Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности физиологических реакций организма животных при воздействии изосорбид-5-нитрата

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Шальнова, Вера Александровна, Нижний Новгород

Министерство здравоохранения РФ Нижегородский НИИ гигиены и профпатологии

На правах рукописи

ШАЛЬНОВА ВЕРА АЛЕКСАНДРОВНА

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИЗОСОРБИД-5-НИТРАТА

03.00.13 - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор Н.А.Добротина

кандидат медицинских наук

Т.В.Осипова

Нижний Новгород, 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение......................................................................................................................................5

Глава 1. Особенности физиологических реакций организма

при воздействии нитратов ..........................................................11

1.1. Особенности биологического действия нитратов..........................11

1.2. Общие механизмы фармакологического эффекта

органических нитратов............................................................................................18

1.3. Влияние нитратов на иммунологическую реактивность

организма. Основные подходы изучения иммунотропности

химических соединений.................ЗДДОфЗДлйv................25

Глава П. Программа, методы и объем исследований........................32

2.1. Условия эксперимента................................................................................................32

2.2. Обоснование методов изучения общего физиологического действия IS5N....................................................................................................................34

2.3. Обоснование методов изучения специфического

действия IS5N................................................................................................................39

2.4. Обоснование методов оценки иммунотропности IS5N................43

Глава Ш. Характеристика влияния изосорбид-5-нитрата на

основные физиологические системы организма — 52

3.1. Изучение биологического действия IS5N в острых опытах ... 52

3.2. Исследование биологического действия IS5N в повторных

опытах. Определение коэффициента кумуляции................................54

3.3. Определение порогов однократного ингаляционного

действия IS5N......................................................................................................................59

3.4. Изучение биологического действия IS5N при хроническом ингаляционном воздействии..................................................................................62

3.5. Оценка местно-раздражающего, кожно-резорбтивного и

сенсибилизирующего действия IS5N............................................................72

Глава 1У. Характеристика специфического действия

изосорбид-5-нитрата................................................................................11

4.1. Исследование кардиотропного действия IS5N................................77

4.2. Анализ гонадотропного, эмбриотропного и тератогенного

действия IS5N..................................................................................................................82

4.3. Изучение мутагенного действия IS5N........................................................87

4.4. Оценка иммунотропных свойств IS5N......................................................88

Глава У»Обеуждение результатов исследований....................................100

5.1. Физиологическая характеристика действия IS5N на организм экспериментальных животных............................................................................100

5.2. Научное обоснование предельно допустимой концентрации

IS5N в воздухе рабочей зоны..................................................................................112

5.3. Обоснование экспериментальной модели оценки иммунотропности химических соединений..............................................122

ВЫВОДЫ..........................................................................................................................................130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................................132

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................................................155

Перечень условных обозначений.

AJIT - аланинаминотрансфераза АОА/АОЗ - антиоксидантная активность/ защита ACT - аспартатаминотрансфераза АОК - антителообразующие клетки в/ж - внутрижелудочно в/бр - внутрибрюшинно

ГЗТ - гиперчувствительность замедленного типа IS5N - изосорбид-5-нитрат ЛДГ - лактатдегидрогеназа МСТД - максимальная суточная терапевтическая доза

МДА - малоновый диальдегид MetHb - метгемоглобин МОГС - монооксигеназная система НЬСЬ - оксигемоглобин ПОЛ - перекисное окисление липидов ПВК - пировиноградная кислота ПДК - предельно допустимая концентрация Lim - пороговый уровень воздействия РДР - реакция двойного розеткообразования РСАЛ - реакция специфической агломерации лейкоцитов ал-РОК - реакция специфического розеткообразования РОК - розеткообразующие клетки SfHb - сульфгемоглобин ССС - сердечно-сосудистая система DL50 - средиесмертельная доза CLso - среднесмертельная концентрация СПП - суммационный пороговый показатель ХЛ - хемилюминесценция цАМФ - циклический аденозинмонофосфат цГМФ - циклический гуанозинмонофосфат ЧСС - частота сердечных сокращений ЭКГ - электрокардиограмма

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

В настоящее время при анализе действия факторов окружающей среды на организм человека и животных наиболее распространенным является принцип системности реагирования организма, основанный на установлении преобладающего действия биотиков и ксенобиотиков на ту или иную физиологическую систему (нервную, сердечно-сосудистую, дыхательную и др.). Однако при этом не всегда учитывается их комплексный характер действия и значение общих неспецифических биохимических реакций, обусловливающих напряжение защитных механизмов организма в целом. Гомеостатические механизмы поддержания внутреннего и внешнего равновесия чрезвычайно многообразны и представлены на самых различных уровнях регуляции от молекулярного до организменного и популяционного. Поэтому, вмешиваясь в молекулярные механизмы функционирования биохимических систем (рецепторов, ферментов, биомембран), химические агенты способны изменять нормальные процессы клеточного и тканевого гомеостаза, что и приводит к функциональным сдвигам на высших уровнях регулирования гомеостаза и, как следствие, функциональным изменениям сопряженных физиологических систем организма.

Химические вещества, как возмущающие факторы внешней среды, попадая в организм, приходят в соприкосновение с естественными гомеостатическими механизмами детоксикации, преодоление которых становится вероятным, если количество и скорость поступления вещества превышают защитные возможности организма. В связи с этим, представляется важным поиск минимальных доз воздействия, способных

привести к напряжению общих физиологических реакций, их истощению и срыву (31, 162).

Одной из ведущих систем поддержания целостности и стабильности гомеостаза является иммунная система. Рассматривая иммунологические реакции как особую категорию механизмов защиты, подчиняющуюся основным физиологическим закономерностям, можно говорить о воздействии биотиков и ксенобиотиков как комплексном процессе, в который вовлекаются не только нервная и эндокринная, но и иммунная системы (71). Исследованию иммунотропного эффекта химических веществ в последние годы уделяется особо пристальное внимание (65, 140, 161, 199, 204, 222). Следует подчеркнуть, что не созданы основополагающие подходы к комплексной оценке иммунотропных свойств химических соединений с учетом путей поступления, сроков и уровней воздействия. Не изучена взаимосвязь иммунологических показателей полученных in vitro и in vivo. Обоснованию подходов к оценке иммунотропности химических соединений посвящен один из разделов данной работы.

К числу биологически активных соединений, способных вызывать изменения гомеостаза организма, относится изосорбид-5-нитрат (IS5N). IS5N представляет группу органических нитратов и может использоваться в качестве действующего начала нового кардиотропного антиангинального средства. В силу особенностей применения нитратов в кардиологии действие их на сердечно-сосудистую систему достаточно хорошо изучено (77,86,103,109,151,167,202,216,231). Однако в литературе имеются немногочисленные сведения о действии нитроэфиров на нервную систему, гематологические показатели, иммунный статус и репродуктивную функцию (23,24,48,137,210,213,236). В отечественной и зарубежной литературе нет полных данных о характере биологического действия и особенностях физиологических реакций организма при воздействии IS5N.

Безопасные физиологические дозы при различных путях поступления IS5N не установлены.

Внедрение новых лекарственных препаратов в массовое производство обязательно предусматривает разработку мероприятий, направленных на предотвращение опасности возникновения заболеваний у работающих и обеспечение надежности и безвредности производственного процесса с учетом всего комплекса их биологического действия на организм, что также является одной из задач физиологии как науки по созданию основ для научной организации труда (181). Опытное производство этого вещества осуществляется в рамках программы конверсии на НПО «Кристалл» г. Дзержинск с целью развития приоритетных направлений отечественной фармакологии. Все вышесказанное подчеркивает актуальность и значимость проведенных исследований.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение особенностей физиологических реакций организма экспериментальных животных при воздействии изосорбид-5-нитрата с разработкой экспериментальной модели оценки иммунотропных свойств химических соединений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить основные структурно-функциональные и биохимические механизмы физиологической адаптации организма экспериментальных животных в зависимости от уровня и длительности воздействия IS5N;

2. Дать оценку состояния процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной системы защиты (АОЗ) как показателей внутриклеточного гомеостаза организма при воздействии IS5N;

3. Исследовать функциональное состояние основных органов и систем экспериментальных животных (центральной нервной системы, сердечно-сосудистой, иммунной систем, печени, почек, периферической крови) при различных дозах и путях поступления вещества;

4. Изучить влияние IS5N на репродуктивную функцию крыс-самок, развитие плода и состояние основных физиологических систем потомства Fi в отдаленные сроки ;

5. Провести сравнительный анализ иммуномодулирующего действия IS5N на различных биологических моделях in vitro и in vivo;

6. Установить особенности и пределы физиологических приспособительных реакций организма и обосновать безопасный, физиологический уровень ингаляционного воздействия IS5N (ПДКр.3.).

Научная новизна. В работе представлены новые данные об особенностях биологической активности органических нитратов на примере IS5N . Показана дозозависимая эффективность действия препарата на основные физиологические и биохимические реакции организма экспериментальных животных. Впервые дана оценка состояния процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы защиты, как одних из ведущих факторов поддержания гомеостаза, что позволило подойти к установлению пределов физиологических адаптационных возможностей организма при воздействии IS5N. Впервые изучено влияние ISN5 на иммунную систему, функцию женских половых желез, эмбриональное и постнатальное развитие потомства. Выявлено избирательное действие вещества на репродуктивную функцию экспериментальных животных и установлен однонаправленный характер

действия малых концентраций IS5N на взрослый организм и его потомство.

Практическая значимость. Полученные в ходе исследований данные о состоянии основных физиологических систем и гомеостатических реакций организма позволили обосновать безопасный уровень воздействия IS5N (ПДКр.3.) в условиях производства. Утвержденный гигиенический норматив использован при составлении ТУ при проектировании производства IS5N, а также для проведения санитарного контроля на предприятиях получения и применения вещества, что обеспечит безвредность производственного процесса, приведет к улучшению условий труда и снижению заболеваемости.Предложенная экспериментальная модель и комплекс иммунологических методов использованы при изучении иммунотропности ряда химических соединений (органических нитратов, акрилатов, изоцианатов).

Полученные материалы использованы при составлении нормативно-методических документов: "Материалы к обоснованию ПДК изосорбид-5-нитрата в воздухе рабочей зоны" - величина ПДК утверждена и опубликована в Дополнении № 11 к перечню ПДК № 46117^88 (№16); методических рекомендаций "Оценка иммунотоксичност/и химических соединений в эксперименте".

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседании секции "Промышленная токсикология"при Проблемной комиссии "Научные основы медицины труда и профпатологии" (Москва, декабрь 1994), на заседании Научной сессии РАМН "Химия и здоровье. Механизмы токсического действия веществ, загрязняющих окружающую среду" (Москва, июнь 1994), на Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы теоретической и практической токсикологии" (Санкт-Петербург, 1995), на Международном симпозиуме "Профессиональная астма и аллергия" (Архангельск, 1997).

Апробация работы проведена на Ученом совете Нижегородского НИИ гигиены и профпатологии МЗ РФ (19.12.96).

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Изосорбид-5-нитрат - химическое соединение, влияющее на

функциональную активность различных физиологических систем организма (ЦНС, ССС, иммунной, кровь) и обладающее специфическим действием на функции гонад и эмбриональное развитие потомства. Характер и выраженность этих эффектов зависят от способа, интенсивности и длительности воздействия.

2. Особенности механизма действия изосорбид-5-нитрата на физиологические процессы в организме экспериментальных животных обусловлены влиянием препарата на окислительно-восстановительные реакции, в том числе его взаимодействием с сульфгидрильными группами клеточных мембран, состоянием антиоксидантной системы защиты и процессами перекисного окисления липидов.

3. Показан дозозависимый эффект иммуномодулирующего действия изосорбид-5-нитрат на моделях in vitro и in vivo . Разработанная экспериментальная модель изучения иммунотропных свойств химических соединений является инструментом адекватной оценки состояния иммунного гомеостаза организма экспериментальных животных.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИТРАТОВ

1.1. Особенности биологического действия нитратов

Изосорбид-5-нитрат (IS5N) -1,4; 3,6 -диагидро-Д-сорбид-5-нитрат -лекарственный препарат , применяемый в качестве самостоятельного антиан-гинального средства в кардиологии. Молекулярная формула СбНЮбЫ. Структурная формула:

Молекулярная масса 191.

IS5N представляет собой белое кристаллическое вещество с разной формой кристаллов. Температура плавления 90° С, [а] - 175.

IS5N хорошо растворим в воде, ацетоне, спирте, хлороформе. Плохо растворяется в четыреххлористом углероде.

Основной алгоритм процесса получения IS5N : сорбит-^^изосорбид

Н, О - N0

Н

Н

(СНзСО)гО

V

изосорбид-

-2-ацетат.

(IS2A)

ШОз

изосорбид-2-ацетат-5-нитрат (IS2A5N) [ОН]

V

из о сор бид-5-нитр ат (IS5N)

По своему химическому строению 185Ы относится к группе органических нитратов.

Органические нитраты широко используются в химической и оборонной промышленностях , сельском хозяйстве , медицине , фармакологии.

Обширный спектр применения органических нитратов обусловлен особенностями их физико-химических свойств , которые зависят от наличия реакционно-способной нитратной группировки , органического радикала и типа химических связей между ними.

Согласно существующим представлениям азотная кислота находится в двух изомерных формах. От одной из них производятся эфиры О

Разница между этими формами заключается в том , что в эфире радикальная группа соединена с азотом посредством атома кислорода , а в типичных солях азотной кислоты на положительно заряженный ион металла или другого радикала действует отрицательный заряд нитрогруппы в целом (108).

Первый тип химического строения характерен для органических нитратов , второй - для неорганических нитратов.

Рассмотренные выше особенности строения молекулы органических и неорганических нитратов обусловливают некоторое различие в характере биологического действия этих соединений на организм человека и животных.

Основное токсическое действие нитратов связано с наличием нитратного иона и его способностью вступать в окислительные реакции через нитриты , и последующее образование азота.

Нитратная группа органических соединений в силу физико-химического строения эфиров легче отщепляется от своего основного радикала и , следовательно , быстрее вступает в химические реакции. Это и является одной из причин их более выраженного вредного действия на биологические объекты по сравнению с неорганическими нитратами .

N - О - Я

а от другой - соли

1" N0 I Я

1

О

Биологическое действие органических нитратов изучено и представлено в литературе довольно скудно. Основная масса исследований посвящена анализу влияния нитратов на серде�