Использование метода хемилюминесценции в оценке стабильности водных растворов ксенобиотиков

26

ЗНиСО июль №7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ОЦЕНКЕ СТАБИЛЬНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КСЕНОБИОТИКОВ

Т.Н. Красовский, В.А. Телегин, В.И. Жуков, О.В. Зайцева, О.И. Антюфеева

UTILIZATION OF CHEMILUMINESCENT METHOD IN ESTIMATE OF THE STABILITY OF XENOBIOTIC WATER SOLUTIONS

G.N. Krasovskiy, V.A. Telegin, V.I. Zhukov, O.V. Zaytseva, O.I Antyufeyeva

Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, г. Москва, Россия; Белгородский государственный университет, г. Белгород, Россия, Харьковский национальный медицинский университет, г. Харьков, Украина

В данной работе были исследованы связи между стабильностью, токсичностью ряда ксенобиотиков и интенсивностью хемилюминесценции (ХЛ) их водных растворов. Исследования проводились на 32 веществах (макроциклические эфиры, простые полиэфиры, метилцеллозольв, метилкарбитол). Показано, что детергенты с высокой стабильностью в водных растворах, т. е. с низкой скоростью окисления, являются малотоксичными и имеют низкие уровни интенсивности ХЛ. Значения интенсивности ХЛ можно использовать как прогностический критерий в оценке стабильности ксенобиотиков к гидролитическому окислению.

In the article the connections between stability, toxicity of some xenobiotics and chemiluminescent intensity of their water solutions are researched. It was studied 32 substances (macrocyclic ethers, ordinary polyethers, methylcellosolve, methylcarbitole). It was determined xenobiotics with high stability in water solution i.e. With law rate of oxidation are of small toxic and have low levels of chemiluminescent intensity. Values of chemiluminescent intensity can use as prognostic criterion in estimate of the stability of xenobiotics to hydrolytic oxidation.

Введение. Ксенобиотики, поступающие в водоемы с промышленными сточными водами в процессе производства и использования, могут существенно воздействовать на экологические характеристики водных сред и, как следствие, вызывать серьезные затруднения в снабжении населения доброкачественной водой и проблемы со здоровьем [1, 2]. В результате физических, химических и биологических процессов, происходящих в водных объектах, ксенобиотики теряют свои первоначальные свойства. Время этих превращений зависит от стабильности химических веществ в воде, гигиеническую оценку которой обычно проводят при регламентации [3]. Биохе-милюминесцентные (БХЛ) методы известны своим широким применением в различных медицинских исследованиях, в т. ч. санитарно-токсикологических, поскольку обладают высокой чувствительностью и эффективностью [4; 5].

Цель работы — изучение связи между показателями стабильности ксенобиотиков, уровнем хемилюминесценции их водных растворов и токсичностью ДЛ50.

Материалы и методы исследования. Исследования проводились на образцах веществ (п = 32), полученных в НПО «Полимерсин-тез» (г. Владимир, РФ). Были использованы

макроциклические эфиры (группа краун-эфиры) 12; 2-12 и 3-12 краун-4; 18 краун-6; 15 и Г16 краун-5; простые полиэфиры Ла-пролы Л-2502; Л-3003-260 и др., Лапроксиды Л-303; Л-503; Л-703 и др.; неонолы ФОМ 9; ФОМ 9-4; ФОМ 9-12; метилцеллозольв МЦ; метилкарбитол МК. Все эти химические соединения широко применяются в различных областях народного хозяйства, например, простые полиэфиры — при получении эмалей, лаков, синтетической кожи и пр., макроциклические эфиры — в электрохимии, катализе окислительно-восстановительных реакций и пр. Для данных ксенобиотиков ранее были определены их стабильность в водных растворах и степень токсичности ДЛ50. Исследование ХЛ водных растворов ксенобиотиков проводились с помощью хемилюминометра ХЛМЦ-01. Готовились 10 % растворы различных ксенобиотиков в количестве 2 мл, которые помещались в биотермостат хемилюми-нометра ХЛМЦ-01 и термостатировались до 37 °С. Регистрировали фоновое излучение и спонтанную хемилюминесценцию(СХЛ) в течение 1 мин. После регистрации СХЛ растворы индуцировали 3 % перекисью водорода в количестве 1,0 мл. Регистрировали вспышку и кинетику протекания усиленного свечения в течение 1 мин наблюдения. На хемилюмино-

июль №7

27

Рис. 1. Диаграмма интенсивностей индуцированной (и) и спонтанной (с) хемилюминесценции водных растворов исследуемых ксенобиотиков: 1 - ФОМ 9; 2 - 12-краун-4; 3 - МЦ; 4 - 16-краун-5; 5 - АФ 9-12; 6 - Лд-503; 7 - Л-805; 8 - Л-402; фон - 64 имп/с.

граммах фиксировали максимальное значение интенсивности спонтанной и индуцированной ХЛ (СХЛ и ИХЛ-Н2О2).

Результаты и обсуждение. Полученные данные свидетельствовали о высоких уровнях интенсивности спонтанной и индуцированной Н2О2 ХЛ водных растворов, содержащих неонолы ФОМ 9, ФОМ 9-4, ФОМ 9-12, краун-эфиры 12-краун-4, 18-краун-6, 15-краун-5, простые полиэфиры Л-2102, МЦ, Л-1103К, Л-502, Л-202. Наиболее низкие уровни СХЛ и ИХЛ были характерны для водных растворов, содержащих лапролы Л-2502, Л-1502, Л-402, Л-655 (рис. 1).

Исследования показали, что усиление сверхслабого свечения тесным образом связано с окислением перекисью водорода изучаемых ксенобиотиков. Те из них, которые являлись более реакционно-способными и легко вступали во взаимодействие с перекисью водорода, обеспечивали и более высокие уровни спонтанной и индуцированной-Н2О2 ХЛ.

Анализ экспериментальных данных подтвердил, что вещества с низкими уровнями спонтанной и Н2О2-индуцированной ХЛ, являлись инертными и биологически малоактивными, они имели низкую скорость окисления, а поэтому и низкие уровни ХЛ.

Для количественной оценки связи между таким параметром токсичности ксенобиотика, как ДЛ50 и интенсивностью ХЛ его водного раствора, был использован линейный регрессионный анализ. На основании проведенных расчетов были выведены уравнения регрессии и построены графики корреляционной зависимости дозы (ДЛ50) от значений интенсивности СХЛ и ИХЛ. Уравнения регрессии имели вид:

D = 54,8-ехр (-0,017-1) для СХЛ; D = 88,8-ехр (-0,01-1) для ИХЛ,

где D - доза ДЛ50 (г/кг), I - интенсивность БХЛ (имп/с).

Рассчитанный коэффициент корреляции Спирмена составил Я = -0,999, что предполагает тесную корреляционную зависимость между указанными величинами. Причем с увеличением интенсивности ХЛ наблюдается убывание ДЛ50, т. е. можно говорить об увеличении токсичности ксенобиотиков.

Из данного опыта можно сделать вывод, что при уменьшении ДЛ50, т. е. при увеличении степени токсичности ксенобиотиков, интенсивность ХЛ их водных растворов возрастает по экспоненте. Причем коэффициент корреляции как СХЛ, так и ИХЛ, близок к единице, что указывает на тесную корреляционную связь между токсичностью и значением интенсивности БХЛ. Исходя из этого, можно использовать уравнение регрессии для предварительной оценки токсичности неизвестных ксенобиотиков: измерив интенсивность БХЛ водного раствора данного ксенобиотика по кривой или уравнению можно определить дозу ДЛ50, соответствующую значению интенсивности.

Следующим этапом исследований было установление связи между стабильностью водных растворов ксенобиотиков и уровнем их токсичности (ДЛ50).

Анализ данных показал, что в водных растворах к окончанию наблюдения (30-е сутки) содержалось > 85,2 % веществ во всех случаях, т. е. имела место высокая стабильность соединений к гидролитическому окислению. Следует отметить, что из всей группы рассмо-

28

ЗНиСО ИЮЛЬ №7

Рис. 2. Зависимость стабильности ксенобиотиков

8са11егр]о1 (ап17 2у*32с) у =87. 007+7. 068*1 о810(х) +ерэ

ДЛ50

тренных ксенобиотиков наиболее стабильными являлись лапролы Л-2502, Л-1502 и Л-402, содержание их в водных растворах оставалось более 98 % от исходного содержания ксенобиотиков (1000,0 мг/дм3). Наименее стабильными оказались неонолы ФОМ 9, ФОМ 9-14, ФОМ 9-12 и краун-эфиры 12 краун-4, 18 краун-6, 15 краун-5 (85-87 %).

Результаты исследования свидетельствуют, что стабильность ксенобиотиков увеличивается при уменьшении их токсичности, т. е. увеличении ДЛ50. С коэффициентом корреляции Я = 0,998 можно принять логарифмическую регрессию уровня стабильности на величину дозы ДЛ50 (рис. 2). Иначе говоря, уравнение зависимости уровня процентного содержания ксенобиотиков в водных растворах от величины дозы ДЛ50 имеет вид:

У = 87 + 7 ^ф),

где У - стабильность вещества в водном растворе (%), D - величина ДЛ50 (г/кг).

Используя линейный регрессионный анализ, были определены коэффициенты корреляции между уровнем интенсивности спонтанной (Яс = -0,999) и индуцированной-

Н2О2 (Яи = -0,998) ХЛ водных растворов всей группы ксенобиотиков и их степенью стабильности (У). Уравнения регрессии представлены линейной зависимостью вида:

1с = 1858 - 19У, 1и = 3425 - 34 У, где У - стабильность веществ (%), I - интенсивность ХЛ (имп/с) (рис. 3).

Соответственно, уравнения регрессии степени стабильности водных растворов всей группы ксенобиотиков (У) на уровень интенсивности их спонтанной и индуцированной-Н2О2 ХЛ представлены линейной зависимостью вида:

У = 101 - 0,03 1с, У = 105 - 0,05 1и

Таким образом, полученные результаты позволяют использовать значения интенсивности хемилюминесценции как прогностический критерий оценки стабильности ксенобиотиков к гидролитическому окислению и биологической активности химических веществ.

Выводы.

1. Метод БХЛ может быть использован при ориентировочной оценке степени токсичности, опасности и стабильности ксенобиотиков в гигиенических исследованиях.

Scatterplot (antufeeva.STA 4v*32c) у =3425,114-33,879*x+eps

Рис. 3. Зависимость интенсивности ИХЛ - Н2О2 (имп/с, по оси У) от степени стабильности (%, по оси Х) водных растворов ксенобиотиков

июль №7

29

2.

2. Сопоставление значений ДЛ50, установленных для данной группы веществ ор- 1. ганического синтеза, с интенсивностями

СХЛ и ИХЛ, а также степенью стабильности ксенобиотиков позволяет говорить о положительной корреляционной связи интенсивности ХЛ с токсичностью соединений и отрицательной связи — со стабильностью веществ в водных растворах. Вещества 3 с высокой стабильностью в водных растворах, т е. с низкой скоростью окисления, являются малотоксичными и имеют низкие уровни интенсивности ХЛ. И наоборот, высокие уровни ХЛ сопряжены с высокой ре- 4. акционной способностью ксенобиотиков и низким уровнем их стабильности в водных растворах.

3. Интенсивность спонтанной и индуцированной Н2О2 ХЛ является прогностическим критерием в оценке стабильности ксенобиотиков к гидролитическому окислению и биологической активности химических веществ.

-V

5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Рахманин Ю.А., Ревазова Ю.А. Донозо-логическая диагностика в проблеме окружающая среда — здоровье населения //Гигиена и санитария. 2004. № 6. С. 3—5. Трахтенберг И.М., Коршун М.Н. Медицина и экология: взаимодействие — тенденция современного этапа развития // Environment Health. 2001. № 4(9). С. 3-8. Штабский Б.М., Федоренко В.И. О методике исследования и гигиенической оценке стабильности и трансформации вредных веществ в воде в процессе хлорирования // Гигиена и санитария. 1982. № 5. С. 64—66. Красовский Г.Н., Жуков В.И., Бондаренко Л.А. Применение методабиохемилюминес-ценции в санитарно-токсикологических исследованиях //Гигиена и санитария. 1989. № 11. С. 35—39.

Фархутдинов У. Р., Фархутдинов Р. Р. Особенности хемилюминесценции плазмы крови и активность альвеолярных макрофагов при экспериментальной пневмонии //Бюлл. эксперим. биологии. 2000. Т. 129, № 3. С. 344—346.