Оценка отдаленных нейротоксических эффектов при экспериментальной интоксикации неорганически ми соединени ями ртути
На правах рукописи
Якимова
Наталья Леонидовна
Оценка отдаленных нейротоксических эффектов при экспериментальной интоксикации неорганическими соединениями ртути
14.02.01 – гигиена
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Иркутск 2010
Работа выполнена в Ангарском филиале Учреждения Российской академии медицинских наук Восточно-Сибирского научного центра экологии человека Сибирского отделения РАМН-Научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека.
Научный руководитель:
Член-корр. РАМН, д.м.н.,
профессор Рукавишников Виктор Степанович
Научный консультант:
доктор медицинских наук Соседова Лариса Михайловна
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук,
профессор Симонова Елена Васильевна
кандидат медицинских наук Безгодов Игорь Викторович
Ведущая организация:
Учреждение Российской академии медицинских наук НИИ комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний СО РАМН (г. Новокузнецк)
Защита диссертации состоится «___» ______ 2010 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д.208.032.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Автореферат разослан «___» _______ 2010г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор медицинских наук,
профессор Лемешевская Е. П.
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Вопросы отдаленных последствий действия химических веществ различной природы, обладающих тропностью к нервной ткани, являются актуальной, но вместе с тем мало изученной медико-социальной проблемой (Рыжкова М.Н., Думкин В.Н., 1980; Шульга В.Я. с соавт., 2008). В числе приоритетных направлений многие годы остаются исследования токсических эффектов неорганических соединений ртути (НСР), поскольку ртуть, являясь глобальным загрязнителем, обладая выраженными кумулятивными и нейротоксичными свойствами, продолжает использоваться во многих отраслях промышленности и в быту. По данным Г.Г. Онищенко (2008) в РФ продолжает расти удельный вес отравлений ртутью, составляющий в структуре профессиональных интоксикаций за 2003-2007гг. от 5,7 до 15%. В большинстве субъектов РФ по-прежнему неудовлетворительная ситуация с утилизацией ртутьсодержащих отходов, загрязненного ртутью оборудования и строительного мусора, несмотря на проводимую работу демеркуризационных предприятий, осуществляющих их централизованный сбор и хранение (Онищенко Г.Г., 2009). Не менее актуальной является и проблема загрязнения ртутью жилых и общественных зданий, в том числе школ и детских дошкольных учреждений (Ефимова Н.В., 2001; Рукавишников В.С. с соавт., 2007).
Восточная Сибирь является территорией, концентрирующей крупные химические комбинаты, такие как ОАО «Усольехимпром» и ОАО «Саянскхимпласт», на которых в процессе производства хлора и каустика многие годы использовалась металлическая ртуть. Загрязнение ртутью промышленных площадок предприятий, территорий защитной и селитебной зон, бассейна р. Ангары - придонной воды и речного участка водохранилища ниже выпусков сточных вод, акватории Братского водохранилища, может способствовать возникновению новых случаев ртутной нейроинтоксикации у работающих и населения прилежащих территорий (Ефимова Н.В., 2001; Безгодов И.В., 2005).
Многолетними исследованиями АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ установлено, что у больных с ртутной интоксикацией в отдаленном периоде наблюдается прогрессирование токсической энцефалопатии (ТЭ) (Андреева О.К., 2003; Лахман О.Л., Колесов В.Г., 2003; Лахман О.Л., Рукавишников В.С., 2008).
Несмотря на то, что вопросам патогенеза, клиники, диагностики и лечения токсических поражений головного мозга, вызываемых НСР, уделялось много внимания (Терещенко Л.Г., 1989; Костова В., 1995; Андреева О.К., 2002; Малов А.М., 2004 и др.), до настоящего времени остаются практически нерешенными проблемы, касающиеся особенностей течения ртутной интоксикации и механизмов поражения нервной системы (НС), лежащие в основе формирования отдаленных эффектов нейротоксичности. Отсутствуют данные о патофизиологических аспектах прогредиентного течения отдаленных последствий воздействия НСР, что обусловливает актуальность проведения настоящих исследований.
Успешное решение данной проблемы возможно при экспериментальном моделировании, позволяющем получить наиболее полную информацию о морфо-функциональных нарушениях центральной нервной системы (ЦНС) при интоксикации различными НСР, что, в конечном итоге, может быть направлено на разработку профилактических мер и на установление базовых «мишеней» для терапевтического воздействия. С этих позиций, оценка поражения НС при развитии отдаленных последствий воздействия НСР остается недостаточно изученной.
Диссертация выполнена по основному плану НИР АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ в соответствии с приоритетным направлением СО РАМН «Выявление системных и молекулярных механизмов формирования патологии в регионе Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера» и критической технологии РФ «Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф».
Цель работы: выявить особенности формирования отдаленных нейротоксических эффектов воздействия техногенных загрязнителей на примере паров металлической ртути и сулемы (экспериментальные исследования).
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
- Ретроспективно оценить загрязненность ртутью воздуха рабочей зоны в производстве хлора и каустической соды в ОАО «Усольехимпром» и «Саянскхимпласт», а также динамику выявляемости хронической ртутной интоксикации у работающих.
- Изучить функциональное состояние нервной системы у белых крыс при воздействии парами металлической ртути и сулемой в динамике постконтактного периода на основании исследования общей двигательной активности, биохимических и нейрофизиологических показателей, морфологических изменений нервной ткани.
- Выявить общие закономерности и особенности поражения нервной системы при воздействии на белых крыс парами металлической ртути и сулемой.
- Разработать экспериментальную модель энцефалопатии у животных в отдаленном периоде интоксикации.
Научная новизна и теоретическая значимость работы.
Установлен высокий уровень формирования хронической ртутной интоксикации (ХРИ) у лиц, работавших в цехах ртутного электролиза или занятых на проведении дезактивирующих и демонтажных работ, обусловленный 2-8-кратным превышением предельно допустимых концентраций (ПДК) ртути в воздухе рабочей зоны.
Получены новые данные о закономерностях поражения ЦНС белых крыс в отдаленном периоде интоксикации НСР, характеризующиеся нарастанием нарушений с течением времени и сопровождающиеся снижением в динамике постконтактного периода ориентировочно-исследовательского поведения, общей двигательной активности, усилением тревожно – депрессивного состояния, нестабильностью амплитуды доминирующих ритмов, увеличением латентности и длительности коркового ответа при проведении теста со зрительными вызванными потенциалами (ЗВП), изменением формы основных пиков. Впервые установлены особенности формирования нейроинтоксикации в отдаленном периоде, вызванной парами металлической ртути, характеризующиеся развитием у белых крыс нарушений мышечного тонуса, нарастанием внутривидовой агрессивности, в то время как у особей с интоксикацией сулемой отсутствовали агрессивность в поведении и изменения мышечного тонуса.
Получены новые данные о влиянии интоксикации сулемой на биоэлектрическую активность мышц задних конечностей белых крыс, характеризующиеся нарушением проведения импульса: уменьшением амплитуды и увеличением латентности М-ответа, сохраняющихся длительный период.
Установлено, что при устранении контакта с НСР тяжесть симптомов ТЭ нарастает с течением времени постконтактного периода. Доказано, что выраженность патологических нарушений НС выше при воздействии парами металлической ртути, чем сулемой.
Практическая значимость работы. Научно обоснован перечень информативных показателей, верифицирующих патологическое состояние ЦНС при формировании ртутной ТЭ в эксперименте: двигательная и ориентировочно-исследовательская активность; тревожно-депрессивное состояние; фоновая активность электроэнцефалограммы (ЭЭГ), стимуляционные пробы ЭЭГ (случайная фотостимуляция (ФСС), фотостимуляция (ФС) с частотой 2 Гц, ЗВП); морфологическое состояние ткани головного мозга; мышечный тонус и внутривидовая агрессивность.
Для профилактики развития и прогрессирования ХРИ в постконтактном периоде лицам, работавшим ранее в цехах по производству хлора и каустической соды методом ртутного электролиза или принимавших участие на демонтаже оборудования остановленного производства, а также больным ХРИ рекомендован длительный мониторинг за состоянием здоровья с ежегодным проведением ЭЭГ с нагрузочными пробами.
По материалам исследований впервые разработана экспериментальная модель на животных и получен патент на изобретение «Способ моделирования отдаленной токсической энцефалопатии» № 2341828 от 20.12.2008 г. Научно обоснован способ диагностики отдаленной токсической энцефалопатии, на который получено положительное решение о выдаче патента (№ заявки 2007140216/14(044018) от 21.08.2009г.). Разработаны и внедрены в научно-практическую деятельность АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ рационализаторские предложения № 564 «Усовершенствование камеры для выработки пищедобывательного двигательного рефлекса» и № 573 «Усовершенствование конструкции «вращающегося стержня-устройства для изучения мышечной силы и координации движений животных». Результаты исследований используются в практической деятельности Восточно–Сибирского филиала ФГУЗ «Федеральный Центр Гигиены и Эпидемиологии по железнодорожному транспорту» (акт внедрения от 30.11.2009 г.).
Положения, выносимые на защиту:
1. Следствием воздействия паров металлической ртути и сулемы на белых крыс является прогрессирующее в отдаленном постконтактном периоде поражение нервной системы, характеризующееся снижением в динамике двигательной и ориентировочно-исследовательской активности, нарастанием негативно-эмоционального состояния, нейрофизиологическими и морфологическими изменениями ткани головного мозга.
2. Экспериментальное моделирование ртутной токсической энцефалопатии должно заключаться в длительном (до 7 недель) ингаляционном введении паров металлической ртути в концентрации 0,61±0,05 мг/м с регистрацией результатов исследований дважды в динамике постконтактного периода, что позволяет изучать особенности формирования патологии нервной системы белых крыс в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации.
3. Разработанную экспериментальную модель ртутной энцефалопатии следует использовать для оценки отдаленных нейротоксических эффектов в гигиенических исследованиях.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований были доложены и обсуждены на: Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 85-летию ГСЭС РФ (Иркутск, 2007); VI Всероссийском конгрессе «Профессия и здоровье» (Москва, 2007); Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан – Удэ, 2007); 2-м международном форуме «Окружающая среда и здоровье человека-2008» (Санкт-Петербург, 2008); Межрегиональной научно-практической конференции «Современные технологии в системе медико-психологической и медицинской реабилитации лиц опасных профессий» (Листвянка, 2008); 3-м Съезде токсикологов России (Москва, 2008); Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 10-летию организации Научных центров ВСНЦ СО РАМН (Иркутск, 2008); V Конференции молодых ученых России «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины», (Москва, 2008).
Личный вклад автора. Автором сформулированы цель и задачи исследований, определены объекты, методы и объем работы. Проведена статистическая обработка и анализ результатов исследования содержания химических веществ в воздухе рабочей зоны ОАО «Саянскхимпласт» и «Усольехимпром» и выявляемости ХРИ у работающих в контакте с ртутью на основании данных углубленного медицинского обследования. Осуществлены экспериментальные исследования, выполнено формирование базы данных и обработка полученных результатов, проведено их обобщение и обсуждение, выполнено оформление диссертации, подготовлены публикации по теме диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 2 - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Содержит 43 рисунка, 22 таблицы, приложения. Изложена на 167 страницах. Список литературы содержит 212 источников (165 отечественных и 47 зарубежных).
Содержание работы
Материалы и методы исследования.
Для достижения цели и решения поставленных задач в работе был использован комплекс гигиенических, биологических, нейрофизиологических, биохимических, патоморфологических, математико-статистических методов. Гигиенические исследования включали анализ выкопированных данных о загрязнении ртутью воздуха рабочей зоны, предоставленных Центром Гигиены и Эпидемиологии Иркутской области, ведомственными лабораториями ОАО «Саянскхимпласт» и ОАО «Усольехимпром» и результатов замеров, проведенных сотрудниками лаборатории физико-химических методов исследования и лаборатории медицины труда АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ (рук.-д.б.н., профессор В.Б. Дорогова, д.м.н. В.А. Панков) с 1998 по 2006 годы. Всего проанализированы результаты более 2100 проб. При определении годовой поглощенной работающим дозы ртути были учтены следующие характеристики: средняя масса тела, объем дыхания за смену, коэффициент поглощения, среднесменные концентрации в воздухе рабочей зоны, время контакта с токсикантом за смену, количество смен в году.
Оценку выявляемости ХРИ проводили на основе выкопированных из историй болезни с 1998 по 2006 годы данных медосмотра, выполненного специалистами клиники АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ (главный врач - д.м.н., профессор О.Л. Лахман).
Для изучения отдаленных нейротоксических эффектов металлической ртути были проведены экспериментальные исследования на 400 белых крысах - самцах, полученных путем собственного воспроизводства в виварии АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ. Хроническое ингаляционное воздействие на животных (n=200) проводили в 200-литровых газовых камерах в зимний период. Общая продолжительность воздействия паров металлической ртути – 7 недель, по четыре часа ежедневно, исключая выходные дни. Средняя концентрация ртути в период ингаляционного воздействия составляла 0,61±0,05 мг/м. Белым крысам контрольной группы (n=200) в том же режиме в камеры подавался воздух. Изучение отдаленных нейротоксических эффектов НСР (на примере сулемы) проводили в эксперименте на 300 белых крысах. Моделировали нейроинтоксикацию у особей (n=150) путем длительного парентерального введения сулемы из расчета 0,05 мг на 100 г массы животного (расчет по ртути) в физиологическом растворе ежедневно по 5 дней в неделю в течение 7 недель. Белые крысы контрольной группы (n=150) в том же режиме получали физиологический раствор.
Обследование белых крыс проводили в 2 этапа: непосредственно после окончания воздействия (1 срок) и через 9 недель (2 срок). Экспериментальные исследования проводили в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Страсбург, 1986) и требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к Приказу Минздрава СССР от 12.08.1977г. № 755). Для оценки функционирования ЦНС животных использовали тесты: «открытое поле», «крестообразный лабиринт», «чужак-резидент», «вращающийся стержень», вырабатывали условный рефлекс дифференцировки освещенности (всего проведено 7200 исследований при воздействии паров ртути и 6800 при воздействии сулемы). Изучение ритмической электрической активности коры головного мозга животных проводили на электроэнцефалографе DX – NT 32. V 19 (производитель «DX-Complexes» LTD, г. Харьков) совместно с врачом-неврологом клиники АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ, к.м.н. Е.В. Катамановой. Для оценки функции периферической НС использовали электронейромиограф «Нейро-ЭМГ-Микро» (производитель «Нейрософт», г. Иваново) (выполнено совместно с н.с. лаборатории клинических исследований, к.б.н. Д.В. Русановой). Всего проведено 4800 нейрофизиологических исследований при воздействии паров ртути и 6400 при воздействии сулемы. Содержание ртути определяли в головном мозге животных с помощью анализатора «Юлия-2» (погрешность ±1,5 мкг) совместно с лабораторией физико-химических методов исследований (рук.- д.б.н., профессор В.Б. Дорогова). Всего в динамике эксперимента выполнено 288 анализов.
Биохимические показатели анализировали по результатам исследований, полученных лабораторией биохимии АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ (рук.-к.м.н. И.В. Кудаева). В гомогенате мозга экспериментальных животных определяли уровень оксида азота (NO) (Голиков П.П., 2004); уровень восстановленного глутатиона (ВГ) - калориметрическим методом с использованием реактива Элмана (Sedlak J., Lindsay R.H., 1968); содержание дофамина – при помощи тест-наборов 3Cat EIA (LDN, Germany); в сыворотке крови измеряли содержание активных продуктов тиобарбитуровой кислоты (ТБК-АП) спектрофотометрическим методом (Uchiyama M., 1978; Гончаренко М.С., 1985); (всего 346 анализов).
Морфологическому исследованию подвергали препараты нервной ткани (340 гистологических препаратов), окрашенные общепринятыми методиками (Коржевский Д.Э., 2005). Весь материал исследовали на световом микроскопе NEOVAR 2 (REICHERT – Jung). Математико-статистические методы исследований, использованные для обработки результатов, включали в себя методы параметрической (t-критерий Стьюдента) и непараметрической (критерии Вилкоксона, Колмогорова-Смирнова, Манна-Уитни) статистики с использованием пакета прикладных программ Statistica for Windows 6.0. Проверку на соответствие нормальному распределению признаков проводили по критерию Колмогорова – Смирнова (Платонов А.Е., 2000; Реброва О.Ю., 2002).
Работа выполнена в Ангарском филиале Учреждения Российской академии медицинских наук Восточно-Сибирского научного центра экологии человека Сибирского отделения РАМН-Научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека. Институт соответствует установленным требованиям по разработке санитарно-гигиенических и эпидемиологических нормативных документов и имеет Сертификат аккредитации Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № СА 13.98 от 31.03.2005г. и Аттестат аккредитации испытательной лаборатории № ГСЭН.RU.ЦОА.149, зарегистрированный в Государственном реестре №РОСС.RU.0001.510164 от 27.06.2007г., а также Свидетельства об участии в Федеральной системе внешней оценки качества клинических лабораторных исследований (ФСВОК) –2005№00038-01/05.
Результаты исследований и их обсуждение. Гигиеническая оценка условий труда на ОАО «Усольехимпром» в цехе по производству каустической соды ртутным методом показала, что в период работы с 1990 г. по 1998 г. средняя концентрация паров металлической ртути в воздухе составляла 0,025±0,006 мг/м3 (рисунок 1).
Рисунок 1. - Динамика содержания средних максимально разовых концентраций ртути в воздухе рабочей зоны (ПДК максимально разовая - 0,01 мг/м).
цех ртутного электролиза ОАО «Саянскхимпласт»
цех ртутного электролиза ОАО «Усольехимпром»
В 1998 году производство с использованием в технологическом процессе металлической ртути было прекращено и, начиная с 1999г. по 2006г., в цехе ртутного электролиза проводились демонтажные работы. Вследствие скопления ртути на полу, сорбции и депонирования металла в материал строительных конструкций цеха, оборудования и спецодежду, ставших в дальнейшем вторичными источниками загрязнения (Безгодов И.В., 2005), в воздухе рабочих помещений продолжали оставаться высокие концентрации паров ртути, превышавшие ПДК до 4 раз. В 2001 году максимальные концентрации паров ртути достигали 77 ПДК. Наряду с металлической ртутью, в воздухе рабочей зоны ОАО «Усольехимпром» определялось и повышенное содержание сулемы, используемой в цехе по производству винилхлорида, уровни которой в пробах воздуха достигали 3,3 ПДК.
Ретроспективный анализ содержания паров металлической ртути на ОАО «Саянскхимпласт» в цехе по производству хлора и каустической соды методом ртутного электролиза также показал высокие среднегодовые уровни данного металла, превышающие ПДК в 2-6 раз.
Исследования показали, что среди всех проб, около 47,6% содержали ртуть в количествах, превышающем ПДК в среднем в 2 раза, в отдельные годы доля таких проб достигала 83,3%. Вместе с тем, несмотря на проводимые в 2002-2004 годы гигиенические мероприятия по улучшению условий труда, способствующие снижению содержания ртути в воздухе рабочей зоны в 3 раза, по сравнению с 1990 годом, ситуация на данном производстве оставалась, по мнению О.К. Андреевой (2002) и В.Г. Колесова (2003), небезопасной для здоровья работающих.
Рассчитанные среднегодовые поглощенные дозы ртути в ОАО «Усольехимпром», за период работы цеха ртутного электролиза (1990 - 1998 гг.) и во время выполнения демонтажных работ (1999-2006 гг.) составляли соответственно для работающего 0,63±0,003 и 0,71±0,002 мг/кг. В ОАО «Саянскхимпласт» за период с 1990 по 2006 годы среднегодовая поглощенная доза ртути работающим составила 0,54±0,003 мг/кг.
Учитывая, что ХРИ имеет значительный удельный вес среди профессиональных заболеваний работающих на предприятиях ОАО «Саянскхимпласт» и ОАО «Усольехимпром» (соответственно 43,6 и 50,7%), был выполнен анализ выявляемости больных с данной патологией среди работающих. При сравнении случаев ХРИ среди работников указанных предприятий в среднем по годам установлено превышение данного показателя на ОАО «Усольехимпром» в 17 раз (соответственно 5,24±0,39 и 0,32±0,10 случаев на 100 работающих в контакте с ртутью). Так, на ОАО «Усольехимпром» максимальное число впервые установленной ХРИ наблюдалось в период перед закрытием цеха ртутного электролиза и сразу после него с 1997 по 1999 годы, когда на 100 работающих в контакте с парами металлической ртути в среднем регистрировалось 12,71±2,19 случаев. Начиная с 2001 года количество больных с впервые установленным диагнозом ХРИ снижалось и составляло от 8 до 1 в год. В начале проведения демонтажных работ после остановки цеха случаи выявления ХРИ связаны с развитием в постконтактном периоде профессионального заболевания у бывших работников цеха, в дальнейшем, начиная с 2003 года, диагноз ХРИ выставлялся дезактиваторщикам, слесарям, занятым на демонтажных работах.
На предприятии ОАО «Саянскхимпласт» в целом выявляемость ХРИ имела волнообразный характер. Наиболее высокий уровень данного показателя достигал в период 1990-1992 годы значений 1,38±0,56 случаев на 100 работающих в контакте с ртутью, в последующие годы выставлялось по одному диагнозу ХРИ в год, что составляло от 0,23 до 0,29 случаев на 100 работающих в контакте с ртутью. Однако в 2006 году значение данного показателя возросло до 1,42, что, скорее всего, обусловлено проведением углубленного медицинского осмотра врачами Клиники АФ УРАМН ВСНЦ ЭЧ СО РАМН-НИИ МТ и ЭЧ. Необходимо заметить, что с 2007 года в ОАО «Саянскхимпласт» используется диафрагменный метод получения каустической соды без использования ртути, однако диагноз ХРИ в 2007, 2008 гг. был установлен соответственно 5 и 6 больным.
Анализ результатов состояния условий труда в цехах ртутного электролиза на ОАО «Усольехимпром» и ОАО «Саянскхимпласт» и выявленные случаи формирования ХРИ в отдаленном постконтактном периоде определили актуальность проведения экспериментальных исследований, направленных на изучение особенностей поражения НС в постконтактном периоде воздействия НСР. Для решения вышеперечисленных вопросов, перед нами возникла необходимость в создании высоковоспроизводимой модели, адекватной клинической ситуации и задачам исследований. Проведенные модельные эксперименты на лабораторных животных по ингаляционному воздействию парами ртути и парентеральному введению сулемы дали возможность определить наиболее характерные нарушения структуры поведения животных, изменения биоэлектрической активности центрального и периферического отделов НС, морфологии нервной ткани.
При экспериментальном моделировании интоксикации, вызванной длительным ингаляционным воздействием парами металлической ртути, установлено, что в раннем периоде ртутная нейроинтоксикация у белых крыс характеризовалась значимым повышением количества актов «обнюхивание», уменьшением числа актов «вертикальная стойка», «груминг», свидетельствующих об усилении двигательной активности, высоком уровне негативно-эмоционального состояния. Повышение исследовательской и локомоторной активности животных могло быть обусловлено нарушением компенсаторных механизмов адаптации к воздействию токсиканта (Кулагин Д.А., 1969; Атаева О.В., 1993).
Вместе с тем, в отдаленном периоде интоксикации, у животных опытной группы по сравнению с контрольными особями снизился исследовательский компонент поведения, на что указывало уменьшение числа актов «норка» (соответственно, 1,00(0,01-2,00) и 2,01(0,99-3,96) усл. ед., р<0,05), «стойка с упором» (соответственно, 0,01(0,01-2,05) и 1,60(0,01-2,30) усл. ед., р<0,05). Кластерный анализ целостной структуры поведения в «открытом поле», выполненный в этот же срок, выявил у белых крыс с интоксикацией ртутью нарушение цепочки переходов двигательных актов, обедненность поведения, низкую двигательную активность, сохранение высокого уровня тревожности и слабую исследовательскую мотивацию, что в совокупности подтверждало развитие депрессивноподобного состояния. Структура поведения белых крыс без токсического воздействия при интоксикации НСР отражала эталонное поведение с характерной видоспецифической двигательной и ориентировочно - исследовательской активностью, с достоверными переходами актов «локомоции-обнюхивания», «обнюхивания-норки», «стойка с упором-обнюхивания» (рисунок 2).
А Б
Рисунок 2. - Связь поведенческих актов у белых крыс с интоксикацией ртутью (А) и контрольных животных (Б) в «открытом поле» в отдаленном периоде ртутной интоксикации.
Динамическое изучение поведенческих реакций в связанной выборке белых крыс с ртутной интоксикацией, обследованных в 1 и 2 срок постконтактного периода, также выявило ослабление ориентировочно-исследовательской активности: уменьшение времени выполнения актов «стойка с упором», «норка» (рисунок 3).
Рисунок 3. - Индекс согласованных изменений (%) поведенческих актов белых крыс с ртутной интоксикацией при сравнении во 2 срок относительно 1 срока: *-отличия статистически значимы при р<0,05; «+» - возрастание; «-» - снижение.
опыт контроль
Белые крысы, получившие ингаляции парами металлической ртути, демонстрировали высокий уровень тревожности, более длительно находясь в темном рукаве лабиринта. Увеличение количества акта «сидит» подтверждало нарастание в данной группе негативной эмоциональности. Важно подчеркнуть, что при сравнении в связанной выборке аналогичных показателей у животных контрольной группы статистически значимых изменений выявлено не было.
Анализ зоосоциального поведения свидетельствовал о нарастании агрессивности у белых крыс с ртутной интоксикацией. Так, если в 1 срок обследования по сравнению с контрольной группой было выше количество животных, совершавших стойки перед «чужаком», то ко 2 сроку значимо возросло число особей с атаками на «чужака», свидетельствующими о завершенном акте агрессии (рисунок 4).
Рисунок 4. - Показатели агрессивности белых крыс в тесте «чужак-резидент»: *- отличия статистически значимы при сравнении с контрольной группой (р<0,05).
опыт контроль
В отдаленном периоде ртутной интоксикации у белых крыс установлена тенденция к ускорению выработки условного пищедобывательного рефлекса, данный факт требует дальнейшего изучения и осмысления. Ингаляционное воздействие парами металлической ртути приводило к выраженным неврологическим нарушениям, которые сохранялись длительный период. При сравнении времени удержания экспериментальных животных на «вращающемся стержне» в оба срока обследования установлено достоверно значимое превышение данного показателя у белых крыс с ртутной интоксикацией по сравнению с контрольными.
Анализ целостной структуры видоспецифического поведения белых крыс с ртутной интоксикацией при динамическом наблюдении показал нарушения высших интегративных функций головного мозга, нарастающие с течением времени постконтактного периода: снижение локомоторной активности, угасание ориентировочно-исследовательских реакций, усиление эмоциональной негативности, тревожности и внутривидовой агрессивности, изменение мышечного тонуса. Важно подчеркнуть, что в доступной литературе нам не встретилось описание поведенческих паттернов лабораторных животных в отдаленном периоде ртутной интоксикации, сопоставимом с 8-10 годами жизни человека.
Исследования позволили установить нарушения окислительного метаболизма в организме животных с ртутной интоксикацией, которые проявились снижением уровня NO в гомогенате головного мозга (р=0,49) сразу после окончания воздействия и тенденцией к снижению данного показателя и ВГ в отдаленном периоде интоксикации, повышением содержания ТБК-АП (р=0,009) в сыворотке крови спустя 9 недель после окончания ингаляционного воздействия. Подобные изменения в окислительно-восстановительных процессах выявлены и у больных ХРИ в отдаленном постконтактном периоде (Кудаева И.В., Маснавиева Л.Б., 2008). Динамическое увеличение уровня дофамина в головном мозге белых крыс с экспозицией парами ртути с 0,06(0,05-0,29)нг/г в первый срок до 0,56(0,32-1,05)нг/г ко второму этапу обследования (р=0,028) может обусловливать тревожно-эмоциональное состояние животных и нарушение мышечного тонуса, сохраняющиеся в отдаленном периоде, так как активность дофамина имеет большое значение в реализации поведенческих реакций, эмоций, соразмерности движений и состоянии мышечного тонуса (Матлина Э.Ш., Меньшиков В.В., 1967; Громова Е.А., 1980; Базян А.С., 2006).
Значительный интерес представляло изучение биоэлектрической активности головного мозга животных в динамике постконтактного периода. Так, при обследовании сразу после завершения ингаляционного воздействия фоновая активность у крыс с ртутной нейроинтоксикацией в процентном соотношении ритмов характеризовалась преобладанием медленноволновой активности -диапазона и патологического 2-ритма. Амплитуда -диапазона в теменном отведении (F 4) и всех ритмов в височно –затылочном отведении (Р 3) была снижена, что свидетельствовало о дестабилизирующем воздействии токсиканта на ритмическую активность мозга (Суслов Н.И., 2004). При ФС 2 Гц у животных наблюдалось увеличение амплитуды, - и -ритмов, регистрировалась активность -диапазона и, -ритмов (таблица 1).
Таблица 1.
Показатели биопотенциалов головного мозга белых крыс в раннем постконтактном периоде ртутной интоксикации
(Ме и интерквартильный интервал)
| Распределение ритмов (%) | Амплитуда (мкВ) в отведении F4 | Амплитуда (мкВ) в отведении Р3 | ||||
| Фоновая | ||||||
| Диапазон | Опыт | Контроль | Опыт | Контроль | Опыт | Контроль |
| 13,2(7,5-17,6) | 35,5(20,8-47,3) | 115,0(113,0-134,0) | 139,0(104,5-139,0) | 70,0(67,0-76,0)* | 150,0(132,0-150,0) | |
| 37,4(34,0-1,2)* | 27,5(20,8-30,3) | 147,5(125,0-147,5) | 166,8(158,9-167,9) | 96,5(96,0-113,0)* | 137,5(124,3-145,3) | |
| 3,0(1,5-4,5) | 1,5(1,3-1,8) | 89,5(75,0-89,5) | 101,8(90,0-101,8) | 69,3(68,0-74,0)* | 93,3(89,0-93,3) | |
| 1 | 39,4(33,0-41,7) | 31,3(27,6-33,1) | 61,3(51,0-61,3)* | 78,8(67,0-78,8) | 49,5(43,0-52,0)* | 70,0(67,0-70,0) |
| 2 | 4,4(3,7-5,5)* | 2,25(1,6-2,6) | 42,3(38,0-42,3)* | 53,0(45,0-53,0) | 38,5(33,0-38,5)* | 49,5(43,0-49,5) |
| ФС 2 Гц | ||||||
| 20,2(15,0-1,6)* | 12,3(10,6-14,1) | 127,1(102,5-130,2)* | 78,0(78,0-83,5) | 103,4(99,2-104,5)* | 80,5(75,5-80,5) | |
| 39,8(38,6-44,5) | 31,0(26,5-31,0) | 158,4(148,5-164,2)* | 121,5(121,5-132,0) | 109,0(104,0-111,0)* | 100,0(99,0-102,0) | |
| 4,6(3,5-5,2)* | 2,0(1,0-2,0) | 102,2(95,0-104,6)* | 78,0(78,0-82,5) | 72,4(69,7-75,0) | 68,5(64,3-71,8) | |
| 1 | 31,3(29,0-1,6)* | 46,5(46,5-51,0) | 71,2(63,5-74,6) | 59,3(58,6-61,1) | 50,6(47,5-51,8) | 59,0(54,0-63,5) |
| 2 | 2,0(1,0-3,0)* | 5,5(3,0-5,5) | 43,6(40,5-44,3) | 43,0(43,0-44,5) | 37,6(33,5-38,8) | 43,3(37,6-43,6) |
Примечание: ФС 2 Гц - фотостимуляция с частотой 2 Гц; * - отличия статистически значимы при сравнении с контрольной группой по критерию Манна-Уитни (р<0,05); количество наблюдений во всех группах – 8.
В отдаленном периоде интоксикации наибольшие изменения биоэлектрической активности головного мозга у опытных белых крыс проявились при изучении ЗВП: увеличивалась латентность и длительность ответа, изменялась форма основных пиков (таблица 2).
Таблица 2.
Показатели зрительных вызванных потенциалов головного мозга белых крыс в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации
(Ме и интерквартильный интервал)
| Показатели | Опыт | Контроль |
| Латентность (мс) ЗВП в отведении P3 | ||
| Р1 | 214,0(106,0-398,0) | 147,0(92,0-340,0) |
| N2 | 288,0(196,0-398,0) | 210,0(136,0-446,0) |
| Р 2 | 550,0 (490,0-560,0)* | 273,0 (186,0-406,0) |
| N3 | 506,0(348,0-602,0)* | 246,0(162,0-332,0) |
| P3 | 648,0(501,0-668,0)* | 350,0(310,0-470,0) |
Примечание: ЗВП – зрительные вызванные потенциалы; * - отличия статистически значимы при сравнении с контрольной группой по критерию Манна-Уитни (р<0,05); количество наблюдений во всех группах – 8.
Морфологические исследования у животных с ртутной интоксикацией показали, что на протяжении всего постконтактного периода в ткани головного мозга обнаруживались периваскулярный и перицеллюлярный отек, дистрофия нейронов, клеток Пуркинье, вакуолизация глии. В отдаленном сроке обследования появлялась демиелинизация нейронов, усиливались признаки их дистрофии, нарушалась цитоархитектоника коры головного мозга и гиппокампа с резким сокращением количества нервных клеток. Следует подчеркнуть, что дистрофические изменения в ЦНС при ртутной интоксикации также были выявлены в исследованиях Ю.Н. Талакина (1979) и С.А. Куценко (2002), однако данные нарушения наблюдались лишь в раннем периоде воздействия.
Важным для понимания хронического воздействия ртути на организм, для последующего лечения является информация о накоплении ртути в организме, ее распределение по органам и тканям (Малов А.М., 2009). Согласно мнению Г.Н. Красовского (1980), кумуляция ртути в ткани головного мозга объясняет нервные поражения, которые проявляются спустя несколько лет после прекращения экспозиции. Анализ содержания ртути в головном мозге белых крыс в динамике нейроинтоксикации позволил установить закономерность в распределении металла. Так, в оба срока обследования после ингаляционного воздействия ртутью количество металла, накопленного в стволовых структурах головного мозга, было выше в 2,3-2,4 раза, чем в коре. Полученные результаты подтверждают литературные данные о большей тропности ртути к глубоколежащим отделам головного мозга (Курляндский Б.А., 2002; Плетенева Т.В., 2005). В отдаленном периоде ртутной интоксикации произошло резкое снижение содержания ртути в головном мозге, как в коре (с 139,00±12,00 до 11,00±0,90 нг/г), так и в стволовой части (с 337,00±14,00 до 25,00±3,00 нг/г). Несмотря на интенсивное выведение накопленного металла, полное исчезновение ртути из ткани головного мозга не наблюдалось. Незначительные концентрации кумулированной ртути в головном мозге, учитывая ее токсичность, могут приводить к нарушениям функционирования НС.
Значительный интерес представляло сопоставление нарушений в НС при воздействии паров металлической ртути и сулемы, поскольку сулема, являясь эталонным представителем НСР (Трахтенберг М.И., 1994), имеет широкую сферу применения как в промышленности, так и в быту и также обладает выраженными кумулятивными свойствами. Анализ паттернов целостного поведения белых крыс с интоксикацией сулемой выявил нарушения, аналогичные таковым у животных с ртутной интоксикацией. В динамике постконтактного периода снижение локомоторной активности проявлялось уменьшением числа актов «локомоции» (1 срок – 5,00(1,00-8,00) усл. ед., 2 срок- 0,99(0,01-1,01) усл. ед., р<0,05), увеличением длительности паттерна «сидит» (1 срок –5,56(2,58-7,05) сек., 2 срок –14,88(8,76-17,90) сек., р<0,05), наряду с нарастанием негативно-эмоционального напряжения животных (уменьшением количества паттернов «груминг»(1 срок - 1,00(0,01-2,00) усл. ед., 2 срок - 0,01(0,01-0,02) усл. ед., р<0,05). Меньшее количество актов «норка»(1 срок - 2,00(1,00-4,00) усл. ед., 2 срок - 0,99(0,01-1,01) усл. ед., р<0,05), «обнюхивания» (1 срок - 25,00(20,00-32,00) усл. ед., 2 срок - 10,99(9,9-21,9) усл. ед., р<0,05), «стойка с упором» (1 срок - 3,00(2,00-5,00) усл. ед., 2 срок - 1,01(0,9-2,01) усл. ед., р<0,05) подтверждало снижение исследовательской мотивации. Подобная закономерность выявлялась и при обследовании связанной выборки животных, у которых в отдаленном периоде наблюдения возросли время выполнения и количество акта «сидит», длительностъ «выглядываний» из темного рукава лабиринта (р<0,05) (рисунок 5).
Рисунок 5. - Индекс согласованных изменений (%) поведенческих актов белых крыс с интоксикацией сулемой при сравнении во 2 срок относительно 1 срока: *- отличия статистически значимы при р<0,05; «+» - возрастание; «-» - снижение.
опыт контроль
Следует заметить, что у животных контрольной группы данные показатели при динамическом сравнении результатов второго срока, относительно первого в целом по группе и в связанной выборке статистически значимо не менялись.
Кластерный анализ целостной структуры поведения белых крыс с нейроинтоксикацией сулемой в отдаленном периоде выявил нарушение последовательности переходов между актами, свидетельствовавшими о наличии высокой тревожности и нарушении рациональной стратегии поведения (рисунок 6).
