Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему: Модификация мутагенного эффекта асбеста и ее возможные механизмы (экспериментальное исследование)
Автореферат диссертации по медицине на тему Модификация мутагенного эффекта асбеста и ее возможные механизмы (экспериментальное исследование)
министерство здравоохранения и медицинской прошш1енности
уральская государственная 'медицинская академия
На правах рукописи УЖ 616-092:616-003.66
УБАКОВ Сергей Александрович
модификация мутагенного эффекта асбеста и ев ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
14.00.16 - Патологическая физиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Работа выполнена в Уральском научно-исследовательском институте Фтизиопульмонологии
доктор медицинских наук В.Н.Фраш Научный консультант:
кандидат медицинских наук В.А.Павлов
Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,
доктор медицинских наук, профессор
Институт экологии растений и животных УрО РАН
Защита диссертации состоится"_"_ 1996г.
в "_" на заседании специализированного совета
К.084.10.03 при Уральской государственной медицинской академии по адресу: 620219 г.Екатеринбург, ул. Репина, 3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской государственной медицинской академии.
Автореферат разослан "_"_ 1996г.
Ученый секретарь диссертационного Совета,
доктор медицинских наук, \
Актуальность р,а, боты. Патология наследс-венности - одна из важных проблем патофизиологии и совре-енной медицины вообще. Нарушения наследственности лежат в снове большого количества заболеваний, распространенность оторык в последние десятилетия неуклонно возрастает. Кроне ото, несомненна роль генетических отклонений в патогенезе локачественных опухолей, диабета, гипертонии и других важ-ейшик современных заболеваний. Так называемая "нестабиль-ост ь генома" (Н.Н.Ильинских и др. 1986) является, как поладит, предболезнью и основой для развития самой разнообразен патологии.
Наиболее вероятной и интенсивно изучаемой причиной повы-ения частоты мутаций в соматических и половых клетках явля-тся действие мутагенных факторов внешней среды. Технический рогресс сопровождается воздействием на человека нногочис— енных мутагенных агентов, количество которых возрастает, склточить же их воздействие на человека полностью практичес-и невозможно. В современной промышленности используется есколько сот тысяч различных химических веществ, из которых э приблизительным оценкам не менее 10"/. могут оказаться му-агенными. Современные списки доказанных мутагенов насчиты-эют многие сотни наименований. Кроме того, существуют ещё изические и биологические мутагены.
Сложность современной ситуации в области патологии нас-едственности состоит, однако, не только в наличии большого эличества внешних потенциально вредных агентов, но и в том, го они воздействуют, как. правило, .не изолированно, а в пожном комплексе, результаты влияния которого на организм эвременная наука, как правило, не может с достаточной точ— эстью предсказать. В случае мутагенеза, речь идёт о модифи-эции мутагенного эффекта (ИЭ), т.е. об изменении его коли-гственных и/или качественных характеристик при совместном ействии мутагенных и немутагенных Факторов. Уже априори эжно предположить, что механизмы и результаты модификации Э весьма разнообразны, однако конкретные данные такого ро— э о отношении отдельных мутагенов, в 'топ числе и наиболее эспространенных, недостаточны. Больше того, анализ соот-?тствуя)ш.ей литературы свидетельствует о том, что на данном гапе развития представлений о модификации ПЭ необходимы знкретные, прежде всего экспериментальные исследования э-возможности большего числа-пар "мутаген + модификатор" и ^следования механизмов модификации ПЭ в этих парах, прежде
чем окажется возможной разработка соответствующий с6ш,етеО£ тическик положений о модификации МЭ.
Важность проблемы модификации биологических реакций вс обще и мутагенного эффекта различных веществ, в частности, подчеркивается тем, что в последние 10-15 лет данной проб/ ме уделятся большое внимание на международных конференция* симпозиумах, издаются специальные сборники ВОЗ, ПАИР и дру гик международных организаций, специальные монографии, обз ры и т.д.(Р.П. Арутюнян, 1985; H.H. Ильинских и др.,1986; Complex mixtures and сел- сег risk, 1990; Synopsis of the International Conference on antimutagenesis and anticarcinogenesis: Mechanisms, 1990).
0 важности данной проблемы свидетельствует и возникное ние на стыке ряда отраслей теоретической медицины особой с расли - биологического мониторинга. Последний состоит в оценке реакции на то или иное воздействие не столько по фе -з и чески и параметрам воздействия, сколько по величине вызые епого им биологического эффекта. Интенсивно разрабатывают*: так называемые "биологические индексы экспозиции" (Lehnert 1989). В качестве таковых могут использоваться концентрат-того или иного конечного метаболита в биологических тканях клеточный состав и др. Фактически такие индексы есть интег ральный результат воздействия микста факторов, т.е. резуль тат их взаимной модификации на уровне организма.
Одной из наименее изученных является модификация ПЭ ас беста. Асбест - широко распространенный техногенный агент, привлекающий большое внимание вследствие канцерогенности. Пеньшее влияние уделяется пока ИЗ асбеста, хотя о наличии такового свидетельствует ряд специальных работ (Б.Т.Велич-ковский, 1994; Adashi,1992; Lund, Aust, 1992). Имеется Het торое количество работ о совместном действии на организм г беста и других широко распространенных внешних вредностей курения, бенз(а)пирена. и радиации, но эти работа касаются почти исключительно опухолевых эффектов, влияния асбеста i обмен полициклических ароматических углеводородов и др., t не мутагенеза. По имеющимся данным практически невозможно получить представление о направленности модификации acöeci о его механизмах, тем более невозможно использовать эти представления для прогнозирования ПЭ совместного действия асбеста и других сопровождающих его в реальной жизни внеии агентов и для профилактики возможных при этом вредных эФФ* тов.
1-1 сходя из сказанного, нами в течение 1990-1995 годов бы-
3 проведено изучение ПЭ асбеста в его сочетаниях с целым эдом широко распространенных бытовых, производственных, ле-дрственных и других потенциально патогенных агентов с ис— эльзованием моделей и методов, обычно применяемых при исс-?довании модификации ПЭ. Был избран экспериментальный под-зд, так как только в эксперименте можно изучить весь диапа-эн доз того или иного воздействия и применить методы иссле-эвания, недопустимые в клинической медицине, с целью выяв-?ния возможных' механизмов изучаемой модификации ПЭ.
Все изложенное обусловило актуальность чти>[ исследований и позволило обосновать их цель и основ—
Целью данной работы было выявление характера и ме-лнизмов модификации мутагенного эффекта асбеста при сов-?стном действии последнего с наиболее распространенными ютовыми, производственными, лекарственными и некоторыми тугими потенциально патогенными агентами.
Для достижения поставленной цели представлялось необходим решение следующих задач:
- изучить мутагенный эффект при совместном действии на рганизм асбеста и указанных выше внешних патогенных агентов
оценить его с точки зрения современных представлений о :>мбини реваншем и модифицированным биологическим эффектах.
оценить возможность использования модификации мутаген-эго эффекта асбеста в микроядерном тесте для прогнозировала других генотоксических эффектов комбинаций асбеста с бы-эвыми, производственными и другими потенциально вредными тентами.
- изучить влияние наиболее репрезентативных сочетаний на чтенсивность свободно-радикального окисления.
11 а у ч н а я н о в и з н а и теоретичес-ая значимость.
Получены новые данные о модификации мутагенного эффекта сбеста при воздействии более чем 20 широко распространенных .гговых, производственных, лекарственных и других внешних редовых воздействий на человека. Предложена классификация эдификаторов мутагенного эффекта асбеста. Обнаружена воз-эжность прогнозирования различных проявлений генотоксичнос-
4 сочетаний асбеста с другими внешними воздействиями по энным о действии этих сочетаний в никроядерном тесте.
- установлена зависимость величины мутагенного эффект; асбеста от конкретного состава микста Факторов, реально в< действующих на организм вместе с асбестом. (
- для практики медико-биологического тестирования раз] ботана экспериментальная модель, позволяющая прогнозирова' влияние микста веществ, содержащих асбест, на генетически* аппарат.
- конкретные данные о модификации мутагенного эффекта асбеста в том или ином миксте могут быть использованы для разработки мер профилактики и коррекции, в частности, при поиске соответствующих генопротекторов.
Апробация работы. По материалам исследований опубликовано 11 работ, в том числе 1 журнальная статья, 1 статья в сборнике и тезисы 6 докладов на Всесок* нык и Всероссийских конференциях.
Структура и о б ъ ё м д и с с е р т а ц и и Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав (обзор литературы, материалы и методы и 3 главы собственных иссл дований), общего заключения, выводов, списка использованн литературы. Обы'М диссертации 177 страниц машинописи, 57 таблиц и 2 рисунка. Список использованной литературы вклю ет 267 источников (99 за последние 5 лет), в том числе 16 работы зарубежным авторов и 103 отечественный.
И е т о д ы и о б ё м исследований, тыты проводены на 930 белых мышах. В качестве мутагена, эзможность модификации ГСЭ которого исследовалась в данной з.боте, был асбест. Нами использовался хризотил-асбест, ко->рый является наиболее часто используемым видом асбеста как России, так и за рубежом. Асбест вводили внутрибрюшинно в >зе 10 мг/мышь ( 500 мг/кг), которая была установлена кАк /боптимальная в специальном дозо-эффектном эксперименте. В эчеетве возможных модификаторов использовались бытовые, ле-5.рственные, производственные агенты, а также некоторые воз-гйствия, изменяющие реактивность системы крови — ткани-ми-?ни в микроядерном тесте. Эти воздействия избирались с учета частоты их влияния на человека, механизмов изолированно> влияния на организм, а также с учетом наличия в литерату-работ, посвященных сочетанию асбеста с данным агентом. Из ¿товых агентов нами были избраны этанол, ацетальдегид (как ?йствующее начало алкоголя по некоторым физиологическим эф-?ктам последнего), кофе, кофеин (действующее начало кофе), эожаренные пищевые жиры, растительное масло, курительная юла, бенз/а/пйрен (как один из наиболее изученных мутаге->в табачного дыма). В качестве предполагаемых лекарственных >дификаторов брали активированный уголь, аспирин, вакцину :;и его повреждающего воздействия на геном, поскольку шгибиторы мутагенеза как одна из разновидностей его модифи-;аторов есть по сути дела генопротекторы. Далее, учет данных > модификации ПЭ асбеста важен при интерпретации противоре-)ивых, а порой и отрицательных данных литературы в отношении нутагенного и тесно коррелирующего с ним канцерогенного 1ействия асбеста. Имеется ряд оснований предполагать зависи-гостъ этих противоречий от неучета в таких случаях совмест-юго действия асбеста с ингибиторами его ПЭ. Из наших данных эидно, что такое сочетание весьма вероятно - 12 из 22, т.е. юл ее 507.. Учет модификации ПЭ является также частью важной длл патофимиологии проблемы индивидуальной и грунлоиой чуис "вительности (Г.А.Боговский, 1777; С.П.Новопашин и П.И.Вяд-х>, 1989). Проведенное исследование даёт основание полагать - для случая мутагенеза, индуцированного асбестом, что раз-юобразие реально влияющих на разных людей Факторов внешней
среды имеет немалое значение как Фактор их индивидуальной чувствительности.
Что касается групповой чувствительности к ИЭ асбеста, здесь существенны полученные нами результаты по прогноэиро ванию генотоксичности использованных сочетаний асбеста с е потенциальными модификаторами по результатам действия этих же комбинаций в микроядерном тесте. Иикроядерный тест, как известно, также регистрирует генотоксичность, но постанови его значительно проще, дешевле и занимает мало времени в сравнении с выявлением других признаков генотоксичности. И вестно, что выявление такого практически важного проявлени геноток сичности как канцерогенность, требует - в расчете н 1 вещество - 3-5 лет работы коллектива из 4-<Ь квалифицированных специалистов и постановки опыта на 200-400 животным видов и обоих полов. Поэтому ясно , что возможность проГНС зирования трудно выявляемых признаков генотоксичности по другим тоже генотоксическии, но легче и дешевле обнаружив^ мып признакам (в данной случае, по микроядерному тесту), имеет немалое практическое значение. Сопоставление наших данных по модификации с данными по генотоксичности этих же сочетаний из литетатуры показало высокую степень корреляци между ними (глава 4) - - чувствительность, специфичность и предсказуемость такого подхода составили соответственно It bh, 7"/. и 707., что считается вполне достаточным для первичнг го, ориентировочного скрининга.
В этом отношении отметим,что задача прогнозирования ПЗ сочетаний веществ (не только асбестсодержащих сочетаний) х леко ещё не решена. Обычно при таком прогнозировании исхох из принципа аддитивности 31Э отдельных веществ (Н.Н. Бочкое 1775; В.С.Журков, 1981; EEMS Report, 1<778; Epstein, 1S74; др.). Специальные исследования свидетельствуют однако, чтс конкретные, получаемые в эксперименте, данные о ПЭ сочетав могут существенно отклонятся от аддитивной модели. Так, в одной из публикаций (В.Н.Фраш и др. 1988> было показано, v в 4 из 6 изучавшихся сочетаний (т.е. в 2/3 случаев) резуль тат по ПЭ отличался от предсказанной аддитивности или даже оказался противоположным. В настоящее время принцип аддит^ ности при прогнозировании ПЭ сочетаний подвергается сомнек рядом авторов (В.В. Воронин, 1985; Arcos и др. 1989; Chen др., 1982; Kaldor, Able, 1990; Lehnert, 1989), поскольку этот принцип не учитывает механизмов ИЭ сочетаний, т.е. м€ ханизмов модификации ИЭ. По-видимому, в этой области, как
сблас-т-и канцерогенеза (В.В. Бенеманский и др., 1986; тисе,1985), правильнее проводить прямое тестирование ИЭ сования в той или иной экспериментальной тест—системе с »лью прогнозирования ИЭ данного сочетания на человека. 06->руженное нами соответствие между ИЭ ряда сочетаний асбеста другими внешними агентами и данными литературы о других томимо ИТ) генотоксических проявлениях тек же сочетаний >зволяет предложить использованную экспериментальную модель оценку модифицирующего влияния в ИТ — в качестве одной из гсбных и достаточно информативных тест-систем для прогнози->вания возможных наслед ственных эффектов этих сочетаний у »ловека.
1. Выявлен широкий спектр модификаторов ИЭ асбеста, ох->тыванхц.ий важные и распространенные бытовые, производствен->*е, лекарственные и другие средовые воздействия — этанол, фение, кофе, радиация, аспирин, витамин С и мн. др.
2. Интенсивность модификации охватывает практически весь >■3можный её спектр - от резкого угнетения до значительного ;иления.
3. Ослабление ИЭ асбеста является количественно преобла-мощим вариантом модификации и отмечено при действии этило->го спирта, кофе, кофеина, растительного масла, активиро— шноро угля, аспирина, витамина С и других агентов.
Усиление ИЭ сочетания в сравнении с ИЭ одного асбеста гмечено для сочетания асбеста с ацетальдегидом, бенз/а/пи-»ном, радиацией и посттрансфузионным эритроцитозом.
5. Ослабление ИЭ при сочетании асбеста с этанолом сопро->;кдается нормализацией свободно-радикального окисления, >гда рак усиление ИЭ в сочетании "асбест + радиация" - уве-гчением накопления продуктов перекисного окисления липидов.
6. Установлена возможность прогнозирования генотоксичес-IX нарушений при воздействии сочетаний асбеста с другими