Отдаленные последствия действия промышленных ядов на организм человека. Отражение этих эффектов в уровне и структуре заболеваемости населения.
Гонадотропное действие химических соединений.
Так, доказано нарушение функции гонад при воздействии бензола и его гомологов, хлорорганических соединений; марганца, хлоропрена, капролактама, борной кислоты, фенола, свинца.
Имеются также данные о нарушении менструальной функции и функции яичников у женщин, работающих в производстве изопренового каучука, стирола, капролактама, при работе с соединениями марганца.
Гонадотропное действие проявляется нарушением сперматогенеза у мужчин и овогенеза у женщин.
Для выявления гонадотропного действия у мужских особей при нормировании используют следующие методы: функциональный (длительность или скорость движения сперматозоидов, выносливость их по отношению рН среды, осмотическая стойкость, количество патологических форм); морфологические (онтогенетический анализ стадии развития сперматогенного эпителия, контроль за величиной и весом гонад); биохимические (определение общего содержания нуклеиновых кислот, характеристика их синтеза и распада).
При изучении овогенеза используются морфометрические и функциональные методы оценки состояния яйцеклеток.
Эмбриотропное действие промышленных ядов. Влияние химических соединений во время беременности может вызвать в развитии плода различные нарушения, которые условно можно отнести к следующим типам эффектов: тератогенным (гистоморфологические дефекты развития, биохимические, функциональные и другие нарушения функции органов и систем, проявляющиеся в постнатальном развитии); эмбриотоксическим (внутриутробная гибель, снижение массы и размеров эмбрионов при нормальной дифференцировке тканей).
При действии ряда химических соединений, когда концентрации яда в воздухе рабочей зоны превышали ПДК, было установлено их тератогенное действие. В частности, таким действием обладают хлоропреновый латекс, фенолформальдегидные смолы и др. Имеются данные клинических и экспериментальных исследований о влиянии гранозана и ДДТ на эмбриогенез и развитие потомства. Обследование работниц производства кремнийорганических лаков и эмалей выявило увеличение частоты появления токсикозов беременности и нарушений родовой деятельности. Обнаружены также качественные изменения в плаценте у женщин, занятых в производстве синтетического каучука.
Для промышленной токсикологии, учитывая реальные условия воздействия яда на производстве, практический интерес представляет чувствительность эмбриона в течение всей беременности, в первые 3 мес беременности и в отдельные дни беременности (в основном в период органогенеза).
Чувствительность эмбриона особенно велика на ранних стадиях развития. Химические вещества в дозах, не вызывающих токсический эффект у матери, могут повредить плод. Установлено 2 критических периода развития эмбриона с очень высокой чувствительностью к внешним воздействиям – период предшествующий имплантации и период плацентации. 1-й период приходится на первые 3 недели развития, 2-й – на 4 – 7-ю неделю, когда происходит формирование плаценты.
Эмбриотоксическии эффект в значительной степени определяется состоянием плаценты.
Изменение проницаемости плаценты зависит от общего состояния организма и от срока беременности, а также от химического строения и свойств проникающих в организм матери химических соединений. Например, никотин делает плаценту проницаемой даже для тех веществ, которые в обычных условиях через нее не проходят. Поэтому дозы химических соединений, недостаточные чтобы вызвать токсический эффект у некурящей матери, у курящей - проникая через плаценту, могут оказывать неблагоприятное влияние на плод. Беременность как нагрузка может изменять устойчивость организма к воздействию различных факторов, в том числе и химических, в сторону снижения его резистентности, что также может явиться причиной нарушения развития потомства, вплоть до его гибели.
Мутагенное действие химических соединений. Под мутагенным действием химических веществ следует понимать изменение наследственных свойств организма, проявляющихся у его потомства.
Мутационный процесс под влиянием химических веществ можно подразделить да 2 большие группы: мутагенез в зародышевых клетках и мутагенез в соматических клетках. Мутации под влиянием химических веществ могут возникать на всех трех уровнях организации наследственных структур: генном, хромосомном и геномном.
Следствием мутаций в зародышевых клетках в зависимости от их характера будет гибель зигот, эмбрионов, плодов, индивидов на разных стадиях развития или воспроизведение мутации из поколения в поколение. Мутации в соматических клетках приводят неизбежно к нарушению генетического гомеостаза и, следовательно, к связанным с этим последствиям.
В настоящее время установлено мутагенное действие для многих химических веществ. Этим действием, например, обладают хдоропрен, винилхлорид, окись этилена, диметилфталат.
Методы изучения мутагенного действия химических веществ.
Изучение мутагенного действия химических веществ включает лабораторные методы, которые могут проводиться в условиях in vitro (на культурах клеток) или in vivo (на лабораторных животных). Универсальной тест-системы, которая могла бы выявить все основные типы генетических повреждений, нет, поэтому используют набор тестов (батарею).
In vitro
Тест Эймса. Регистрирует способность химического вещества или его метаболитов индуцировать генные мутации у индикаторных штаммов, например Salmonella typhimurium. Если вещество или его метаболиты обладают мутагенной активностью, увеличивается количество колоний-ревертантов на чашку по сравнению с контролем.
Микроядерный тест на клетках млекопитающих. Выявляет и количественно оценивает потенциальную цитогенетическую активность (связанную с хромосомным повреждением).
Анализ хромосомных аберраций в культуре лимфоцитов человека. Вещество добавляют в виде раствора или суспензии в питательной среде, в случае обнаружения мутагенного эффекта дозу снижают.
In vivo
Метод учёта доминантных летальных мутаций в зародышевых клетках мышей и крыс. Выявляет влияние исследуемого вещества на генетические структуры зародышевых клеток, мутагенный эффект проявляется в виде повышенной эмбриональной смертности.
Метод специфических локусов. Основан на том, что необработанные мутагеном животные, гомозиготные по ряду рецессивных генов, спариваются с животными, подвергавшимися воздействию изучаемого соединения, гомозиготными по соответствующим доминантным аллелям. Если в половых клетках обработанных животных нормальный аллель мутирует в рецессивный или на этом месте появляется делеция, это обнаруживается по фенотипическим изменениям в потомстве.
Кариологический анализ — учёт цитогенетических нарушений (микроядер, протрузий, мостов, ядер атипичной формы), показателей пролиферации и апоптоза
Методы изучения канцерогенного действия химических соединений
Изучение канцерогенного действия химических соединений включает экспериментальные, эпидемиологические и теоретические методы. Цель — выявить канцерогенные свойства вещества, оценить риск для здоровья человека и объяснить механизмы канцерогенеза.
Экспериментальные
Опыты на животных. Испытуемое вещество вводят в организм животного (например, мыши, крысы) и исследуют, приводит ли оно к значимому повышению числа опухолевых заболеваний у опытной группы по сравнению с контрольной. Вещество считается канцерогенным, если оно вызывает мутацию ДНК, которая является первой стадией развития рака.
Бактериологический тест Эймса. Испытуемое вещество добавляют в среду с модифицированными бактериями, которые не способны синтезировать аминокислоту гистидин. Если вещество вызывает мутацию, бактерии возвращаются к форме, способной синтезировать гистидин, и растут.
Физико-химические подходы. Опираются на физико-химические свойства веществ и представления о молекулярных механизмах, лежащих в основе канцерогенеза. Например, позитронная диагностика — выявление канцерогенных свойств веществ на основе их способности прочно связывать «сухие» электроны, возникающие при облучении среды быстрыми ионизирующими частицами.
Эпидемиологические
Изучение влияния канцерогена на заболеваемость населения. Учитывают, что канцерогены могут поступать в организм из различных источников среды обитания человека (атмосферный воздух, питьевая вода, пищевые продукты). Например, проводят исследования, которые анализируют зависимость частоты рака лёгкого от аэрогенной нагрузки канцерогена на население.
Определение реальной нагрузки канцерогена на население. Учитывают всю дозу, накопленную к моменту возникновения опухоли, и суммарную нагрузку канцерогена, получаемую из различных источников.
Теоретические
Математическое моделирование зависимостей «концентрация — эффект», «доза — эффект». Учитывают, что механизмы канцерогенеза для большинства химических соединений до конца не выяснены, и при любой дозе существует теоретическая вероятность развития этого эффекта, которая увеличивается с возрастанием дозы. Например, используют фактор канцерогенного потенциала — наклон кривой «доза — ответ» в области низких доз.
Использование компьютерных программ для прогнозирования возможной канцерогенности химических соединений. Например, система TOPKAT (TOxicity Prediction by C(K)omputer Assisted Technology) позволяет прогнозировать биологическое воздействие конкретного вещества.
Методы экспериментального изучения эмбриотропного действия промышленных ядов
Для экспериментального изучения эмбриотропного действия промышленных ядов используют разные методы, которые включают исследования на животных, на культурах клеток и с помощью математического моделирования. Цель — определить пороги вредного действия ядов на развитие плода и потомства, а также выявить специфичность эффекта.
Животная модель
Опыты на лабораторных животных. Используют спонтанно-овулирующих животных — белых крыс, мышей, а также, возможно, кошек и кроликов. Предпочтительны гибридные линии и беспородные популяции.
Введение вещества в критические периоды беременности. Учитывают чувствительность эмбриона в течение всей беременности, в первый триместр или в отдельные дни (например, в период органогенеза).
Исследование постнатального развития потомства. Позволяет избежать недооценки опасности воздействия химических соединений на эмбриогенез, так как патология развития проявляется зачастую в более поздние периоды онтогенеза и на более низких уровнях воздействия.
Учёт функционального состояния материнского организма. Показатели материнского организма служат основным критерием оценки специфичности эмбриотропного действия.
Культуры клеток
Использование модели на основе первичных эмбриональных клеток зачатков конечностей крыс (микромасса). Культивированные клетки сохраняют свои наиболее важные для эмбриогенеза функции, такие как адгезия, движение, деление и дифференцировка. По нарушению роста и дифференцировки клеток после их обработки тестовым соединением можно судить об эмбриотоксическом потенциале на средних и поздних стадиях развития млекопитающих.
Оценка зависимости «концентрация-эффект». Выявление эффективных и пороговых концентраций.
Математическое моделирование
Описание эффекта в зависимости от концентрации (дозы). Для острых воздействий, которые регистрируются практически мгновенно, эффект зависит от концентрации, поэтому для их описания используют кривую «концентрация (доза) — эффект».
Описание хронических воздействий. Эффект зависит не только от концентрации (дозы), но и от времени воздействия, поэтому хронические эффекты описываются кривой «время — эффект».
Определение меры избирательности (специфичности) действия. Например, по зоне специфического действия (Zsp) — по отношению порога интегрального действия к порогу специфического действия. Если Zsp > 1, это свидетельствует об избирательном (специфическом) действии химического агента на изучаемую функцию.
Методы изучения гонадотропного действия ядов
При изучении гонадотропного действия химических веществ
Применяют следующие методы: