ОЦЕНКА ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ РТУТИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ИНТОКСИКАЦИИ ПАРАМИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РТУТИ И СУЛЕМОЙ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Токсикологический вестник м.2 (119)

Оценка поглощенной дозы ртути при моделировании интоксикации парами металлической ртути и сулемой

Л.М. Соседова, Н.Л. Якимова

Ангарский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения «Восточно-Сибирский научный центр экологии человека» Сибирского отделения Российской академии медицинских наук -Научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека, г. Ангарск

Представлена сравнительная характеристика содержания ртути во внутренних органах белых крыс и поглощенная доза металла в раннем и отдаленном периоде после воздействия паров металлической ртути и сулемы.

Ключевые слова: пары металлической ртути, сулема, внутренние органы, поглощенная доза, белые крысы.

Введение. Актуальность изучения отдаленных последствий воздействия ртути подчеркивается в разработанной на 25-й сессии (2009 г.) Совета управляющих Программы ООН по окружающей среде международной стратегии по ограничению опасности, создаваемой ртутью, основными положениями которой являются: повышение потенциала стран по безопасному хранению ртути; сокращение потребления ртути; выполнение проектов повышения информированности, направленных на сокращение использования ртути в работе старателей; сокращение использования ртути в термометрах и разрядных лампах высокой интенсивности, в производстве бумаги и пластика.

Несмотря на переход большинства промышленных предприятий на безртутную технологию производства, ртуть все еще имеет широкое применение: в хлорной промышленности; в производстве ртутьсодержащих ламп; на металлургических производствах; в золотодобывающей промышленности и в производстве ртутьсодержащих пестицидов. По данным Минз-дравсоцразвития РФ, в структуре профессиональных интоксикаций удельный вес отравлений ртутью продолжает расти. Ежегодно в атмосферный воздух с выбросами от промышленных источников поступает до 20 т ртути (причем с каждым годом загрязнение атмосферы ртутью увеличивается на 2%), со сточными водами и твердыми отходами производств попадает до 30 т ртути. Не менее актуальной является и проблема загрязнения ртутью жилых и общественных зданий, в том числе школ и детских дошкольных учреждений [14]. Неудовлетворительно проводятся оценка и учет техногенной эмиссии ртути в окружающую среду; малоэффективна работа единой системы переработки ртутьсодержащих отходов потребления и производства [6, 13].

Соединения ртути являются одними из наиболее распространенных, чрезвычайно токсичных веществ, тропных к нервной системе. Важным для понимания отдаленных эффектов хронического воздействия ртути на организм является информация о накоплении ртути в организме, ее распределении по органам и тканям, анализу содержания в биосредах человека [10-12]. Высокая кумуляционная способность ртути может вызывать и поддерживать патологический процесс в отдаленном периоде после экспозиции [1, 7]. Поэтому не всегда бывает возможным связать прогрессирование заболевания с предыдущим контактом с ртутью. Если процессы распределения ртути во время острого или длительного воздействия неорганическими соединениями ртути (НСР) и в раннем периоде после прекращения экспозиции изучены достаточно хорошо [8, 9, 15], то работы, посвященные анализу содержания ртути в организме и ее поглощенной дозы, в отдаленном периоде интоксикации НСР являются единичными [2]. Исследование распределения ртути у человека по понятным причинам затруднено, но, опираясь на общие принципы клеточной биологии и функционирования органов и систем, можно экстраполировать получаемые на животных данные на человеческий организм.

В связи с этим целью данного исследования являлось изучение накопления и распределения ртути во внутренних органах белых крыс с оценкой поглощенной дозы ртути в отдаленном периоде длительного воздействия НСР.

Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 168 аутбредных белых крысах-самцах массой 220-260 г. Эксперимент проводили в соответствии с «Правилами лабораторной практики» (Приказ Минздравсоцразвития РФ от 23 августа 2010 г. № 708н). Содержание, уход и кормление животных регламентировались санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник - вивариев («Правила по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Европейская конвенция, Страсбург, 1986)».

Анализ кинетики обмена ртути у белых крыс выполняли на двух группах животных в раннем и отдаленном постконтактном периоде после окончания длительного ингаляционного воздействия парами металлической ртути и парентерального введения сулемы. Сулема была взята нами для сравнения эффектов накопления и распределения ртути, как эталонный представитель НСР и соединение, использующееся на предприятиях химической промышленности в составе катализатора при получении винилхлорида [17]. Длительное ингаляционное воздействие парами металлической ртути проводили в 200-литровых газовых камерах на 60 белых крысах в зимний период. Общая продолжительность воздействия ксенобиотика составляла 7 недель, по четыре часа ежедневно, исключая выходные дни. Особи опытной группы получали ингаляции ртути в газовых камерах в концентрации 0,61 ± 0,05 мг/м3. В камеры с животными контрольной группы (п = 60) подавался воздух. Нейроинтоксикацию сулемой моделировали у особей (п = 24) путем длительного подкожного введения сулемы из расчета 0,05 мг на 100 г массы животного (расчет по ртути) в физиологическом растворе ежедневно по 5 дней в неделю в течение 6 недель. Белые крысы контрольной группы (п = 24) в том же режиме получали физиологический раствор. Анализ концентраций ртути в пробах воздуха (п = 140) из камер и содержание ртути во внутренних органах проводили на химическом анализаторе «Юлия-2» (выполнено совместно с младшим научным сотрудником лаборатории физико-химических методов исследований О.А. Рычаговой, заведующий - доктор биологических наук, профессор В.Б. Дорогова). Содержание ртути в головном мозге, легких, почках животных (при воздействии паров ртути) и в головном мозге и почках (при интоксикации сулемой) определяли дважды: непосредственно после окончания воздействия токсикантов (1-й срок) и спустя 9 недель после окончания экспозиции (2-й срок). Для анализов брали по 0,5 г почек и по 1 г головного мозга, легких белых крыс. К навеске добавляли 3 мл концентрированной HNOз и 1 мл концентрированной Н202. Через 2-3 часа образцы подвергались минерализации в течение 1 часа в герметичных фторопластовых сосудах в реакторе для минерализации при температуре 150°С и давлении 10-15 атм.

Статистическую обработку результатов проводили с применением метода непараметрической статистики (критерия Манна-Уитни) с использованием пакета прикладных программ

STATISTICA 6.0.

Результаты и обсуждение. Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствовал о наличии неравномерности и специфики накопления ртути в тканях и органах, отражающих воздействие металла на организм как в раннем, так и в отдаленном постконтактном периоде. Так, содержание ртути во внутренних органах белых крыс опытной группы в динамике обследования оказалось различным и являлось максимальным непосредственно после окончания ингаляционного воздействия (табл. 1).

В раннем периоде после окончания воздействия парами ртути наибольшее количество металла определялось в почках (27160,0±290,0 нг/г), что согласовывается с результатами других исследователей [3, 4, 9]. В отдаленном периоде интоксикации содержание металла в почках уменьшилось в 14,8 раза. Следует заметить, что в почках контрольных животных также обнаруживалась ртуть в пределах фоновых значений, что обусловлено поступлением металла с кормом. Нами установлены особенности в распределении металла в ткани головного мозга: в оба срока исследования количество ртути, накопленной в стволовых структурах, было в 2,3-2,4 раза выше, чем в коре. Полученные результаты подтверждают литературные данные о большей тропности ртути к глубоколежащим отделам головного мозга [9, 16]. В отдаленном периоде интоксикации выявлено резкое снижение содержания ртути в головном мозге, как в коре (в 12,6 раза), так и в стволовой части (в 13,4 раза). Широко известно, что нейротоксичность тяжелых металлов, в том числе и ртути, связана, прежде всего, с их способностью преодолевать гематоэнцефалический барьер и накапливаться в различных отделах богатых липидами тканей мозга [20, 22]. Учитывая, что пары ртути при ингаляции почти на 100% абсорбируются в альвеолах легких, переходя в в эритроцитах и тканях организма, было изучено содержание металла в ткани легких. В легких ртуть определялась только в раннем периоде после ингаляционного воздействия, и содержание ее было 107,0±9,0 нг/г. Отсутствие в легких изучаемого металла в отдаленный период после экспозиции свидетельствовало о его быстрой элиминации из легочной ткани.

Длительное парентеральное поступление сулемы в организм экспериментальных животных сопровождалось распределением и накоплением ртути во внутренних органах, характерным для ингаляционного воздействия паров ртути (табл. 2). При анализе распределения и накопления ртути в головном мозге белых крыс при введении в организм сулемы установлена аналогичная с парами металлической ртути закономерность: в стволовой части головного мозга ее накапливалось примерно в 2 раза больше, чем в коре больших полушарий. Вместе с тем физико-химическое состояние металла и путь его поступления в организм способствуют формированию некоторых особенностей его токсикокинетики. Так, при ингаляционном введении ртути содержание металла в мозге в оба срока обследования было на порядок выше, чем при введении сулемы. Аналогичные особенности установлены в исследованиях А.Б. Ер-маченко (1987), свидетельствующих о значительно большей задержке металла в ткани головного мозга при ингаляционном поступлении паров ртути, чем при поступлении в организм ее солей [4]. В динамике обследования животных с интоксикацией сулемой содержание ртути уменьшилось в коре в 4,25 раза, в стволовой части в 7,4 раза. В обоих случаях, несмотря на интенсивное выведение накопленного металла, при обследовании через 9 недель после окончания воздействия не наблюдалось полного исчезновения ртути из ткани головного мозга. Как и при интоксикации парами металлической ртути, наибольшее количество металла в оба срока обследования животных, получивших сулему, было обнаружено в почках. В отдаленном периоде обследования содержание ее в почечной ткани значительно снизилось.

Установленная динамика накопления и распределения ртути во внутренних органах экспериментальных животных при экспозиции парами металлической ртути и эталонного представителя ее неорганических соединений - сулемой - отражала особенности биологического действия металла, в первую очередь связанные с нефротоксичностью и нейротоксичностью. При этом специфичность накопления ртути не зависела от путей ее поступления в организм животных.

В то же время определение ртути во внутренних органах не в полной мере отражает истинное содержание накопленного металла в организме, так как значительное его количество депонируется в жировой ткани. В связи с чем несомненный интерес представляет количественный анализ введенных и поглощенных доз ртути, рассчитанный на момент окончания экспозиции белых крыс парами металлической ртути и сулемой.

Введенная доза ртути при ингаляционном воздействии рассчитывалась по формуле Флюри

[5]:

Д

С х г х V

где Д - введенная доза ртути при ингаляционном поступлении; С - концентрация ртути в затравочных камерах; V- минутный объем дыхания крысы; г - время экспозиции, мин; g - масса тела белой крысы (в среднем).

Расчетная величина введенной дозы ртути при ингаляционном пути поступления составила 1,56 мг/кг. Учитывая, что не вся ртуть поглощается организмом, мы ввели поправочный коэффициент, учитывающий задержку ртути при ингаляционном пути поступления, равный 0,8. Таким образом, фактическая поглощенная доза ртути при длительном ингаляционном воз-

Дйствии cж=ЩlMгTMв|Гх8O(?Ml.'0Шr7,з х 10 -5 мУмин х 0,8 _ 126 мг/м3 Дн „с^. 0,24кг ' '

15

март -

ап рел ь 2 о 1 3

где Дщполшг. - поглощенная доза ртути при ингаляционном поступлении.

При парентеральном поступлении в организм экспериментальных животных сулемы введенную дозу рассчитывали по формуле:

= "Х V

где ДН д о».. - введенная доза ртути при парентеральном введении сулемы; n - количество введений раствора сулемы; V- доза ртути.

Дн^ ^ = 31 х 0,5 = 15,5мг/кг

Следовательно, введенная доза ртути при экспозиции сулемой составила 15,5мг/кг. Для определения фактически поглощенной дозы ртути при воздействии сулемой использовали метод, предложенный В.С. Безель и соавт. [2], согласно которому в характере накопления ртути у животных выделено два периода: начальный (4-5 недель), с интенсивным накоплением ртути, когда в организме ежедневно задерживается 50-75% вводимой дозы, и более поздний, когда депонирование ртути значительно снижается. С учетом этого за 4 недели в организме белых крыс, получавших парентерально сулему, накопилось 5мг/кг ртути. По мнению В.С. Безель с соавт., дальнейшее поступление металла не оказывает существенного влияния на средний уровень его в органах и накопление ртути продолжается со значительно меньшей интенсивностью (7-10%). Учитывая вышеизложенное, за последующий период во внутренних органах белых крыс в наших условиях воздействия накопилось еще 0,38 мг/кг ртути. В целом при длительном парентеральном введении белым крысам сулемы фактическая поглощенная доза к окончанию воздействия была равна 5,38 мг/кг массы животного.

Заключение. Таким образом, установлено, что ионы ртути, как при воздействии паров, так и при введении сулемы, длительно аккумулировались в ткани головного мозга, причем большая их часть содержалась в стволовой части, где ее определялось в среднем в 2 раза больше, чем в коре больших полушарий. Во внутренних органах белых крыс при парентеральном введении сулемы ртути содержалось на порядок меньше, чем при ингаляционном воздействии ртути. В отдаленном постконтактном периоде (через 9 недель после воздействия), несмотря на интенсивное выведение токсиканта, полной его элиминации из головного мозга белых крыс не произошло, следовательно, даже незначительные концентрации ионов ртути могут длительное время поддерживать, а в некоторых случаях даже усугублять патологический процесс в ткани головного мозга. При этом ионы ртути могут вызывать как прямое нарушение метаболической активности нейроглиальных клеток с нарушением микроциркуляции в нервной ткани, так и опосредованное, запуская патологические процессы, приводящие к изменению интегратив-ной деятельности нейронов и, в конечном итоге, к реорганизации ЦНС. При этом нельзя не учитывать, что в патогенезе поражения нервной системы в отдаленном периоде интоксикации решающее значение могут иметь повреждения, вызываемые вторичными изменениями (метаболиты ртути, нарушения кровообращения, отек ткани, обменные нарушения), которые, накладываясь на уже имеющиеся нарушения, сами по себе становятся причинными факторами прогрессирования патологического процесса. При расчете фактически поглощенных доз ртути при ее длительном ингаляционном (пары ртути) и парентеральном (сулема) поступлении в организм белых крыс нами установлены сопоставимые величины, равные соответственно 1,26 и 5,38 мг/кг массы животного, что дает возможность сравнивать биологические эффекты их материальной аккумуляции. В то же время, несмотря на меньшую суммарную поглощенную дозу ртути при ингаляционной экспозиции, проведенными нами исследованиями установлено, что эффекты нейротоксичности при вышеуказанных условиях воздействия более выражены у паров металлической ртути и сопровождались нарушением у белых крыс ориентировочно-исследовательского и эмоционального поведения, выражающегося в увеличении тревожности, агрессивности, негативной эмоциональности, нарушении локомоторной активности, нарастающих в отдаленном постконтактном периоде [18, 19]. Оценивая индивидуальное поведение белых крыс с интоксикацией сулемой, установлено, что нарушения целостной структуры поведения при введении сулемы имели аналогичную с ртутной интоксикацией направленность и общие закономерности, однако были менее выражены. По нашему мнению, это обусловлено большим содержанием металла в головном мозге экспериментальных животных, так как критерием вредности для ртути служит его материальное накопление в нервной ткани [8].

Известно, что степень токсичности вещества зависит от растворимости, фазового состояния (жидкая ртуть, соли ртути или ртутные пары), способности диссоциировать с образованием ионных форм, пути введения. Кроме этого большое значение имеет и химическая форма ртути, оказывающая свое специфическое воздействие на организм. Пары элементарной ртути, практически полностью поглощаясь органами дыхания, после абсорбции в системный кровоток попадают в нервную ткань через гематоэнцефалический барьер. Предполагают, что избирательное накопление в тканях мозга и нейротоксичность соединений ртути объясняются высокими значениями коэффициента распределения [9, 21]. Высокая токсичность сулемы (Hg2+) связана с ее липофильностью, в связи с чем она практически не диссоциирует на ионы в жидких средах организма [9]. Таким образом, общие закономерности токсического поражения нервной ткани, как при воздействии паров металлической ртути, так и при подкожном введе-

нии сулемы, обусловлены образованием ионов с последующим их проникновением через гематоэнцефалический барьер в ЦНС, несмотря на разную химическую форму соединений и различные пути поступления в организм белых крыс.

Учитывая, что проявления поражения головного мозга в отдаленном постконтактном периоде определяются, в основном, количеством аккумулированной ртути в нервной ткани, можно заключить, что ртутная нейроинтоксикация моделируется НСР на лабораторных крысах в широком диапазоне содержания ртути в головном мозге: от 4 до 11 нг/г в коре и от 5 до 25 нг/г в стволовой части. Вышеуказанное является доказательством устойчивости изменений и основанием для моделирования ртутной интоксикации парентеральным введением сулемы, что технически менее трудоемко для экспериментаторов, легче и безопаснее в исполнении.

Таблица 1

Содержание ртути во внутренних органах белых крыс при воздействии паров металлической ртути, нг/г

Показатели 1-й срок 2-й срок

контроль опыт контроль опыт

Кора головного мозга 2,0±0,08 139,0±12,0* 2,0±0,8 11,0±0,9*

Ствол головного мозга 2,0±0,06 337,0±14,0* 2,5±0,8 25,0±1,3*

Легкие 1,0±0,02 107,0±9,0* 0,01±0,005 2,0±0,8

Почки 10,0±0,6 27160,0±290,0* 8,0±0,5 1830,0±98,0*

Примечание. Данные представлены в виде выборочного среднего и ошибки среднего (М±т). * Различия статистически значимы по сравнению с контрольной группой, р<0,05.

16

Токсикологический вестник m. 2 (i 19)

17

март -

ап рел ь 2 о 1 3

Таблица 2

Содержание ртути во внутренних органах белых крыс при воздействии сулемы, нг/г

Показатели 1-й срок 2-й срок

контроль опыт контроль опыт

Кора головного мозга 1,00±0,07 17,00±0,20* 0,50±0,08 4,00±0,10

Ствол головного мозга 1,00±0,10 37,00±2,30* 1,00±0,10 5,00±0,20

Почки 6,00±0,50 12580,00±470,00* 4,00±0,2 749,00±52,00*

Примечание. Данные представлены в виде выборочного среднего и ошибки среднего (М+ш). * Различия статистически значимы по сравнению с контрольной группой, р<0,05.

18

Токсикологический вестник м.2 (119)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреева О.К., КолесовВ.Г., Лахман О.Л. Поражение нервной системы в отдаленном периоде хронической ртутной интоксикации // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН, 2002. - № 3. - С. 72-75.

2. Безель В.С., Оконишникова И.Е., Попов Б.В. Анализ кинетики обмена ртути у крыс при длительной затравке малыми дозами сулемы // Гиг. труда и профзаб., 1979. - № 6. - С. 55-56.

3. Безель В.С., Розенберг Е.Е. К вопросу о скорости биотрансформации органических соединений ртути в организме экспериментальных животных // Гиг. труда и профзаб., 1981. - № 7. - С. 49- 51.

4. ЕрмаченкоА.Б. Гигиеническая оценка распределения и накопления ртути в организме животных при хроническом поступлении из различных сред // Гиг: и сан., 1987. № 6. - С. 72-73.

5. Жолдакова З.И., Рахманин ЮА., Синицына О.О. Комплексное действие веществ. Гигиеническая оценка и обоснование региональных нормативов. М., 2006. - 243 с.

6. ИзмеровН.Ф. Прошлое, настоящее и будущее профпатоло-гии // Мед. труда и пром. Экэл., 2001. - № 1. - С. 1-9.

7. Колесов В.Г., Андреева О.К., Лахман О.Л., Казакова П.В. и др. Психоэмоциональные расстройства в отдаленном периоде хронической ртутной интоксикации // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН., 2003. № 2. - С. 93 - 95.

8. Красовский Г.Н., Юрасова О.И., Чарыев О.Г., Скрытников А.И. и др. О распределении ртути и серебра в организме // Гиг. и сан., 1980. - № 1. - С. 69-71.

9. КурляндскийБА., ФиловВА. Общая токсикология. М.: Ме-

дицина, 2002. - 607 с.

10. МаловА.М., КарповаЛ.С., ПетровАН., СеменовЕ.В. Содержание ртути в крови женщин г. Санкт- Петербурга с различными сроками беременности // Токс. Вестник, 2001. - № 5. - С. 6-10.

11. МаловАМ., СеменовЕ.В., ФедичеваН.С. Ртуть в биосредах жителей и окружающей среде северо-западного региона России // Социально-гигиенический мониторинг здоровья населения, 2004. - Ч. 2 - С. 340-342.

12. Малов А.М., Сибиряков В.К., Марченко М.В. Особенности токсикокинетики ртути в органах и тканях крыс // Актуальные проблемы химической безопасности в Российской Федерации: Материалы Всерос. науч.-практич. конф. Спб., 2007. - С. 254-255.

13. Онищенко Г.Г. Санитарно-эпидемиологические проблемы обращения с отходами производства и потребления в Российской Федерации // Гиг. и сан., 2009. - № 3. - С. 8-16.

14. Рукавишников В.С., Безгодов И.В., Ефимова Н.В. Спорадические случаи загрязнения ртутью объектов окружающей среды // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН, 2005. - № 8. - С. 61-63.

15. Сидорин Г.И. Ртуть как ксенобиотик (обзор литературы) // Вестник С-Пб. гос. мед. академии им. И.И. Мечникова, 2001. - № 1. - С. 78-86.

16. Токсикологическая химия / Под. ред. профессора Т.В. Плетневой. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. - 509 с.

17. Трахтенберг ИМ., Коршун М.Н. Ртуть и ее соединения в

окружающей среде. Киев: Выща Школа, 1990. - 232 с.

18. Якимова Н.Л. Нейротоксичность неорганических соединений ртути в отдаленном постконтактном периоде при экспериментальном моделировании // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН, 2008. - № 2. - С. 102-103.

19. Якимова Н.Л. Оценка отдаленных нейротоксических эффектов при экспериментальной интоксикации неорганическими соединениями ртути: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Иркутск, 2010. - 23 с.

20. Aschner M., Aschner J. L. Mercury neurotoxicity: Mechanisms of blood-brain-barrier transport // Neurosci. and Biobehav. Rev, 1990. - Vol. 14, № 2. - P. 169-176.

21. Takahata N., Hayashi H., Watanabe S., Anso T. Accumulation of mercury in brains of two autopsy cases with chronic inorganic mercury poisoning // Folia Psychiatr. and Neurol. Japon., 1970. -Vol. 24. - P. 59-69.

11.22. Zheng W., AschnerM., Ghersi-Egea J.F. Brain barrier systems: a new frontier in metal neurotoxicological research // Toxicol. and Appl. Pharmacol., 2003. -Vol.192, № 1. - P. 1-11.

L.M. Sosedova, N.L. Yakimova

Evaluation of absorbed mercury dose in modelling the intoxication with metallic mercury vapours and sulema

Angarsk Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology, East-Siberian Scientific Center of Human Ecology, Siberian Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, Angarsk

A comparative characteristics of the mercury content in internal organs of albino rats and absorbed dose of metal in the early and delayed period after exposure to vapors of metallic mercury and sulema is presented in the article.

Материал поступил в редакцию 21.06.2012 г

19