Введение к работе
Актуальность исследований.
Водная система и здоровье населения - объект постоянного токсиколого-гигиенического скрининга. В последние годы отмечено ухудшение санитарного состояния водных объектов во многих регионах Российской Федерации. Высокие концентрации загрязняющих веществ приводят к антропогенному загрязнению водоемов, что обуславливает опасность водопользования и служит причиной заболеваемости населения (Государственный доклад "О состоянии окружающей среды Российской Федерации в 1993 г."). Сложность гигиенической характеристики состояния среды связана с воздействием комплекса неблаї оприятных факторов, ведущим из которых является химический (Потапов А.И., 1993; Потапов А.И., Ястребов Г.Г., 1996; Беляев В.Д., 1993; Ракитс-кийВ.Н., 1996).
Одним из существенных химических факторов, загрязняющих окружающую среду, являются пестициды (Курляндс-кий Б.А., 1996). Пестициды, поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, водой и продуктами питания, меняют ход обменных процессов в организме, вызывая патологические изменения функций. Тем не менее, получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур в настоящее время и ближайшей перспективе будет связано с применением наиболее эффективных средств - пестицидов и неизбежным их попаданием в водоемы.
Опасность поступления пестицидов в водоемы обусловлена нарушением практически всех структур и функций экосистем, включая изменение биохимических процессов и физиологических реакций гидробионтов на клеточном, организ-хмеином и лопулящгонном уровнях.
Хлорорганичеекие и фосфорорганические пестициды широко применяются в сельском хозяйствен большая их часть относится к высокотоксичным ядам для теплокровных и гид-
робионтов. Новые, имеющие все более широкое применение синтетические пестициды -ниретроиды экстремально токсичны для водных сообществ и средне- и высокотокснчны ддя теплокровных.
При использовании рыбы в качестве объекта питания, остаточные количества пестицидов могут попадать в организм человека, создавая реальную угрозу его здоровью.
В этой связи яв.гіяется актуальным изучение ранних проявлений влияния пестицидов на организм в концентрациях и дозах малой интенсивности, а поиск селективных, доступных методов диагностики химической интоксикации является приоритетным направлением гигиены (Потапов А.И., Ястребов Г.Г., 1996 г.). В то же время эта задача является актуальной с экологических позиций.
Как указывал В.И.Лукьяненко (1989), методические возможности изучения токсичности различных групп веществ на рыбах за последние два десятилетия существенно расширились. Ведется интенсивный поиск наиболее чувствительных объектов и показателей, разрабатываются новые методы анализа, предлагаются различные способы оценки качества водной среды по изменениям различных физических систем и биохимического статуса рыб.
Следует подчеркнуть, что при длительном действии малых доз токсикантов развивается хронический токсический стресс, в механизмах которого на первый план выдвигаются общие (неспецифические) ответные реакции, а специфические изменения часто выполняют роль пускового механизма (Голиков С.Н. и др.,1986; Ракитский В.Н., 1996).
По современным представлениям, в реакции организма на токсическое действие ксенобиотиков, одно из важнейших мест занимает аутоокисдительное поражение, включающее образование активных форм кислорода (АФК), интенсификацию перекисного окисления липидов (ПОЛ), деструкцию мембран, повреждение ДНК и т.д. (Parke D.V., 1987).
В связи с этим актуальным является исследование роли свободнорадикальных процессов и функционального состояния мембран при пестицидной интоксикации.
Более подробно эти вопросы изучены при действии химических веществ и пестицидов на теплокровных (Голиков С.Н. и др., 1986; Леоненко О.Б., Каган Ю.С., 1994). Вместе с тем, отсутствуют работы о влиянии пестицидов на свободнорадикалыше процессы в ихтиофауне, что не позволяет судить об общих закономерностях и механизмах формирования ответной реакции организмов на токсическое действие пестицидов в экосистемах. Отсутствует научно обоснованный комплекс критериально-диагностических показателей для эколого-токсикологическод оценки пестицидной интоксикации.
Единичные работы посвящены разработке экспресс-методов, прогнозирующих параметры токсичности и опасности пестицидов для теплокровных на основании экспериментов на гндробнонтах.
Все вышесказанное обосновывает актуальность изучения свободнорадикальных механизмов пестицидной интоксикации при воздействии высокобиологически активных пестицидов, а нерешенные вопросы являлись задачами, объединенными общей целью исследования.
Цель исследовашш.
Установление закономерностей токсического действия трех классов пестицидов на структурно-функциональное состояние биомембран и разработка концепции о рожі свободнорадикальных процессов в механизме пестицидной интоксикации для оптимизации эколого-гигненических исследований, направленных на охрану здоровья человека и сохранение качества водных экосистем.
Для достижения поставленной цели были обоснованы и решены следующие задачи:
-
Установить токсикометрические параметры и дозоэффек-тивные зависимости воздействия пестицидов для ихтиофауны.
-
Исследовать интенсивность свободнорадикальных процес-
сов и структурно-функциональное состояние биомембран
в различных тканях рыб при действии хлор-, фосфорор-ганических и пиретроидиых пестицидов.
-
Изучить влияние пестицидов на активность антиоксидантних ферментов в крови рыб.
-
Выявить взаимосвязь токенколого-гиг ионических и эко-лого-рыбохозяйственных критериев оценки пестицидной интоксикации.
-
Обосновать комплекс информативных критериально-диагностических показателей для эколого-токсикологичес-кой оценки пестицидной интоксикации и апробировать его в натурных условиях.
Научная новизна и теоретическая значимость.
Впервые проведен сравнительный комплексный анализ воздействия пестицидов разных классов на свободнорадикаль-ные процессы и структурно-функциональное состояние мембран у рыб и теплокровных животных в целях эколого-гигие-нического нормирования.
Установлен один из важных механизмов токсического действия исследуемых групп пестицидов на ихтиофауну - ауто-окислительное поражение, включающее образование активных форм кислорода, интенсификацию перекисного окисления липидов, лабилизацшо и деструкцию биомембран.
Результаты проведенных комплексных исследований позволяют сформулировать целостное представление о роли сво-боднорадикальных процессов в развитии ответной реакции организма теплокровных и ихтиофауны на действие пестицидов.
Выявлены количественные корреляционно-регрессионные зависимости между токсиколого-гигиеническими и зко-лого-рыбохозяйственными показателями токсичности и опасности, включая критериальный комплекс оценки свободно-радикальной патологии при пестициднон интоксикации, что явішось научной основой для разработки соответствующих моделей прогноза.
Разработаны теоретические основы для своевременной эколого-токсикологической диагностики хлор-, фосфорорга-нической и пиретроидной интоксикации, что позволяет оценивать химическое поражение на разных стадиях патологического процесса.
Практическая значимость работы.
Практическая значимость работы заключается в разработке и апробации в натурных условиях комплекса чувствительных и информативных критериально-диагностических показателей оценки развития патологического процесса при пестпцидной интоксикации. Полученные результаты исследований были использованы для разработки рыбохозяйствен-ных и гигиенических нормативов пестицидов в воде водоемов.
Определены 60 ПДК и 21 ОБУВ пестицидов для рыбохо-зяйственных водоемов "Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов" (1995). Обоснованы предельно допустимые концентрации в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения пестицидов Хармони, Титуса, Лондакса (утверждены 12.11.91 г. приказ N 6039-91 Минздрава СССР).
Материал был использован при подготовке - Санитарных правил "Хранение, транспортирование и применение пестицидов в народном хозяйстве" (на утверждении). - Методических указаний "Гигиенический мониторинг состояния водоисточников в условиях регистрационных испытаний пестицидов при их применении в сельском хозяйстве" (МУ 2.1.5.000-97; на утверждении). - "Методических рекомендаций по применению информативных биохимических методов диагностики пестпцидной интоксикации" (1996). - "Методических рекомендаций по применению расчетного метода обоснования ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) пестицидов для воды рыбохозяйственных водоемов" (1996).
Включены в "Положение о регистрационных испытаниях и регистрации пестицидов в Российской Федерации" науч-
но обоснованные требования по обеспечению безопасности водоемов хозяйствешю-питьевого и рыбохозяйственного назначения.
По методическим приемам, используемым в диссертации, получено 1 изобретение (авторское свіщетельство N1693548 "Способ определения пестицидной интоксикации рыб").
Результаты диссертационной работы внедрены на кафедре биохимии и микробиологии Ростовского Госуниверситета.
Внедрения подтверждены актами и справками.
Результаты работы доложены и обсуждены на:
Научно-техническом совете Главрыбвода Минрыбхоза СССР и Государственного Комитета Российской Федерации по рыболовству в 1985-1996 г.г. ежегодно. Научно-консультативном Совете по рыбохозяиственной токсикологии Межведомственной Ихтиологической комиссии в Дубне (1991) и в п. Борок (1994). Симпозиуме Европейской Ассоциации Защиты Растений по проблеме международной гармонизации регистрации средств защиты растений. Голицыно, Россия (1994). Симпозиуме "Методы ихтиологических исследований", Ленинград (1987). Втором симпозиуме по экологической биохимии рыб. Ростов-Великий (1990). Второй Всесоюзной конференции по рыбохозяиственной токсикологии. Санкт-Петербург (1991). Международной научной конференции "Проблемы рационального использования биоресурсов водохранилищ". Киев (1995). Пятом Международном конгрессе по белковому протеину "LeaiPRO-96". Роетов-на-Доду (1996). Втором Международном конгрессе "Вода-экология и технология". Москва (1996). Второй Международной конференции " Гипоксия в медицине". Москва (1996). Ученых Советах Азовского НИИ рыбного хозяйстве в 1985-1996 г.г. ежегодно. Научно-практических конференциях в США (1991), Великобритании (1994), Германии (1994).
Апробация диссертации проведена на Межотдельческой конференции Московского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана (11.07.97 г.).
Публикации.
Материалы диссертации нашли свое отражение в 39 публикациях, из них -1 монография.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Общие закономерности и механизмы развития свободно-радшсальной патологии и изменений структурно-функционального состояния биомембран при действии пестицидов различных химических классов.
-
Корреляционно-регрессионная зависимость между токси-колого-гигиеническими и эколого-рыбохозяйственными показателями токсичности и опасности, включая общие механизмы развития свободнорадикальной патологии.
-
Комплекс чувствительных и информативных критериально-диагностических показателей оценки различных стадий развития патологического процесса, использованный для методического обеспечения исследований по регламентации пестицидов в воде водоемов.
Структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения; обзора литературы; главы, посвященной обоснованию направлений и этапов работы и выбора методов исследований; 6-ти глав собственных исследований; обсуждения результатов; выводов и списка литературы. Текст изложен наЗЗЗстрашщах машино-. писи; иллюстрирован .^таблицами, М. рисунками, Т-. схемами, указатель литературы содержит ^источников, из них .'.^отечественных и .'.тУиностранных авторов.
Работа выполнялась в рамках отдела токсикологии МНИИГим. Ф.Ф.Эрисмана, отдела рыбохозяйственной токсикологии АзНИИРХ, кафедры биохимии и микробиологии и Биологического НИИ Ростовского Госуниверситета (с личным вкладом не менее 80%) и обобщает результаты многолетних (1984-1996 г.г.) исследований в соответствии с программой Госсанэпиднадзора России N 02/12 "Разработка научных основ гигиенической регламентации применения пестицидов в народном хозяйстве", планами Госкомитета по науке и технике по проблеме "Разработать научные основы изучения качества водной среды и охраны внутренних водоемов от загрязнения" и научно-исследовательских работ Государственного Комитета Российской Федерации по рыболовству согласно Государственной программы "Научно-техническое обеспечение развития рыбного хозяйства России в 1993-1995 г.г. и на период до 2000 года по теме "Разработать научные основы экологического мониторинга и охраны водных экосистем рыбохозяйственных водоемов".
Эксперименты выполнены на рыбах, относящихся по чувствительности к трем основным группам (Строганов Н.С., 1971:
а) высокочувствительные - судак /Lucioperca lucioperca L.
б) среднечувствительные - лещ I Abramis brama L./
в) слабочувствителыше - карп I Cuprinus carpio L./
Тератогенное, действие исследовали на икре и предличин-
ках осетровых рыб (Acipenseridae).
Объектами исследования являлись также химически чистые соединения и препаративные формы 20 пестицидов трех основных классов (хлор-, фосфорорганическне и пиретронд-ные) отечественного и иностранного производства.
В работе использовались отдельные фрагменты совместных исследований с сотрудниками кафедры биохимии и микробиологии Ростовского Госуниверситета (д.б.н. Внуков В.В., к.блг. Милютина Н.П.), НИИ механики и прикладной математики РГУ (к.ф-м.н. Селютин В.В.), отдела рыбохозяйствен-
ной токсикологии АзНИИРХ (д.б.н. Гвозденко СИ., с.н.с. Кузнецова Л.Я., Смыр Т.М., н.с. Левина И.Л.).
Всего было использовано 30 показателей, проведено 41023 анализа.
Компьютерная статистическая обработка материала осуществлялась на IBM PC AT с использованием пакета прикладных статистических программ ("STATGRAPHICS", "ARM" и др.). Объем и направления исследований представлены в таблице 1.