия белых крыс возвращали в свои клетки и содержали при том же световом режиме, что и до введения ЭХГ, фиксируя при этом в течение 14 последующих дней количество погибших животных. Основные параметры токсичности рассчитывали с помощью метода наименьших квадратов для пробит-анализа кривых летальности и экспресс-метода [7, 13, 14].

Суточные и сезонные особенности токсичности ЭХГ изучали также при введении его в дозе 13,5 мг/кг (1/10 ЛД50 в 14 ч). Животных брали в исследование осторожно, через 4 ч после однократного внутрижелудочного введения яда. Если исследование проводили в темный промежуток времени, то использовали слабое освещение. Крыс умерщвляли путем декапитации (под рауш-наркозом) немедленно после переноса их из комнаты для периодических исследований в соседнюю с ней лабораторию. В сыворотке крови определяли активность аланинаминотрансферазы (АлАТ) [30], а в печени — содержание сульфгидрильных (SH-) групп [17]. У части крыс определяли длительность выделения бромсульфалеина (БСФ) с желчью [10, 11]. Полученные в эксперименте данные обрабатывали статистически с помощью t-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

Результаты исследований, приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что основные параметры токсичности ведущего летучего компонента эпоксидных смол — ЭХГ подвержены выраженным циркадным колебаниям. Для того, чтобы вызвать 50% гибель животных необходима большая циркадная вариабельность дозировки. Так, если в 06 ч ЛД50 этого соединения составляла 100,57±8,93 мг/кг, то в 10 и 14 ч она возрастала примерно на 32—34%, а в 18, 22 и 02 ч уменьшалась соответственно на 10, 22 и 30%. Максимум ЛД50 ЭХГ наблюдался в 10—14 ч, а минимум — в 22—02 ч. Следовательно, в 22 и особенно в 02 ч крысы очень чувствительны к исследуемому галоидуглеводороду, применяемому даже в дозах 78,87±16,48 и 70,63±14,40 мг/кг, которые вызывают 50% гибель животных. В 10—14 ч крысы минимально восприимчивы к действию яда и для 50% их гибели необходимы дозы 132,68±10,85 — 134,40±16,61 мг/кг, т.е. примерно в 1,7—1,9 раза больше, чем в середине темного периода времени. В отношении ЛД16, ЛД84 и ЛД99 также характерны циркадные вариации и разница между результатами колебаний ЛД50 и вышеприведенных параметров токсичности небольшая. Дозы, необходимые для 16, 84 и 99% гибели животных в 02 ч (время относительно низкой резистентности белых крыс к ЭХГ), составляли соответственно 45,68, 95,57 и 128,50 мг/кг и были по сравнению с дозами 101,19, 167,62 и 211,50 мг/кг в 14 ч (время высокой резистентности белых крыс к токсическому действию ЭХГ) в 2,2, 1,75 и 1,6 раза ниже.

Противоположные результаты были получены при однократном внутрижелудочном введении ЭХГ в различное время суток в дозе 13,5 мг/кг. Как видно из табл. 2, наименьшая чувствительность, т.е. наибольшая устойчивость белых крыс-самцов к ЭХГ при его внутрижелудочном введении, установлена в темный период суток между 18 и 02 ч. Так, в 18 и 22 ч не отмечалось заметных сдвигов в уровне sh-групп в печени и активности АлАТ в сыворотке крови. Удлинение на 22% времени выделения БСФ с желчью в 18 ч и повышение на 30% активности АлАТ в 02 ч было статистически не достоверным. Наибольшая чувствительность животных к изучаемому соединению отмечалась между 6 и 14 ч, т.е. во время периода покоя. На этом отрезке времени суток ЭХГ вызывал статистически значимое уменьшение содержания сульфгидрильных групп в печени при его введении в 6 и 10 ч, увеличение времени выделения БСФ с желчью — в 6, 10 и 14 ч и повышение активности АлАТ в сыворотке крови — в 14 ч. Характерно, что наибольшее снижение уровня sh-групп в печени (на 37%), увеличениe времени экскреции с желчью БСФ (на 44%) и повышениe активности АлАТ в сыворотке крови (на 69%) отмечалось в период с 10 до 14 ч.

Таким образом, при применении летальных доз ЭХГ крысы более чувствительны к нему в 22—02 ч, а при использовании ЭХГ в дозах, близких к пороговым (1/10 ЛД50), чувствительность крыс, напротив, значительно выше в 10—14 ч.

Наряду с циркадными ритмами довольно выраженное влияние на токсичность ЭХГ, применяемого как в смертельных, так и близких к пороговым (1/10 ЛД50) дозам, оказывают цирканнуальные биологические ритмы. Данные табл. 3 свидетельствуют о том, что акрофаза ЛД50 ЭХГ наблюдалась в зимний период года. В этот сезон ЛД50 ЭХГ была в 2,2 раза выше, чем летом и в 1,4; 1,5 раза выше, чем весной и осенью соответственно. Аналогичная картина отмечалась и со стороны ЛД16, ЛД84 и ЛД99. Максимальные значения этих показателей наблюдались в зимний сезон, минимальные — в летний, средние — весной и осенью.

При однократном внутрижелудочном введении ЭХГ в различные сезоны года (табл. 4) в дозе 13,5 мг/кг его токсическое действие, судя по наиболее чувствительным показателям (sh-группы, БСФ, АлАТ), имело свои особенности. Так, если в зимний сезон уровень sh-групп в печени уменьшался на 44%, длительность выделения БСФ с желчью возрастала на 66%, а активность АлАТ в сыворотке крови увеличивалась на 44%, то весной эти показатели изменялись соответственно на 34, 24 и 36%, осенью — на 20, 19 и 19%, а летом — на 23, 13 и 4%.

Анализируя результаты цирканнуальных ритмов токсичности ЭХГ на уровне смертельных доз можно заключить, что она наиболее высокая (ЛД50 низкое) в летнее время года, а наиболее низкая (ЛД50 высокое) — зимой. При применении ЭХГ в дозах порядка 1/10 ЛД50 сезонные ритмы токсического действия этого соединения, как и в случае суточных биоритмов, изменяется противоположным образом — максимумом зимой, а минимумом — летом и осенью.

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что токсичность ЭХГ в значительной степени определяется суточными и сезонными биологическими ритмами. Анализ ритмов реакции организма на действие ЭХГ показывает, что чувствительность к этому соединению при различной интенсивности воздействия не совпадает по часам суток и сезонам года. Чувствительность к ЭХГ в дозе, близкой к пороговой, отстоит от фазы чувствительности к среднесмертельной дозе при изучении суточных ритмов на 12 ч, а сезонных — приблизительно на 180 дней. При воздействии ЭХГ в невысоких дозах (1/10 ЛД50) максимальная реакция отмечалась в середине светлого периода времени и в зимний сезон. Вероятными причинами возникновения этих циркадных и цирканнуальных ритмов являются изменения метаболизма токсического вещества в организме (хронотоксикокинетика) и изменение восприимчивости токсического вещества органом-мишенью (хронотоксикодинамика) [22]. По-видимому, суточные и сезонные ритмы чувствительности к невысокой дозе ЭХГ являются функцией энзимной активности ферментов печени. Об этом свидетельствуют увеличение активности цитохром Р-450-редуктазы [25], НАДФН-цитохром-с-редуктазы [20] и глютатион-S-трансферазы [19] в печени крыс и мышей в темное и снижение в светлое время суток, пик продолжительности гексобарбиталового сна в 14 ч с минимумом в 20 ч [27]. Известный факт, что в утренние часы отмечается наибольшая активность синтеза ДНК и митотического процесса, может объяснить увеличение количества мембран эндоплазматического ретикулума и ферментных белков в 20 ч и уменьшение его в 14 ч [27]. Подтверждением зависимости сезонных ритмов чувствительности к невысоким дозам ЭХГ от активности соответствующих энзимов печени является снижение содержания цитохрома Р-450 в мембранах эндоплазматического ретикулума печени крыс-самцов, скорости N-деметилирования аминопирина и этилморфина в зимний период по сравнению с летним, а также уменьшение скорости гидроксилирования анилина в осенний сезон [8].

При расшифровке природы циркадных и цирканнуальных колебаний оказалось, что роль внутреннего осциллятора у млекопитающих принадлежит супрахиазматическим ядрам гипоталамуса и эпифизу [24]. Супрахиазматические ядра богаты нейронами и образуют множественные связанные между собой колебательные системы, что в комплексе создает циркадный осцилятор [26]. В эпифизе, помимо циркадных ритмов, имеются также и другие виды ритмов, в том числе недельные и особенно выраженные сезонные ритмы. Установлено, что активность эпифиза повышается в зимнее время по сравнению с летним периодом. Одной из причин развития сезонных ритмов может быть взаимодействие сезонных фотопериодических колебаний с нейроэндокринными репродуктивными изменениями [29]. Согласно имеющимся в литературе данным, в нормальных условиях ритмы генерируются "часами" основного осцилятора, передаются нервным или гуморальным путем к рецепторам, обусловливающим ритмическое освобождение цАМФ, который регулирует проведение нервных импульсов [21] и, на наш взгляд, активность ферментов печени, принимающих участие в метаболизме ЭХГ и других эпоксидных соединений [6].

Как уже отмечалось, при введении смертельных доз ЭХГ максимальная чувствительность к нему фиксировалась в ночные часы и летнее время. Это явление не согласуется с суточным и сезонным повышением активности ферментов детоксикации в печени [8, 19, 20, 25, 27]. Учитывая то, что ЭХГ в высоких концентрациях и дозах оказывает выраженное токсическое действие на центральную нервную систему [16], можно предположить, что мозговая ткань сама имеет ритм чувствительности к ЭХГ, независимый от ритма активности ферментов, метаболизирующих данный галоидуглеводород. Это предположение подтверждается и тем, что ингибируемая ионами Са2+ аденилатциклазная активность стриатума головного мозга крыс подвержена суточным циклическим ритмам [18].

Таким образом, токсичность ЭХГ зависит как от специфичности повреждающего действия, так и от уровня сопротивляемости циркадной и цирканнуальной систем (хронорезистентности) организма в данный временной период ее существования именно к этому воздействию. Приведенные в настоящей статье результаты исследований иллюстрируют практическое значение хронобиологических методов в токсикологических экспериментах. Это предполагает стандартизацию времени суток и сезона года когда осуществляют определение ЛД50 и других параметров токсикометрии и подтверждает ранее высказанное мнение [12] о важности учета циклических процессов при оценке опасности вредных факторов и их гигиеническом нормировании.

Выводы

1. Токсичность ЭХГ в значительной степени зависит от суточных и сезонных биологических ритмов.

2. При воздействии ЭХГ в невысоких дозах (1/10 ЛД50) максимальная реакция к нему отмечается в 10—14 ч и в зимний сезон, а при использовании смертельных доз — в 22—02 ч и в летнее время. Минимальная восприимчивость к ЭХГ, применяемого в дозе 1/10 ЛД50, наблюдается в 18—02 ч и в летне-осенний период, а в дозе ЛД50 — в 10—14 ч и зимой.

3. Чувствительность к ЭХГ в дозе, составляющей 1/10 ЛД50, отстоит от дозы чувствительности к ЛД50 при изучении суточных ритмов на 12 ч, а сезонных — приблизительно на 180 дней.

Литература
1. Арушанян Э.Б., Бейер Э.В. Динамика суточной подвижности крыс при остром и хроническом введении пропранола // Эксперим. и клин. фармакол. —1993. —Т. 56, №3. —С. 17-19.
2. Арушанян Э.Б. Хронотропная актвиность лекарств // Эксперим. и клин. фармакол. —2002. —Т. 65, №1. —С. 75-76.
3. Высоцкий И.Ю. К токсикологии эпоксидных смол ЭД-20 и Э-40 // Вісник СумДУ. —2001. —№12(33). —С. 16-23.
4. Высоцкий И.Ю. Некоторые особенности использования лабораторных животных и гепатотоксичности галоидуглеводородов алифатического ряда при частой миграции светового синхронизатора // Матер. наук.-практ. конф. "Актуальні питання використання лабораторних тварин в медико-біологічних дослідженнях". —Чернівці, 1992. —Т. 1. —С. 53-54.
5. Высоцкий И.Ю. Токсичность и метаболизм эпоксидных соединений // Український медичний альманах. —2000. —Т. 3, №2. —С. 43-46.
6. Высоцкий И.Ю. Фармакологическая регуляция активности ферментов, принимающих участие в метаболизме эпоксидных соединений // Вісник СумДУ. —2002. —№8(41). —С. 39-48.
7. Иванов Ю.И., Погорелюк О.Н. Статистическая обработка результатов медикобиологических исследований на микрокалькуляторах по программах. —М.: Медицина, 1990. —224 с.
8. Лукиенко П.И., Сушко Л.И. Содержание цитохрома Р-450 и скорость гидроксилирования в эндоплазматическом ретикулуме печени крыс в разное время года // Изв. АН БССР. —1980. —№4. —С. 106-108.
9. Лукьянчук В.Д., Высоцкий И.Ю. Эффективность ацетилцистеина и токоферола ацетата при токсическом поражении печени эпихлор-гидрином // Матер. 2-ой межрегион. науч.-практ. конф. "Актуальные проблемы инфекционной патологии, клинической иммунологии и медицинской генетики". —Москва-Луганск, 1990. —С. 23.
10. Модификация бромсульфалеиновой пробы для изучения функционального состояния печени у крыс / Л.И. Израйлет, В.Н. Соминский, Т.Н. Шубаева, В.Н. Слинько // Гиг. и сан. —1976. —№3. —С. 59-61.
11. Порохняк Л.А. Фармакологическая коррекция токсических поражений печени: Автореф. дис. … докт. мед. наук: 14.00.25. —Харьков, 1988. —326 с.
12. Проблема нормы в токсикологии / И.М. Трахтенберг, Р.Е. Сова, В.О. Шефтель и др.; под ред. И.М. Трахтенберга. —М.: Медицина, 1991. —208 с.
13. Прозоровский В.Б. Использование метода наименьших квадратов для пробит-анализа кривых летальности // Фармакол. и токсикол. —1962. —Т. 25, №1. —С. 115-120.
14. Прозоровский В.Б., Прозоровская М.П., Демченко В.М. Экспресс-метод определения средней эффективной дозы и ее ошибки // Фармакол. и токсикол. —1978. —Т. 41, №4. —С. 497-502.
15. Хронобиология и хрономедицина / Под ред. Ф.И. Комарова. —М.: Медицина, 1989. —400 с.
16. Эпихлоргидрин. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. —Вып. 33. —Женева: Медицина, 1988. —46 с.
17. Boyer P.D. Spectrophotometrie study of the reaction of protein sulfhydryl groups with organic mercurials // J. Amer. Chem. Soc. —1954. —V. 76, №17. —Р. 4331-4337.
18. Circadian rhythm in the Ca2+-inhibitable adenylyl cyclase activity of the rat striatum / Y. Chern, E.H.Y.Lee, H.-L. Lai et al. // FEBS Lett. —1996. —V. 385, №3. —Р. 205-208.
19. Circadian variations in glutathione-S-transferase and glutathione peroxidase activities in the mouse / M. H. Davies, H.P. Bozigian, B.A. Merrick et al. // Toxicol. Lett. —1983. —V. 19, №1-2. —Р. 23-27.
20. Flavin enzymes, mitochondrial radicals and reduced glutathione in daily rhythmic dependency / G. Harisch, H. Stegmann, K. Scheffler et al. // Chronobiologia. —1980. —V. 7, №2. —Р. 181-187.
21. Kafka M.S. Central nervous system control of mammalian circadian rhythms. Introduction // Fered. Proc. —1983. —V. 42, №11. —Р. 2782-2783.
22. Kato R., Muraki T. "Тампакусицу какусан косо" // Protein, Nucl. Acid and Enzyme. —1981. —V. 27, №2. —Р. 158-169.
23. Kunkel G., Steinijans V.W., Borner K. Chrono-optimization of the time of evening administration with unequally divided twice-daily theophylline // Chronobiol. Int. —1987. —V. 4, №3. —Р. 359-368.
24. McKenzie D.N., Dyball R.E.J., Forsling M.L. The role of the pineal gland in circadian regulation of the elecrical activity of magnocellular neuroendocrine neurones recorded in vivo // J. Physiol. Proc. —1996. —№491. —Р. 176-177.
25. Miller M.A., Parker J.M., Colas A. E. Circadian rhythm of rat hepatic cytochrome P-450 reductase // Life Sci. —1978. —V. 23, №3. —Р. 217-222.
26. Moore R. Organization and function of a central nervous system circadian oscillator: the suprachiasmatic hypothalamic nucleus. —Fed. Proc. —1983. —V. 42, №11. —Р. 2783-2789.
27. Nair V. Circadian rhythm in drug action: a pharmacologic, biochemical, and electronmicroscopic study // Chronobiology. —Stuttgart-Tokyo, 1974. —P. 182-186.
28. Reinberg A., Smolensky M.H. Circadian changes of drug disposition in man // Clin Pharmacokinet. —1982. —V. 7, №5. —Р. 401-420.
29. Reiter R.J. Pineal and associated neuroendocrine rhythms // Psychoneuroendocrinology. —1996. —V. 1, №3. —Р. 255-263.
30. Reitman S., Francel S. A colorimetric assay of the transaminase activity // Amer. J. Clin. Pathol. —1997. —V. 28, №1. —Р. 56-60.
31. Schmidt R., Lam N.T. Untersuchungen zur jahreszeitabhangigkeit der pranataltoxischen Wirkung von Cyclophosphamid // Biol. Rdsch. —1981. —V. 19, №5. —Р. 309-311.
32. Sebbah S. La toxicite depend-elbe des rythmes biologigues? // Recherche. —1981. —№122. —Р. 616-618.


| Зміст |