CC BY
15
Выводы
1. Разработан вариант метода функциональной электроэнцефалографии применительно к исследованиям действия неощутимых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе на центральную нервную систему человека.
2. За электроэнцефалографический параметр взята амплитуда усвоенного ритма при действии ритмического света. Полученные цифровые данные колебаний амплитуды обрабатывали статистическим методом.
3. Проведенный количественный анализ электроэнцефалографических кривых усвоения ритма дал возможность объективно наблюдать динамику изменения амплитуды вызванных ритмических потенциалов головного мозга, информирующих о функциональном состоянии центральной нервной системы до, во время и после вдыхания паров ацето-фенона, метилметакрилата, фенола и толуилендиизоцианата.
4. Метод функциональной электроэнцефалографии является не менее чувствительным, чем метод выработки условнорефлекторного изменения электрической активности головного мозга.
ЛИТЕРАТУРА
Буштуева К. А., Полежаев Е. Ф., Семененко А. Д. Гиг. и сан., 1960, № 1, стр. 57. — Введенский Н. Е. Полное собрание сочинений. Л., 1952, т. 3.— Гинзбург Д. А. В кн.: Материалы конференции по методам физиологических исследований человека. М., 1962, стр. 50. — Гофмеклер .В. А. Гиг. и сан., 1960, № 4, стр. 9. — Данилова Н. Н. В кн.: Вопросы электрофизиологии и энцефалографии. М.—Л., 1960, стр. 31. — 3 и с л и н а Н. Н. Электрофизиологическое исследование функционального состояния мозга нормальных детей и олигофренов методом ритмических световых раздражителей. Автореф. дисс. канд. М., 1956. — Копылов А. Г. В кн.: Вопросы электрофизиологии и энцефалографии. М.—Л., 1960, стр. 41. — Ливанов М. Н. Изв. АН СССР. Серия биол. наук, 1944, № 6, стр. 331; 339.—Л и-Ш э н. Гиг. и сан., 1961, № 8, стр. 11. — Мухитов Б. Здравоохр. Казахстана, 1961, № 6, стр. 65. — Рязанов В. А., Буштуева К. А., Новиков Ю. В. В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. М., 1957, в. 3, стр. 117. — Соломин Г. И. Гиг. и сан., 1961, № 5, стр. 3. — Сперанский Г. Н., Пратусе-в и ч Ю. М., Корж Н. Н. Докл. АН СССР, 1960, т. 131, № 6, стр. 1472. —Фельдман Ю. Г. Гиг. и сан., 1960, № 5, стр. 3.
Поступила 14/У1 1962 г.
& -¿Г
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА
НА РЕСПИРАТОРНЫЕ РАЗДРАЖИТЕЛИ1
Доктор философии Мэри О. Амдур
Из кафедры физиологии школы общественного здравоохранения Гарвардского
университета, Бостон, Массачусетс
Современные токсикологические исследования в первую очередь направлены на разработку чувствительных методов оценки реакций животных и человека на малые концентрации токсических веществ. Такие методы имеют ряд преимуществ перед более распространенными стандартными токсикологическими методами.
Во-первых, они позволяют дать количественную оценку реакций подопытных животных при концентрациях токсических веществ, кото-
1 Исследование частично финансировалось Службой здравоохранения США. Субсидия АП-84.
ч /
рые встречаются в воздухе промышленных предприятий. Во-вторых, в некоторых случаях эти методы дают возможность проводить опыты как над животными, так и исследования у людей; они допускают непосредственное сравнение реакций животных и людей, что предпочтительней, чем метод экстраполяции данных, полученных на животных. В-третьих, такие методы измеряют реакции на физиологическом или биохимическом уровне и таким образом помогают понять механизм первичных реакций организма на воздействие токсического агента.
В качестве примера описывается один из таких методов, который был разработан на нашей кафедре для изучения респираторных раздражителей, особенно тех соединений, которые играют важную роль в загрязнении воздуха населенных пунктов. Этот метод основан на измерении механической реакции легких до, во время и после воздействия заданных концентраций раздражающих газов или аэрозолей. Увеличение сопротивления легких в процессе дыхания, вызываемое раздражителями, показывает зависимость этого сопротивления от дозы вводимого токсического вещества. Это дает возможность сравнивать действие различных раздражителей, а также токсических газов, действующих изолированно и в комбинации с инертным аэрозолем, по реакции, которая вызывается одинаковыми концентрациями, или по концентрациям, вызывающим одинаковую реакцию.
После описания физиологической методики, используемой при измерениях, будут приведены примеры получения токсикологических данных по указанному методу. Большинство представленных данных было опубликовано в американской и английской литературе (см. библиографию) .
Физиологические методы
Для исследования механического поведения легких необходимо 3 измерения: внутриплеврального давления, дыхательного объема и скорости движения газа при вдохе и выдохе. Для запланированных токсикологических исследований необходимо было производить эти измерения через определенные интервалы на протяжении нескольких часов у неанесте-зированных животных. В качестве экспериментального животного была выбрана морская свинка из-за ее большей чувствительности к туману серной кислоты, одному из исследованных загрязнителей. Описываемая методика может быть применена также и к другим небольшим животным.
Для измерения внутри плеврального давления в грудную полость животного, находящегося под легкой эфирной анестезией, вводили катетер из полиэтиленовой трубки, заполненный физиологическим раствором. В средней части катетера было проделано 3 отверстия для передачи давления. Для облегчения введения катетера в один из его концов был вставлен кусок жесткой проволоки, а другой конец был закрыт во избежание попадания воздуха в грудную полость. Проволоку вводили под
Рис. 1. Морская свинка в плетизмографе. Большая трубка соединена с 5-литровой бутылью, малая — с преобразователем (датчиком) давления. Два адаптора соединяют концы внутриплеврального катетера через трехходовые краны с электрическим манометром и системой, которая обеспечивает ток жидкости через трубку.
Из Am. J. of Physiol. 192 : 365, 1958.
кожу на уровне шестого межреберья вблизи задней средней линии.-Затем ее продвигали в грудную полость примерно на 1 см под грудной стенкой и выводили наружу на правой стороне. Катетер вытягивали за проволоку и помещали таким образом, чтобы все 3 отверстия находились в плевральной полости. Точность положения катетера могла быть определена по движению жидкости в трубке при дыхании животного. Катетер удерживался в правильном положении двумя резиновыми пробками, которые прижимали его ^
к коже. Свободные концы катетера ^--
были присоединены через адапторы к трехходовым кранам, которые, с одной стороны, позволяли жидкости проникать через трубку по мере необходимости в ходе эксперимента, с другой — соединяли трубку с наполненным жидкостью преобразователем (датчиком) давления.
Посетители чаще всего задавали два вопроса: не бывает ли прокола легкого катетером и не возникает ли нежелательный пневмоторакс. Так как, к сожалению, не существует «прозрачных» морских 'свинок, катетер иногда все же прокалывает легкое. Прокол происходит на периферии нижней правой доли, в результате чего возникает незначительное кровоизлияние вокруг катетера. Данные опытов на животных с проколом легкого и без него не показывают существенной разницы в величине сопротивления легкого. Пневмоторакс не являлся проблемой. Возможно, что объясняется тем, что проволока, производящая первичный прокол кожи,, тоньше катетера, проходящего затем через этот прокол. Этот способ введения катетера был выбран из-за простоты и скорости, но, возможно, он также способствует более свободному току жидкости.
- Объем воздуха при вдохе и выдохе измеряли регистрацией давления на плетизмографе, соединенном с 5-литровой бутылью. Необходимо было иметь камеру, в которой неанестезированное животное могло бы удобно сидеть и в то же время имело бы непроницаемую для воздуха преграду вокруг шеи. Примененный плетизмограф показан на рис. 1. Скос цилиндра позволяет животному сидеть с нормальным положением передних лап. Животное помещали в цилиндр и устанавливали в нужном положении подвижной сегмент. Щель между шеей животного и цилиндром герметизировалась. Изменения давления в плетизмографе и в бутыли передавались на преобразователь (датчик) давления и электрически усиливались.
Скорость поступления воздуха в респираторную систему и выхода из нее является функцией изменения объема в зависимости от времени. Скорость потока измеряли электрической дифференциацией объемного сигнала. Одновременные записи дыхательного объема, внутриплевраль-ного давления и скорости поступления воздуха делали на непосредственно записывающем осциллографе. На рис. 2 показаны образцы записей, полученных в течение контрольного периода. Из анализа этих записей сопротивление легких поступающему воздуху и путь прохождения воздуха (в см Н2О/мл/сек) можно рассчитать из отношения изме-
Y
1 сек
Время
Рис. 2. Образец графика дыхания
морской свинки. Из The Am. J. of Physiol. 192 : 366, 1958.
нения внутриплеврального давления к изменению скорости прохождения воздуха в точках нашей осциллографической записи, соответствующих равным объемам легких. Податливость (в мл/см Н20) может быть рассчитана из отношения разности объема при вдохе и выдохе к изме-
Экспозиция
Двуокись серы (в част я л на J млн.) 338
т
¿s—а 25 О-□ 2
■30 -20 -10 О
время (G минутах)
Рис. 3. График зависимости изменения сопротивления легких, вызываемого
двуокисью серы, во времени. Из данных симпозиума по вдыхаемым частицам и парам, 1961.
нению внутриплеврального давления в нулевой точке воздушного потока (в начале и в конце вдоха). Податливость есть мера измерения эластичности легких. Уменьшение податливости отражает уменьшение -эластической растяжимости легких.
Токсикологические исследования
1
1
1
S |
*-so2
ь-СН3С00Н О-НС НО
X -нсоон
В описываемых опытах каждое подопытное животное одновременно являлось и контрольным. Плетизмограф располагали так, что голова животного выходила в камеру для экспозиции. Сначала через камеру в течение получаса пропускали поток обычного воздуха и через каждые 5 минут производили дыхательные замеры. Затем в воздух добавляли исследуемый раздражитель и замеры делали в течение часа каждые 5 минут. По окончании экспозиции замеры продолжали в течение часа или более.
На рис. 3 изображен график зависимовти изменения сопротивления легких во времени при одночасовых экспозициях с 4 концентрациями двуокиси серы. Весьма быстрое увеличение сопротивления, сопровождавшееся небольшим уменьшением податливости, являлось типичной реакцией при экспозиции
0,1 0t2- 0.5 1,0 2 5 10 20 50 100 200 5001000
Концентрация (в частях на J млн)
Рис. 4. Кривые доза — реакция для 4 раздражающих газов. Процент увеличения сопротивления в конце одночасовой экспозиции является критерием ответной реакции; концентрация выражена в частях на 1 млн. по объему. Цифры у каждой точки показывают число подопытных
животных. Из Int. J. Air Poll. 1 : 174, 1954.
58
I
с двуокисью серы, уксусной и муравьиной кислотами, формальдегидом и туманом серной кислоты с средним диаметром частиц в 1 м/с и менее. Такие изменения сопротивления и податливости, появляющиеся вскоре после начала экспозиции, заставляют предполагать в качестве физиологического механизма более или менее равномерный бронхиальный спазм. При экспозиции с окисью этилена и туманом серной кислоты с средним диаметром частиц в 2,5 мк сопротивление увеличивалось, но ответная реакция замедлялась и сопровождалась сильным уменьшением податливости. В этом случае можно предполагать отек и закупорку бронхов как физиологический механизм ответной реакции. ч
Таким образом, данный метод может быть использован для дифференцирования механизма реакций на основании типа изменений, вызываемых в механическом поведении легких в период экспозиции с различными раздражителями. На рис. 4 показаны кривые доза — реакция для 4 раздражающих газов. Эти кривые были получены путем сопоставления сопротивления легких по сравнению с контрольным значением за одночасовую экспозицию с концентрациями раздражителей в частях на 1 млн. Во всех случаях увеличение сопротивления было статистически существенным.
Формальдегид в концентрации 0,05 части на 1 млн. не давал роста сопротивления ни у одного из 18 животных (контрольные значения 0,71 см Н20¡мл!сек, при экспозиции — 0,76 см Н20/мл/сек).
Недействующий уровень не был достигнут при изучении других раздражителей. Двуокись серы в концентрации 0,16 части на 1 млн. вызывала очень небольшое ( + 10%), но статистически существенное увеличение сопротивления. Из испытанных веществ наиболее токсичными (в порядке убывания) оказались муравьиная кислота, формальдегид, уксусная кислота, двуокись серы. Пока еще нет данных, свидетельствующих о том, что перечисленные вещества сохранят такую же последовательность токсичности и для человека.
Доктор Н. Роберт Франк произвел измерения сопротивления легких человека при экспозиции с двуокисью серы. Давление в пищеводе, получаемое при помощи катетера, введенного в пищевод, использовалось как показатель плеврального давления; испытуемые дышали при этом ртом, а не носом. Несмотря на эти отличия, полученные данные схожи с данными уже описанных опытов с морскими свинками. Исследования производили у 11 человек, которые вдыхали двуокись серы в концентрациях 1, 5 и 13 частей на 1 млн. в течение 10 минут. Интересно сравнить данные, полученные у людей, с данными, полученными у морских свинок, которые дышали теми же концентрациями двуокиси серы в течение того же периода через трахеальную канюлю (см, таблицу) .
Увеличение сопротивления (в %)
Концентрация двуокиси серы 1 часть на 1 млн. 5 частей 13 частей
на 1 млн. на 1 млн.
Люди • ........ Без изменения 39 72
Морские свинки....... 10 35 50
Таким образом, мы можем непосредственно сравнивать данные, полученные у экспериментальных животных и людях. Дальнейшие данные такого же типа по другим раздражителям могли бы очень помочь токсикологам в их трудной работе по переносу данных с экспериментальных животных на человека и в достижении конечной цели — составить разумные нормы для человека.
Проблемой, представляющей интерес для токсикологии вообще и токсикологии загрязненного воздуха в частности, является возможное физическое, химическое и биологическое взаимодействие смесей соединений. Одним из аспектов этой проблемы является влияние на реакции организма присутствия в газе-раздражителе частиц. Пока это является областью догадок и споров. По мнению автора, основные работы в этом плане должны быть направлены на получение максимальной информации о зависимости токсикологической реакции организма от физики и химии систем газ—аэрозоль.
Предложенный здесь биологический метод является полезным для таких исследований, как составление кривых ответной реакции на дозу, которые могут быть получены как для изолированного газа-раздражителя, так и для сочетаний газа с инертным аэрозолем в широких пределах концентраций.
Исследования различных комбинаций газов и аэрозолей были детально обсуждены на симпозиуме в Оксфорде в 1960 г. Эти данные пока еще нельзя прямо экстраполировать на загрязнения воздуха, но некоторые вопросы стали ясными. Важны размеры частиц аэрозолей. В опытах на морских свинках показано синергическое токсическое действие двуокиси серы и тумана серной кислоты, а также двуокиси серы и сульфата цинк-аммония, когда частицы применяемого аэрозоля менее 1 мк. Физиологически инертный аэрозоль хлористого натра с размером частиц менее 1 мк активирует ответную реакцию на двуокись серы, но при размере частиц 2 мк уже не оказывает этого действия. Таким образом, как мы видим, интерес представляют присутствующие в атмосфере более мелкие аэрозоли.
Концентрация аэрозоля тоже важна. Увеличивающиеся концентрации аэрозолей увеличивают активность токсических веществ. Если говорить о двуокиси серы, то важен также состав аэрозоля. Хлористый калий и хлористый марганец имеют больший активационный эффект, чем хлористый натрий.
В общем наблюдалось два типа ответных реакций. В первом случае реакция во время экспозиции больше в присутствии аэрозоля, возврат к контрольным величинам по окончании экспозиции замедлен; к этому типу относятся двуокись серы и формальдегид. Во втором случае степень реакции во время экспозиции не зависит от присутствия или отсутствия аэрозоля, возврат к контрольным величинам также замедлен; к этому типу относятся уксусная и муравьиная кислоты. Изучение полученных данных показало, что двуокись серы и формальдегид ведут себя не вполне одинаково. Обсуждение отличий и их возможного значения дано в материалах симпозиума в Оксфорде.
ЛИТЕРАТУРА
А ш d u г М. О., М е a d J., Arch, industr. Hlth., 1956, v. 14, p. 553.—A m d u г M. 0.„ Am. industr. Hyg. Ass. Quart., 1957, v. 18, p. 149. — A m d u r. M. O., Mead J., Am. J. Physiol., 1958, v. 192, p. 364.—A m d u r M. O., Arch, industr. Hlth., 1958, v. 18, p. 407.— Idem, Int. J. Air Pollut., 1959, v. 1, p. 170. —Idem, Ibid., 1960, v. 3, p. 201. —Idem, Am. industr. Hyg. Ass. Quart., 1961, v. 22, p. 1. —Idem, Ann. occup. Hyg., 1961, v. 3, p. 71.— Idem. В кн.: Inhaled Particles and Vapours. Ed. C. N. Davies. London, 1961, p. 281. —Frank N. R., Amdur M. O., Worcester J. et al., J. Appl. Physiol., 1962, v. 17, p. 252.
Поступила 3/1V 1963 i „
