Мутагенну дію - токсикологія полімерних матеріалів

Мутагенну дію ПМ і їх компонентів. Серед використовуваних в сучасній технології хімічних речовин значна частка належить з`єднанням, що впливає на спадковий апарат тварин і людини. Сьогодні можна з упевненістю сказати, що слідом за проникаючою радіацією хімічні мутагени - основна небезпека для генофонду. За даними зарубіжних авторів, у 6% новонароджених виявляються генетичні дефекти, причому у 0,6% - хромосомні аномаліі- 6% мертвонароджень і 50% спонтанних абортів обумовлені хромосомними патологіями.
Отримані експериментальні дані свідчать про універсальність проявів хімічного мутагенезу і про наявність його у людини. Широке використання різних хімічних речовин підвищує реальну небезпеку зміни спадковості.
Мутагенний ефект істотно відрізняється від класичних проявів інтоксикацій. При цьому піддаласявпливу індивідуум не страждає, а індукована патологія передається з покоління в покоління. Методи вивчення генетичних ушкоджень і оцінка їх значно відрізняються від прийнятих в гігієнічної токсикології прийомів і принципів. Багато дослідників вважають, що поки ще важко розраховувати і на підтвердження експериментальних даних епідеміологічними спостереженнями. Але навіть якщо б вони з`явилися, виділити мутагенний фактор виявилося б практично неможливо, не кажучи вже про те. що результати досліджень були б вельми запізнілими.
Поки що важко сказати, чи стане моніторинг за людськими популяціями одним з рішень проблеми хімічного мутагенезу. Виявлення спадкових змін, особливо виявлення рецесивних мутацій, які можуть не виражатися фізично протягом багатьох поколінь, сьогодні ще неможливо. Значно простіше обстежити групи осіб на соматичні ефекти, наприклад, хромосомні аберації в лімфоцитах у робітників, що контактують з потенційними мутагенами. Складність проблеми полягає в тому, що подібні зміни не завжди відбуваються в статевих клітинах людини (в експериментах на тваринах це можна перевірити, досліджуючи ооцити і т. Д.). Практично дуже важко показати на людській популяції підвищення числа мертвонароджених, абортів і спадкових змін, обумовлених хромосомними абераціями. Однак такі спроби зроблені (Klinger, Glasser, 1977).
Вивчення мутагенної активності пластмас і виробів з них має велике значення для захисту генофонду. Причому мова йде не тільки про здоров`я майбутніх поколінь через накопичення мутацій в статевих клітинах, а й про добробут нині живих людей з огляду на можливості індукції злоякісних новоутворень внаслідок мутацій в соматичних клітинах людини. Поширення в біосфері слабких мутагенів може принести популяції не менших збитків, ніж супермутагени, застосування яких обмежено (І. А. Рапопорт, 1970).
Генетичні ушкодження розвиваються внаслідок генних або точкових мутацій, які порушують структуру ДНК і призводять до зміни синтезу різних білків і виникнення ензимопатій, хромосомних порушень, видимих під мікроскопом, зміни числа хромосом. Мутагенна активність речовини визначається сумою генних, хромосомних і геномних мутацій (порушень хромосомного набору). Встановлено, що одні речовини викликають мутації у всіх модельних тест-системах (алкилирующие з`єднання), інші - представляють генетичну небезпеку тільки для певних організмів (акридиновим барвники, пуринові основи, нітрити та ін.).
Із зростанням дози мутагена відбувається, хоча і нерівномірне, збільшення генетичного ефекту за рахунок зростання всіх видів мутацій. Однак при малих дозах мутагена найімовірніше приріст генних мутацій, при великих - хромосомних. Наявність хромосомних аберацій - свідоцтво можливості не тільки мутагенного, але і канцерогенного або тератогенного, ефекту. Пошкодження хромосом або порушення їх нормального набору може бути причиною внутрішньоутробної загибелі плоду, аномалій розвитку, спадкових захворювань.
Встановлена пряма залежність мутагенного ефекту деяких компонентів пластмас від дози речовини при повторному і хронічному впливі: етиленіміну, хлоропрена (Л. Д. Катосова, 1973), уретану (Т. І. Сувалова, 1972) і бензолу. В інших випадках залежність може бути більш складною. І. В. Саноцкий (1976) наполягає на принципову неможливість досягнення хімічними мутагенами свого «рецептора» на низьких рівнях впливу при наявності процесів виведення отрути з цілісного організму при існуванні знешкоджує метаболізму.
В даний час існує більше 100 биотестов для виявлення мутагенності. Однак вважається, що тільки один тест не може служити надійним доказом небезпеки генетичного ефекту. Вибір методу вивчення мутагенної активності визначається хімічною будовою речовини, його біологічну активність, умовами впливу на людину, характером і обсягом груп населення, які зазнають впливу. Поки ще немає універсальної тест-системи, за допомогою якої можна було б без великих витрат сил, засобів і часу виявити основні типи генетичних ушкоджень.
Цінність інформації, одержуваної завдяки застосуванню тих чи інших тест-систем, визначається такими ознаками:
а) ступенем генетичного і метаболічного подібності з людиною-
б) широтою спектра реєстрованих генетичних поврежденій-
в) можливістю екстраполяції ефектів, що реєструються в соматичних клітинах, на мейотіческіе клітини.
Багато вчених (С. Auerbach, 1979- В. J. Kilbey і співавт., 1981) вважають дрозофілу цілком придатною для скринінгу тест-системою. Особлива роль дрозофіли полягає в тому, що вона є еукаріотичних організмом з типовими еукариотическими хромосомамі- при тестуванні використовуються статеві, а не соматичні, як у багатьох інших системах клітини-все зчеплені з підлогою літали є ядерними мутаціями. Однак в останні роки не дрозофіла, а мікробні тести набули найбільшого поширення, тому що виявилися придатними для скринінгу великої кількості речовин. Для виявлення мутагенів в харчових продуктах і навколишнього середовища широко використовується тест Еймса. Цей та інші мікробні тести дозволяють вивчати активність складних сумішей, зокрема, комплексу речовин, що мігрують з полімерних матеріалів, щоб потім ідентифікувати мутагенний компонент шляхом фракціонування. Але тест-система Еймса ще повністю не уніфікована.
Вивчаючи мутагенну активність чотирьох мономерів, стиролу, бутадієну, акрилонітрилу та вінілхлориду, F. Pancelet і співавтори (1980) встановили, що шуканий ефект залежить від умов проведення досвіду, наявності або відсутності системи метаболічної активації, а також від індуктора мікросом, використаного для попередньої обробки тварин. Однак мікробні тести за своєю природою не допускають пряме перенесення даних і не можуть визначити порогові дози мутагенів і канцерогенів для ссавців, що необхідно як основа для гігієнічної регламентації змісту токсичних речовин у навколишнє середовище (Н. П. Дубінін, 1977).
При токсикологічних дослідженнях широко застосовують цитогенетичні методи. На культурі клітин ссавців вдається виявляти прямі і зворотні мутації генів, транслокації, делеції, дуплікації, нерасхожденія хромосом. Найбільш зручні для аналізу хромосомних аберацій клітини кісткового мозку і лімфоцити периферичної крові. Тест специфічного локусу у мишей є, мабуть, єдиним для виявлення точкових мутацій в зародкових клітинах ссавців. Але за допомогою цитогенетичних методів можна виявити генні мутації, так як зміни в клітинних ДНК не видно під мікроскопом
Генетичні дослідження на культурі тканин (лейкоцити та ін.) Пов`язані з небезпекою гіпердіагностики через відсутність в культурі тканин захисних систем, властивих цілісному організму (Brusick, 1977). Одночасно слід враховувати можливість утворення в організмі в процесі біотрансформації нових більш активних, ніж вихідні, з`єднань.
Як підкреслює Н. П. Бочков (1972), екстраполяція даних, отриманих на соматичних клітинах, на зародкові утруднена через можливість існування бар`єру для проникнення деяких речовин в насінники. Тому дослідження in vivo є найбільш адекватними при вирішенні задач гігієнічної регламентації При цьому генетико-генетична оцінка компонентів полімерних матеріалів повинна здійснювати на рівні доз і концентрацій, обумовлених реальними рівнями міграції в навколишнє середовище. Дослідження слід проводити на статевих клітинах - носіях спадкової інформації. Вони більш чутливі до впливу хімічних речовин, ніж клітини кісткового мозку (А. М. Малашенко і співавт., 1981)
Найменш вивченим питанням є можливий рівень екстраполяції даних, отриманих на всіляких експериментальних моделях, ближче або далі віддалених від людського організму на шляху еволюційного розвитку. Необхідність наукового обґрунтування такого роду екстраполяції стимулює дослідження порівняльного мутагенезу, що вживаються в даний час при вирішенні гігієнічних завдань. Однак поки що відсутні експериментально доведені правила екстраполяції з одного виду на інший, з соматичних клітин на статеві, з хромосомнихаберацій на генні мутації (Н. П. Бочков, 1981). В даний час накопичені експериментальні дані з вивчення хімічного мутагенезу, обумовленого впливом різних мономерів, які використовуються в синтезі пластмас і здатних мігрувати з них, забруднюючи повітря, воду і харчові продукти. Згідно І. В. Саноцького і В. Н. Фоменко (1979), при інгаляційному впливі виявляється мутагенний ефект хлоропрена - 0,13 мг / м3, етиленіміну - 0,8 мг / м3, уретану - 0,1 мг / м3.
Вінілхлорид, бутадієн (С. Muster і співавт., 1980), ізопрен проявляють активність в дослідах на мікроорганізмах- Епіхлоргідрин - в дослідах на дрозофілі, рослинах, мікроорганізмах і ссавців (клітини кісткового мозку, метод домінантних леталей, чашковий жердину и др Б . Я. Екштат, Г. К. Ісакова, 1969- Н. П. Бочков і співавт., 1976). Згідно С. А. Боканевой (1980), порогова концентрація його в повітрі по мутагенному ефекту (цитогенетичний аналіз) - 1 мг / м3.
Етиленімін - найбільш потужний хімічний мутаген. Ефект встановлено на мікроорганізмах, комах, культурі клітин кісткового мозку ссавців (методом домінатний деталей), на культурі клітин людини (Н. П. Бочков і співавт., 1975). Дані про генетичну активності стиролу суперечливі. Дослідження на дрозофілі дали негативний результат (В. О. Шефтель, Л. А. Шквар, 1966). Однак цей мономер проявляє мутагенну активність після метаболічної активації. Під дією моно-оксигеназ мікросом печінки та інших органів утворюється стіролоксід, що володіє високою генетичною активністю на дрозофілі, дріжджах, клітинах китайського хом`ячка і людини in vitro. Підвищується частота хромосомних аберацій і сестринських хроматидного обмінів в культурі лімфоцитів людини. При введенні 1 / 1000-1 / 10 від ЛД50 крезолів у білих щурів виявляються хромосомні аберації (Б. Я. Екштат, Г. К. Ісакова, 1969).
Формальдегід генетично активний дослідах на дрозофілі, але мутагенну дію його на ссавців не виявлено (А. Bosler і співавт., 1985). Мутагенну дію хлоропрена встановлено методом метаболічної активації речовини в організмі тварин (Б. С. Фічіджян і співавт., 1978), методом домінантних деталей - на ссавців і культурі клітин людини (Н. П. Бочков і співавт., 1975).
Акриламід структурно схожий з акрилонитрилом і вінілхлориду. Він викликає домінатний летальні мутації на стації пізніх сперматід і ранніх сперматозоїдів (М. D. Sheldy і співавт., 1986). У той же час згідно з А. КнААВО і співавт. (1984), мономер не проявляє мутагенної активності на дрозофілі, в тесті Еймса, в тестах на генні мутації, в клітинах мишачої лімфоми. Генетичний ефект бутадієну в зародкових клітинах людини описав С. Rosenthal (1985).
Згідно Н. Norppa і співавторів (1985), винилацетат є ефективним індуктором пошкодження хромосом і сестринських хроматидного обмінів в клітинах ссавців. Продукт його перетворення (ацетальдегід) в культурі лімфоцитів призводить до того ж Цитогенетичним ефекту, що і винилацетат.
Капролактам не проявляє мутагенної активності в тесті Еймса і культурі клітин китайського хом`ячка (I. Kuroda і співавт., 1983).
Толуілендиізоціанатів володіють мутагенною активністю в тесті Еймса. Продукти їх перетворення в воді (діамінотолуілени) надають генетичне вплив в культурі клітин печінки і щурів (G. Swenberg, 1985).
Експериментально виявлена мутагенна активність в різних тест-системах цілого ряду аминосоединений, здатних мігрувати з пластмас в навколишнє середовище. Так, генетична активність етиламін, гексаметилентетрамина і ТЕА виявлена на дрозофілі (Н. П. Дубінін, 1970), етілендіаміна і триетилентетрамін - в тесті Еймса (A. Hedenstedt, 1978- J. Е. Hulla, 1981) - мутагенний ефект диметиламина - на мишах (М. A. Friedman і співавт., 1973). За даними Ш. Ауербах (1978), гидроксиламин викликає розриви хромосом в клітинах ссавців. При введенні мишам среднесмертельних доз оловоорганічних стабілізаторів полівінілхлориду (бутілоловатрілаурата і оксиду бістрібутілолова) Н. Н. Бєляєва і співавтори (1976) спостерігали цитогенетический ефект в клітинах кісткового мозку. Слабким мутагенів є барій. У дозах 0,05-0,5 мг / кг він збільшує число хромосомних аберацій (Г. Н. Красовський і співавт., 1980). Дози цинку викликають генетичні зміни у ссавців- 5 мг / кг (6 міс) і 100 мг / кг (1 міс-Р. В. Меркур`єва і співавт., 1979). На культурі соматичних клітин гризунів відзначений високий цитогенетический ефект шестивалентного хрому. Тривалентний хром володіє незначною активністю. Сполуки хрому здатні індукувати не тільки хромосомні, а й генні мутації. У всіх випадках більш активні сполуки шестивалентного хрому. Як вважає С. P. Flessel (1978), хром, мідь, залізо і свинець - мутагени для фагів і бактерій. З`єднання алюмінію, олова, кадмію, міді та свинцю викликають хромосомні аберації або порушення їх поділу в клітинах тварин і людини. Хоча, як показано вище, деякі метали здатні викликати генетичні зміни в людських клітинах, дані про можливість успадкування цих генетичних ефектів людиною не отримані. Встановлено генетична активність деяких розчинників, використовуваних в синтезі пластмас. Так, виявлено цитогенетична активність циклогексанона на культурі лейкоцитів людини при концентрації його в культуральному середовищі 0,005-0,1 мг / л (В. Д. Дишловий і співавт., 1981).
Речовина проявляє мутагенну активність в тесті Еймса. Генетичний ефект виявляється при інгаляційному впливі його на рівні ГДК-11,5 мг / м3 (І. В. Саноцкий, В. Н. Фоменко, 1979). Толуол при тривалому інгаляційному впливі викликає хромосомні аберації. Мутагенні властивості дихлоретан встановлені на мікроорганізмах (N. Rannung, С. Ramel, 1978).
Диметилацетамід при інгаляційному впливі в концентрації 20 мг / м3 має мутагенної активністю (І. В. Сандцкій, В. Н. Фоменко, 1979). Диметилформамід в тесті Еймса мутагенної активності не проявляє, не викликає також хромосомніаберації в лімфоцитах периферичної крові людини in vitro, сестринських хроматидного обмінів та мікроядер в клітинах кісткового
мозку мишей In vivo (0,2-2000,0 мг / кг-I. L. Antoine і співавт., 1983).
Мутагенними властивостями володіють деякі компоненти гум. Л. В. Самош і М. А. Пилинський (1967) на культурі лейкоцитів людини виявили активність цімата. Введення 50 мг / кг тіурами ЕФ протягом 2,5 міс зробило слабке мутагенну дію на соматичні і статеві клітини білих щурів (Н. В. Хорошилова, 1979). Подпороговой з цього ефекту була доза 5 мг / кг. Прискорювач вулканізації тіурам Д (ТМТД), який використовується також як пестицид, не виявляв мутагенного дії в експериментах на дрозофілі. У той же час А. І. Курячий і М. А. Пилинський виявили збільшення частоти хромосомних аберацій в клітинах кісткового мозку мишей, які зазнали впливу цього препарату. Крім того, за допомогою цитогенетичного аналізу виявлено достовірне збільшення числа аберрантних клітин в крові робітників, які контактували з ТМТД протягом 1-10 років. G. Ове і В. веек (1979) показали, що ацетальдегід в концентрації 2,5-15 мг / л індукує сестринські хроматидні обміни в клітинах китайського хом`ячка in vitro. С. Є. Александров і В. С. Журко (1983) виявили більш, ніж дворазове підвищення частоти клітин з абераціями в лімфоцитах периферичної крові у робітників резино-технічного виробництва в порівнянні з контрольною групою, що, на думку авторів, пов`язано з впливом прискорювачів вулканізації.

Є дані про мутагенної активності і інших компонентів полімерних матеріалів. В. О. Шефтель і співавтори (1976) виявили мутагенний ефект гидроперекиси изопропилбензола на ссавців (методом домінантних леталей) і дрозофілі. Мутагенна активність трибутилфосфату встановлена на мікроорганізмах (3. А. Гафіева, В. А. Чудина, 1986), ацетальдегіду - в клітинах яєчника китайського хом`ячка (W. Au, F. М. Badr, 1979). I. Sbrana, N. Loprieno (1985) при введенні о-феніліндіаміна виявили збільшення відсотка хромосомнихаберацій в клітинах кісткового мозку мишей і культурі лімфоцитів людини.
Мутагенний ефект на мікроорганізмах виявляють деякі мінеральні масла, метілендіанілін, метілендіхлорід, толуілендиізоціанатів, гідразин і резорцин, а на дрозофілі - гідразин і етиленгліколь.                                                  
При вивченні мутагенної активності в різних тест-системах негативні результати отримані при дослідженні наступних компонентів полімерних матеріалів-вінілацетату, винилиденхлорида, вінілметіладіпата, дібутілсебаціната, диметилфталат, дибутилфталат, діоктилфталат, діетаноламіну, октабромбіфеніла, меламіну, етаноламіну, триетилцитрат, акрилонітрилу, цинку, кобальту, іметилтерефталату , бутилакрилатом, перекису бензоїлу.