Введение к работе
Актуальность работы
Проблема химического загрязнения окружающей среды, в частности, атмосферного воздуха продолжает оставаться весьма актуальной во всем мире как вследствие огромных масштабов выбросов, поступающих в атмосферу от промышленности и транспорта, так и чрезвычайного разнообразия загрязняющих веществ, в том числе вновь синтезируемых. Среди многочисленных загрязнений в воздушной среде городов распространены метютзамещенные бензола (орто-ксилол, пара-ксилол, мета-ксилол, псев-докумол, дурол), в связи с широким использованием в различных производствах (нефтехимическом, нефтеперерабатывающем, лакокрасочном, фармацевтическом, целлюлозном) и для повышения октанового числа бензинов. Последнее в определегаюй степени обуславливает их присутствие в выбросах автотранспорта, которые в настоящее время вносят наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха (Я.М.Грушко, 1986, А.Г. Малышева с соавт, 1997). В производственных условиях указанные вещества угнетают функциональное состояние ЦНС работающих, нарушают кроветворение, оказывают раздражающее действие, вызывают морфологические изменения во внутренних органах (Н.Ф. Измеров с соавт., 1977, Э.Р.Уждавини, 1984, Е.Г.Фельдт, 1985, В.Н.Чекаль с соавт., 1986 и др.). Между тем они не получили гигиенической оценки как загрязнители атмосферного воздуха населенных мест, для них не установлены соответствующие регламенты.
Известно, что гигиеническая регламентация (нормирование) допустимого содержания вредных веществ в атмосферном воздухе как научная основа предупреждения и снижения неблагоприятного влияния атмосферных загрязнений на здоровье населения начата в России (В.А.Рязанов, 1949, 1954). Это обеспечило не только создание современной медотологии гигиенической регламентации и оценки атмосферных за-
4 грязнснпй (Г.И.Сидоренко, 1975; 1985; М.А.Пинигин, 1972; 1976; 1993), uo и уникальной нормативной базы (К.А.Буштуева, Р.С.Гильденскиольд, 1996, 1997 и др.), включающей в том числе 468 ПДК и 2000 ОБУВ загрязняющих веществ.
Важным аспектом совершенствования методологии гигиенической регламетации и оценки атмосферных загрязнений явилась разработка их токсикометрии, юіассификации, методов ускоренного обоснования ПДК на основе установления фундаментальных количественных закономерностей "концентрация-время-эффект" (М.А.Пинигин, 1978, Г.И.Сидоренко, 1986), а также методов оценки специфических и неспецифических эффектов (Н.Я.Янышева, 1971, В.А. Гофмеклер,1971; Н.Г.Андреещева, М.А.Пинигин, 1979, Г.И.Сидоренко, Р.В.Меркурьева, 1986, Т.И. Бонашев-ская, 1986, Н.Н. Беляева, 1997). Наряду с этим, особенно в последние годы при оценке опасности атмосферных загрязнеїшй большое внимание уделяется изучению донозологических состояний, лежащих на грани нормы и патологии (Г.И.Сидоренко, 1990, 1993; Е.Н.Кутепов, 1990, Г.Ф.Семснова с соавт., 1994, Л.Х.Мухамбетова, 1997, Т.В.Жукова, 1997, Г.П.Червоненко с соавт., 1998 и др.). Особенностью разрабатываемых методов является не только их высокая информативность и чувствительность, но и возможность широкого применения при изучении влияния атмосферных загрязнений на здоровье населения и, прежде всего, детского населения. Разработанные биохимические методы (Л.Х.Мухамбетова, 1997) позволяют определять различные метаболиты в легко доступных биоматс-риалах (слюна, моча), что обеспечивает возможность неинвазивной диагностики воздействия химических веществ как в условиях эксперимента с животными, так и при изучении влияния этих веществ на состояние здоровья людей. При этом дается оценка биохимического статуса организма каждого обследуемого. И.В.Петровой и соавторами (1997) разработаны неинвазивные методы определения иммунологического статуса, что по-
5 зволяет устанавливать различные труппы риска по состоянию этого статуса. Следовательно, теперь уже в условиях эксперимента с животными можно учитывать токсические эффекты не только в градированной, но и альтернативной форме. Последнее можно осуществлять и на основе установления различных состояний адаптации (С.Л.Авалиани, 1995).
Для оценки биологического действия химических веществ стали применяться биофизические методы, в частности, хемилюминисцентные (ХЛ), позволяющие исследовать свободнорадикальное окисление (СРО) в организме. Так, Г.Н. Красовский и соавт.(1989) применили указанные методы при гигиепическом нормировании допустимого содержания персульфата калия и аммония в воде , а И.М. Трахтенберг с соавт. (1991)- при обосновании безвредных уровней воздействия цикло- и дициклогексила-мида в условиях производства. Между тем указанные методы не использовались при гигиеттческой оценке и нормировании атмосферных загрязнений, хотя как свидетельствуют многие авторы (Ю.А. Владимиров с соавт., 1988, P.P. Фархутдинов с соавт.,1989, Н.М. Митрохин с соавт., 1991, Л.А. Тиунов, 1991, Marietta М. et all., 1988, Palmer R. et all.,1987., Miyazawa T. et all.,1993, Yasuda II. et all., 1996), реакции СРО универсальны и являются показателем метаболических процессов в оргаїтзме. Действие внешних прооксидантов (радиация, з'льтрафиолет, химические вещества и др.) и активация эндогенных механизмов генерации активных кислородных метаболитов приводит к напряжешпо механизмов аитиоксидантнои защиты и развитию "окислительного стресса", который может проявляться на клеточном, тканевом, организменном уровнях. Оценку активности СРО, инициируемого ксенобиотиками, и степень смещения равновесия в системе перекисное окисление липидов - антиоксиданты следует рассматривать как объективный и весьма существенный показатель общего состояния организма (Е.Б. Меньшикова с соавт., 1991, B.Halliwell et all.,1987.
6 При известной биологической значимости состояния свободнора- -дикалъного окисления, оно остается неизученным в отношении критериальной значимости для оценки опасности атмосферных загрязнений. В известной мере определение критериальной значимости состояния свободнорадикального окисления затрудняется из-за отсутствия сформулированных общих требований к методам оценки.опасности химических веществ, загрязняющих атмосферный воздух. Действительно, широкое развитие методов донозологической диагностики, примение альтернативных биологических моделей ( Г.И.Клебанов, 1995, Г.П.Червонская с соавт., 1998) как в связи с требованиями этики медико-биологических экспериментов, так и в связи с экономическими требованиями, делают выбор тех или иных критериев оценки опасности атмосферных загрязнений непростой задачей. Критериальная значимость свободнорадикального окисления для оценки опасности атмосферных загрязнешій остается недостаточно ясной и вследствие того, что количественные закономерности связи между степенью изменения свободнорадикального окисления, интенсивностю и длительностью воздействия атмосферных загрязнений остаются неизученными. Это, безусловно сдерживает развитие методических схем постановки эксперимента по оценке опасности веществ и обоснованию их ЇЇДК в атмосферном воздухе.
В связи с изложенным целью настоящих исследований «вилось обоснование возможности оценки свободнорадикального окисления как критерия опасности атмосферных загрязнений.с разработкой гигиенических регламентов метилзамещенных бензола в атмосферном воздухе.
Для достижения цели в работе необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Сформулировать общие требования к методам донозологической
диагностики опасности веществ, загрязняющих атмосферный воздух и определить степень соответствия этим требованиям метода изучения свободнорадикального окисления с использованием хемилюминисценциц.
7. 2. Изучить количественное выражение зависимости "концентрация-время-эффект" по изменению свободнорадикалыюго окисления с обоснованием метода гигиенической регламеїггации и оценки опасности атмосферных загрязнений.
-
Оценить опасность метилзамещенных бензола (орто-, мета-, пара-ксилола, псевдокумола, дурола), обосновать их предельно допустимые концентрации с учетом состояния свободнорадикального окисления.
-
Исследовать связь показателей опасности общетоксического действия метилзамещенных бензола, установленных по изменению СРО, с их физико-химическими свойствами и электронно-ядерной структурой, изучить непосредствешюе действие веществ на процессы СРО в модельных системах.
Научная новизна:
- обоснованы требования к выбору методов оценки опасности и токсич
ности атмосферных загрязнений на уровне предпатолопгя, с учетом па
тогенетической значимости, возможности вьіявлеігая изменений в аль
тернативной форме, высокой чувствительности, воспроизводимости,
сходимости, информативности, соответствия принципам гуманности и
экономической целесообразности;
- впервые показано, что при воздействии атмосферных загрязнений на
. организм оценка состояния свободнорадикального окисления по хеми-
люминисценцин, соответствуя указанным выше требованиям, позволяет дифференцировать состояние адаптационных процессов в системе сво-боднорадикальное окисление-антиоксиданты: компенсация (усиление окисления и антиокисления), напряжение (противоположная направ-лешость изменений окисления и антиокисления), перенапряжение, заканчивающееся срывом (ослабление окисления и антиокисления вплоть до прекращения), которые зависят от длительности и уровня непрерывного воздействия метилзамещенных бензола;
впервые установлена возможность количественного выражения изменений свободнорадикальнос окисление - антиоксиданты в градированной и альтернативной ( на основе градированных показателей и по стадиям компенсации, напряжения, перенапряжения) формах с получением зависимости "концентрация-время-эффект";
по изменению процессов СРО определен лимитирующий показатель резорбтивного действия для всех метилзамещенных бензола;
показано, что параметры токсичности соединений (порог хронического действия, недействующие концентрации), установленные по изменению СРО в ряду мелилзамещенных бензола, тесно коррелируют с характеристиками их электронно-ядерной структуры;
выявлено непосредственное влияние исследуемых соединений на процессы свободнорадикального окисления в модельных системах - с уве-личением количества метальных групп в производных бензола усиливается интенсивность подавления окислительных процессов;
с учетом стадий изменения процессов свободнорадикального окисления дана токсиколого-гигиеническая оценка 5-ти метилпроизводных бензола при непрерывном ингаляционном поступлении в организм и обоснованы их экологически надежные нормативы для атмосферного воздуха населенных мест.
Теоретическое значение работы заключается в том, что результаты исследований по оценке качественных и количественных изменении сво-боднорадикальных процессов, раскрывают особенности неспецифического действия, которое проявляется на ранних этапах взаимодействия токсиканта с организмом, способствуют поіпшашпо закономерности взаимодействия организма и атмосферных загрязнений в динамике их непрерывного поступления, а также дальнейшему развитию теории гигиенического per-
9 ламентирования и оценке опасности атмосферных загрязнений на основе концепции риска среди населения.
Практическое значение работы. Использование разработанной методической схемы гигиетгческой оценки химических загрязнений окружающей среды при изменении свободнорадикального окисления в организме по стадиям компенсации, напряжения, перенапряжения позволяет оценить состояние каждого животного в альтернативной форме или по сравнению с градированной нормой показателя, обосновать гигиепичекие регламенты метилзамещенных бензола в атмосферном воздухе с учетом оценки их токсичности в ранние сроки воздействия, что, в конечном итоге, будет способствовать оздоровлению окружающей среды; предложенные уравнения для прогнозирования порогов хронического действия и недействующих концентраций по электронно-ядерной структуре химических соединений дают возможность получить указанный показатель токсикометрии, с помощью его обосновать ОБУВ и оценить класс опасности уже при остром воздействии вещества без проведения субхронического эксперимента по изменению ХЛ; исследование свободнорадикального окисления в модельных системах позволяет проводить быстрый предварительный скрининг токсичности в ряду веществ.
Внедрепие результатов работы. Результаты работы внедрены в практику в виде:
- изобретения "Способ прогнозирования ранпих патологических
изменений при действии загрязнителей атмосферы населенных мест"
(положительное решение на изобретение от 28.01.98 г. по заявке №
95107203М4 - 012625 от 4.05.95) ;
- внесены в банк данных вузовских разработок по природоохранной
тематике для реализации Государственной программы "Экологическая
безопасность России" (ноябрь 1994 г.);
применяются в системе эколого-гигиснического мониторинга в Республике Башкортостан при реализации природоохранных мероприятий;
использованы при подготовке следующих документов:
материалов по обоснованию предельно допустимых концентраций 1,2,4-триметилбензола в атмосферном воздухе населенных мест; утв. Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № 10-13/45 от 14.01.92 г.;
материалов по обоснованию предельно допустимых концентраций 1,2,4,5- тетраметилбензола в атмосферном воздухе населенных мест; утв. Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № 10-13/100 от 16.11.92 г.;
методики выполнения измерений концентраций дурола в атмосферном воздухе; утв. Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № 17-5/210С от 28.10.92 г.;
методики выполнения измерений концентраций псевдокумола в атмосферном воздухе; утв. Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № 17-5/100С от 07.02.91 г.;
материалов по обосіюваншо предельно допустимых концентраций орто-ксилола в атмосферном воздухе населенных мест; утв. Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № ФК-13/1-149 от 19.07.94 г.:
материалов по обоснованию предельно допустимых концентраций пара-ксилола в атмосферном воздухе населенных мест; утв. Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № ФК-13/1-149 от 19.07.94 г.;
материалов по обоснованию предельно допустимых концентраций мета-ксилола в атмосферном воздухе населенных мест; утв. Проблемной
1Г комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды»; информ. письмо № 10-13 от 22.09.99 г.;
«Итогов деятельности по приоритетным направлениям исследований» Отделения медицинских паук АН РБ - Башкирского научного центра РАМН за 1996, 1997, 1998 гг.;
внедрены в учебный процесс на кафедрах Башкирского государственного медицинского университета {акты внедрения от 1998
г.)-
методических рекомендаций « Метод хемилюмшшсценции как способ онепки токсичности атмосферных загрязнений», 1999. Уфа, 1999. - 16 с.
Апробация работы. Основные материалы исследований доложены и обсуждены на заседаниях проблемных комиссий "Актуальные вопросы гигиены в регионах с развитой нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленностью", Уфа, 1996 г., 1997 г., 1998 г., "Научные основы охраны окружающей среды и здоровья населения РБ", Уфа, 1994 г.; заседаниях научного совета "Проблемы охраны окружающей среды и экологически обусловленной патологии человека" отделения медицинских наук Академии наук Республики Башкортостан - Башкирского научного центра РАМН , 1995, 1996, 1997, 1998 гг.; ; 4-ой всесоюзной конференции "Эндокршшая система организма и
. вредные факторы окружающей среды", Ленинград, 1991; 2-ом съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока, Новосибігрск, 1995; конференциях "Эколого-гигиенические проблемы Уральского региона", Уфа, 1995; "Уральский регион Башкортостана: человек, природа, общество", Уфа - Сибай, 1995 и др.; 3-м международном конгрессе по сравнительной физиологии , Japan, Tokyo, 1991; международных конференциях по научно-практическим аспектам управления качеством воздуха, St.-Petersburg, 1995; по фундаменталышм и прикладным проблемам охраны окружающей среды, экологии, Tomsk, 1995; Уфа,
12 1995; Новосибирск, 1995; Berlin, 1996; St.-Petersrmrg, 1997; Moscow, 1998; Великий Новгород, 1999; научно-практической конференции кафедр общей гигиены, экологии человека и гигиены окружающей среды, гигиены труда Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова, сентябрь 1999 г. Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 38 работах.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 265 печатных страницах, включает 46 таблиц, 45 рисунков; состоит из введения, обзора литературы, 4 глав методов и собственных исследований, заключения, выводов, списка использованной литературы, включающего 312 отечест-вснных и иностранных источников, 42 приложений.