Эмбриотоксическое и тератогенное действие - токсикология полимерных материалов
Эмбриотоксическое и тератогенное действие компонентов полимерных материалов. Эмбриотоксическую и тератогенную активность химических веществ объединяет общность условий воздействия химических агентов на организм беременных. При этом под эмбриотоксическими эффектами подразумевают внутриутробную гибель эмбрионов, снижение их количества, массы и размеров. Тератогенный эффект включает морфологические и функциональные дефекты развития органов и систем плода.
Механизм эмбриотоксического действия весьма сложен и еще недостаточно изучен. Неясная связь указанного эффекта со строением молекулы действующего вещества. Обнаружено вредное действие на эмбриональное развитие ароматических и непредельных углеводородов, амидов кислот, полихлорированных и оксисоединений. В настоящее время экспериментально и клинически установлено эмбриотоксическое и тератогенное действие многих химических веществ, способных мигрировать из полимерных материалов в окружающую среду, хотя избирательность такого действия доказана не всегда.
Последнее обстоятельство снижает практическую ценность этих данных для гигиены.
И. В. Саноцкий и В. Н. Фоменко (1979) изучали зависимость эмбриотоксического эффекта от продолжительности и сроков введения яда в материнский организм. Авторы пришли к выводу о возможности развития адаптации к действию токсических веществ во время беременности.
Проницаемость плаценты зависит от ее структуры и типа, состояния организма матери, срока беременности и строения химического агента. Способность чужеродных для организма веществ проникать через плацентарный барьер зависит от физико-химических свойств соединений. Попадая в организм матери тем или иным путем, химическое вещество оказывает на плод не только прямое (трансплацентарное проникновение препарата), но и косвенное действие, которое зависит от изменений, возникающих в организме матери под их влиянием (Л. С. Сальникова, 1969).
Первые экспериментальные исследования по выявлению тератогенного действия химических веществ проведены в 1950 г. Развитие тератологии как науки, установление причинной связи между повсеместным распространением химических веществ и ростом числа уродств у новорожденных привели к тому, что в рамках экспериментальной гигиены возникло направление исследований, ставящее своей целью изучение и регламентацию химических веществ, обладающих тератогенными свойствами. В последние годы область тератологии значительно расширилась и охватывает все структурные и функциональные нарушения организма, которые возникают в процессе эмбрионального развития (А А. Динерман, 1980). Поскольку врожденные пороки развития принадлежат к числу необратимых процессов, тератогены даже в небольших количествах, не представляющих большой опасности для взрослого человека, могут вызывать иногда даже смертельно опасные генетические последствия для будущих поколений.
Из 83 веществ, влияющих на эмбриогенез, для 48 установлены ПДК в воде с учетом этого воздействия (Г. Н. Красовский и соавт., 1985). По мнению А. П. Дыбана (1976), большинство химических соединений, попадая в организм в определенные сроки беременности, в соответствующих дозах могут вести к гибели эмбриона. Однако лишь немногие из них рассматриваются как тератогены.
Важнейшей задачей экспериментальной гигиены является изучение закономерностей индуцированного тератогенеза для прогнозирования указанной опасности на основании зависимости структура — активность. Поскольку пусковые реакции для тератогенного и мутагенного эффекта могут быть общими (мутации, хромосомные аберрации, нарушение митоза, изменения нуклеиновых кислот), а проявления — однотипными, значительную степень опасности представляют химические соединения, обладающие мутагенным и тератогенным эффектом (формальдегид, хлоропрен, оловоорганические соединения и т. д.). Установлено, например, что свинец и кадмий проявляют выраженный синергизм влияния на репродуктивную функцию. При определении гигиенических регламентов, ДУ и ПДК показатели нарушения эмбрионального развития используются наравне и не уступают по значению остальным, традиционно учитываемым показателям состояния организма.
Несмотря на то что наиболее трагическое в истории тератологии событие обнаружено при анализе эпидемиологических данных (W. Lenz, W. McBride, 1960), основным приемом выявления новых тератогенов в гигиене являются экспериментальные исследования. Основными принципами экспериментальной тератологии по J. Wilson (1977) являются следующие.
- Чувствительность к тератогенезу связана с генотипом зародыша и характером его взаимодействия с внешними факторами.
- Чувствительность к действию тератогенов варьирует в зависимости от стадий развития, на которые приходится воздействие (см. концепцию П. Г. Светлова о критических периодах развития, т. е. о неодинаковой повреждаемости зародыша на разных стадиях эмбриогенеза).
- Тератогенные агенты действуют на развивающиеся клетки специфически, вызывая начальные нарушения эмбриогенеза.
- Конечными проявлениями нарушения развития являются гибель, уродства развития, торможение роста и функциональные изменения.
- Проявление неблагоприятного влияния внешних факторов на развивающиеся ткани зависит от природы воздействующего агента.
- Проявление нарушений развития от полного отсутствия эффекта до 100 % гибели усиливается в степени, соответствующий увеличению концентрации действующего агента.
В последние годы все реже прибегают к изучению тератогенеза на куриных эмбрионах ввиду трудности экстраполяции полученных данных на человека. Установлено, что все тератогенные для человека вещества оказывают в той или иной мере аналогичный эффект у мышей, крыс и кроликов. Однако оценка отрицательного результата, полученного в исследованиях на этих животных, затруднена, так как даже классический тератоген для человека — толидамид вызывает уродства не у всех видов животных. В докладах ВОЗ (1968) отмечается, что одной из причин трудности интерпретации экспериментальных материалов является недостаток информации о механизмах тератогенеза, особенностях метаболизма ядов у человека и животных, различиях во взаимодействии между двумя биологическими системами — организмов матери и плода у человека и животных. Однако литературные данные показывают достаточно хорошее совпадение тератогенных эффектов и вызвавших их доз у человека и животных. Большую надежность результатов обеспечивает использование в эксперименте нескольких видов лабораторных животных.
Согласно опубликованным результатам исследований, одни вещества оказывают тератогенное действие в очень малых, подпороговых по общетоксическому признаку дозах, другие — наоборот, только в токсических. При этом разница в дозах может вызвать либо эмбриотоксический, либо тератогенный эффект.
FDA рекомендует осуществлять хроническую затравку животных, а не однократную или краткосрочную. Путь введения вещества в эксперименте должен отвечать реальным условиям контакта с ним населения. Толидамид, например, не дает эффекта у мышей при внутрибрюшинном введении, но проявляет его при пероральном поступлении. Важен срок введения вещества во время беременности. Введение вещества до имплантации уродств не вызывает: если вещество токсично, яйцо может погибнуть, если малотоксично, его влияние на плод может быть компенсировано. Особенно высока чувствительность к тератогенам в период органогенеза и в последние дни беременности. Недостаточно учитывать эффект по эмбриональной смертности и морфологическим аномалиям у плодов. Необходимо изучать биохимические и физиологические отклонения, проявляющиеся в постнатальном периоде, а также поведенческие реакции как существенный критерий тератогенеза.
Современные методы оценки тератогенной активности не являются универсальными и надежными, так как в большинстве случаев учитываются лишь эмбриональная смертность и морфологические изменения у выживших плодов. Этими показателями не исчерпываются все последствия повреждающего действия внешних факторов на эмбриогенез, поскольку функциональные и биохимические нарушения остаются вне поля зрения исследователя (Л. В. Марцонь, В. О. Шефтель, 1979). Эти трудности связаны с тем, что развивающийся зародыш представляет собой быстро меняющуюся многокомпонентную систему, по-разному реагирующую на одни и те же воздействия на различных стадиях эмбриогенеза. Это ведет к многообразию механизмов тератогенеза. Экспериментальной тератологии принадлежит решающая роль в изучении общих закономерностей и особенностей проявления врожденных пороков у человека. В основе возникновения пороков развития, по мнению многих авторов, лежат патогенетические механизмы, действующие на клеточном, тканевом и органном уровнях. Так, патогенетические механизмы на уровне клетки сводятся к угнетению пролиферативной активности, гибели, нарушению механизмов клеточных мембран и миграционных свойств клеток, задержке и искажению путей дифференцировки.
Патогенетические механизмы врожденных пороков развития на тканевом уровне касаются массовой, невосполнимой клеточной гибели в зачатках, главным образом, за счет обширных геморрагий и других сосудистых нарушений. Пороки развития уже сформированных зачатков (органный уровень) могут быть следствием амниотических перетяжек, уменьшения объема амниотической жидкости, дисфункции плаценты.
Предполагаемые эффекты не всегда удается выявить, так как перечисленные изменения могут устраняться или закрепляться другими новыми воздействиями, что, в свою очередь, вызовет ответную реакцию. Хотя, как и при оценке других отдаленных эффектов, окончательную характеристику реальной тератогенной опасности химических веществ можно получить только в результате клинических и эпидемиологических исследований, экспериментальной тератологии принадлежит решающая роль при разработке научно обоснованных гигиенических регламентов миграции вредных веществ из полимерных материалов (Л. В. Марцонь, В. О. Шефтель, 1976).
Вследствие несовершенства и определенной неадекватности применяемых методик интерпретация экспериментальных данных, полученных при изучении тератогенных свойств ПМ и их компонентов, должна быть осторожной. Необходимо учитывать ориентировочные данные, полученные при изучении слабых тератогенов. Поэтому в ряде случаев положительные результаты подтвердить сложней, чем отрицательные. В связи с этим большое значение приобретают экспериментальные данные, которые не только свидетельствуют о возможности тератогенного действия вещества, вводимого в большой дозе, но и способствуют установлению порога действия, а также характеризуют зависимость доза — эффект и время — эффект. Пока еще нельзя предсказать возможность тератогенного эффекта по структуре соединения.
В настоящее время установлены эмбриотоксические и тератогенные свойства многих мономеров, пластификаторов, растворителей и других компонентов пластических масс, способных активно выделяться из материалов в окружающую среду. И. В. Саноцкий и В. Н. Фоменко (1979) отмечают, что при ингаляционном воздействии эмбриотоксическими и тератогенными свойствами обладают такие мономеры, как уретан (1 мг/м3), этиленимин (12 мг/м3), хлоропрен (0,13 мг/м3), формальдегид (0,5 мг/м3). Винилхлорид снижает плодовитость мышей без ущерба для здоровья потомства (J. Fabricant, 1980). Этиленимин может прерывать беременность. Пороговая доза его при внутрижелудочном введении— 1 мг/кг (А. В. Беспамятнова и соавт., 1970). И. В. Силантьева (1972) установила пороговую концентрацию этиленимина по эмбриотоксическому эффекту на уровне 0,2 мг/м3 и показала, что концентрация пиперидина, равная 2 мг/м3, вызывает минимальный эмбриотоксический эффект. F. L. Murray (1978) отмечает, что акрилонитрил в дозе 65 мг/кг проявляет эмбриотоксическое и тератогенное действие. A. R. Singh и соавторы (1972), вводя животным внутрибрюшинно большие дозы акриловых мономеров (этилакрилат, бутилметакрилат, метилметакрилат), обнаружили увеличение числа резорбированных плодов и уменьшение массы их тела. Ингаляционное воздействие этилакрилата в концентрации более 150 ppm в период органогенеза не оказало тератогенного эффекта (J. S. Murray и соавт., 1981). Введение стирола в дозе 1,35 г/кг на 17-й день беременности вдвое увеличило гибель плодов у крыс (V. Ponomarkov, L. Tomatis, 1979). При ингаляционном воздействии порог эмбриотоксического эффекта был на уровне ПДК (Н. Ю. Рагулье, 1974). Согласно В. П. Ильину (1980), эмбриотоксический эффект формальдегида проявляется в дозе 0,8 мг/кг, вводимой в течение всей беременности.
Л. С. Сальникова и соавторы (1972) при воздействии формальдегида на белых крыс на протяжении всей беременности на уровне 0,006 и 0,0006 мг/л обнаружили ряд изменений у беременных самок. Эмбриотоксический эффект не выявлен. Некоторые изменения у потомства авторами не рассматриваются как специфические. 0,5 мг/кг хлоропрена вызывает значительное увеличение общей эмбриональной смертности. У плодов наблюдается гидроцефалия, кровоизлияние в грудную и брюшную полости (Л. С. Сальникова, В. Н. Фоменко, 1975).
Высокие концентрации акриламида в воде увеличивают процент постимплантационной гибели эмбрионов (Н. Zenick и соавторы, 1986). Согласно Л. В. Марцонь (1984), капролактам не проявляет эмбриотоксического действия.
Эмбриотоксическим действием отличаются некоторые растворители, используемые при изготовлении пластмасс. Это циклогексаион в концентрации 105,2 мг/м3 (И. В. Саноцкий, В. Н. Фоменко, 1979) и диметилформамид на уровне ПДК. Причем последний поражает эмбрионы крыс и кроликов также при нанесении на кожу (Е. F. Stula, W. S. Krause, 1977). Введение крысам изобутилового спирта в дозе 0,05 мг/кг влияет на развитие беременности (В. Г. Надеенко и соавт., 1980)- 0,018 мг/кг являются подпороговой дозой изопропилового спирта по эмбриотоксическому эффекту (В. И. Антонова, З. А. Салмина, 1978). Вдыхание самками крыс этилбензола в концентрациях более 2,4 г/м3 задерживает развитие скелета у плодов, уменьшает массу тела и увеличивает частоту появления добавочных ребер (Е. Tatraietal, 1982). Согласно И. В. Низяевой (1982), концентрация ацетона в воздухе 30 мг/м3 оказывает на крыс эмбриотоксическое действие.
Л. С. Сальникова и соавторы (1972) выявили увеличение эмбриональной смертности у крыс при воздействии на беременных самок диаметилформамида (ДМФ) в концентрации в 2,5 раза ниже ПДК. В ГДР проводилось нормирование содержания диметилформамида в воздухе рабочей зоны фабрики полиакрилнитрильного волокна. Поводом к изучению послужили наблюдения за работающими на фабрике женщинами. Кроме того, было известно, что формамид и монометилформамид обладали тератогенным действием (В. Шюттек, 1982).
Животных подвергали влиянию ДМФ в концентрации 400 ррпт (что составляет 1/10 от суточной ЛK50) с 10-го по 20-й дни беременности по 4 ч ежедневно. В результате обнаружено достоверное увеличение резорбции плодов и снижение плодовитости. Тератогенный эффект не выявлен. В. Шюттек (1972) считает, что это связано с отсутствием в ДМФ группы — CO = NH, ответственной за тератогенный эффект у формамида, этилуретана и др. Эпидемиологические наблюдения подтвердили наличие эмбриотоксического эффекта у работниц, подвергавшихся его воздействию в производственных условиях.
Установлены эмбриотоксические и тератогенные свойства некоторых металлов, используемых в синтезе пластмасс. Аномалии развития наблюдаются только при воздействии высоких доз хрома (III), причем неясно, является ли это результатом действия на плод или материнский организм. На хомячках обнаружено тератогенное и эмбриотоксическое действие хрома (VI- IARC monographs, 1980).
Добавление 0,4 % цинка в рацион беременных животных приводит к уменьшению массы плодов и снижению активности цитохромоксидазы печени. Имплантация цинка до спаривания и во время беременности вызывает уменьшение мест имплантации у кроликов (I. Zipper и соавт., 1964). При внутрижелудочном введении вещества в дозах 5 мг/кг (6 мес) и 100 мг/кг (1 мес). Р. В. Меркурьева и соавторы (1979) отмечали эмбриотоксический эффект. В. Г. Надеенко и соавторы (1980) обнаружили эмбриотоксическое действие кобальта и меди, вводимых крысам с питьевой водой в концентрации 1 мг/л. Согласно данным G. L. Kennedy и соавторов (1975), 714 мг/кг свинца прерывает беременность, задерживает развитие выживших эмбрионов крыс. Аномалии развития при этом не обнаружены. Введение хомячкам различных солей свинца в дозе 50 мг/кг на 8-й день беременности приводит в большинстве случаев к возникновению уродств у потомства (V. Н. Ferm, S. I. Carpenter, 1967). По данным Н. A. Schroeder, М. Mitchener (1971), аномалии развития наблюдаются при содержании в питьевой воде даже 25 мг/л вещества.
Внутрибрюшинное введение 2,5 мг/кг кадмия с 7 по 21-й день беременности уменьшает массу эмбрионов, вызывает у них появление уродств и некротических изменений (G. Krause-Fabricius,. 1976, 1977). Подкожное введение алюминия замедляет прирост массы тела матерей-крольчих и их потомства. У последних нарушаются поведенческие реакции (R. A. Yokel, 1985).
Некоторые компоненты резин способны оказывать вредное действие на эмбриональное развитие. Каптакс (меркаптобензотиазол) при введении на 8-й или 10-й день беременности уменьшает число живых плодов (Д. И. Вайтекунене, К. Г. Санатина, 1969). Эмбриотоксическим и тератогенным действием обладает алкофен МБ (установлено на крысах и гвинейских свинках)- 1 мг/кг неозона Д не влияет на развитие беременности. Согласно Л. В. Марцонь и Р. А. Рязановой (1977), его введение приводит к снижению способности к оплодотворению, разрушению плода и стерильности. У новорожденных крысят наблюдаются искривление хвоста и задержка роста. Изменение сроков беременности может вызывать цимат.
Неоднократно подтверждена способность фталатных пластификаторов вызывать у млекопитающих тератогенный и эмбриотоксический эффект. При нанесении на кожу 1,25 г/кг диметилфталата С. Е. Глейберман и соавторы (1975) наблюдали резорбцию эмбрионов и гибель новорожденных крыс. A. R. Singh и соавторы (1972) обнаружили вредное влияние диэтилфталата и ди(2-метоксиэтил)-фталата на развитие беременности у животных. Выраженным тератогенным действием на куриных эмбрионах обладает ди(2-бутоксиэтил)фталат (S. Haberman и соавт., 1968). Дибутилфталат и диоктилфталат в больших дозах нарушают развитие эмбрионов, вызывают появление уродств. Т. М. Зинченко (1980) отмечала эти эффекты при введении ДБФ и ДОФ в дозах 20 и 200 мг/кг.
Эмбриотоксическое и тератогенное действие оловоорганических стабилизаторов ПВХ — диизооктилтиогликолята дибутилолова описано В. О. Шефтелем и Л. В. Марцонь (1976), а дибензилоло-BO-S1S`-бис (изооктилмеркаптоацетата- Н. Mazur, 1971).
Слабое эмбриотоксическое действие присуще нафталину (пороговая доза — 0,75 мг/кг- М. R. Plasterer и соавт., 1985). Снижение фертильности и тератогенный эффект вызывает этиленгликоль (G. С. Lamb и соавт., 1985). Эмбриотоксический эффект ионола (50 и 500 мг/кг) обнаружен на белых крысах, а тератогенное действие — на мышах (A. Gori, 1983).
При нанесении на кожу гвинейских свинок тератогенными свойствами обладают также такие компоненты ПМ, как о-фенилендиамин (D. A. Karnofsky, С. R. Lacon, 1962), триэтилентетрамин (V. A. Wayton, 1978), гидразин (R. Stoll и соавт., 1967). Эмбриональное развитие животных нарушают трихлорбутадиен (М. С. Гижларян и соавт., 1980), пиперидин и полиэтиленполиамин (В. И. Антонова и соавт., 1977). Однако В. О. Шефтель и соавторы (1976) такого действия ПЭПА не обнаруживали. Диметилацтамид эмбриотоксическую активность проявляет при введении белым крысам в дозе 20 мг/кг, а доза 0,02 мг/кг является пороговой (М. В. Богданов и соавт., 1980).
При изучении ряда поверхностно-активных соединений на мышах, крысах и кроликах установлен выраженный эмбриотоксический эффект, а в некоторых случаях — тератогенный (С. A. Palmer, 1975).
