Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Защитно-компенсаторные реакции организма теплокровных животных на воздействие отходов металлургического производства

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Защитно-компенсаторные реакции организма теплокровных животных на воздействие отходов металлургического производства"

2 А

<-■ < ¡.¡Ы

На правах рукописи

Кагаченок Нина Николаевна

ЗАЩИТНО-КОМПЕНСАТОРНЫЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА ТЕПЛОКРОВНЫХ ЖИВОТНЫХ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Челябинск - 1997

Работа выполнена на кафедре анатомии, физиологии и валеологии Челябинского государственного педагогического университета.

Научный руководитель : член-корреспондент МАИ,заел уженный деятель науки Российской Федерации, доктор биологических наук, профессор Н.А.Фомин

Официальные оппоненты: - академик Международной академии экологии и безопасности, доктор биологических наук, профессор Кузнецов А.П. - кандидат биологических наук, доцент кафедры биомеханики УралГАФК Дятлов Д.А.

Ведущая организация: Всероссийский НИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии (Уральский филиал).

Защита состоится П рр- ^_1997г. в

_ч. на заседании диссертационного совета К 113.13.04. по

присуждению ученой степени кандидата биологических наук в Челябинском государственном педагогическом университете, 454080, Челябинск, пр.Ленина,69, ауд.116.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан " " _

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Шибкова Д.З.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Загрязнение атмосферы и почвы токсичными промышленными выбросами создает проблему приспособления человека к жизни на планете, отравленной отходами производственной деятельности предшествующих поколений.

Компенсаторные механизмы человека вероятно позволят человечеству , как виду, продолжать биологическое существование в весьма неблагоприятных условиях, однако, уже сегодня необходимо знать цену такой компенсации, меру ее обратимости и резервы для того, чтобы предусмотреть все возможные превентивные меры, определить их первоочередность и оценить эффективность.

Определение количественного значения уровня перехода фазы физиологической адаптации в фазу компенсированного патологического процесса, выделяется как одна из актуальных проблем физиологии, важных для выявления ранней патологии и обоснования гигиенических стандартов (И.В.Саноцкий,1980).

Остается нерешенной проблема использования колебаний адаптационного процесса для количественного определения порога вредного действия токсического вещества, поскольку такой путь приводит к "многомерности пространства, многотраекторности поиска и многовариантности решения" (А.М.Сердюк, В.И.Сватков, 1995).

Е.В.Гублер (1978,1990) предложил модель системы аварийного регулирования функций организма в виде многомерного пространства, на осях координат которого откладывают значение различных параметров,

Этот метод с успехом применялся Е.В.Гублером, в частности, для оценки состояния детей, получивших ожоги. Однако, в качестве критерия напряженности компенсаторных механизмов при воздействии полиметаллических смесей эту модель, согласно современным литературным источникам, не использовали.

Количество полиметаллических отходов металлургического производства, выбрасываемых ежегодно только в атмосферу Челябинской области, может достигать 2 млн.тонн. Города Челябинск, Магнитогорск, Карабаш, Златоуст отнесены к зонам экологического бедствия по заболеваемости населения. Концентрация пыли производства феррохрома в цехах ЧЭМК может достигать 0,3 г/мЗ. Среди ферросплавщиков ЧЭМК выявляется 7-8

профзаболеваний в год. У рабочих ММК в 1986-93гг. зарегистрировано 683 случая профзаболеваний, из них - 270 -пылевой этиологии.

Полиметаллические отходы имеют чрезвычайно сложный состав, меняющийся в зависимости от конкретных условий производства. В отличие от органических загрязнителей, отходы металлургического производства не подвергаются деструкции и, проходя по пищевым цепям биоценозов, поражают важнейшие жизнеобеспечивающие системы живых существ на протяжении длительного времени.

Возникает противоречие между необходимостью гигиенического регламентирования большого количества разнообразных, потенциально опасных отходов, разработки оздоровительно- профилактических мероприятий для рабочих и населения и отсутствием единого методического подхода к исследованию вредного действия металлургических отходов, которое может быть разрешено на пути изучения динамики показателей защитно-компенсаторных сдвигов в организме теплокровных животных при поступлении в организм полиметаллических смесей.

Изучение действия компенсаторных механизмов теплокровных животных при поступлении в организм повышенных концентраций многих соединений металлов одновременно является актуальной задачей, решение которой дает основание для разработки мер профилактики опасного для здоровья политропного действия промышленных выбросов.

Актуальность проблемы возрастает в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и ухудшением здоровья населения, диктующими необходимость физиологического обоснования критериев, определяющих начало состояния декомпенсации функций организма при поступлении токсичных веществ.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучить динамику показателей защитно-компесаторных сдвигов физиологических функций у теплокровных животных при действии сложных полиметаллических смесей для интегральной оценки состояния организма и разработки критериев развития процесса интоксикации, которые в перспективе можно было бы

использовать для прогнозирования вредного действия отходов металлургического производства на человека.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Выявить закономерности течения процессов компенсации токсического воздействия полиметаллических смесей на организм теплокровных животных.

2. Проследить за динамикой изменения показателей компенсации в зависимости от дозы введенного вещества при разных путях и режимах поступления в организм животных.

3. Учитывая политропность действия полиметаллических отходов, выявить группу независимых неспецифических показателей, характеризующих течение основных компенсационных и декомпенсационных реакций организма при введение полиметаллических смесей и пригодных для многократной атравматичной регистрации.

4. Обосновать приемлемость разработанных методов исследования многокомпонентных отходов на организм теплокровных животных.

Научная новизна исследования заключается в экспериментальной разработке метода интегральной оценки состояния процессов компенсации агрессивного воздействия полиметаллических смесей; в обосновании метода

прогнозирования способности полиметаллических смесей стимулировать адаптационные процессы по параметрам острой токсичности (метод подтвержден авторским свидетельством на изобретение).

Практическая значимость исследования заключается в обосновании ПДК р.з. 7 видов отходов ферросплавного производства и разработке метода прогнозирования токсикометрических параметров, необходимых для обоснования ПДК р.з. металлургических отходов, подтвержденных актом о внедрении.

Достоверность результатов исследования обеспечивается корректной методикой, основанной на нормативных требованиях к постановке физиологического эксперимента, репрезентативной

выборкой, современным математическим аппаратом и теоретической базой физиологической науки.

На защиту выносятся следующие положения:

- обоснование критериев интегральной оценки напряженности компенсационных реакций организма в виде "суммарного отклонения " (СО) и "суммарного приращения" (СП) унифицированных показателей защитно-компенсаторных реакций организма на агрессивное воздействие полиметаллических смесей от физиологической компенсации до препатологического состояния, которое может быть определено по точке перегиба кривой, отражающей зависимость СО и СП от введенной дозы.

- прогнозирование способности полиметаллических отходов металлургического производства стимулировать защитно-компенсаторные реакции теплокровных животных

- зависимость параметров компенсаторных сдвигов от кумулятивных эффектов воздействия пороговых доз раздражителя.

Структура диссертации: диссертационная работа включает всебя следующие главы: введение, обзор литературы, изложение методики исследования, результаты экспериментов и их обсуждение, заключение, выводы, библиографический указатель (228 источников, из них 42 - зарубежных).

Работа иллюстрирована 32 таблицами, 25 рисунками.

Экспериментальная часть работы выполнена на 2900 взрослых самках крыс Вистар питомника "Столбовая" АМН РФ.

Ключевые понятия

ЛД50, ЛД16, ЛД84 - дозы, вызывающие гибель соответственно 50, 16 и 84% животных.

Кумуляция - материальная - накопление массы яда в организме; функциональная - накопление вызванных ядом измненией в организме.

Коэффициент кумуляции - отношение величины суммарной дозы при многократном введении к однократно введенной дозе, вызывающей тот же эффект

Унифицированный показатель - отношение относительного значения показателя к диапазону его колебаний, наблюдаемых в эксперименте.

Диурез-электропроводность - произведение количества мочи (мл) на ее электропроводность (1/ом . м)7 отражает интенсивность выведения электролитов почками.

Эффективная доза - количество вещества, при введении которого подопытным животным регистрируют статистически достоверные изменения физиологических показателей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературных источников рассмотрены теоретические и методологические подходы к изучению компенсаторных сдвигов в организме теплокровных животных и человека при действии промышленных ядов.

Установление порога вредного действия при однократном и хроническом поступлении яда в организм является одним из самых сложных методологических вопросов физиологии адаптации к химическим факторам. Неоднозначно само толкование понятий "вредное действие", "порог вредного действия". "Порог" определяют как диапазон минимально эффективных доз (М.А.Пинигин, Г.Н.Красовский, 1979), (И.В.Саноцкий, Г.Г. Авилов 1978), (М.И.Михеев с соавт. 1979).

При таком подходе невозможно определить естественную физиологическую реакцию адаптации на действие, не являющееся вредным. Оценка доз сводится к оценке вызываемых эффектов (Б.М.Штабский, 1979).

Пороговым называют и "донозологическое состояние" -совокупность регуляторных, метаболических, защитных и других реакций, определяющих переход от нормы к патологии, "когда еще нет конкретной патологии, но создаются условия для ее формирования" (И.В.Петрова с соавт. 1994).

Вероятно, наиболее приемлема трактовка порога, как состояние неудовлетворительной адаптации (А.Д.Фролова с соавт. 1983).

Насчитывают многие десятки конкретных показателей, по которым оценивают состояние животных. Многие вещества вызывают на клеточном и субклеточном уровнях ряд универсальных неспецифических биохимических изменений: угнетение дыхания и фосфорилирования в митохондриях, интенсификация перекисного окисления липидов и др. При действии металлов неспецифическое действие проявляется в изменении кислотно-щелочного равновесия - изменении pH мочи . Металлы могут образовывать биокомплексы, денатурируя различные ферменты, угнетать окислительно-восстановительные процессы в организме рабочих и подопытных животных вызывать у рабочих состояние метаболического алкалоза и респираторного ацидоза . У подопытных животных подавляются метаболические процессы, снижается масса тела, ингибируется дыхание митохондрий, нарушается поведение и память (Бандман A.A. и др. 1988, 1989).

Специфическое действие полиметаллических пылей выражается как компенсаторно-приспособительные процессы в носовой полости и глотке: воспалительно-дистрофические изменения слизистой, сопровождающиеся усилением миграции лейкоцитов и резорбтивной функции (В.Е.Остапкович, А.В.Брофман, 1982). У рабочих и жителей городов, подверженных влиянию выбросов ферросплавного производства, изменяется химический состав мочи, снижается количество одновалентных катионов (Е.С.Мамбеталин, А.В.Скальный,1992).

При изучении механизма действия смесей металлов наблюдали и антагонизм и потенцирование отдельных компонентов на разных уровнях воздействия (А.И.Бурханов, 1978, 1983), (В.Э.Зингер, 1987), (А.А.Лукашев с соавт., 1987), (СЛ.Балезин с соавт. 1983), (В.И.Давыдова с соавт., 1981, 1982), (М.А. Казимов, 1988). Поэтому учет действия отдельных компонентов сложных по составу полиметаллических смесей неоправдан. Их целесообразно изучать • по схеме , рекомендованной для композиций (П.А.Нагорный, 1984).

Экспериментальная часть работы была выполнена в три этапа:

1 этап. Исследование продуктов и отходов металлургического производства с целью выявления наиболее опасных для здоровья рабочих. Были определены ЛД50 внутрибрюшинно 54 образцов сплавов, пылей, возгонов, шлаков, шламов. Для изучения компенсаторных механизмов выбрали вещества, ЛД50 которых не превышала 1500 мг/кг (таблица 1):

№ 1 . Пыль, образующаяся при выплавке ФХ015, цех № 6 ЧЭМК. (Челябинский электрометаллургический комбинат).

№ 2 . Пыль, образующаяся при выплавке ФХ015, цех № 1 ЧЭМК.

№ 3. Пыль,образующаяся при выплавке ФХ003-010, цех № 8 ЧЭМК.

№ 4. Пыль, образующаяся при обжиге рудо-известковой смеси, применяющейся при выплавке ФХ003-010, цех № 8 ЧЭМК.

№ 5. Пыль, образующаяся при выплавке СК15, цех № 5 ЧЭМК.

N9 6. Шлак, образующийся при выплавке СК15, цех № 5 ЧЭМК.

№ 7. Шлак саморассыпающийся, образующийся при выплавке СК 15, цех № 5 ЧЭМК, окисленный прокаливанием при 600 град.С в муфельной печи.

Содержание названных отходов в воздухе на основных рабочих местах может достигать 300 мг/куб.м. При проплавлении шихты среднесменные концентрации пыли в воздухе достигают 48,1 ±10,7 мг/куб.м, а при выпуске металла и шлака - 102,7 ± 16,2 мг/кг. Содержание шестивалентного хрома в воздухе может достигать 2,1 мг/куб.м (ПДК р.з. - 0,01 мг/куб.м.)

2 этап. Исследование морфофункциональных изменений состояния организма животных при разных режимах и путях введения пылей и шлаков и динамики этих изменений в зависимости от дозы.

Определяли состояние нервных процессов (локомоторно-ориентировочная реакция - ЛОР); физико-химические свойства мочи; диурез (Д); электропроводность (Э); редокс-потенциал (РП); рН мочи (рН); миграцию лейкоцитов носовой полости (МЛ); и резорбтивную функцию (РФ) слизистой носовой полости. Для обнаружения системного структурного следа (Ф.З.Меерсон, 1986) регистрировали морфо-метрические параметры: массу тела (МТ) и органов, принимающих участие в реализации процесса адаптации к действию токсичных веществ: почек, печени, надпочечников, сердца, селезенки.

Исследовали действие отходов при внутрибрюшинном и ингаляционном, однократном и многократном введении на уровне летальных, сублетальных, пороговых и субпороговых доз.

Таблица ]

Токсикометрические параметры отходов_

Параметр Номер отхода

1 2 3 4 5 6 7

ЛД50 в/б, мг/кг 317128 137±18 183119 400171 400147 10001472 150013

м 0.34 0.43 0.36 0.72 0.44 1.09 0.86

Порог в/б, мг/кг 24.016 6.811.7 4.511.1 12.013 8.0±2 5.011.2 7.511.

Порог ипг.токсич., мг/ м3 10.5 1.4 1.7 3.4 4.2 0.8 2.1

Порог ИНГ. вдп., мг/ м3 66.9 5.6 14.0 19.6 9.0

Зона острого действия в/б 13.2 20.0 40.6 33.3 50.0 200.0 200.С

К„м по ЛДм 5.72 9.42 6.30 8.86 6.12

К«,и по порогу 0.85 0.85 0.55 0.55 0.30 0.30 0.40

Примечание: порог инг. - концентрация вещества при 8-часовом ингалировании.

Таблица

Значении относительных величин показателей при однократном внутрибрюшшшом введении ныли № 1, %.

Общая доза, мг/кг Общая доза, доля ЛДм ЛОР МТ РП рн ДЭ СО СИ

6.0 0.02 73.8 96.8 -32 100.9 107.3 74.9 -13.1

9.00 0.03 59.2* 95.2 -119* 98.3 138.5 174.7 -124.7

16.0 0.05 48.7* 94.1 -131* 104.8 121.6 205.0 -126.2

24.0 0.075 35.6* 95.4 -174* 93.1 121.2 249.6 -222.0

40.0 0.125 49.1* 94.2 -141* 103.3 178.2 238.6 -102.1

63.4 0.2 71.6 100.0 -4 102.2 122.5 62.7 -8.1

95.1 0.3 92.8 98.0 +26 100.3 115.6 59.4 +8.1

158.5 0.5 86.1 99.6 -2 103.1 186.1* 91.9 52.8

*) абсолютное значение показателя существенно отличается от исходного.

При однократном ингаляционном введении исследовали действие 65 доз, при однократном внутрибрюшинном - 51 дозы, не считая доз при определении ЛД50.

3 этап. Исследование эффективности механизмов адаптации организма животных к действию полиметаллических смесей по способности к функциональной кумуляции при многократном внутрибрюшинном введении.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ При оценке степени связи между исследуемыми показателями оказалось, что диурез и электропроводность взаимозависимы: коэффициент корреляции в разных сериях опытов колебался от - 0,88 до - 0,95.

Форма аппроксимирующей кривой приближается к гиперболе, то есть

х . у = const. Действительно, объединенный показатель ДЭ менее вариабелен ( в контрольных группах коэффициент вариации Д -46%, Э - 65%, а ДЭ - 30%), его распределение ближе к нормальному (коэффициент асимметрии Д - 1,26; Э - 1,58; а ДЭ -

0.51), следовательно, он более пригоден для статистической обработки.

Используя метод "двойного контроля", рассчитывали относительные значения исследуемых показателей. Ни для одного из них не наблюдается монотонного возрастания кривой "доза -эффект". В таблице 2 приведены относительные значения показателей при однократном внутрибрюшинном введении пыли №

1.

При малых и средних дозах отклонение показателя может быть статистически значимым, а при дозах, приближающихся к смертельным, практически не отличаться от контроля.

Подобную картину наблюдали как при внутрибрюшинном , так и при ингаляционном, однократном и многократном введении исследуемых веществ.

В соответствии с принципами донозологической диагностики при состоянии срыва адаптации наблюдается нелинейная динамика показателей, отклонение их от контроля ниже, чем в стадии напряжения (С.В.Нижний, Н.В.Дмитриева, 1985).

Основываясь на модели "аварийного регулирования" (Е.В.Гублер, 1978, 1990) рассчитали унифицированные значения показателей (Ху) равные отклонению X отн. от 100%, отнесенному к диапазону колебаний X отн. наблюдаемых в опыте. Таким образом приводили к сравнимому виду отклонения слабо- и сильноварьирующих показателей.

На рис. 1 показано изменение площади проекции 5-мерного пространства аварийного регулирования при однократном внутрибрюшинном введении пыли № 1. На радиусах отложены унифицированные значения ЛОР, МТ, РП, рН и ДЭ. Внешний пятиугольник ограничивает диапазон колебаний X отн., пунктиром обозначено "нулевое отклонение" от контроля.

Плоскостная модель системы "аварийного регулирования", как видно из рис. 1, наглядно демонстрирует комплексную защитно-приспособительную реакцию организма в ответ на действие полиметаллической смеси, включающую изменения состояния нервных и выделительных процессов, кислотно-щелочного равновесия, окислительно-восстановительных процессов и электролитного баланса. Однако, площадь фигуры - параметр малоприемлемый для математического анализа, она зависит от выбора конкретных показателей, их количества и расположения по осям фигуры.

Нами предложены и использованы следующие параметры:" суммарное отклонение " (сумма модулей) и "суммарное приращение" (алгебраическая сумма) унифицированных показателей (СО и СП - соответственно). Динамика СО и СП в зависимости от введенной внутрибрюшинной дозы пыли № 1 представлена на рис.2. СО монотонно возрастает до точки, соответствующей дозе 0,075 ЛД50, затем резко падает. СП, напротив, принимает отрицательные значения, а после минимума при дозе 0,075 ЛД50 резко возрастает до смены знака.

Из табл. 2 следует, что при дозе 0,075 ЛД50 наблюдали наибольшее угнетение локомоторно-ориентировочной реакции, минимальное значение редокс-потенциапа и рН мочи. В данном случае мы говорим о максимальном напряжении исследуемых функций. Дальнейшее развитие компенсаторных изменений в том же направлении очевидно выведет организм в зону несовместимости с жизнью, поэтому задачей защитных механизмов становится стабилизация функций, несмотря на развивающийся некомпенсированный процесс интоксикации, который приводит к гибели 50% животных при дозе 317 мг/кг, хотя при 158 мг/кг (0,5 ЛД50) наблюдали кажущуюся "нормализацию" состояния организма по большинству показателей. Изменение знака СП подтверждает переключение компенсаторных механизмов на иной путь защиты.

Такип образом, доза 0,03 ЛД50 является минимальной эффективной, так как вызывает статистически значимое изменение по крайней мере 2 показателей (ЛОР и РП), а доза 0,075 ЛД50 , составляющая 24 мг/кг принята нами за порог вредного неспецифического действия.

ЛОР ЛОР

5 6

Рис. I. Изменение площади проекции 5-мерного пространства "аварийного регулирования" при внутрибрюшинном ведении пыли N 1 в дозах: 1 - 0,02 ЛД50, 2 - 0,03 ЛД5о, 3 - 0,05 ЛД 5о, 4 - 0,075 ЛД5о, 5 - 0,125 ЛДзо, 6 - 0,2 ЛД50. Пунктир - отклонения от контроля нет, внешняя и внутренняя границы -экстремальное отклонение от контроля, наблюдаемое в эксперименте.

Аналогичным образом анализировали динамику защитно-компенсаторных сдвигов при ингалвяционном и внутрибрюшинном введении образцов № 1-7. Пороговые дозы и концентрации их представлены в табл. 1. При действии исследуемых полиметаллических смесей поражение дыхательных путей наступает при более высоких концентрациях. Поэтому наиболее чувствительными показателями являются комплекс: ЛОР - физико-химические свойства мочи.

Исследование массы органов крыс через две недели после однократного ингалирования шлама ММК и пыли № 1 показало, что при очень высоких концентрациях (968 мг/мЗ и 238 мг/мЗ) не наблюдается достоверного изменения массы тела, массы сердца, печени, почек, селезенки. Исключение - масса надпочечников, которая в первом случае (шлам ММК) составила 0,030±0,001г, во втором (пыль № 1) - 0,045±0,001г (в контрольной группе - 0,039 ± 0,003г), хотя масса тела, напротив, в первом случае выше, чем во втором. То есть, морфометрические параметры оказались также менее чувствительными, чем комплекс ЛОР - физико-химические свойства мочи. Формирование системного структурного следа не обнаружено.

Одним из важных показателей, количественно характеризующих способность организма адаптироваться к воздействию химических факторов, является коэффициент кумуляции яда, равный отношению дозы, вызывающей определенный эффект (например, гибель 50% животных) при дробном многократном введении, к дозе, вызывающей тот же эффект при однократном введении. Чем больше коэффициент кумуляции, тем эффективнее процесс адаптации к действию данного яда. Чаще всего, Ккум зависит от скорости выведения и детоксикации вещества. В таком случае говорят о материальной кумуляции.

На уровне пороговых доз, напротив, может преобладать функциональная кумуляция, и гиперсенсибилизация к повторно вводимому яду. В таком случае характерный сдвиг физиологических функций наступает при меньшей суммарной дозе и Ккум <1.

При исследовании способности полиметаллических смесей к кумуляции, оказалось, что она значительно различается на летальном и пороговомс уровне. Многократное введение субпороговых доз по методу Лима (начиная с 0,1 последовательно увеличивают вводимую дозу), показало, что Ккум пылей и шлаков составляет 0,30 - 0,85 (табл.1). Это говорит о высокой степени функциональной кумуляции, вызванной эффективным стимулированием адаптационных процессов, приводящим к

гиперсенсибилизации при повторном введении малых (безвредных при однократном введении) доз вещества.

Многократное введение сублетальных доз подтверждает эффективность защиты при действии полиметаллических смесей: гибель 50% животных наступала лишь при суммарных дозах, превышавших разовые в 5,72 - 9,42 раз (табл. 1), причем, в конце эксперимента ежедневная доза доходила до 0,75 ЛД50, а для образцов №2 и №5 - до 1,14 ЛД50.

Поскольку этап срочной адаптации осуществляется за счет предсуществующих механизмов (Ф.З.Меерсон, 1986) высокая эффективность защиты говорит о наличии эволюционно сформировавшегося приспособления организма теплокровных животных к поступлению повышенных концентраций тяжелых металлов при обитании в районах геохимических провинций, где естественные концентрации металлов в почве во много раз превышают предельно допустимые: в Челябинской области - в 5 -150 раз (халькофильные, сидерофильные, редкие и радиоактивные элементы), в Забайкалье - в 2000 раз (свинец) и т.д.

При многократном внутрибрюшинном введении пылей № 1-5 на уровне летальных и пороговых доз оказалось, что МТ, РП, рН, ДЭ, ЛОР в опытных и контрольных группах колеблются синхронно. Такие суточные колебания зависят от метеорологических, гео- и гелиофизических факторов (Т.И.Андронова, 1975) (П.Я.Гущин, 1990). При введении субпороговых доз среднеквадратичное отклонение, а, следовательно, и амплитуда суточных колебаний значений показателей в опытных группах в большинстве случаев выше, чем в контроле (при введении дистиллированной воды), а при введении сублетальных доз - ниже. В наибольшей степени это характерно для рН.

Большая вариабельность показателей говорит о повышенной чувствительности животных к изменениям внешней среды при действии малых доз токсичного вещества. Высокие дозы вызывают понижение чувствительности.

Таким образом, субпороговые дозы полиметаллических смесей при хроническом поступлении вызывают как специфическую, так и неспецифическую гиперсенсибилизацию организма. При поступлении сублетальных доз, действие защитных систем, напротив, направлено на стабилизацию состояния.

Математическая обработка параметров приведенных в табл 1 показала наличие достоверной корреляции между пороговыми дозами при внутрибрюшинном введении и пороговыми концентрациями неспецифического вредного действия при ингаляционном введении: г = 0,96; (Р <0,01); между зоной острого

действия и величиной М=2 (ЛД84 - ЛД16) / (ЛД84 + ЛД16): г = 0,87; (Р< 0,01). Показано также наличие связи между Ккум по порогу и зоной острого действия: г = - 0,67; (Р = 0,06). Такой уровень доверительной вероятности допускается для прогнозирования опасности промышленных отходов, поэтому были рассчитаны уравнения линейной регрессии;

ЛД50 (мг/кг) ПД в/б (мг/кг) = _

252М - 73

ПД инг (мг/мЗ) = 0,47 ПДв/б (мг/кг) -1,11

8,42 ПДв/б (мг/кг) Ккум =__

ЛД50 + 0,29

При использовании предлагаемых уравнений для прогнозирования, получены параметры, хорошо совпадающие с фактическими. Используя в качестве исходных данных только значения ЛД16, ЛД50 и ЛД84, для пыли № \ получили: ПДв/б = 25 мг/кг - расчетно и 24 + 6 мг/кг - фактически; ПД инг = 10,6 мг/мЗ -расчетно и 10,5± 3,0 мг/мЗ - фактически; Ккум по порогу = 0,95 -расчетно и 0,85 £ 0,075 - фактически.

С помощью данных уравнений можно в краткосрочном эксперименте с использованием минимального количества животных получить параметры, необходимые для обоснования ПДК.

На этот "Способ определения параметров острой токсичности полиметаллических отходов металлургического производства" получено авторское свидетельство на изобретение № 1725114.

Используя значение пороговых концентраций при ингаляционном поступлении и зная, что исследуемые вещества обладают способностью к сверхкумуляции, что требует применения коэффициента запаса не менее 100, предложили в

качестве предельно допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны (ПДК рз) следующие:

1. Пыли, образующиеся при выплавке феррохрома ФХ015 -0,01 мг/мЗ.

2. Пыли, образующиеся при производстве феррохрома ФХООЗ -010-0,01 мг/мЗ.

3. Пыли и шлаки, образующиеся при производстве силикокальция СК15 - 0,005 мг/мЗ.

ic. 2. Динамика суммарного отклонения (тонкая линия) и суммарного иращения (жирная линия) унифицированных показателей при нократном внугрибрюшинном введении пыли N 1. По оси абсцисс - доза 5ля ЛД50). Доза 0,075 ЛД50 принята за пороговую. При дозах, близких к зднесмертельной, отклонение показателей от контроля минимально.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основываясь на анализе полученных результатов, таблиц, рисунков, значений эффективных доз и коэффициентов кумуляции (все они приведены в сводной таблице!), мы пришли к выводу, что интегральный способ оценки состояния систем, ответственных за срочную адаптацию, по динамике суммарного отклонения и суммарного приращения параметров теоретически обоснован, удобен, нагляден, не требует длительных сложных расчетов, а главное - позволяет провести сравнительный анализ токсичности и способности вызывать адаптивные реакции разных по химическому составу сложных смесей неорганических электролитов, токсикометрическая оценка и оценка биологического действия которых затруднена вследствие разнонаправленного действия компонентов. При необходимости, в формулу можно ввести любое количество интересующих исследователя показателей, в том числе специфических. Выбранные нами показатели оказались чувствительными, информативными, независимыми. Возможность многократной атравматичной регистрации позволяет, в принципе, использовать их для оценки состояния адаптационных систем человека. Отнесение каящого конкретного изменения к эмпирически найденному диапазону колебаний показателя позволяет сравнивать динамику относительно стабильных показателей (рН, МТ) и сильноварьирующих (РП, ДЭ).

Полученные формулы для прогнозирования пороговых доз и концентраций, коэффициента кумуляции позволяют по новому взглянуть на механизмы включения и срыва адаптационных реакций*.

Если зона острого действия велика, адаптационные резервы организма включаются раньше и действуют эффективнее, чем при малой величине зоны острого действия, когда вскоре после первого срыва адаптации (который мы считали порогом), наблюдается гибель животных. Рассчитывая зону острого действия по величинам летальных доз мы можем предварительно оценить величину адаптационного резерва, а она, в свою очередь, будет зависеть от количества "аварийных уровней" и их емкости.

Сравнение коэффициентов кумуляции на летальном и пороговом уровне говорит о том, что повышение чувствительности организма к малым дозам яда при повторном поступлении может сопровождаться высокой способностью привыкания к большим дозам. Раннее тревожное включение защитных механизмов

способствует успешной мобилизации адаптивных систем. Поскольку этап срочной адаптации осуществляется за счет предсуществующих механизмов, уместно предположить, что организм, по крайней мере, организм животных, эволюционно приспособлен к поступлению повышенных концентраций металлов, например, при обитании в районах геохимических провинций. Предполагают, что чем больше вещество приближается по форме или происхождению к тем веществам, для которых существует механизм адаптации (естественные химические соединения), тем вероятнее, что детоксикация будет эффективнее .

Большое различие коэффициентов кумуляции на летальном и пороговом уровнях говорит о наличии многоуровневого резерва защиты, что также можно прогнозировать, используя полученные зависимости.

Наконец, сам факт корреляции токсикометрических параметров различных по составу сложных полиметаллических смесей при разных способах поступления в организм говорит о единстве компенсаторных механизмов, а сходство динамики таких различных показателей как состояние слизистой носовой полости, физико-химических свойств мочи и локомотрно-ориентировочной реакции позволяет предположить единство принципов мобилизации соответствующих систем при действии химических факторов.

ВЫВОДЫ

1. Наиболее чувствительными показателями компенсации и декомпенсации вредного действия полиметаллических отходов металлургического производства явились: локомоторно-ориентировочная реакция , рН мочи, редокс-потенциал мочи и диурез-электропроводность. Существенные изменения их по сравнению с исходными и контрольными значениями наблюдали при самых низких дозах и концентрациях.

2. Динамика суммарного отклонения и суммарного приращения унифицированных показателей позволяет оценить напряженность адаптационных систем животных при различных способах введения токсичных полиметаллических смесей.

3. Резкий спад показателей компенсационного ответа при увеличении вводимой дозы, который наблюдался практически во всех случаях как при ингаляционном , так и при внутрибрюшинном, однократном и многократном введении является свидетельством срыва адаптации и наступления препатологических изменений. Это позволяет определить пороговую дозу вредного действия вещества, способность его к кумуляции, обосновать величину

ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ) и предельно допустимую концентрацию (ПДК).

4. Повторное повышение значений показателей компенсационного ответа при увеличении дозы является свидетельством включения резервных механизмов компенсации вредного действия полиметаллических смесей.

5. Высокие значения зон острого действия, высокие коэффициенты кумуляции на уровне летальных доз, сверхкумуляция на уровне пороговых доз говорят о раннем включении компенсаторных механизмов и их эффективности, что можно объяснить наличием предшествующих, выработавшихся в процессе эволюции теплокровных животных, систем адаптации к поступлению в организм тяжелых металлов.

6. Взаимосвязь токсикометрических параметров разных по составу полиметаллических смесей дает основания говорить о единстве механизмов компенсации их действия и позволяет обосновать приемлемые методы исследования влияния отходов металлургического производства на организм теплокровных животных.

7. Разработаны методы прогнозирования токсикометрических параметров необходимых для обоснования ОБУВ и ПДК металлургических отходов по величине летальных доз.

8. Предложенный способ оценки и набор показателей, пригодных для многократной атравматичной регистрации допускает возможность их применения для изучения компенсаторных механизмов при действии отходов металлургического производства на человека.

9. Обнаруженные особенности динамики компенсационных реакций требуют дальнейшего изучения, главной задачей которого должно стать исследование физиологических механизмов адаптации к действию токсичных металлов на всех уровнях адаптационно-приспособительных систем организма, что открывает перспективу возможного купирования токсического действия полиметаллических смесей на организм человека в условиях производственной деятельности.

По теме исследования опубликованы следующие работы:

1. Субъективные шкалы количественной и качественной оценки в сенсорном восприятии (в соавт. с Лупандиным В.И., Коноваловой Н.В.)// Физиология человека, том 7, № 6, 1981, с.1059-1063.

2. Токсикометрическая оценка продуктов производства некоторых ферросплавов (в соавт. с Костюченко В.А.)// Социально-экономические вопросы повышения безопасности труда в черной металлургии. М.: Металлургия, 1989, - с, 50-55.

3. Способ определения параметров острой токсичности полиметаллических отходов металлургического производства. Авторское свидетельство на изобретение № 1725114 выдано 8.12.91г.

4. Способ оценки влияния промышленных пылей на верхние дыхательные пути. Информационный листок. Челябинск, ЦНТИ, 1991,- 3 с.

5.Метод интегральной оценки токсичности отходов производства ферросплавов (в соавт. с Костюченко В.А.) // Гиг. и сан. - 1996. - № 5. - С. 49-50.

6. Экологическое состояние земельных ресурсов Челябинской области (в соавт. с Ивановой И.В.) // Тезисы конференции "Современные проблемы экологического краеведения". - г. Челябинск, 1996г. с.8.

7. Адаптация биологических систем к действию тяжелых металлов. /Яезисы конференции "Современные проблемы экологического краеведения"- г. Челябинск 1996г.- с. 14.

8. Изменение физиологических функций при действии выбросов Челябинского металлургического комбината. // Тезисы конференции "Современные проблемы экологического краеведения". - г. Челябинск, 1996г. -с. 15.

9. Экспресс-метод оценки вредного воздействия отходов металлургического производства.// Научно-методические основы формирования физического и психического здоровья детей и молодежи." Тезисы 1 всероссийской конференции, 26-28 ноября 1996г., Екатеринбург /Урал.гос.лед.ун-т. Екатеринбург, 1996. Ч. 1. Валеология, образ жизни и здоровье. - с. 38-39.

10. Морфометрические и физиологические критерии компенсации агрессивного воздействия полиметаллических смесей.// "Научно-методические основы формирования физического и психического здоровья детей и молодежи" Тезисы 1 Всероссийской конференции, 26-28 ноября 1996г., I Урал.гос.пед. ун-т. Екатеринбург, 1996. 4.1. Валеология, образ жизни и здоровье, с. 39-40.