Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биогенные и абиогенные ксенобиотики
ВАК РФ 03.00.04, Биохимия
Автореферат диссертации по теме "Биогенные и абиогенные ксенобиотики"
с-;';
- " На правах рукописи
#
Г ^
ч
САМЫКИНА ЛИДИЯ НИКОЛАЕВНА
БИОГЕННЫЕ И АБИОГЕННЫЕ КСЕНОБИОТИКИ: МЕХАНИЗМ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЛИЯНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ РАЗНОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ 03.00.04 - биохимия
АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени доктора биологических наук
Уфа 1998
Работа выполнена на кафедре биологической и клинической химии Самарского государственного медицинского университета ( ректор- лауреат государственной премии РФ, доктор медицинских наук , профессор Г.П. Котельников).
Научный консультант:
Заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАЕН, доктор медицинских наук, профессор Ф.Н. Гильмиярова. Официальные оппоненты:
член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор Л.Ф.Панченко;
доктор биологических наук, профессор В.Е.Рябинин; доктор биологических наук, С.А.Башкатов. Ведущие учреждения:
Российский государственный медицинский университет.
Защита состоится «25» ноября 1998 г. на заседании диссертационного совета Д 984.35.01. при Башкирском государственном медицинском университете (425000, г. Уфа, ул. Ленина 3).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного медицинского университета.
Автореферат разослан «25» октября 1998 г.
Ученый секретарь диссертационного совета член-корреспондент АН РБ, доктор медицинских наук,
профессор Э.Г. Давлетов
АКТУАЛЬНОСТЬ. Современный этап развития биологических наук характеризуется осмыслением результатов достаточно длительного периода существования биогеоценозов, примечательной особенностью которого является тотальная химизация во всех сферах жизни. Она включает производственную деятельность и сопряженное с этим антропогенное загрязнение жизненного пространства (Кожин A.A., Закругкин В.Е., 1997; Лебедев Г.П., Филиппов В.П., 1997). Платой за технический прогресс, в основе которого лежит стремление в предельно сжатые сроки получить максимальную выгоду для обеспечения благополучия и жизненного комфорта, является насыщение почв, вод, воздушного бассейна биоцидами, разнородными экотоксикантами, а также биогенными веществами в необычных для всего живого чрезвычайно высоких концентрациях (Любчен-ко П.Н., 1996; Литвинов H.H., 1996, 1997; Гоженко А.И. с соавт., 1997). Следствием включения агрессивных химически активных соединений в состав растительных и животных организмов, депонирования их в почвах, по сути объединяющих биогеоценозы, является трансформация характера форм жизни, ее качества и продолжительности (Воробьева А.И., 1990; Дуева Л.А., Мизерницкий Ю.Л., 1997; Сулейманов P.A., 1997; Шарафут-динова Н.Х., 1997). Нагрузка химическими соединениями внесла свои коррективы в эволюционный естественно - исторический процесс развития различных биологических популяций. Это прослеживается на всех уровнях биологической иерархии (Никитин Е.Д., Турусов Э.В., 1993). Поступление в организм чужеродных соединений - токсификация служит не только фактором повреждения индивида, его дестабилизации. За счет распространения по пищевым цепям, биоаккумуляции происходит резкое изменение биосферы (Измеров Н.Ф., 1997; Леменовский Д.А., 1997; Сотников В.И., 1997). Вымирание отдельных видов животных, хронизация процессов, широкое распространение онкопатологии, аллергических состояний, врожденных аномалий развития - результат техногенного - физического и хи-
мического - загрязнения среды проживания (Тюрюканов А.Н., Федоров В.М., 1996). Естественный, запрограммированный природой процесс развития, характеризующийся определенными временными параметрами, приобрел революционный характер с присущими ему кризисными ситуациями, квалифицированный В.И.Вернадским как кризис биосферы. Антропогенное загрязнение окружающей среды вызывает загрязнение биогеоценозов, служит фактором дестабилизации здоровья, ухудшения качества жизни.
В связи с этим актуальным является выяснение механизмов параме-таболического действия, обусловленного химической активностью различных ксенобиотиков и биогенных элементов в концентрации, соответствующих фону техногенного загрязнения, на молекулярные, клеточные объекты, биосистемы растительного и животного организма.
ЦЕЛЬ настоящего исследования заключается в изучении молекулярных механизмов действия биогенных и абиогенных ксенобиотиков на биологические объекты разного уровня организации для выбора средства защиты от повреждающего действия экотоксикантов.
ЗАДАЧИ:
1. Провести тестирование устойчивости различных биообъектов к действию наиболее распространенных экотоксикантов.
2. Изучить характер повреждающего действия ряда органических и неорганических токсикантов на биосистемы организма человека и животных разного уровня структурной организации.
3. Дать сравнительную оценку метаболических эффектов в растительных объектах при действии агрессивных химических факторов.
4. Изучить физико-химические параметры, химический состав БНу-Ьшп тапапит. Обосновать перспективу применения природных композиций из этого источника в качестве средства защиты от повреждающего действия экотоксикантов.
5. Выяснить характер влияния Натурсила на организм животных и человека с оценкой метаболических, морфологических, токсикологических аспектов действия.
6. Обобщить результаты исследований и выявить характерные особенности хемомодулирующего действия экотоксикантов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые осуществлено изучение широкого спектра химических элементов б-, с1- и р-семейств на каталитическое действие дегидрогеназ в полиферментной полисубстратной системе, а также на препарат гомогенного фермента. Найдены хронозависимые эффекты ингибирующего действия элементов Б-семейства. Выявлена специфика действия <1-элементов с высоким аффинитетом к малатдегидрогеназе из скелетных мышц норок. Установлено, что элементы с!-семейства - никель и медь, широко использующиеся в химической промышленности региона, характеризуются выраженным угнетающим действием на дегидрогеназ-ную активность. В условиях полиферментной, полисубстратной системы токсические действия компонентов промышленных выбросов менее выражены. Новыми являются сведения о гашении прямого химического действия токсикантов на ферментный белок в многокомпонентной модельной системе. Установлено, что пятиокись ванадия и фенол, постоянные составляющие фона техногенного загрязнения с прочной корреляционной связью с заболеваемостью системы пищеварения и болезнями крови, оказывают повреждающее действие на биоструктуры. Механизм действия состоит в деструкции мембран, активации свободно-радикального окисления, что расценивается нами как первичное неферментативное прямое повреждающее действие с последующим включением параметаболических и ферментативных процессов. Получены новые сведения о перестройке в метаболизме сосны обыкновешюй под влиянием загрязнителей химических производств. Установлен новый факт резистентности БЦуЬит тапапит к дей-
ствию экотоксикантов. Обоснована впервые возможность применения гидрофобной фракции плодов расторопши в качестве экопротектора с мем-браностабилизирующим действием.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Результаты проведенных исследований являются основанием для применения в качестве биологических тест-систем в практике определения токсичности различных соединений и использование индивидуальных белков гомогенатов тканей растений и животных в условиях in vitro. Целесообразно в зоне максимального техногенного напряжения избегать посадок сосны обыкновенной в связи с установленным усилением прооксидантных процессов под воздействием экотоксикантов.
Медико-биологические исследования свойств, химического состава, а также влияния экотоксикантов на обменные процессы расторопши служат основанием для рекомендации препаратов из Silybum marianum для защиты населения экологически неблагополучных регионов от повреждающего действия токсикантов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
1. Из широкого спектра химических соединений, представленных в составе фона техногенного загрязнения в Самарской области, отобраны вещества, для которых установлена прочная корреляционная связь с заболеваемостью в целом и определенными ее нозологическими формами.
2. Тестирование резистентности различных объектов к дестабилизирующему действию токсикантов служит методологией для раскрытия специфики метаболизма отдельных видов в условиях химической агрессии и средством отбора тех объектов, которые являются носителями новых свойств, обеспечивающих собственную жизнеспособность и выносливость
носителя этих свойств, для защиты других организмов в качестве экопро-тектора.
3. Параметаболические процессы в биосистемах являются следствием непосредственного взаимодействия экотоксикантов с биомолекулами и структурами. Они раскрывают механизм патохимических изменений, индуцированных экотоксикантами в различных представителях биогеоценоза.
4. Потенциал действия различных неорганических и органических веществ реализуется в биосистемах за счет наложения физико-химических свойств реагентов на свойства молекул, структур тканей, в частности обуславливая синергизм или антагонизм в действии неорганических катализаторов с ферментами.
5. Молекулярные механизмы хемомодулирующего действия экотоксикантов, наиболее широко представленных в Самарской области, для которых установлена прочная корреляционная связь с заболеваемостью.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были представлены на XIV областной научно-практической врачебной конференции по вопросам курортного лечения (Куйбышев, 1988); на научно- технической конференции молодых ученых и специалистов (Самара, 1992);на конференции « Биоповреждения в промышленности» (Пенза, 1994); на научно-технической конференции «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля.»(Пенза, 1996, 1998); на международной научно-практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997); на международной научно- практической конференции «Питьевая и сточная вода: проблемы очистки и использования» (Пенза, 1997); на Ш Международном симпозиуме «Биологически
активные добавки- нутрицевтики и их использование с профилактической и лечебной целью при наиболее распространенных заболеваниях» (Тюмень, 1997); на 2-ом Международном конгрессе по интегративной медицине «Синтез медицина Восток-Запад и современных технологий - путь в XXI век» (Кипр, 1998); на международном конгрессе по иммунореабили-тации (Сочи, 1998); на Международном Симпозиуме "Лабораторная диагностика и лекарственная терапия" в рамках "Национальных дней лабораторной медицины России" (Москва, 1998); на межкафедральном совещании кафедры биологической и клинической химии и общей химии совместно с Самарским отделением биохимического и нейрохимического обществ (Самара, 1998).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, приняты к печати 7 работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной материалам и методам исследования, трех глав собственных данных, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 245 страницах машинописного текста, иллюстрирована 46 рисунками, содержит 41 таблицу. В работе цитировано 389 источников, их них 179 отечественных и 210 зарубежных авторов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. С целью выявления экотоксикантов, наличие которых в окружающей среде коррелирует с заболеваемостью, нами проведен корреляционный анализ с учетом валовых производственных выбросов, их качественного состава со структурой заболеваемости в регионе (метод корреляционного анализа выполнен с ис-
пользованием пакета статистических программ для Windows'95, version 5,0).
Учитывая многокомпонентность фона техногенного загрязнения, наличие в его составе не только соединений, но и элементов, нами отобраны для биотестирования элементы s-, d- и р-семейств, являющихся биогенными, опасность повреждающего действия которых может быть обусловлена относительно высокими концентрациями.
Механизм повреждающего действия токсикантов минеральной органической природы, химических элементов изучен на целостном организме различных видов животных, растительных организмах, на клеточных и молекулярных объектах.
Эксперименты поставлены in vivo и in vitro на 175 нелинейных и линейных крысах, на 100 мышах BALB/C массой 19,0-22,0 г, 115 кроликах, 98 норках и 300 образцах растительных объектов сосны обыкновенной и расторопши пятнистой.
В качестве молекулярного объекта использовался гомогенный препарат, полученный нами из скелетных мышц 98 норок. Для получения S-малатдегидрогеназы модифицирован метод Ф,Н,Гильмияровой с соавт. (1986). Он включает экстракцию фосфатным буфером 0,02 М рН 7,4, фракционирование сухим сульфатом аммония, градуальное центрифугирование, изоэлектрическое осаждение балластных белков, гельфильтрацию на TSK-Gel Toyopearl HW-50 с элюэнтом 30 мМ калий фосфатный буфер рН 7,4 с 25 мМ КС1, ионообменную хроматографию на ДЕАЕ-целлюлозе, элюция линейным градиентом ОмМ фосфатный буфер рН 7,4, содержащий 1 М КС1. Средняя удельная активность препарата 80-160 мкмоль НАДН/мин-мг белка. Определение содержания белка в ходе выделения определялось биуретовым методом (Кочетов Г.А., 1980), в элюатах с хрома-тографических колонок спектрофотометрически при 280 нм, принимая что
1 мг белка 1 мл дает оптическую плотность, равную 1,0 (Gerding R.K., Wolf R.G., 1969).
Седиментационный анализ, проведенный на центрифуге Beckman, модель Е с ультрафиолетовой сканирующей системой при 60000 об/мин, температуре 20°С, Х=280 нм, свидетельствует о гомогенности получаемого фермента. Подтверждением служат данные энзим-электрофореза в ПААГЕ (Davis В J., 1964; Ornstein L., 1964).
Исследование влияния биогенных и абиогенных элементов s-, d- и р-семейств (катионов калия, лития, кальция, стронция, магния, железа (Ш), меди (II), никеля (II), цинка, сурьмы, хлорид-, бромид-, йодид-ионов) на гомогенный каталитический белок дегидрогеназ, а также на полиферментную полисубситратную систему печени и скелетных мышц проводилось в фосфатной буферной системе 0,02 М pH 7,4 при температуре 37 °С. Водород фторид, водород хлорид, водород бромид, водород иодид, калия сульфат, лития сульфат, кальция хлорид, стронция сульфат, меди (II) сульфат, цинка сульфат, железа (П1) сульфат, кобальта (II) сульфат, никеля (II) сульфат, марганец (II) сульфат, сурьма (П1) сульфат, ортофосфатная кислота вносились в инкубационную среду в конечной концентрации 10"6 М, обессоленная малатдегидрогеназа - с исходной удельной активностью 100±20 Е/мг белка. В динамике через 30 сек, 1, 2 и 5 минут инкубации регистрировался результат влияния реагентов на активность фермента.
Гомогенат скелетных мышц и печени крыс готовился 1:10 на фосфатном буфере pH 7,4. Инкубация и тестирование проводилось в аналогичных условиях. Активность малатдегирогеназы определялась спектрометрически по метолу S.Ochoa (1955).
Изучение влияния отдельных ксенобиотиков фенола, бензола, железа хлорида, оксида цинка, пятиокиси ванадия в концентрации 15; 3; 75; 0,3; 0,06; 1,8; 6; 1, 2, 30; 0,1, 0,02 и 0,5 мг/м3, что соответствует ПДК, ПДК/5 и
ПДКх5, и общего фона техногенного загрязнения проводилось на фито-объектах - сосна обыкновенная и расторотна пятнистая в условиях in vivo в разные сезоны года и in vitro. В качестве клеточного объекта для тестирования ксенобиотиков использована эритроцитарная масса, полученная общепринятым методом из крови кроликов.
Исследовались активность НАДН- и НАДФН- оксидаз (Okamuia,1976), полифенолоксидазы (Колесников П.И., Зорэ C.B., 1964), лактатдегидрогеназы, малатдегидрогеназы (Ochoa S.,1955), удельная электропроводность (Грин Н.С. с соавт.,1990) и активность супероксиддисму-тазы (Fried,1975) в модификации Е.Е. Дубининой с соавт., 1983), каталазы (Holmes R.S., Masters С.J., 1970), электродиффузный пробой мембран (Владимиров Ю.А. с соавт., 1973) и скорость метгемоглобинообразования в эритроцитах (Громов И.А., Соколовский В.В. (1968) в модификации В.О. Щепанского, 1996).
Для выяснения специфического и неспецифического действия гидрофобной фракции Silybum marianum препарат Натурсил в условиях хронического б-месячного эксперимента на крысах линии Wistar (120 животных) в дозе 2 мл/кг, 10 мл/кг вводился шгграгастрально. Кроме того проведено 3-х месячное исследование на беспородных собаках, получавших перо-рально Натурсил по 4 мл/кг. Изучались фоновые показатели метаболизма и периферический состав крови (количество эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и уровень гемоглобина), а также через 1, 3 и 6 месяцев. Исследование проведено совместно в лаборатории лекарственной токсикологии Российского кардиологического научно-производственного комплекса министерства здравоохранения Российской Федерации (заведующий лабораторией профессор Е.В.Арзамасцев).
Клинические испытания специфического действия Натурсила изучено на 42 больных язвенной болезнью желудка и 12-перстной кишки. Подсчет форменных элементов крови проводили на автоматическом счетчике
крови "Пикоскель" (Венгрия), уровень гемоглобина изучали гемоглобин-цианидным методом. Биохимические показатели (содержание общего белка, общего холестерина, триглицеридов, мочевины, креатинина, глюкозы, а также активность аспартатаминотрансферазы, аланинами-нотрансферазы, щелочной фосфатазы, лакгатдегидрогеназы) определяли на биохимическом анализаторе ФП-901 "ЬаЬзуз1ет" (Финляндия) с помощью наборов "ЬаЬзу81ет" (Финляндия), "Диакомсингеко" (Россия), "Согтеу" (Польша).
Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы экспериментальных животных оценивали электрокардиографически во II стандартном отведении с помощью одноканального прибора с тепловой записью фирм "Хеллиге" (Германия).
Общая характеристика гидрофобной фракции препарата Натурсил определялась на базе следующих параметров: плотность денсиметриче-ским методом, вязкость кинематическая вискозиметрическим методом, удельная электропроводность и удельное объемное элеткрическое сопротивление, кислотное число методом потенциометрического титрования, число омыления, йодное число по методу Кауфмана, рН, молекулярная масса определялась криоскопически, содержание золы, серы, азота изучалось методом Кьельдаля. Содержание металлов определялось методом эмиссионного анализа.
Проведено хроматографическое разделение препарата Натурсил в колонке на силикагеле марки АСК, с элюентами - гексан, бензол, ацетон, смесь спирта этилового и бензола (35:65). Состав фракций, полученных в результате разделения, идентифицировали методом инфракрасной спектроскопии на Бресогс! М-80.
Изучение состава и строения ароматических углеводородов и гете-роаомных соединений проведено с использованием УФ-спектрального метода на приборе "Бресогс! М-40".
Для изучения показателей качества Натурсила использована общая статья «Жирные масла», включенная в государственную фармакопею СССР, X издания, а также литературные данные по химическому составу (Haczmarek F., 1975; Frenes I. Et al., 1979).
Состав гидрофобной фракции расторогпли Натурсила изучался методами высоэффективной жидкостной хроматографии. Гексановые фракции Натурсила, упаренные на роторном испарителе, вводят в инжектор хрома-тогрофа. Колонка набивная 2 М фаза Silar 10 1 10% на хромосорбе Sur-chromocorb WAW 80/100 мещ. Температура испарителя колонки детектора 220°С соответственно. Детектор пламенно-ионизационный. Газ-носитель -азот.
Обработка полученных данных проводилась с применением сводного квадратического отклонения и с использованием критерия распределения Стьюдента (Фролов Ю.П., 1987).
Материал диссертации обработан на ПЭВМ с использованием программ: Matlab for Windows, MS Office 7,0, MS Word 7,0.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Современный этап развития характеризуется широкомасштабным использованием природных ресурсов, промышленным синтезом новых химических соединений, что, естественно, сопровождается накоплением побочных и конечных химических продуктов различного состава и свойств. Агрохимические мероприятия предусматривают включение селективных регуляторов роста растений, которые включаются в пищевые цепи, а также непосредственно в почвы, водные массивы, атмосферу. Пищевая индустрия претерпела существенные изменения и значительная часть ее продукции перенасыщена синтетическими нутриентами и многочисленными добавками. Таким образом, химизация носит тотальный характер, всепроникающий в различные сферы.
Все это привело к наполнению жизненного пространства огромным массивом химических минеральных и органических веществ различной степени сложности и агрессивности для биосферы, что не может не внести диссонанс в сложившийся химический язык меж- и внутривидового общения.
В соответствии с многолетними исследованиями кафедры биологической и клинической химии Самарского государственного медицинского университета по изучению экологических проблем в регионе, очевидно, что техногенное загрязнение среды проживания является фактором активного воздействия на все формы жизни, включая объекты растительного и животного мира (Блок M.JI., 1996; Савирова Т.Ю., 1996; Цуркан С.В., 1996; Краснова H.A., 1997; Спиридонова Н.В., 1997; Клейман М.С., 1997; Расцветова Н.В., 1997; Фролов Г.А., 1997; Вялова Т.Н., 1998). Наглядным проявлением отчетливого влияния антропогенного загрязнения и высокой химической плотности жизненного пространства является состояние здоровья человеческой популяции (рис. 1). Установлено, что интенсивность техногенного загрязнения в нашем регионе в настоящее время характеризуется общей тенденцией к снижению по целому ряду причин, но наряду с этим закономерно возрастает общая заболеваемость, смертность, наблюдается снижение демографических показателей и ослабление здоровья населения.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что наблюдается снижение выбросов в атмосферу промышленных отходов и уменьшение валового химического загрязнения (рис.1). Однако при этом не происходит снижения заболеваемости. На первый взгляд кажется противоречивым наметившаяся тенденция освобождения от химического загрязнения окружающей среды и ухудшение здоровья.
Закономерно возникает вопрос о причинах наблюдающихся процессов, принимая во внимание, что человечество является составной частью
биосферы и включено в динамичную систему взаимодействия с биоценозами (Вернадский В.И., 1965). Наряду с антропоцентристской позицией, присущей здравоохранению, целью которого является охрана здоровья человека, рационально оценить влияние экологического неблагополучия на другие представители биоценозов. В частности, одним из объектов нашего исследования были древесные организмы, а именно сосна обыкновенная. В нашем регионе сосновые посадки являются наиболее широко распространенными вблизи химических предприятий, в местах высокого техногенного загрязнения. Характерно, что для сосен, растущих в зоне максимального химического загрязнения, отмечается появление общих неблагоприятных внешних признаков. Деревья более низкорослые, с искривленными стволами, с менее зеленой кроной и ломкими ветвями на расстоянии 10 и 100 м от производственного объекта.
Результаты исследования позволяют допустить, что пластическая, в частности, белоксинтезирующая функция в хвое сосен резко нарушена и находится в прямой зависимости от интенсивности загрязнения воздуха и почвы. Данные Комитета экологии свидетельствуют о том, что среди эко-токсикантов основная масса представлена углеводородами, окислами азота, соединениями серы, тяжелыми металлами (Безель B.C., Большаков В.Н., 1995; Страален Н.М., Есенин A.B., 1995). Таким образом, смесь гидрофобных и водорастворимых химических соединений с влагой из атмосферы проникают в древесный организм через хвою, а также по корневой системе. Эти встречные потоки растворенных экотоксикантов вызывают депрессию образования белковых структур, что и проявляется снижением прочности и эластичности, т.е. нарушением видимой структурной функции. На транспорт ксенобиотиков расходуется дополнительная метаболическая энергия в ущерб существованию древесного организма.
Очевидно, что в данной ситуации происходит не только снижение интенсивности белоксинтезирующих процессов, но и усиление катаболиз-
Рис. 1. Техногенное загрязнение, его распределение на территории Самары и состояние здоровья населения
91 92 93 94 95 96 ГОДЫ_
-алюминия оксид -железа оксид
-ванадия
пятиокись -меди оксид
-цинка оксид
Рис.2. Динамика промышленных выбросов в г.Самара с 1991 по 1996 годы (наибольшему значению выбросов соответствует значения 9, наименьшему - 1)
ма белка. В итоге в хвое сосен, растущих вблизи промышленного объекта, общий фонд водорастворимых белков резко обеднен по сравнению с кон. тролем. Значимая связь между уровнем общего белка и расстоянием от источника экотоксикантов, нормализация этого показателя при удалении на 10 км от максимума свидетельствует об экологической связи техногенного загрязнения и процессов фитодеструкции.
Учитывая многогранную роль белков в процессах жизнедеятельности, можно заключить, что в условиях установленного протеинового дефицита нарушаются в разной степени все метаболические превращения.
В пользу данного положения свидетельствуют результаты изучения удельной электропроводности в экстрактах хвои. Нами установлено, что в осеннее время этот показатель в хвое сосен из региона сравнения равен 0,675 ± 0,019 мБ. В непосредственной близости от химического производства эта величина снижается до 0,503 ± 0,016 мБ. Интересна обнаруженная закономерность изменений данной интегральной характеристики в связи со сменой времен года. В контроле весной удельная электропроводность составляет 0,144 ± 0,007 м8, т.е. ниже, чем осенью на 78 %. В зоне техно-
генного напряжения весной удельная электропроводность также снижается. Таким образом, выявлена общая тенденция - снижение удельной электропроводности, зависимое от интенсивности техногенного загрязнения, и сезонное весеннее уменьшение удельной электропроводности. Естественно, что данный показатель, будучи суммарной величиной, отражает общее количество органических и минеральных ионов, экстрагируемых из хвои сосен. К их числу относятся не только ионизированные неорганические компоненты, но и низкомолекулярные унифицированные метаболиты, олигопептиды различного функционального назначения, нутриенты углеводной, липидной природы, фенольные соединения и другие ионы. Анализируя полученные результаты, можно отметить, что установленные сезонные перепады удельной электропроводности в хвое отражают доминирующую роль в этом процессе генетически детерминированных факторов.
Среди обилия экотоксикантов, поступающих в древесный организм, значительная доля соединений приобретает заряд в водной среде. Можно предположить, что это резко меняет ионо-молекулярное соотношение в хвое за счет связывания агрессивных соединений эндогенными субстратами и потери ими зарядов. Кроме того, экотоксиканты могут реагировать со структурными компонентами мембранных образований, меняя их заряд и обуславливая тем самым перераспределение ионов относительно мембранного барьера, что также ведет к снижению электропроводности. В целом это служит показателем нарушенного гомеостаза в случае техногенной нагрузки на хвою сосен и отражением функциональной молекулярной перестройки в весенний период.
Изучение рН экстрактов хвои показало, что это - стабильный показатель, мало изменяющийся в различное время года. В условиях относительного экологического благополучия рН 4,9 ± 0,043 и 4,9 ± 0,023 характерны для осеннего и весеннего периода соответственно. Нами установлено, что антропогенное напряжение вносит изменения в этот оптимум. При этом
отмечается тенденция к сдвигу вправо. По мере удаления от химического производства эта направленность нивелируется, тем не менее не достигая показателя в контрольных образцах. Такое значение pH создает условия предпочтительного одноэлектронного восстановления кислорода фотосистемой (Бекина P.M. с соавт., 1981).
В связи с известным повреждающим действием активных форм кислорода нами была изучена активность НАДН- и НАДФН-оксидаз в хвое. В соответствии с полученными результатами техногенное загрязнение служит стимулом прооксидантных процессов (рис.3). Вблизи источника экотоксикантов оксидазная активность на 60,5 % превышает уровень, выявленный в хвое сосен региона сравнения. По мере удаления она постоянно снижается, практически достигая контрольных величин на расстоянии 10 км. Активация оксидазных реакций ведет к усиленному образованию активных форм кислорода, что можно расценить как вторичный фактор повреждения в реализации действия экотоксикантов. Как известно, активные формы кислорода способны неконтролируемо неферментативно взаимодействовать с белками, липидами, нуклеиновыми кислотами, изменяя их структуру, разрушая их, чем опасны для любого организма (Иванов Б.Н., 1998). Продуктом инактивации супероксида является пероксид водорода, который при восстановлении переходными металлами служит источником гидроксильного радикала, мощного деструктивного фактора. Пероксид водорода в концентрации 10 мкМ наполовину снижает скорость фотосинтеза интактными хлоропластами за счет окисления тиоловых групп ферментов циклофиксации углерода (Kaiser W., 1976, 1979; Harles В., Halliwell В., 1989). Таким образом, в хвое сосен региона техногенного загрязнения активация оксидаз служит звеном в патогенетической цепи нарушений, инициируемых экотоксикантами. Это создает опасность для функционирования древесного организма и служит молекулярным механизмом разрушения его структуры.
сны в условиях техногенного загрязнения Оценивая параметры жизнеспособности хвои сосен, естественен интерес к интенсивности катаболизма фенолышх соединений, полифункциональных и исключительно широко представленных в растительном мире (Запрометов М.Н., 1993). Центральную роль в их окислительном метаболизме, как известно, играет полифенолоксидаза (Hayashi К. et al., 1989; WongM. et al, 1990). Характерно, что антропогенное загрязнение жизненного пространства однозначно ведет к активации трансформации полифенолов с участием полифенолоксидазы. Примечательно (табл.1), что пик активности определяется на некотором удалении от максимума техногенного загрязнения - расстоянии 100 м от химического производства, но даже в десятикилометровой зоне существенно превышает уровень активности фермента из образцов региона сравнения. И в условиях экологического благополучия, и при антропогенном загрязнении типична сезонная активация фермента весной и тенденция к ее снижению осенью.
Таблица 1
Активность полифенолоксидазы (Е/мин мг) в экстрактах хвои сосны после действия фенола
Концентрация фенола Регион сравнения Регион техногенного загрязнения
10 метров 100 метров 10 км
Расстояние от источника загрязнения
исх 15' 60' исх. 15' 60' исх. 15' 60' исх. 15' 60'
ПДК/5 0,68± 0,14 4,01± 0,05* 5,15± 0,06* 1,2± 0,11 И,6± 0,06* 26,7± 0,07* 1,6± 0,05 13,9± 0,05* 10,9± 0,07* 1,07± 0,27 7,43± 0,04* 9,85± 0,06*
пдк 0,68± 0,14 0,91± 0,11* 1,37± 0,14* 1,2± 0,11 1,11± 0,27 0,65± 0,02* 1,6± 0,05 0,3 7± 0,09* 0,55± 0,06* 1,07± 0,27 0,042± 0,003* 0,82± 0,07*
ПДКх5 0,68± 0,14 12,5± 0,05* 16,4± 0,06* 1,2± 0,11 22,2± 0,06* 78,3± 0,06* 1,6± 0,05 16, з± 0,05* 113,0 ±0,05* 1,07± 0,27 12,9± 0,03* 86,7± 0,06*
*Р < 0,01
Полифенолоксидаза обладает достаточно широкой субстратной специфичностью, окисляя множество соединений фенольной природы (Gold-Godrirer А. et al., 1989). При этом образуются восстановленные метаболиты хиноидной структуры, активные формы кислорода. О-хиноновые продукты легко взаимодействуют с белками за счет образования водородных связей, способны к комплексообразованию с ионами металлов.
Установленная нами активация полифенолоксидазы может служить фактором усиленного окислительного катаболизма фенольных соединений. Есть основания полагать, что этот процесс обеспечивает не только деструкцию различных фенолов, но может способствовать также образованию олигомерных, полимерных соединений, в том числе лигнина, главного полимера опорных тканей, компонента вторичной клеточной стенки (Franke A., Markham К., 1972; Stafford H.A., 1988; Strach D. et al., 1988; Xamamato E. et al., 1989). Причем в хвое сосен различных видов в составе лигнофиновых комплексов входят 3-0-а-глюкопиранозид камфеола, 3-0-а-рамнопиранозид камфеола, 3-0-р-глюкопиранозид кверцетина и 3-0-а-арабинофуранозид кверцетина (Stnack D. et al., 1988).
Однако в реальных условиях нагрузки экотоксикантами в хвое отсутствуют оптимальные условия для биосинтеза фенольных соединений. Известно, что оптимум активности шикиматдегидрогеназы, одного из ферментов биосинтеза фенольных соединений, найденных в хвое сосен, лежит в зоне pH 9,9 -10,1 с коферментами НАДН и НАДФН (Осипов В.И., Шеин И.В., 1986). Выявленная нами кислая среда, активация НАДН- и НАДФН-оксидаз, конкурентно использующих фонд восстановленных ко-ферментов, не обеспечивают, по-видимому, условий для образования полифенолов. Наряду с активацией полифенолоксидазы это создает предпосылки для их усиленного окислительного расщепления. Известна защитная роль полифенолов от повреждающего действия ультрафиолетового облучения (Запрометов М.Н., 1993). Резкое увеличение активности полифено-
локсидазы в хвое, вызванное экотокснкантами, может служить неблагоприятным фактором, снижающим резистентность древесного организма за счет уменьшений экранирующей роли полифенолов. Кроме того, интенсивная биотрансформация полифенолов приводит к истощению метаболических резервов хвои. Ситуация аналогична интенсивной утилизации полифенолов в динамике вегетации растений, когда период активного накопления сменяется уменьшением их содержания вплоть до полного исчезновения (Запрометов М.Н., 1959; Запрометов М.Н., Колонкова C.B., 1965). Таким образом, экотоксиканты запускают механизм окисления полифенолов полифенолоксидазой, по интенсивности резко превышающий процесс, протекающий в древесном организме в обычных условиях произрастания. За счет усиленной генерации активных форм кислорода и образования активированных метаболитов хиноидной структуры создается патохимиче-ская основа для снижения жизнеспособности сосен. Общими особенностями образуемых продуктов оксидазных реакций является их химическая агрессивность, способность к неферментативному, нерегулируемому взаимодействию с биомолекулами различных структур и функций. Эти пара-метаболические реакции, превышающие физиологические возможности детоксикационных систем служат не только разрушению древесного организма, но определяют возможность поступления в окружающую среду не-идентифицированных продуктов взаимодействия экотоксикантов, поступивших в хвою сосны, с агрессивными эндогенными производными, образуемыми в неферментативных процессах. Как известно, фенольные соединения играют важную роль в экологических взаимосвязях мира растений, животных и микроорганизмов (Запрометов М.Н., 1971). Экологическое неблагополучие, очевидно, создает условие для нарушения в межвидовом общении. Фенольные соединения как вторичные метаболиты служат фактором ограничения съедобности хвои для различных фитофагов. Индуцированная экотокснкантами активация полифенолоксидазы может, вероят-
но, изменять язык межвидового межмолекулярного узнавания, отработанный филогенетически. Таким образом, техногенное загрязнение химическими агрессивными веществами служит пусковым фактором процессов ослабления устойчивости древесного организма и является своего рода эк-зогенно индуцирующей системой кодирования новых взаимоотношений в живой Природе.
: Выяснив характер влияния техногенного загрязнения на физико-химические параметры, суммарно отражающие процессы жизнедеятельности, в частности удельную электропроводность, мы поставили перед собой задачу оценить непосредственное действие ряда токсикантов, широко представленных в изучаемом районе, на хвою сосен. Для ответа на вопрос о значимости несущественных загрязнений для функционирования биосистем хвои использовалась концентрация в пять раз ниже ПДК, а также предельно допустимые концентрации. Исследована агрессивность хлорида железа, оксида цинка, бензола и фенола, токсикантов, широко представленных в нашем регионе.
В эксперименте нами изучалась величина удельной электропроводности в условиях инкубации перечисленных реагентов с экстрактом хвои в течение 15 и 60 мин. Как известно, величина удельной электропроводности зависит от концентрации ионов, скорости их движения в растворе, зависящей от заряда и радиусов гидратированных ионов, вязкости и диэлектрической постоянной растворителя, температуры. В процессе работы было выяснено, что в пределах используемых концентраций хлорида железа и оксида цинка существенная разница в величине удельной электропроводности применяемых водных растворов не обнаруживается. Это может быть связано с тем, что по мере разведения меняется степень диссоциации слабых электролитов и сила межионного взаимодействия в растворах электролитов. В связи с этим, на наш взгляд, более целесообразным было использование удельной электропроводности для расчета молярной электро-
проподиостн. Нами установлено, что молярная электропроводность рас-
2
теора хлорида железа, соответствующая ПДК/5 составляет 790 ом" ' см моль"' Ю3. Интересно, что инкубация этого раствора с контрольными образцами экстрактов хвои сосен в течение 15 и 60 мин ссдет к падению молярной электропроводности на 84 % и 98 % соответственно (рнс.4). Данные свидетельствуют, что фактор времени в этих условиях не существенен, значимым является непосредственный контакт с биосистемой. Характерными свойствами'попа гексааква железа (III) является способность к комплексообразовашпо, формированию донорно-акцепторных связей с биологическими лигандами, содержащими кислород и серу. Падение молярной электропроводности отражает очевидное снижение концентрации ионов, ограничения скорости движения частиц, обусловленное образованием новых соединений с химическими компонентами хвои. Активное взаимодействие с гидроксильными, серусодержащими и карбоксильными группами очерчивает широкие возможности вторжения гексааква железа в биомолекулы и структуры. Белки и пептиды различного функционального назначения (ферменты, транспортные, структурные) являются мишеныо для этого соединения. Ион гексааква железа предпочтительно реагирует с енольными гидроксилами. Учитывая многообразную роль фенолышх соединений в жизнедеятельности древесного организма, очевиден повреждающий потенциал Ре3+. Ион гексааква железа может заякориваться периферическими белками мембран, меняя их заряд, конформацию, свойства и функции.
Оценивая возможные нарушения, вызываемые хлоридом железа и отражающихся в падении молярной электропроводности, следует отметить, что в целом, видимо, такой механизм носит адаптационный характер. Происходящая биофиксация ионов гексааква железа, очевидно, направлена на связывание этого химически активного соединения, ограничение его дальнейшей агрессии. Естественно, что существует молекулярная цена та-
кой защиты. Такое предположение основано па результатах изучения действия более высоких концентраций хлорида железа, равных предельно допустимым. Молярная электропроводность такого раствора равна 325 ом'1-см2-моль'1 -10\ Инкубация с экстрактом хвои не только не приводит к снижению этой величины, но наблюдается тенденция к ее увеличению.
Рис. 4. Активность полифенолоксидазы в экстрактах хвои сосен го регионов техногенного загрязнения По-видимому, так называемая предельно допустимая концентрация является пределом возможностей для биосистемы хвойного экстракта. В пользу этого также свидетельствуют данные об исследовании экстракта хвои сосен из региона экологического неблагополучия. Ошг-свидетельствуют о том, что при концентрации хлорида железа, равной ПДК/5 молярная электропроводность снижается практически в 10 раз, а при концентрации, соответствующей ПДК, она возрастает на 20,0 %. Возможно, при этом активно происходит гидролитические, а также деструюгивные процессы, сопровождающиеся образованием ионизированных частиц.
Результаты экспериментов, проводимых нами, выявляют новые свойства и признаки, формируемые, в частности, в хвое сосны обыкновен-
пой за счет влияния техногенного загрязнения. Опыты in vitro свидетельствуют о нарушении параметров гомсостаза при непосредственном контакте токсикантов с компонентами биосистсм хвойного экстракта. В норме рИ хвойного экстракта для контрольных образцов колеблется в пределах 4,91 ± 0,23, для опытных- составляет 5,21 ± 0,16. В соответствии с полученными результатами общей тенденцией при концентрации токсикантов в пять раз меньше ПДК является сдвиг рН вправо в зону слабо кислой среды, близкой к нейтральному значению. Увеличение концентрации реагентов до ПДК вызывает сдвиг рН в кислую сторону. Наиболее отчетливо он прослеживается при инкубации с хлоридом железа, оксидом цинка и бензолом.
Не взирая на разнонаправленность результатов, в целом можно говорить о том, что изучаемые экотоксиканты инициируют нарушения в метаболизме, вызывают параметаболические сдвиги, результатом чего является истощите буферной емкости системы и сдвиг рН, создающий новые сре-довые условия функционирования ферментных систем и других белковых структур и биомолекул. Эти нарушения создают основу патохимических нарушений в древесном организме при техногенном загрязнении.
Изучение активности полифенолоксидазы в условиях нагрузки эко-токсикантами выявило ряд особенностей. Во-первых, инкубация с минеральными и органическими химическими соединениями ведет к отчетливому дозозависимому изменению активности фермента в опытах in vitro. Степень выраженности нарушений определяется свойствами изучаемого реагента.
Анализируя сведения о влиянии хлорида железа на активность полифенолоксидазы, очевидно, что и в опытных и в контрольных образцах гексааква железо способствует усилению активности фермента. Характерно, что в низких концентрациях этот эффект выражен закономерно и значительно сильнее, а в концентрации, соответствующей ПДК, вызывается только хлоридом железа. Для хвои из регионов экологического благополу-
чия - при удлинении срока инкубации до 60 минут с бензолом и фенолом и в опытных образцах имеется тенденция'к снижению. Активация, возможно, является результатом сочетанного действия гексааква железа (III) с ионами меди, входящими в активный центр фермента. В данном случае железо выступает в роли окислителя. В процессе полифенолоксидазной реакции ускоряется превращение моно- и полифенолов с образованием хино-идных структур, продуктов реакции, и формирование продуктов двухэлек-тронного, т.е. неполного, восстановления кислорода. Очевидно, что техногенное загрязнение окружающей среды, в котором растут сосны, является постоянным фактором деструкции. При этом контакт с экотоксикантами в концентрации, соответствующей ПДК, снижает ферментативную активность, оказывая прямое и опосредованное действие на полифенолоксидазу. Естественно, что водный экстракт хвои является гетерогенной многокомпонентной системой. Внесение в него химических реагентов может как прямо, так и опосредовано влиять на ферментативный катализ, учитывая, что мы экспериментируем не с индивидуальным ферментом. В этом случае конечный результат, т.е. измеряемая активность, зависит от экзогенного фактора, т.е. от свойств применяемого экотоксиканта. В первую очередь это - полярность, диэлектрическая константа, гидрофобность, сольвати-рующая способность, геометрия молекул, их денатурирующая способность (Белова A.B. с соавт., 1991; Mozhaev V. et al., 1989; Khmelnitsky Yn.L. et al., 1991).
Наряду с изучаемым фактором, оценивается эндогенная полиферментная, полисубстратная, многокомпонентная системы. Интересными, на наш взгляд, являются результаты влияния на активность полифенолокси-дазы бензола, неполярного растворителя, одного го факторов загрязнения жизненного пространства в изучаемом регионе. Нами установлено для него дозо- и хронозависимые эффекты (рис.5). По сравнению с исходной активность полифенолоксидазы в контроле под влиянием изменений, вызы-
ваемых бензолом, увеличивается в 4,5 раза через 15 минут, в 10,7 раза через 60 минут. В опыте тенденция аналогичная: через 15 минут отмечен рост в 5,7 раза, а через 60 минут - в 7,7 раза.
исх ;
Р Регион техногенного , загрязнения 10 км
□ Регион техногенного загрязнения 100 м
НРегоон техногенного загрязнения 10 м
□ Регион сравнения
8 10
Рис. 5. Активность полифенолоксидазы (Е/мин-мг) в экстрактах хвои сосны в присутствии бензола Увеличение содержания бензола в среде инкубации до уровня ПДК вызывает снижение активности фермента в контроле и в опыте. Исключением являются результаты, полученные при шестидесятиминутной инкубации токсиканта с экстрактом хвои из региона экологического благополучия.
Внесете бензола в водный раствор! хвойного экстракта моделирует новые условия, которые могут быть оценены с позиций "неводной этимологии", поскольку в систему внесен органический растворитель (Tramper I. et al., 1992). Учитывая активирующее влияние на полифенолоксидазу бензола in vitro, очевидно его стабилизирующее влияние если не на весь ферментный белок, то на участок активного центра. Как известно, белок в растворе существует в виде постоянно меняющегося набора конформеров. Тестом на сохранение нативности активного центра является проявление
его каталитической способности, обусловленное определенным расположением активных групп и их состоянием. Это обеспечивается поддержанием трехмерной структуры белка. В этом процессе комплекс невалентпых взаимодействий за счет гидрофобных4 и электростатических связен (солевые мостики и водородные связи) является мощным средством стабилизации структуры (Шульц Г., Ширмер Г., 1992). Среда, в которой находится белок, активно влияет на эти взаимодействия. Органические растворители, в частности бензол, вызывают ослабление гидрофобных взаимодействий и усиливает электростатические. Происходит частичная дестабилизация белковой глобулы за счет ослабления гидрофобных контактов, т.е. ее развертывание. Однако наряду с этим наблюдается и стабилизация вследствие усиления существующих и образование дополнительных электростатических контактов. Характерно, что органические растворители усиливают не только внутримолекулярные, но и межмолекулярные электростатические взаимодействия. Следствием этого, естественно, является объединение молекул ферментов. В случае сохранения ими активности, такая агрегация стабилизирует биокатализатор. Снижение активности полифенолоксидазы при высокой концентрации бензола является иллюстрацией деструктивного действия этого токсиканта со свойством органического растворителя.
Оценка такого эффекта правомочна и при анализе влияния бензола на активность НАДН- и НАДФН-оксидаз. Отчетливо выявляется его активирующее влияние в контроле при концентрации в пять раз ниже ПДК. Интересно, что при увеличении содержания бензола в среде инкубации до ПДК, контакт с биосистемой в течение 15 минут завершается снижением оксидазной активности особенно в контроле, а удлинение экспозиции ведет к полной потере НАДН- и НАДФН-оксидазной активности. Образцы хвои из региона техногенного загрязнения сохраняют следовую активность, что может быть связано со струюурно-конформационными измене-
пнями, происходящими в древесном организме под действием экотоксикантов.
Запершая анализ результатов изучения влияния хлорида железа, оксида цинка, фенола, бензола на активность полифеполоксидазы, НАДН- и НАДФН-оксидаз, следует отметить, что эти токсиканты активно вмешиваются в окислительные процессы, меняя их характер, и свидетельствуют о том, что доля иеферментатнвных, т.е'. параметаболических процессов в условиях нагрузки химическими веществами, существенна. Это характерно для биогенных соединений, поступающих в древесный организм в высоких концентрациях, и для чужеродных соединений. Активация оксидаз сопряжена с усиленным образованием активных форм кислорода, что может служить локальным фактором повреждения биомолекул и структур, , а также в силу реакционоспособности участвовать в токсификации экоток-сикантов.
Обобщая полученные результаты, становится очевидным, что древесный организм в данном случае может служить коллектором нативных и трансформированных экотоксикантов, которые наряду с повреждением собственных биоструктур и молекул индуцирует каскад внешних эффектов, служащих причиной как нарушений межвидового общения, так и изменения состояния жизненного пространства в районе произрастания.
Подверженность сосны негативному воздействию экотоксикантов возможно объяснить циклом её обновления.
Актуальность поиска средств массовой защиты населения от повреждающего действия экотоксикантов обусловило выбор нами объекта изучения, способного противостоять разрушающему действию химических факторов техногенного загрязнения. Изучение влияния на метаболические процессы ЗЛуЬит талалит токсикантов органической и минеральной природы выявило относительную стабильность обменных процессов, сбалансированность прооксидантных и антиоксидантных реакций, обуслов-
ленное, очевидно, высоким содержанием антиоксндантных витаминов и флаволнгнанов, что обеспечивает защитное действие эндогенных структур и биомолехул.
Проведенные нами исследования показали, что расторопша характеризуется достаточно устойчивыми обменными процессами, существенно не подверженными колебаниям под влиянием различных возмущающих факторов. В экспериментах было установлено, что непосредственный контакт водопзЕлекаемых компонентов расторопши с хлоридом железа, оксидом цинка, фенолом и бензолом по сравнению с сосной обыкновенной значимо не отражается на НАДН- и НАДФН-оксидазной и полнфенолок-сидазной активностях (табл.2, 3). Это свидетельствует о сохранении в пределах физиологических колебаний процесса генерации активных форм кислорода и реакций, служащих этапам, предшествующим аккумуляции энергии в данном организме. Следовательно, в данном случае экотокси-канты не реализуют свой агрессивный потенциал. Это послужило критерием выбора расторопши пятнистой в качестве источника потенциальных средств защиты организма человека от эффектов техногенного загрязнения среды проживания. Изучение состава гидрофобной фракции расторопши (препарата Натурсил) показало, что в нем содержатся эссенциальные и насыщенные высшие жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, миристиновая, лауриновая, пальмитоолеиновая, эруковая. Методом газожидкостной хроматографии показано, что в него в следовых количествах входят фосфор, магний и кальций. Антиоксидантная активность препарата обусловлена не только содержанием флаволигнанов, но и токоферолов и каротиноидов. Известно, что флаволигнаны обладают гепа-топротекторным действием (Приваленко М.И. с соавт., 1981; Венгеровский А.И. с соавт., 1987). Уникальным накопителем флаволигнанов являются плоды расторопши пятнистой (Беликов В.В., 1985; Куркин В.А., Запесоч-ная Г.Г., 1987). Наличие таких биологически активных соединений дает основание для прогнозирования ряда жизнеобеспечивающих терапевтиче-
ских эффектов у данного препарата. Детальное изучение биологического действия Натурсила на разных видах животных в условиях in vivo, а также апробация в качестве лечебно-профилактического средства у больных с язвенной болезнью, дало результаты, служащие основа1шем для выводов о наличии мембранопротекторного, репаративного, противовоспалительного действия и отсутствии у него токсичности, а также тератогенности (табл. 4, 5,6).
Таблица 2
Активность полифенолоксидазы (Е/мин'мг белка) в экстракте зеленой массы листьев расторопши и хвое сосны при инкубации
с экотоксикантами
Концентрация FeCl3 ZnO СгДб С6Н5ОН
Экстракт листьев расторопши
Исходные значения 5,4±1,4
пдк 6,3±1,7 6,8±1,5 5,2±1,3 5,6±1,1
ПДК х 5 7,1±2,0 7,0±1,1 6,5±0,9 7,3±1,8
Экстракт хвои сосны
Исходные значения 0,68±0,14
ПДК 4,5±0,9 0,68±0,19 0,58±0,03 0,91±0,11
ПДК х 5 20,03±0,05* 14,67±0,0б* 33,3±0,04* 12,5±0,05*
*Р< 0,001
Это заключение базируется на данных биохимического, морфологического и токсикологического исследований. В клинических условиях применение Натурсила у больных с патологией гастродуоденалыюй зоны показало его высокую терапевтическую эффективность. Достоинством препарата является отсутствие резких метаболических сдвигов при его приеме, нормализующее влияние на параметры углеводно-липидного и белкового метаболизма. Это служит основанием для применения его не только в качестве лечебного, но и профилактического средства при патологии пищеварительной системы, а также биологически активной добавки
со свойствами природного биоантиоксиданта и органопротектора, что раскрывает перспективы его применения для массовой защиты населения от повреждающего действия экотоксикантов.
Таблица 3
Активность НАДН- и НДДФН-оксидаз (нмоль диформазана/мг белка) в экстракте зеленой массы листьев расторошпи и хвои
сосны при инкубации с экотоксикантами
Концентрация FeCl3 ZnO С6Н6 с6н5он
Экстракт листьев расторошпи
Исходные значения 16,4±1,6
пдк 15,6±2,3 16,2±1,2 12,5±3,5 15,2±2,1
ПДК х 5 17,2±2,1 18,6±2,3 20,3±3,2 20,0±3,6
Экстракт хвои сосны
Исходные значения 29,68±1,0
ПДК 31,76±0,04 29,68±0,05 46,53±0,06 37,54±0,06
ПДК х 5 22,21±0,03* Ю4,06±0,06' 25,24±0,05* 23,5±0,07*
*Р< 0,001
Совершенно очевидно, что в настоящее время любой живой объект находится под многофакторным воздействием химических соединений. Различные живые объекты, в частности, сосна обыкновенная и расторопша обладают характерным для каждого уровнем защиты. Очевидно, в расто-ропше высокая резистентность обусловлена уникальным составом. Из всего многообразия растительного мира всего 11 видов, включая расторопшу, богаты флаволигнанами (Куркин В.А., Запесочная Г.Г., 1987). Композиция биологически активных веществ расторошпи обеспечивает ее устойчивость к действию агрессивных веществ с одной стороны, с другой - может быть активным средством защиты организма человека от агрессивного действия экотоксикантов. Рассмотрим влияние ряда химических веществ и элементов на ключевые обменные процессы поэтапно на молекулярном, субклеточном, клеточном, организменном уровнях.
Таблица 4
Гематологические и биохимические показатели в крови животных при введении Натурсила __в желудок в течение 6 месяцев_
Периоды наблюдения Крысы-самки Крысы-Самцы
Контроль 12 мл/кг | 10 мл/кг Контроль 12 мл/кг | 10 мл/кг
Э ритроциты, 1012/л
До введения 7,2+0,3 7,1+0,4 7,210,3 7,210,3 6,910,2 7,410,4
1 месяц 7,2±0,2 7,3±0,3 7,410,2 7,210,2 7,210,3 6,910,2
3 месяца 7,4+0,3 7,2+0,3 7,310,4 7,3+0,3 7,210,3 7,110,3
6 месяцев 7,3+0,2 7,4±0,5 7,4Ю,3 7,610,2 7,410,4 7,410,3
Лейкоциты, 10%
До введения 11,4±0,6 11,3±0,5 11,1+0,3 11,2+0,4 10,3+0,4 10,210,5
1 месяц 10,9±0,3 12Д±0,6 12,710,6 10,3+0,5 10,7+0,5 10,4+0,5
3 месяца 10,7±0,5 12,2+0,5 11,910,5 10,310,4 9,8Ю,6 11,310,6
6 месяцев 11,8±0,6 11,6±0,4 11 ¿10,4 11,310,4 10,610,5 10,710,5
Т ромбоциты, 109/л
До введения 507+32 503±26 497121 497131 498128 503129
1 месяц 511±23 521±23 509124 510129 505125 506127
3 месяца 491±31 497±19 493119 507125 507127 515125
6 месяцев 502±26 511+26 523132 506124 519126 528121
Гемоглобин, г/л
До введения 107+6 111+7 113+6 111+9 109+8 108+6
1 месяц 109±5 107±5 109+7 106+9 110+8 10617
3 месяца 11117 109+6 10816 10718 112+9 10614
6 месяцев 106±6 11217 111+8 10816 110+5 10717
Щелочная фосфатаза, Ед/л
До введения 553,2±31,7 547,3±25,4 560,6±28,3 538,8128,4 546,7+25,8 578,2+25,7
1 месяц 542,7±26,4 538,7±26,8 542,3±4,0 539,7125,7 542,3127,7 528,4123,4
3 месяца 539,9±25,3 542,3+24,7 537,5125,3 567,4123,5 539,6122,5 572,2126,2
6 месяцев 526,7+26,1 533,9+22,3 541,6+24,4 559,5+27,3 551,4+24,5 560,3+29,1
Аланинаминотрансфераза, Ед/л
До введения 69,7+7,3 68,3±5,7 76,4+8,3 67,5+6,4 71,2+7,7 66,8+6,8
1 месяц 64,3±6,9 69,7±7,6 71,3±6,6 65,8+6,7 69,6+6,5 65,2±7,6
3 месяца 67,7±5,8 63,5+8,1 63,4+5,7 67,5+7,5 72,417,6 44,717,8
6 месяцев 71,3±6,1 66,4+5,9 62,6+7,3 65,3±7,1 69,4±7,8 77,5±8,3
Аспартатаминотрасфераза, Ед/л
До введения 144,3±12,6 141,7+13,4 151,4115,7 154,4113,6 156,3+12,6 137,9+12,2
1 месяц 139,7±11,5 136,4+11,8 132,7+14,3 151,5+12,5 149,3+12,8 139,8+11,6
3 месяца 141,4±12,3 142,3±14,1 146,8+12,5 142,3+10,6 155,0+12,4 147,8+11,8
6 месяцев 140,8+12,7 146,4+11,5 139,6+12,7 133,4+13,2 138,7+11,3 142,7+12,3
Лактатдегидрогеназа, Ед/л
До введения 759,4±36,8 776,9±31,3 748,3+33,6 859,5±28,4 826,7126,7 803,6123,5
1 месяц 741,9±26,3 758,4±26,3 731,8+21,9 813,8+24,8 828,8+26,5 822,4125,6
3 месяца 736,4±25,7 744,3121,9 743,7+25,3 799,7129,6 819,9+25,3 820,2+25,8
6 месяцев 734,9±22,1 731,7±19,4 726,0126,8 764,2132,2 789,4134,2 805,7+29,3
Общий белок, г/л
До введения 52,9±1,6 51,712,1 52,312,1 51,5+1,3 50,2+1,6 51,311,6
1 месяц 53,1±1,9 52,3±1,9 52,6±2,2 54,311,9 51,411,8 52,711,8
3 месяца 52,4±2,1 51,6±1,8 53,1±1,9 52,5+1,9 51,6+1,5 54,3+2,2
6 месяцев 51,3±1,8 52,3±2,1 52,712,3 52,711,6 52,911,8 53,6+2,1
С4.
Глюкоза, ммоль/л
До введения 7,6+0,4 7,3±0,5 7,5+0,4 7,6±0,4 7,2+0,5 7,5±0,6
1 месяц 7,3+0,6 7,7+0,6 7,3+0,7 7,7±0,6 7,5±0,3 7,8±0,7
3 месяца 7,9±0,5 7,2±0,3 7,8+0,7 7,6+0,7 7,3+0,6 7,9±0,6
6 месяцев 7,2±0,4 7,6+0,4 7,4+0,5 7,3+0.4 7,5±0,4 7,4+0,5
Мочевина, ммоль/л
До введения 9,61+0,49 9,46±0,71 8,76±0,72 10,23+0,47 9,87±0,86 9,76+1,07
1 месяц 9,26+0,49 9,77±0,83 5,54±0,63 9,24±0,76 10,13+0,79 9,63±0,74
3 месяца 8,83+0,61 8,69+0,64 8,42±0,59 9,21±0,53 9,71±0,76 9,62±0,82
6 месяцев 8,97+0,73 8,71±0,76 9,03±0,84 9,17±0,71 9,26±0,82 9, 63±0,79
Креатишш, мкмоль/л
До введения 82,7+3, 9 81,6+4,1 91,4±5,3 97,5±5,3 98,3±4,6 96,5±4,9
1 месяц 91, 6±4,8 87,7+5,3 89,3±4,9 94,2+4,7 89,7±5,2 90,3+6,6
3 месяца 84,1+5,7 81,4+5,2 82,1±3,7 89,8+5,8 92,5±5,4 89,4+5,7
6 месяцев 79,9±5,1 92,6±6,3 91,8+5,6 84,6+4,1 89,4±5,3 86,6±6,3
Общий холестерин, ммоль/л
До введения 1,32+0,15 1,26±0,17 1,23+0,15 1,46+0,16 1,32+0,16 1,12+0,11
1 месяц 1,24+0,12 1,42±0,21 1,27 ±0,19 1,48±0,18 1,29±0,19 1,14+0,14
3 месяца 1,37+0,8 1,21±0,14 1,33±0,16 1,38+0,16 1,44±0,17 1,19+0,19
6 месяцев 1,21+0,14 1,32±0,15 1,31±0,12 1,32±0,21 1,42±0,15 1,21±0,15
Триглицериды, ммоль/л
До введения 0,61+0,15 0,47+0,17 0,51+0,14 0,58±0,15 0,42±0,15 0,58±0,12
1 месяц 0,54+0,14 0,51+0,16 0,49+0,15 0,67±0,13 0,54+0,17 0,62±0,14
3 месяца 0,59+0,18 0,47±0,19 0,42+0,17 0,62+0,15 0,56±0,16 0,57±0,13
6 месяцев 0,53±0,19 0,42±0,17 0,53+0,19 0,51+0,11 0,63±0,19 0,61±0,18
и> --а
Таблица 5
Гематологические и биохимические показатели в крови у собак при введении Натурсила в желудок в течение 3 месяцев
Периоды наблюдения Контрольная группа Опытная группа Контрольная группа Опытная группа
Эритроциты, 10"/л Тромбоциты, 107л
До введения 6,5+0,3 6,6+0,2 384+26 384±32
1 месяц 6,5±0,5 6,4±0,2 366±32 361+32
3 месяца 6,3±0,3 6,6±0,2 380±28 388±34
Лейкоциты, 107л Гемоглобин, г/л
До введения 8,8±0,6 8,6±0,6 106+6 104±4
1 месяц 8,5+0,8 8,8+0,4 102+4 102±3
3 месяца 8,6±0,6 8,8±0,6 108±4 104±4
Общий белок, г/л Глюкоза, ммоль/л
До введения 62,8±3,4 62,2+3,2 5,4±0,4 5,4±0,2
1 месяц 59,7±3,2 62,4±2,8 5,2±0,3 5,2±0,2
3 месяца 60,8±3,6 59,8+2,9 5,6+0,4 5,4+0,4
Аланинаминотрансфераза, Е/л Мочевина, ммоль/л
До введения 39,2+6,8 37,5±7,5 6,2±0,8 5,4+0,6
1 месяц 38,5±8,2 38,8±5,8 5,6+0,6 5,2±0,6
3 месяца 38,6±8,4 34,0±6,9 5,8±0,6 5,2±0,5
Аспартатам1шот рансфераза, Е/л Креатинин, мкмоль/л
До введения 22,8±6,6 19,8+4,1 112,2±13,6 106,2±9,8
1 месяц 26,4±8,6 22,4±4,4 108,8+12,3 110,5+12,3
3 месяца 25,8+8,4 20,8+4,6 112,2±12,2 112,4±12,1
Щелочная фосфатаза, Е/л Триглицериды
До введения 88,8+8,6 89,5±8,8 0,90+0,08 0,88±0,06
1 месяц 90,2±8,8 86,2+7,5 0,92±0,06 0,93±0,07
3 месяца 89,8±8,4 85,7±7,7 0,94±0,06 0,96±0,08
Лактатдегидрогеназа, Е/л Общий холестерин
До введения 165,2+20,4 177,6±16,6 3,26+0,21 3,30±0,1
1 месяц 184,4±24,5 188,4+18,8 3,25±0,22 3,41±0,24
3 месяца 165,5+22,6 178,6+16,5 3,24+0,22 3,22±0,23
оо
Таблица 6
Показатели метаболизма у больных язвенной болезнью
до и после лечения Натурсилом в течение 2-х недель
Показатели До лечения После лечения
Общий белок, г/л 76,5 ± 8,2 76,1 ± 8,5
Альбумин, % 51,2 ±0,6 53,8 ±0,41 *
Глобулины, % 48,8 ±0,7 46,2 ± 0,52
Альфа 1-глобулины, % 2,8 ± 0,3 3,0 ± 0,42
Альфа 2-глобулины, % 8,8 ± 0,62 8,4 ± 0,9
Бета-глобулины, % 15,1 + 2,1 15,0 ±2,1
Гамма-глобулины, % 19,5 ±2,1 20,4 ± 2,5
Белковый коэффициент 1,05 ±0,04 1,16 ± 0,15
Фибриноген, г/л 4,21 ± 0,56 4,28 ± 0,48
Бета-липопротеины,г/л 5,37 ± 0,63 6,86 + 0,71
Холестерин, мг/дл 184,3 ± 19,3 182,0 ± 17,6
Триглицериды, мг/дл 91,2 ±8,3 113,2 ±10,2
Серомукоид, ед 0,14 ±0,01 0,17 ± 0,023
Тимоловая проба, ед 3,0 ± 0,4 1,78 ±0,18 *
Билирубин, мкмоль/л 9,78 ±0,81 8,76 ± 0,75
Аланинаминотрансфераза, 0,54 + 0,06 0,38 ±0,04
мкмоль/л-час
Аспартатаминотрансфера- 0,42 ± 0,08 0,36 ± 0,06
за, мкмоль/л-час
Щелочная фосфатаза, Е/л 99,1 ± 8,1 82,6 ± 7,6
Амилаза, Е/л 100,5 ± 9,6 70,2 ± 6,8 *
Креатинкиназа, Е/л 129,7 ± 13,4 97,5 ± 8,6 *
Лакгатдегидрогеназа,Е/л 180,6 ± 15,8 124,5 ± 11,3 *
Натрий, ммоль/л 140,0 ± 10,5 142,5 ± 8,6
Калий, ммоль/л 4,9 ±0,51 4,68 ± 0,53
Хлор, мг/дл 106,6 ±10,2 111,5 ± 12,5
Кальций, мг/дл 10,4 ± 1,92 9,63 ± 1,54
Примечание: * - Р < 0,5
В качестве молекулярной модели был использован гомогенный препарат малатдегидрогеназы, полученный нами из скелетных мышц норок. Как известно, она является олигомерным белком, НАД-зависимой дегид-рогеназой, функционально ответственной за восстановление и реокисление оксалоацетата, генерацию восстановленных эквивалентов, взаимосвязь цитоплазмы и митохондрий. Непосредственный контакт каталитического белка в условиях in vitro с элементами s-семейства (катионы лития, калия, магния и стронция) выявил угнетающее действие на активность фермента (рис. 6).
Рис. 6. Влияние элементов я-семейства на активность ферментного
препарата малатдегидрогеназы Общая тенденция действия однотипна для других катионов и проявляется также угнетением активности. В количественном отношении эффект катионов кальция и стронция близок, что обусловлено, по-видимому, сходством физико-химических характеристик: энергии ионизации, координационных чисел.
Что касается элементов ¿-семейства, то единой закономерности в их действии не прослеживается: катион железа (П1), катион марганца (II) оказывают активирующее влияние. Более выраженным во времени является активация, вызываемая железом. Известно, что катион кобальта (II), нике-
ля (II), меди (II) вызывают отчетливое угнетение активности, наиболее значительно выраженное у катионов меди. Катион цинка (И) при кратковременной инкубации вызывает активацию, а при более продолжительной угнетение (рис. 7).
В процессе биологической эволюции природа, по-видимому, отбирала соединения металлов в таких степенях окисления, в которых они не являются ни сильными окислителями, ни сильными восстановителями. А это значит, что нахождение ё-элементов в высших степенях окисления для организмов мало вероятно. Существование соединений в низших степенях окисления, по-видимому, для организма оправдано. Такие катионы, как Ag+, Си2+, Ре3+, в биологических средах не проявляют вообще восстановительных свойств. Ионы Мп2+, Со2+ и Ре2+ при рН физиологических жидкостей не являются сильными восстановителями. Кроме того, окружающие их лиганды стабилизируют ионы в этих степенях окисления.
препарата малатдегидрогеназы В организме скэлементы представлены как микроэлементы, существуют они в виде ионов и в виде комплексных соединений. Чаще всего в биологических реакциях ё-элементы участвуют в виде бионеорганических комплексов металлов. Лигандами в этих комплексах могут выступать ами-
нокислогные остатки, пептиды, белки, гормоны, нуклеиновые кислоты и другие биологически активные вещества. Как показало проведенное нами исследование, катион железа (Ш) оказывает активирующее влияние на ма-латдегидрогеназу: ее активность возрастает в 2,1 раза. Как известно, железо входит в состав металлоферментов, образуя биокластеры. Чаще всего координация металла с аминокислотными остатками идет через азот аминогруппы или кислород карбоксильной группы. Если металл связывается с обеими группами, образуется устойчивый хелатный цикл. Во внеклеточных жидкостях железо находится практически полностью в связанном состоянии, в комплексе с белками, пул клеточного железа может существовать в виде свободных ионов.
Железо может взаимодействовать с имидазольным кольцом гисти-дина, что приводит к образованию иона имидазолия. Положительный заряд этого иона.создает электростатическое поле, которое, по-видимому, препятствует Ре3+ принимать электроны. Это, возможно, приводит к активации малатдегидрогеназы, наблюдаемой нами.
Проведенное нами исследование показало, что катионы никеля (II) и меди (II) оказывают выраженное ингибирующее влияние на активность малатдегидрогеназы ( - 74,7 % и - 93,2 %, р < 0,001, соответственно). Токсичное действие никеля и меди можно объяснить тем, что они образуют с белками нерастворимые бионеорганические хелаты - альбуминаты, т.е. денатурируют белки. Эти ионы образуют прочную связь с аминным азотом и с группой БН-белков. А так как в малатдегидрогеназе содержание серусо-держащих аминокислот составляет 3,3 - 4,4 %, то инактивация тиогруппы ведет к подавлению активности всего фермента.
Что касается анионов, то эффективность их влияния на катализ осуществляется малатдегидрогеназой незначительно и характеризуется разно-направленностью.
В последующем нами было изучено действие на активность малатдегидрогеназы указанных элементов в полиферментной полисубстратной
системах. Результаты свидетельствуют о том, что в этих условиях изученные элементы оказывали значительно менее выраженное действие на активность малатдегидрогеназы. Вероятно, данный феномен обусловлен тем, что гомогенат, сохраняя функциональные признаки органа, способен содержащимися компонентами экранировать ферментом прямого действия реагентов.
Сравнительный анализ влияния элементов на активность фермента малатдегидрогеназы в условиях изолированного белка и в условиях полиферментной и полисубстратной системы тканей показал, что наиболее выраженные изменения наблюдаются при непосредственном контакте катионов элементов с изолированным ферментом. Очевидно, подвижность обменных процессов, их гомеостатическая емкость, наличие механизмов саморегуляции, систем защиты в тканях привели к тому, что фермент малат-дегидрогеназа в гомогенатах печени и скелетных мышц более защищена от повреждающего действия (рис.8).
Антропогенное загрязнение окружающей среды ведет к насыщению химическими соединениями воздуха, воды, почвы, растений, пищевых продуктов. Экотоксиканты распространяются и накапливаются в пищевых цепях, подвергаются токсификации, за счет чего увеличивается разнообразие повреждающих факторов. Множество соединений с различным потенциалом активности, физическими, структурными особенностями в регионах экологического; меняют запрограммированный естественный ход молекулярных процессов. Ксенобиотики вызывают сдвиг в стационарном балансе количественного и качественного состава молекул, распределенных в соответствующих микрокомпартментах клеток и органов. Увеличение химической плотности соединений может служить фактором дестабилизации гомеостаза. Кроме того, будучи реакционноспособными соединениями, попавшие ксенобиотики вступают в неферментативное прямое химическое взаимодействие с функциональными группами различных биомолекул. Донорно-акцепторные ковалентные связи экотоксикантов с функционально
Рис.8. Активность малатдегирогеназы в печеночной и мышечной тканях и в условиях изолированного фермента при действии катионов никеля, кобальта, калия и сурьмы
различными белками, нуклеиновыми кислотами, малыми молекулами биологически активных веществ, оказывают фронтальный повреждающий эффект. Многообразные эффекты неферментативного взаимодействия различных активных форм кислорода проявляются мембранодеструкцией, мутагенным действием, признаками полимолекулярной деформации и нарушением функции множества биосистем.
Проведенный объем исследований с оценкой прямого и косвенного эффекта на биообъекты однородной популяции биомолекул (гомогенный фермент), на клеточные популяции и на целостный организм различных видов животных, а также на эволюционно удаленные растительные объекты позволил установить, что минеральные и органические ксенобиотики, а также биогенные соединения в концентрациях, превышающих физиологический уровень, обладают общими механизмами повреждающего действия, инициируя усиление свободнорадикальных процессов, нарушение конформации, структуры и функции белков и других биомолекул, деструкцию мембранных образований, что сопровождается выходом в межклеточное пространство внутриклеточных высоко и низкомолекулярных соединений, тотальным нарушением многообразных функций мембран тканей как в зоо-, так и в фитообъектах.
Ксенобиотики, перегружая метаболические пути, отвлекают энергетический потенциал тканей и органов на процессы их биотрансформации и транспорта. Нарушение ферментативного катализа, функцией структурных, транспортных, регуляторных, рецепторных белков, дезинтеграция мембран являются характерными признаками химизации организма.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что в настоящее время сложились объективные предпосылки для пересмотра уровней предельно допустимых концентраций различных токсикантов в связи с установленными нами значимыми эффектами различных ксенобиотиков в дозах в 5 раз меньше ПДК. Учитывая химизацию организма жителей экологического неблагополучия и формирование исподволь донозологических
нарушений в обмене, как следствие такого вторжения (Пономарева Л.А., 1997; Вялова Т.П., 1998) очевидно, что на таком фоне предельно допустимые концентрации являются избыточными, т.е. токсичными для организма.
Ксенобиотики в живых биосистемах, являясь инициаторами неферментативных превращений, вызывают каскад повреждений, включают факторы вторичного нарушения гомеостаза, в частности активацию свободно-радикальных процессов, которые обуславливают преобладание деструктивных процессов над анаболическими. Проявлением этого являются генотоксические эффекты, мутагенное, канцерогенное, мембранодестаби-лизирующее действие.
ВЫВОДЫ
1. Высокое техногенное загрязнение вызывает белковый дефицит, нарушение буферной емкости, сдвиг рН, гиперосмотечность в растительном организме, служит фактором усиления прооксидантных процессов, активирует полифенолоксидазу, НАДН- и НАДФН-оксидазу, обуславливая нарастание процессов образования активных форм кислорода, универсальных факторов биодеструкции.
2. Общностью признаков агрессивного действия элементов б-, ё- и р-семейства являются преимущественное угнетение активности изолированной малатдегидрогеназы; степень выраженности ингибирующего эффекта, его специфика обусловлена величиной радиуса ионов, энергией ионизации, координационным числом. В условиях полиферментной и полисубстратной системы изученные элементы оказывают значительно менее выраженное действие на активность фермента за счет экранирования эффекта другими биосистемами гомогената печени и скелетных мышц.
3. Фенол оказывает мембранодестабилизирующее действие, снижает электродиффузионный пробой мембран, осмотическую резистентность эритроцитов, ослабляет ферментативную антиоксидантную защиту, что раскрывает механизм токсического действия эндогенного фенола, превышающего возможность его биотрансформации, а также экзогенного, пополняющего фонд экотоксикантов.
4. Особенностью БйуЬит тапапит является резистентность к повреждающему действию фенола, бензола, хлорного железа, что обусловлено особенностями состава, в частности, наличием флаволигнанов, токоферолов, каротиноидов.
5. Экспериментально-клинические исследования Натурсила - гидрофобной фракции расторопши, проиллюстрировали высокую репаративную активность, антиоксидантное, мембранопротекторное действие, отсутствие токсичности, мутагенности.
6. Высокая реактивность отдельных химических веществ абиогенного происхождения, специфика их физических структурных свойств и сте-рических параметров обуславливает при взаимодействии с биосистемами растительного и животного организма не только обменные нарушения ферментативного характера, но и патохимические нарушения, в основе которых лежит прямое взаимодействие экотоксикантов с биомолекулами, обусловленное химической активностью, что служит инициатором множественные парам етаболических процессов.
7. Методологическим приемом выяснения потенциала токсичности различных абиогенных ксенобиотиков может служить биотестирование на объектах растительного и животного происхождения разного уровня организации - от молекулярного до клеточного.
8. Природная композиция, образующая гидрофобную фазу плодов расторопши по набору биологически активных веществ, представляет собой биогенный препарат с широким спектром экопротекторного действия.
9. Универсальным механизмом повреждающего действия экотокси-кантов биогенной и абиогенной природы является усиление свободно-радикальных процессов за счет повышенного образования активных форм кислорода, вызывающих деструктивные нарушения биомолекул и структур, включая мембранные образования, что служит патохимической основой множественных нарушений на уровне клеток, органа и целостного организма. Эта закономерность характерна для фитообъектов и объектов животного происхождения.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. В качестве универсального экопротектора рекомендуется использование препаратов расторопши, обладающей свойствами репаранта, анти-оксиданта, мембраностабилизирующего средства.
2. При высоком уровне техногенного химического загрязнения озеленение территорий целесообразно проводить без широкого использования сосны обыкновенной.
3. Для управляемого ферментативного катализа возможно применение неорганических катализаторов хлорида железа, хлорид-иона в качестве активаторов, катионов лития, никеля, меди, кальция и стронция в качестве ингибиторов дегидрогеназ.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Оценка содержания хлорорганических ядохимикатов в лечебной грязи "Сергиевские минеральные воды" II Материалы научно-практической конференции, посвященной 50-летию курорта Янгал-Тау. -Уфа, 1987. - С. 15-16. (соавтр.: Агапов А.И., Аввакумова Н.П.)
2. Молекулярно-массовое распределение органических веществ лечебной грязи "Сергиевские минеральные воды" // Материалы Х1У науч-
но-практической конференции по вопросам курортного лечения. - Куйбышев, 1988. - С. 95-96. (соавт.: Агапов А.И., Аввакумова Н.П.)
3. Безотходные экологически чистые технологии - оптимальный путь получения биологически активных препаратов // Биологически активные соединения, синтез и использование. - Пенза, 1992. -С. 13-14. (соавт.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Виноградова JI.H., Бабичев А.В, Кре-това И.Г., Орловский А.Ю.).
4. Поиск путей использования цитоплазматических ферментов мышечной ткани в специфической энзимотерапии // Материалы областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. - Самара, 1992.-С. 16-17. (соавт.: Бабичев A.B., Романова Ю.В.)
5. Влияние экзогенной малатдегидрогеназы на процессы обмена белков и углеводов // Материалы областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. - Самара, 1992. -С. 18-19. (соавтр.: Кре-това И.Г., Аникеева О.Б., Семенова О.В., Романова Ю.В.)
6. Энзимопатология при атеросклерозе: малатдегидрогеназа миокарда человека // Обмен веществ в норме и патологии. - Тюмень, 1992, - С. 26. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М.)
7. О возможностях воздействия на метаболические процессы экзогенной малатдегидрогеназы // Обмен веществ в норме и патологии. - Тюмень, 1992. - С. 25. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М.)
8. Структурно-функциональные особенности малатдегидрогеназы из миокарда человека при атеросклерозе // Вопросы медицинской химии. -1993. -№5.-С. 17-18. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Виноградова JI.H., Кретова И.Г.)
9. Особенности метаболизма миокарда при алкогольной интоксикации // Вопросы медицинской химии. - 1993. -№ 6,- С.31-34. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Виноградова Л.Н., Бабичев A.B., Пан-ченко Л.Ф.)
10. Создание безотходных технологий - путь, обеспечивающий здоровье населения // Материалы Всероссийской конференции "Экология городов. Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии". - Самара,
1993. -С. 50-51. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М.)
11. Методологические основы эффективной детекции экоток-сикангов и прогнозирования последствий загрязнения окружающей среды // Материалы конференции "Биоповреждения в промышленности". - Пенза,
1994. - С. 25-27. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Виноградова Л.Н., Бабичев A.B., Кретова И.Г., Голенищев В.Ю.)
12. Поиск путей очистки сточных вод от фенола химических производств с целью обеспечения экологической защиты воды и почвы // Материалы научно-технической конференции "Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля". - Пенза, 1996. - С. 88. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Маевский Г.А., Бабичев A.B., Виноградова Л.Н., Кретова И.Г., Блок М.Л., Романова Ю.В.)
13. Состояние процессов обмена почвы зон экологического неблагополучия // Материалы международной научно-практической конференции "Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов осадков сточных вод". -Пенза, 1997. -С. 22-24. (соавтр.: Клейман М.С., Расцветова Н.В., Кузнецова О.Ю.)
14. Состояние здоровья населения в районах экологического неблагополучия // Материалы Всероссийской конференции с международным участием "Экология и здоровье человека". - Самара, 1997. - С. 134-135. (соавтр.: Поберезкин М.Н., Пономарева Л.А., Братель И.Н., Гергель Н.И.)
15. Биотестирование - способ суммарной оценки качества воды // Материалы международной научно-практической конференции "Питьевая вода и сточные воды: проблемы очистки и использования". - Пенза, 1997. -С. 51-52. (соавтр.: Романова Ю.В.)
16. Расторопша: потенциальные и реальные возможности в оздоровлении населения // Материалы международного симпозиума "Биологически активные добавки - нутрицевтики и их использование с профилактической и лечебной целью при наиболее распространенных заболеваниях". -Тюмень, 1997. - С. 25-26. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Баишева Г.М., Пономарева Л. А.)
17. Способ биологической защиты окружающей среды от экотокси-кантов //Патент №2092031 от 10.10.1997. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Виноградова Л.Н., Бабичев A.B., Кретова И.Г.)
18. Ухудшение медикодемографической ситуации в экологически неблагоприятных регионах //Материалы международной конференции "Экономика природопользования ". - Пенза, 1998. - С. 22-23. (соавтр.: Ше-шунов И.В., Рожкова О.В.)
19. Изменение оксидазной активности биомассы почвы в условиях техногенной нагрузки //Материалы международной научно-практической конференции "Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля". -Пенза, 1998. - С. 14-15. (соавтр.: Клейман М.С., Расцве-това Н.В., Симак C.B., Шафранский И.Е.)
20. Механизм деструктивного влияния экотоксикантов на организм человека и природу. Пути реабилитации // "International Journal on Immunorehabilitation". - 1998. -К 8.-P. 178. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Кретова И.Г., Пономарева Л.А., Бондарев Г.И., Вялова Т.И., Шарафутдинова Ю.М.)
21. Возможности выявления донозологических нарушений здоровья у жителей экологически неблагополучных регионов // Материалы конференции биохимиков Урала и Западной Сибири "Актуальные вопросы прикладной биохимии и биотехнологии". - Уфа, 1998. - С. 33-34. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Гергель Н.И., Кретова И.Г., Кузнецова О.Ю., Вялова Т.И., Пономарева Л.А., Расцветова Н.В., Шафранский И.Е.)
22. Концепция гармонизации процессов жизнеобеспечения организма человека в масштабе реального жизненного пространства //Материалы 2-ого международного конгресса по интегративной медицине "Синтез медицины Восток-Запад и современных технологий - путь в XXI век". - Кипр, 1998. -С. 56-57. (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М.,
Пономарева JI.A., Бабичев A.B.)
23. Синдром хронического утомления: объективные критерии метаболических нарушений // Клиническая лабораторная диагностика, (в печати) (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Кретова И.Г., Виногрдо-ва JI.H., Шешунов И.В., Бабичев A.B., Шарафутдинова Ю.М., Пономарева Л.А.)
24. Ослабление популяционного здоровья - отражение экологического неблагополучия //Гигиена и санитария, (в печати) (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Гергель Н.И., Шешунов И.В., Шафранский И.Е., Рожкова О.В.)
25. Состояние про- и антиоксидантной систем эритроцитов человека как элемент биологической адаптации //Вопросы медицинской химии, (в печати) (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Кузнецова О.Ю., Расцветова Н.В., Баишева Г.М., Шешунов И.В., Романова Ю.В.)
26. Биологически активная добавка из расторопши в решении проблем оздоровления населения //Вопросы питания, (в печати) (соавтр.: Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., Кретова И.Г., Виноградова Л.Н., Бабичев A.B., Пономарева Л.А., Шешунов И.В., Гильмияров Э.М.)
27. Оценка этиологической значимости химических компонентов фона техногенного загрязнения в формировании перинатальной патологии //Медицина труда и промышленная экология (в печати) (соавтр.: Шешунов И.В., Гергель Н.И., Бабичев A.B., Баишева Г.М., Симак C.B.)
28. Сельскохозяйственная радиобиология с основами радиоэкологии. Самара-Москва, 1998, кн., 250 с. (соавтр.: Симак C.B., Серых М.М.)
Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Самыкина, Лидия Николаевна, Самара
¡ .'респдиум В, I с сии I fí Pi 99 jf/зг
- с' 1 ~ ' " .70 CT-
самарским государственный медицинским университет
На правах рукописи
самыкина лидия николаевна
удк 577.41/46 + 577.48
биогенные и абиогенные ксенобиотики: механизм и эффективность влияния на биологические объекты разного уровня организации 03.00.04 - биохимия
Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук
Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ член-корр. РАЕН, доктор медицинских наук, профессор
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
1.1. Природные и техногенные источники неорганических биоцидов и их биоаккумуляция в системах биогеоценозов 12
1.2. Биоразрушающее действие органических биоцидов 20
1.3. Химизация организма биогенными и чужеродными пищевыми добавками - риск нарушения здоровья 27
1.4. Обезвреживание и токсификация ксенобиотиков в организме человека: характеристика путей биотрансформации 33 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
2.1. Методы изучения влияния отдельных ксенобиотиков на жизнедеятельность растительного организма 48
2.1.1. Объект исследования 48
2.1.2. Методы исследований 49
2.2. Методы изучения влияния б-, р- и (!-элементов на активность Ферментов 51
2.2.1. Выделение и очистка малатдегидрогеназы из скелетных мышц норок 51
2.2.2. Постановка экспериментов 55
2.3. Характеристика свойств и методы изучения препарата Натурсил 56
2.3.1. Характеристика расторопши пятнистой 5 6
2.3.2. Характеристика препарата Натурсил: физико-химические параметры и состав 58
2.3.3. Изучение жирнокислотного состава 59
2.3.4. Оценка токсичности препарата Натурсил 60
2.4. Статистические методы исследования 63
ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКАЯ АГРЕССИЯ КАК ФАКТОР АКТИВНОГО ВТОРЖЕНИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРОЦЕССЫ: ВЛИЯНИЕ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ОБЪЕКТОВ РАЗНОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ 64
3.1. Состояние метаболических процессов в хвое сосны обыкновенной при антропогенном загрязнении 64
3.2. Влияние биогенных и чужеродных соединений - факторов неблагополучного экологического фона на биосистемы хвои 72
3.2.1. Физико-химические параметры гомеостаза при техногенном загрязнении 72
3.2.2. Влияние токсикантов на активность полифенол-оксидазы, НАДН- и НАДФН-оксидаз 83
3.3. Влияние органических и неорганических токсикантов на окси-дазные и оксигеназные процессы в расторопше пятнистой 93
3.4. Влияние отдельных экотоксикантов на структурно-функциональные параметры эритроцитов 98 ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ПАРАМЕТАБОЛИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ЭЛЕМЕНТОВ S-, D- И Р-РЯДА В УСЛОВИЯХ ПОЛИФЕРМЕНТНОЙ СИСТЕМЫ И НА ИЗОЛИРОВАННОМ КАТАЛИТИЧЕСКОМ БЕЛКЕ 106
4.1. Характеристика модифицирующего действия s-элементов
на молекулярный объект 109
4.2. Характеристика модифицирующего действия d-элементов
на молекулярный объект 115
4.3. Характеристика модифицирующего действия р-элементов
на молекулярный объект 122
4.4. Опосредованное влияние различных химических элементов
на функцию ферментного белка 126
ГЛАВА 5. СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОНЕНТОВ ЭКОПРОТЕКТОРА БИОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ 134
5.1. Физико-химические параметры гидрофобной фракции
плодов расторопши 134
5.2. Химический состав Натурсила 142
5.3. Оценка эффективности и характера действия природной композиции биологически активных веществ Натурсила на организм животных и человека 145
5.3.1. Гематологические, биохимические, электрофизиологические показатели у крыс в условиях хронического эксперимента
при введении Натурсила 145
5.3.2. Оценка результатов длительного введения Натурсила крысам по состоянию внутренних органов 159
5.3.2.1. Макроскопическое исследование 15 9
5.3.2.2. Микроскопическое исследование 161
5.3.3. Гематологические, биохимические, электрофизиологические показатели у собак в условиях хронического эксперимента при введении Натурсила 164
5.3.4. Оценка результатов длительного введения Натурсила собакам по состоянию внутренних органов 169
5.3.4.1. Макроскопическое исследование 169
5.3.4.2. Микроскопическое исследование 171
5.3.5. Оценка репаративной эффективности Натурсила в условиях эксперимента 173
5.3.6. Клиническое изучение противоязвенного действия Натурсила 175
ГЛАВА 6. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - ПРИЧИНА ТОТАЛЬНОГО ХЕМОМОДУЛИРУЮЩЕГО
ДЕЙСТВИЯ НА БИОСИСТЕМЫ (ЗАКЛЮЧЕНИЕ) 180
ВЫВОДЫ 204
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 206
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 207
ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Современный этап развития биологических наук характеризуется осмыслением результатов достаточно длительного периода существования биогеоценозов, примечательной особенностью которого является тотальная химизация во всех сферах жизни. Она включает производственную деятельность и сопряженное с этим антропогенное загрязнение жизненного пространства (Кожин A.A., Закруткин В.Е., 1997; Лебедев Г.П., Филиппов В.П., 1997). Платой за технический прогресс, в основе которого лежит стремление в предельно сжатые сроки получить максимальную выгоду для обеспечения благополучия и жизненного комфорта, является насыщение почв, вод, воздушного бассейна биоцидами, разнородными экотоксикантами, а также биогенными веществами в необычных для всего живого чрезвычайно высоких концентрациях (Любчен-ко П.Н., 1996; Литвинов H.H., 1996, 1997; Гоженко А.И. с соавт., 1997). Следствием включения агрессивных химически активных соединений в состав растительных и животных организмов, депонирования их в почвах, по сути объединяющих биогеоценозы, является трансформация характера форм жизни, ее качества и продолжительности (Воробьева А.И., 1990; Дуева Л.А., Мизерницкий Ю.Л., 1997; Сулейманов P.A., 1997; Шарафут-динова Н.Х., 1997). Нагрузка химическими соединениями внесла свои кор-"рективы в эволюционный естественно - исторический процесс развития различных биологических популяций. Это прослеживается на всех уровнях биологической иерархии (Никитин Е.Д., Турусов Э.В., 1993). Поступление в организм чужеродных соединений - токсификация служит не только фактором повреждения индивида, его дестабилизации. За счет распространения по пищевым цепям, биоаккумуляции происходит резкое изменение биосферы (Измеров Н.Ф., 1997; Леменовский Д.А., 1997; Сотников В.П., 1997). Вымирание отдельных видов животных, хронизация процессов, ши-
рокое распространение онкопатологии, аллергических состояний, врожденных аномалий развития - результат техногенного - физического и химического - загрязнения среды проживания (Тюрюканов А.Н., Федоров В.М., 1996). Естественный, запрограммированный природой процесс развития, характеризующийся определенными временными параметрами, приобрел революционный характер с присущими ему кризисными ситуациями, квалифицированный В.И.Вернадским как кризис биосферы (1965). Ксенобиотики в живых биосистемах, являясь инициаторами неферментативных превращений, вызывают каскад повреждений, включают факторы вторичного нарушения гомеостаза, в частности активацию свободно-радикальных процессов, которые обуславливают преобладание деструктивных процессов над анаболическими. Проявлением этого являются гено-токсические эффекты, мутагенное, канцерогенное, мембранодестабилизи-рующее действие.
В связи с этим актуальным является выяснение механизмов параме-таболического действия, обусловленного химической активностью различных ксенобиотиков и биогенных элементов в концентрации, соответствующих фону техногенного загрязнения, на молекулярные, клеточные объекты, биосистемы растительного и животного организма.
ЦЕЛЬ настоящего исследования заключается в изучении молекулярных механизмов действия биогенных и абиогенных ксенобиотиков на биологические объекты разного уровня организации для выбора средства защиты от повреждающего действия экотоксикантов.
ЗАДАЧИ:
1. Провести тестирование устойчивости различных биообъектов к действию наиболее распространенных экотоксикантов.
2. Изучить характер повреждающего действия ряда органических и неорганических токсикантов на биосистемы организма человека и животных разного уровня структурной организации.
3. Дать сравнительную оценку метаболических эффектов в растительных объектах при действии агрессивных химических факторов.
4. Изучить физико-химические параметры, химический состав Бйу-Ьит тапапит. Обосновать перспективу применения природных композиций из этого источника в качестве средства защиты от повреждающего действия экотоксикантов.
5. Выяснить характер влияния Натурсила на организм животных и человека с оценкой метаболических, морфологических, токсикологических аспектов действия.
6. Обобщить результаты исследований и выявить характерные особенности хемомодулирующего действия экотоксикантов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые осуществлено изучение широкого спектра химических элементов б-, (1- и р-семейств на каталитическое действие дегидрогеназ в полиферментной полисубстратной системе, а также на препарат гомогенного фермента. Найдены хронозависимые эффекты ингибирующего действия элементов Б-семейства. Выявлена специфика действия ё-элементов с высоким аффинитетом к малатдегидрогеназе из скелетных мышц норок. Установлено, что элементы (¿-семейства - никель и медь, широко использующиеся в химической промышленности региона, характеризуются выраженным угнетающим действием на дегидрогеназ-ную активность. В условиях полиферментной, полисубстратной системы токсические действия компонентов промышленных выбросов менее выражены. Новыми являются сведения о гашении прямого химического действия токсикантов на ферментный белок в многокомпонентной модельной системе. Установлено, что пятиокись ванадия и фенол, постоянные составляющие фона техногенного загрязнения с прочной корреляционной связью с заболеваемостью системы пищеварения и болезнями крови, оказывают повреждающее действие на биоструктуры. Механизм действия состоит в
деструкции мембран, активации свободно-радикального окисления, что расценивается нами как первичное неферментативное прямое повреждающее действие с последующим включением параметаболических и ферментативных процессов. Получены новые сведения о перестройке в метаболизме сосны обыкновенной под влиянием загрязнителей химических производств. Установлен новый факт резистентности Silybum marianum к действию экотоксикантов. Обоснована впервые возможность применения гидрофобной фракции плодов расторопши в качестве экопротектора с мем-браностабилизирующим действием.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Результаты проведенных исследований являются основанием для применения в качестве биологических тест-систем в практике определения токсичности различных соединений и использование индивидуальных белков гомогенатов тканей растений и животных в условиях in vitro. Целесообразно в зоне максимального техногенного напряжения избегать посадок сосны обыкновенной в связи с установленным усилением прооксидантных процессов под воздействием экотоксикантов.
Медико-биологические исследования свойств, химического состава, а также влияния экотоксикантов на обменные процессы расторопши служат основанием для рекомендации препаратов из Silybum marianum для защиты населения экологически неблагополучных регионов от повреждающего действия токсикантов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
1. Из широкого спектра химических соединений, представленных в составе фона техногенного загрязнения в Самарской области, отобраны вещества, для которых установлена прочная корреляционная связь с заболеваемостью в целом и определенными ее нозологическими формами.
2. Тестирование резистентности различных объектов к дестабилизирующему действию токсикантов служит методологией для раскрытия специфики метаболизма отдельных видов в условиях химической агрессии и средством отбора тех объектов, которые являются носителями новых свойств, обеспечивающих собственную жизнеспособность и выносливость носителя этих свойств, для защиты других организмов в качестве экопро-тектора.
3. Параметаболические процессы в биосистемах являются следствием непосредственного взаимодействия экотоксикантов с биомолекулами и структурами. Они раскрывают механизм патохимических изменений, индуцированных экотоксикантами в различных представителях биогеоценоза.
4. Потенциал действия различных неорганических и органических веществ реализуется в биосистемах за счет наложения физико-химических свойств реагентов на свойства молекул, структур тканей, в частности обуславливая синергизм или антагонизм в действии неорганических катализаторов с ферментами.
5. Молекулярные механизмы хемомодулирующего действия экотоксикантов, наиболее широко представленных в Самарской области, для которых установлена прочная корреляционная связь с заболеваемостью.
АПРОБОЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были представлены на XIV областной научно-практической врачебной конференции по вопросам курортного лечения (Куйбышев, 1988); на научно- технической конференции молодых ученых и специалистов (Самара, 1992);на конференции « Биоповреждения в промышленности» (Пенза, 1994); на научно-технической конференции «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля» (Пенза, 1996, 1998); на международной научно-практической конференции «Проблемы охраны окружающей среды
от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» (Пенза, 1997); на международной научно- практической конференции « Питьевая и сточная вода: проблемы очистки и использования» (Пенза, 1997); на III Международном симпозиуме «Биологически активные добавки- нутрицевтики и их использование с профилактической и лечебной целью при наиболее распространенных заболеваниях» (Тюмень, 1997); на 2-ом Международном конгрессе по интегративной медицине «Синтез медицина Восток-Запад и современных технологий- путь в XXI в.» (Кипр, 1998); на международном конгрессе по иммунореабилита-ции (Сочи, 1998); на Международном Симпозиуме "Лабораторная диагностика и лекарственная терапия" в рамках "Национальных дней лабораторной медицины России" (Москва, 1998); на межкафедральном совещании кафедры биологической и клинической химии и общей химии совместно с Самарским отделением биохимического и нейрохимического обществ (Самара, 1998).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 22 работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной материалам и методам исследования, трех глав собственных данных, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 245 страницах машинописного текста, иллюстрирована 43 рисунками, содержит 41 таблицу. В работе цитировано 389 источников, их них 179 отечественных и 210 зарубежных авторов.
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Природные и техногенные источники неогранических биоцидов и их биоаккумуляция в системах биогеоценозов
В настоящее время экономическое благополучие, достигнутое обществом, его процветание базируется на фундаментальном внедрении современных технологий, тотальной химизации всех сфер жизни. Цена за такой процесс достаточно высока. Это сопряжено с поступлением в жизненное пространство ядовитых веществ, токсикантов, которые сам человек неосмотрительно включает в круговорот природы (Алексеев Ю.В., 1987; Бондарчук В.К., Слободян В.А., 1987; Криницын Н.В. с соавт., 1997). Биологически активные вещества, содержащиеся в полезных ископаемых, в ядовитых растениях и медикаментах, не являются токсикантами среды до тех пор, пока не привносятся обратно в качестве пестицидов и других разнообразных устойчивых остаточных соединений, поступающих из заводских труб, выхлопов автотранспорта и промышленных сточных вод в биологический круговорот. Продвигаясь вверх по пищевым цепям они превращаются в биоциды. Известен очевидный ущерб от ядовитых соединений в связи с острыми и хроническими отравлениями токсикантами, служащими причиной вымирания отдельных видов на Земле (Prinziger О., Рппгщег О., 1980). Существует также опасность субвоздействия малых количеств инсектицидов, других экотоксикантов, содержащихся в пище и обуславливающих ее микротоксичность. Во всех звеньях живой природы, образующих пищевые цепи, исподволь при постоянном употреблении такой пищи без явных признаков отравления наступают глубокие, часто необратимые нарушения. Коварство и серьезность ситуации состоит не только в том, что химическая агрессия охватывает все биогеоценозы за счет многообразия
их взаимосвязей, но и в отсутствии сиюминутных видимых последствий, в наличие эффекта накопления негативного потенциала, его биотрансформации и усиления во времени и в пространстве.
В реальных условиях настоящий вопрос о физическом и психическом благополучии человека, фауны и флоры приобретает драматическую окраску и решается в плоскости опасности смертельного отравления химией уже в ближайшем будущем или в
-
Самыкина, Лидия Николаевна
-
доктора биологических наук
-
Самара, 1998
-
ВАК 03.00.04
- Особенности азотфиксации в псевдоклубеньках у растений пшеницы
- Фармакотоксикологическая оценка экстремофильных дрожжей Yarrowia lipolytica и их использование в качестве средства доставки факторов роста
- ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ИЗВЕСТКОВЫХ МЕЛИОРАНТОВ И МИГРАЦИИ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ АГРОЛАНДШАФТОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ
- Закономерности трансформации почвенно-растительной системы при длительном выращивании растений в регулируемых условиях
- Влияние хитозана, гуминовых и фульвиновых кислот на фитотоксичность абиогенных металлов на ранних стадиях онтогенеза льна-долгунца и гречихи
