СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ УДК 615.9+612.017+616.008 НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ ИММУНИТЕТА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПЕСТИЦИДОВ И НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ ИММУНОТОКСИКОЛОГИИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ (обзор) П.Г. Жминько, к.б.н. Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя Стремительное развитие химической, фармацевтической, металлургической, машиностроительной промышленности, интенсивная химизация сельского хозяйства, использование большого ассортимента химических средств в быту создает угрозу глобального загрязнения внешней среды химическими веществами, среди которых встречаются соединения, представляющие как потенциальную, так и реальную опасность для здоровья населения. Большую часть химических соединений, которые попадают во внешнюю среду и оказывают неблагоприятное воздействие на организм, составляют пестициды, широко используемые во всем мире для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Только в 1994 г. в странах Центральной Европы и СНГ использовано 80000 пестицидов разных химических групп в пересчете на действующее вещество. Значительное количество от общего объема пестицидов составляют гербициды — производные феноксиуксусной кислоты (2,4Д), триазина (атразин), ацетанилида (алохлор, ацетохлор, метолахлор), и фунгициды — препараты меди и серы, производные триазола. Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур используется также широкий ассортимент инсектоакарицидов — фосфорорганических, карбаматных, хлорорганических и синтетических пиретроидов. Доминирующими среди фосфорорганических пестицидов (ФОП) является диметоат, хлорорганических (ХОП) — байтан, карбаматных — карбофуран, синтетических пиретроидов — децис и циперметрин [79]. Некоторые пестициды являются глобальными загрязнителями окружающей среды (ДДТ, ГХЦГ, 2,4Д, атразин и другие) [36]. Механизм токсического действия многих химических групп пестицидов в большей или меньшей степени изучен, на основании чего базируется современная регламентация их в объектах окружающей среды, разрабатываются профилактические мероприятия по предупреждению негативного влияния на организм человека, проводится поиск антидотной терапии [24, 25, 32]. Однако, влияние пестицидов на такую важную защитную систему организма, как иммунная, недостаточно изучено. Необходимость изучения состояния иммунной системы диктуется прежде всего ее важностью для поддержания генетического постоянства организма и риском возникновения патологических состояний инфекционной и неинфекционной природы при нарушении функционирования иммунной системы [45]. В последние годы во всем мире быстро расширяются исследования иммунной системы — как мишени токсического воздействия химических соединений. Сформировалось научное направление токсикологии — иммунотоксикология, которая рассматривается как самостоятельная дисциплина, изучающая взаимодействие ксенобиотиков с иммунной системой [52, 63, 73, 74]. В исследованиях на животных подтверждаются наблюдения на людях о взаимосвязи между угнетением иммунитета под воздействием химических веществ и повышением риска развития онкологических заболеваний и роста инфекционных болезней [78, 79]. В связи со сложной экологической ситуацией в Украине, вызванной аварией на Чернобыльской АЭС, в результате которой часть населения пострадала от влияния ионизирующей радиации, отмечается угнетение естественных защитных сил организма и реактивности иммунной системы под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды. Исследования комбинированного влияния химических веществ и радиации на организм теплокровных животных свидетельствуют о повышении токсического эффекта на фоне иммунодефицита [12, 15, 57]. В связи с этим актуальным является обобщение данных литературы о влиянии химических соединений, в частности пестицидов, на иммунную систему и на основании достижений токсикологии определить основные задачи по минимизации их воздействия на организм населения. Обзор литературы за последние 30 лет показал, что в наибольшей степени изучены по влиянию на иммунную систему организма фосфорорганические, хлорорганические и карбаматные пестициды, которые широко используются в сельском хозяйстве. Показано, что среди всех химических групп пестицидов выявлены препараты, обладающие аллергенным действием. Большинство из них является аллергенами слабой или средней силы. В экспериментах на животных обнаружены специфические антитела к ФОП — малатиону, ТМФ (примесь коммерческого малатиона), диметоату, паратиону, афосу; ХОП — ДДТ, ГХЦГ, линдану, полихлорпинену; карбаматам — ТМТД, гептатиураму, севину, цинебу, карбину и другим. При действии некоторых препаратов наблюдаются реакции гиперчувствительности замедленного типа [16, 64, 86]. У людей, контактирующих с фосфорорганическими, хлорорганическими и карбаматными пестицидами выявлены профессиональный аллергический дерматит, екзема, бронхиальная астма [16, 21, 34, 59, 66]. При поступлении химического аллергена в организм развиваются обе формы иммунного ответа — гуморальный и клеточный. Выраженность их, как правило, неодинакова. Для пестицидов также характерный смешанный тип иммунного ответа. Аллергенность химических веществ зависит от размера молекулы гаптена, способного образовывать с белком-носителем комплексный антиген, интенсивности взаимодействия последнего с активным центром антитела или рецептором эффекторных клеток [1, 31]. Кроме того, степень сенсибилизации зависит от пути поступления препарата в организм, дозы, выраженности кумулятивных свойств, состояния нервной и эндокринной систем [8]. Антитела с антигеном могут образовывать в организме нерастворимые иммунные комплексы антиген-антитело. Такие иммунные комплексы фиксируются в органах и тканях организма. Нерастворимые иммунные комплексы могут взаимодействовать практически со всеми клетками крови, комплементом, рецепторами многих клеток, что является причиной повреждения мембран и развития аутоиммунных заболеваний [9, 53]. В исследованиях на разных видах животных выявлены противотканевые аутоантитела при воздействии ФОП — метилмеркаптофоса, фосфамида, базудина, бутифоса, афоса и других, а также у людей, профессионально контактирующих с базудином и бутифосом; ХОП — ГХЦГ; производными мочевины — линуроном [3, 7, 19, 37 , 46, 48]. Аутоантитела вырабатываются к тканям тех органов, которые в наибольшей степени подвергаются токсическому действию препаратов — печени, почек, мозга. Для некоторых ФОП, например афоса, который обладает отставленным нейротоксическим действием (ОНД), большую роль в формировании патологии играет нарушение аутоиммунных процессов: накопление в крови нерастворимых иммунных комплексов и аутоантител к аутоантигенам из ткани головного и спинного мозга, а также изменение количества и функциональной активности Т-регуляторных клеток. Нарушение реактивности иммунной системы и аутоиммунных процессов предшествует специфическим признакам ОНД [88]. Исследование влияния ФОП на иммунобиологическую реактивность крыс показало, что хлорофос при однократном воздействии в дозе 500 мг/кг и хроническом — на уровне малых доз (десятых и сотых долей от ЛД50) снижает факторы неспецифической защиты организма (активность лизоцима, уровень бета-лизинов, поглотительную и переваривающую способность нейтрофилоцитов), угнетает функциональную активность иммунной системы. Изменение иммуной реактивности наступает после проявления специфических признаков интоксикации, характерных для ФОП, но сохраняется значительно дольше [39, 40]. Малатион (карбофос) при хроническом поступлении в организм крыс (в дозах 5 мг/кг и 50 мг/кг) вызывает фазные изменения фагоцитарной активности, бактерицидного потенциала лизоцима сыворотки крови, титра агглютининов, что свидетельствует об угнетении естественной резистентности организма [71]. ТМФ в условиях in vitro угнетает ответ иммунокомпетентных клеток, ингибирует активность макрофагов, Т-хелперов. [83]. Субхроническое воздействие ТМФ на организм мышей в дозах 0,5 мг/кг и 5 мг/кг увеличивает клеточноопосредованный и гуморальный ответ [80]. Циклофос при однократном ингаляционном воздействии на организм морских свинок стимулирует факторы неспецифической защиты организма. При хроническом ингаляционном воздействии у кроликов и крыс вызывает снижение функциональной активности нейтрофилоцитов, активности лизоцима сыворотки крови, уровня гетерофильных гемагглютининов, пролиферации Тлимфоцитов и приводит к морфологическим изменениям в тимусе и селезенке, что свидетельствует об иммунотоксическом действии препарата. Изменения иммунной реактивности наблюдаются значительно дольше, чем специфических показателей (активности холинэстеразы) и были выражены в большей степени у кроликов, чем у крыс [18]. Иммунодепрессивное действие циклофоса было характерным и при однократном поступлении его в зоб кур в дозе 10 мг/кг. Угнетение неспецифической реактивности, клеточного и гуморального иммунитета наблюдалось на протяжении 21 сут., при этом клинических и патобиохимических признаков интоксикации не наблюдалось [88]. При хроническом действии золоне и вофатокса в дозах, соответствующих 1/20, 1/100 и 1/500 ЛД50, на протяжении 5 мес. выявлены морфологические изменения в иммунокомпетентных органах (увеличение размеров фолликул лимфатических узлов и селезенки, атрофия фолликул в Т- и бета-зависимых зонах, периваскулярный фиброз), что является проявлением иммунотоксического действия данных веществ [87]. Иммунодепресивное действие фозолона выявлено как у крыс, так и мышей. Влияние фозолона на иммунную систему крыс характеризовалось уменьшением относительного и абсолютного количества Т-лимфоцитов и их бластной трансформации, увеличением количества b-лимфоцитов, уровня IgA, IgM. У мышей отмечались дефицит продукции Iл-2, нарушение дифференциации предшественников NK-клеток в зрелые клетки [23, 28]. В экспериментах на крысах и мышах иммунодепресивный эффект выявлен также при острых и хронических интоксикациях фосфамидом, метилнитрофосом, ДДВФ, диметоатом [38, 67]. Считают, что диметоат оказывает опосредованное действие на иммунную систему. Непрямое иммуносупрессивное действие диметоата связано с выделением глюкокортикоидов из коры надпочечников. Об этом свидетельствует повышение концентрации кортикостерона и глюкозы в крови. Выявлена связь между антихолинэстеразным действием диметоата и угнетением иммунной реактивности [74, 85]. При субхроническом воздействии антио (форматиона) на организм крыс также наблюдалось повышение концентрации кортикостерона в крови, которое сопровождалось угнетением гуморального и клеточного иммунитета [58]. Проведено множество исследований по изучению влияния ФОП на иммуногенез. Установлено, что после перорального введения мышам метафоса и тиофоса (в дозах 0,01 мг/кг и 0,15 мг/кг, соответственно) до иммунизации брюшнотифозной вакциной наблюдалось угнетение синтеза антител, бласттрансформации иммунокомпетентных клеток регионарных лимфоузлов и селезенки, фагоцитарной активности лейкоцитов [10]. При субхроническом действии малатиона и дихлофоса отмечалось зависимое от дозы достоверное снижение титров антител на введение S. typhi [14]. Дихлофос в дозе, соответствующей ЛД50, при пероральном введении мышам и крысам в день иммунизации чумной, брюцеллезной и брюшнотифозной вакцинами угнетал гуморальный и клеточный иммунный ответ [26]. После 2 мес. воздействия хлорофоса на организм мышей и кроликов выявлены повышенная чувствительность животных к сальмонелле Гартнера, угнетение фагоцитарной активности нейтрофилоцитов, бактерицидной активности сыворотки крови, активности лизоцима и уровня бета-лизинов [29]. При хроническом воздействии хлорофоса наблюдалось нарушение формирования иммунитета к брюшнотифозному антигену. Степень иммуногенеза в значительной мере зависела от дозы, времени поступления и накопления препарата в организме животных [42, 43]. Исследования, проведенные на людях, подтверждают данные, полученные на экспериментальных животных. Так, у хлопководов была выявлена повышенная чувствительность кожи к метилмеркаптофосу, октаметилу, антио, нитратиону [59]. Известны случаи развития аллергических заболеваний при контакте с малатионом. У больных, сенсибилизированных к малатиону, доказан аллергический генез гипоталамического синдрома [16]. В крови рабочих совхозов, школьников и детей младшего возраста в районах, где использовался базудин, выявлены аутоантитела к тканевому антигену из печени и мозга [49], что свидетельствует о нарушении аутоиммунитета и возможности поражения указанных органов. У рабочих, контактирующих с ФОП отмечалось снижение бактерицидной активности кожи и сыворотки крови, активности лизоцима слюны, повышенная обсемененность кожи микрофлорой, увеличение активности комплемента, концентрации IgG, IgA в сыворотке крови, аутоантител к тканевому антигену из сердца, печени, почек, наблюдалась повышенная заболеваемость инфекционными болезнями [47]. Острое отравление людей ФОП сопровождалось снижением уровня IgG, IgA, количества Т- и бета-лимфоцитов, что может быть связано с их иммунодепрессивным действием [4]. При хронических интоксикациях отмечалось снижение количества и функциональной активности Т-лимфоцитов, повышение функциональной активности b-лимфоцитов. Дефицит Т- и активация b-клеток сопровождались выраженными повреждениями печени [56]. Нарушение иммунного гомеостаза у людей при действии некоторых ФОП наблюдалось и при отсутствии клинических проявлений интоксикации [22]. Формирование специфического иммунитета у людей, привитых брюшнотифозной вакциной на фоне влияния ФОП, сопровождается угнетением иммунного ответа и уровня продукции антител [30, 60]. При интоксикациях, вызванных пестицидами, в том числе и ФОП, у людей разного возраста выявлено существенное угнетение активности NK-клеток и уменьшение абсолютного количества их предшественников [2]. Поскольку популяция естественных киллеров является полифункциональным звеном системы иммунитета, то снижение их количества и функциональной активности может привести к супресии как специфических, так и неспецифических показателей резистентности организма. Исследования иммунотоксического действия ХОП в экспериментах на животных показали, что ДДТ у мышей вызывает снижение уровня IgM, антител к липополисахаридам, количества розеткообразующих клеток селезенки, что свидетельствует об угнетении гуморального иммунитета [61]. Такие же изменения наблюдались при действии гексахлорбензола и акара 1242 [76]. При инкубации лимфоцитов периферической крови с ДДТ (концентрации от 0,001 до 1 мМ) выявлено снижение пролиферации Т-лимфоцитов, что может быть связано с иммуносупрессивным действием вещества [72]. Хроническое действие ДДТ на организм кроликов и мышей в дозе 1 мг/кг вызывало прогрессирующую депрессию иммунной реактивности, которая предшествовала специфическим признакам интоксикации [44]. В условиях хронической интоксикации ГХЦГ (4 мг/кг) у кроликов наблюдалось снижение уровня иммуногенеза. Нарушение иммуногенеза выявлено и у самок кроликов F1 поколения, матери которых получали ГХЦГ на протяжении всей беременности [11]. При поступлении малых доз линдана в организм крыс установлено стойкое угнетение неспецифической резистентности и иммунной реактивности организма (поглотительной и перевариваемой фазы фагоцитоза, бластной трансформации иммунокомпетентных клеток и другое) [35, 50]. Изменения факторов неспецифической защиты организма и функциональной активности иммунной системы было характерным и для других ХОП — гексахлорана, дильдрина, полихлорпинена, хлордекона [29, 65, 82]. Исследования иммуногенеза при действии некоторых ХОП показали, что у кроликов, однократно получавших ДДТ в дозе 15 мг/кг перед иммунизацией бруцеллезной вакциной, снижался уровень комплементсвязывающих антител, что свидетельствует об угнетение антителогенеза. Иммунизация юных крыс тифопаратифозной вакциной после перорального введения линдана в дозах 6,25 и 25 мг/кг показала, что при этом наблюдается угнетение иммунного ответа [68]. Снижение антителогенеза отмечалось и у взрослых крыс в аналогичных условиях эксперимента [14]. У людей, контактирующих с ДДТ, также наблюдаются нарушения формирования специфического иммунитета, снижение неспецифической резистентности организма, образования комплементсвязующих антител, антител преципитинов к ткани из сердца, почек, легких. Отмечается увеличение заболеваемости рабочих инфекционными болезнями [30, 47]. При микстинтоксикациях ХОП и ФОП у людей с различной степенью отравлений выявлено депрессивное состояние Т-системы и повышение функциональной активности b-системы иммунитета. Дисбаланс иммунного статуса организма людей расценивается как иммунодефицит по Т-типу [27]. Исследовано влияния некоторых карбаматных пестицидов на состояние иммунной системы организма животных. Показано, что при остром и хроническом воздействии на организм крыс севина, ялана и ТМТД наблюдается угнетение естественной резистентности и иммунной реактивности организма на протяжении длительного времени после действия препаратов. Изменения иммунологических показателей при однократном воздействии веществ наступали одновременно с появлением клинических признаков интоксикации. При хроническом воздействии изменение реактивности иммунной системы организма предшествовало клиническим признакам интоксикации и отмечалось даже при их отсутствии [40, 44]. Снижение неспецифической реактивности организма животных было характерным и при действии цинеба, цирама, манеба [6]. В сравнении с циклофосфамидом — классическим иммунодепресантом, севин и цинеб проявляли иммунодепрессивное действие на организм морских свинок в меньшей степени [70]. Цинеб, севин, трибуфон и афолон при однократном поступлении в организм крыс в дозах 12,5; 15; 5 и 8 мг/кг оказывали деструктивное действие на Т- и бета-зависимые зоны селезенки, которое было выражено в большей степени при введении афолона и севина, чем цинеба и трибуфона [13]. Сравнительная оценка влияния на иммунную систему животных карбаматных пестицидов (тилама, ТМТД, карбина, эптама, манеба) показала, что наибольшее по степени выраженности и длительности депрессивное действие на факторы неспецифической защиты и иммунную реактивность оказывали тилам и ТМТД, чем карбин, эптам и манеб. Все исследуемые вещества в максимальнопереносимой дозе повышали восприимчивость животных к инфекциям [41]. Иммунотоксическое действие было характерным и для других карбаматов — карбарила, карбофурана, фентиурама, акара [20, 28, 65]. Акар при остром и хроническом воздействии на организм крыс вызывал угнетение иммунологической реактивности, в том числе антителогенеза после антигенной стимуляции эритроцитами барана. Основным в иммунотоксическом действии акара является цитотоксический эффект, в результате чего уменьшается число живых антителообразующих клеток в лимфоидных органах и, как следствие, — нарушение функциональной активности иммунной системы. Изменения иммунной реактивности наступали раньше, чем признаки интоксикации [20, 38]. Исследования по влиянию на иммунную систему организма других групп пестицидов — синтетических пиретроидов, производных феноксиуксусной кислоты, мочевины и металлосодержащих фунгицидов представлены в меньшей мере, чем фосфорорганических, хлорорганических и карбаматных. Показано, что синтетические пиретроиды суперциперметрин, циперметрин, амбуш и децис в разных условиях опыта (острое или субхроническое воздействие) вызывают угнетение факторов неспецифической защиты организма лабораторных животных (фагоцитарной активности лейкоцитов, активности лизоцима сыворотки крови и других). Введение циперметрина и дециса крысам вызывало угнетение Т-клеточного иммунитета (уменьшались способность Т-лимфоцитов к пролиферации, число Т-розеткообразующих клеток). При действии циперметрина функциональная активность b-системы иммунитета снижалась, дециса — активировалась. Синтетические пиретроиды повышали восприимчивость организма животных к сальмонеллезной инфекции [23, 69, 77]. Производные феноксиуксусной кислоты — 2,4Д и МСРА оказывали иммунодепрессивное действие. Так, 2,4Д при действии на организм мышей угнетала первичный гуморальный и клеточный иммунный ответ как до антигенной, так и после антигенной стимуляции [17, 81]. МСРА в высоких дозах (20—80 мг/кг) снижала количество тимоцитов, иммунную реактивность клеток региональных лимфоузлов, активность гранулоцитов мышей. Степень иммунотоксического действия зависила от дозы препарата [75]. Производные мочевины — которан и монурон в дозах, соответствующих ЛД50, снижали количество иммунокомпетентных клеток в селезенке, титры гемагглютининов в сыворотке крови, что связано с их цитотоксическим действием. При хронических интоксикациях фазе иммунодепрессии предшествовала фаза стимуляции иммунной реактивности [20, 38]. Трихлорфенолят меди в дозе, соответствующей 0,1 ЛД50, снижал продукцию IЛ-2, нарушал дифференциацию NK-клеток у мышей. При субхроническом поступлении в организм крыс в дозе, соответствующей 0,2 ЛД50, снижал иммунный ответ на иммунизацию паратифозной вакциной [28, 54]. Анализ литературы по влиянию пестицидов на иммунную систему лабораторных животных в различных условиях экспериментов, а также людей, занятых производством или применением их в сельском хозяйстве показал, что независимо от класса химических средств защиты растений, отмечается угнетение неспецифической реактивности организма, иммунодефицит преимущественно Т-системы иммунитета, снижение антителогенеза и нарушение формирования специфического иммунитета, повышение восприимчивости организма к возбудителям инфекционных заболеваний. При контакте с препаратами, которые обладают сенсибилизирующими свойствами, у людей наблюдаются аллергические реакции и нарушение аутоиммунных процессов. Механизм иммунодепрессивного действия еще недостаточно изучен. Lange и Tiefenbach [74, 84, 85] считают, что фосфорорганические пестициды оказывают непрямое действие на иммунную систему, которое связано с повышением продукции кортикостероидов. Поскольку между иммунной и монооксигеназной системами существует функциональная взаимосвязь, в некоторых случаях она носит реципрокный характер, то механизм непрямого действия может быть связан также и с активацией цитохрома Р-450 [51]. Показано также, что в механизме иммунодепрессивного действия пестицидов важное значение имеет цитотоксический эффект на естественные киллеры (NK-клетки), фагоциты, Т- и бета-лимфоциты. В результате цитотоксического действия на Т-клетки наблюдается снижение продукции интерлейкина и утрата способности Т-лимфоцитов к пролиферации [5, 33]. Не исключено, что механизм иммунодефицитного состояния при действии пестицидов более сложный и занимает все звенья иммунной системы, в том числе межклональные отношения, регуляторные и медиаторные системы [55]. Нарушение аутоиммунных процессов в организме под воздействием пестицидов может быть вызвано агрессивными аутоантителами, иммунными комплексами, угнетением функциональной активности Т-супрессоров и активации Т-хелперов, которые отвечают за генерацию запрещенных клонов [52, 88, 62]. Указанные выше эффекты пестицидов на иммунную систему выявлены в экспериментах на животных, преимущественно при воздействии препаратов в высоких дозах и концентрациях. Исследования влияния химических соединений на уровне токсических и субтоксических доз и концентраций дают возможность понять механизм иммунотоксического действия веществ и оценить их потенциальную опасность. Для оценки реальной опасности пестицидов необходимо расширить исследования в этом направлении на уровне доз и концентраций, встречающихся в реальных условиях. Для выбора таких доз (концентраций) следует исходить из гигиенических параметров веществ (ПДК, МДУ, ДСД), более широко проводить эпидемиологические наблюдения. В связи с тем, что химические вещества оказывают негативное действие на иммунную систему и, как следствие, может наблюдаться более тяжелое протекание соматической патологии, рост инфекционных и повышение риска возникновения онкологических заболеваний, является актуальным проведение целенаправленных исследований по иммунотоксикологии пестицидов в рамках национальной программы. С учетом современных достижений иммунотоксикологии можно выделить несколько первоочередных задач: Литература |