ІНСТИТУТ ФАРМАКОЛОГІЇ ТА ТОКСИКОЛОГІЇ
АМН УКРАЇНИ
ШЕПЕЛЬСЬКА НІНЕЛЬ РЕШАДІВНА
УДК 615.9:632.95:612.6:591.16
РЕПРОДУКТИВНА ТОКСИЧНІСТЬ ПЕСТИЦИДІВ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОФІЛАКТИЧНИХ ЗАХОДІВ
14.03.06 - токсикологія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора медичних наук
Київ - 2000
Дисертацією є рукопис
Роботу виконано в Інституті екогігієни і токсикології ім. Л.І.Медведя Міністерства охорони здоров`я України
Наукові консультанти: доктор медичних наук, професор, член- корес- пондент НАН, АМН України Каган Юрій Соломонович ,
Інститут екогігієни і токсикології ім. Л.І.Медведя МОЗ України, завідувач відділом токсикології.
Доктор медичних наук, професор, академік AМН України, член-кореспондент НАН України
Трахтенберг Ісаак Михайлович , Інститут медицини
праці АМН України, завідувач лабораторією
промислової токсикології.
Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор, член-кореспон-дент АМН України Бардов Василь Гаврилович, Національний медичний університет ім. О.О.Богомольця, директор Наукового лабораторного гігієничного центру НМУ ім. О.О.Богомольця, завідувач кафедрою;
доктор медичних наук, старший науковий співробітник Бухтіарова Тетяна Анатоліївна, Інститут фармакології та токсикології АМН України, провідний науковий співробітник;
доктор медичних наук, старший науковий співробітник Овсяннікова Людмила Михайлівна, Інститут клінічної радіології Наукового центру радіаційної медицини АМН України, завідувач лабораторією
Провідна установа: Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Київ
Захист відбудеться 20 вересня 2000 р. о 13оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.550.01 в Інституті фармакології та токсикології АМН України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Ежена Потье, 14
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фармакології
та токсикології АМН України за адресою: 03057, м.
Київ, вул. Ежена Потье, 14
Автореферат розіслано 9 серпня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук І.В.Данова
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Зростання патології репродуктивної функції, що спостерігається в усьому світі [Б.Я.Рєзник, И.П.Минков, 1990; P.F.Infante, M.Legator, 1979; WHO. IPCS. EHC 30, 1984], розглядається зараз як одна із найбільш серйозних медико-соціальних проблем. За даними ВОЗ [WHO,1987], на земній кулі нараховується від 60 до 80 млн. безплідних подружніх пар. В Україні ця цифра досягає 2-х млн. [Ф.В.Дахно, 1998]. За останні 50 років в більшості країн реєструється погіршення сперматологічних показників у чоловіків, зростання раку яєчок, частоти гіпоспадій і крипторхізму [В.А.Пройнова, 1998]. Ця проблема, що має глобальний характер, на думку деяких зарубіжних дослідників, пов'язана з фемінізуючою дією гормонально активних ксенобіотиків, або "ксеноестрогенів", до числа яких належить ряд пестицидів [M.D.Johnson, 1998]. У 7% новонароджених у США, Канаді і Великобританії є уроджені пороки розвитку [J.D.Johnston et al, 1992]. У Києві при обстеженні дитячого населення в 1969 і 1988 роках відсоток уроджених аномалій складав 16,5 і 16,1 , відповідно [М.І.Хижняк і співавт., 1993].
Зараз неможливо з упевненістю ідентифікувати кількісний внесок пестицидів у зростання патології, що детермінована пренатальним і раннім постнатальним впливом чинників навколишнього середовища. Проте проведені протягом останніх десятиріч дослідження показали, що пестициди можуть бути віднесені саме до таких чинників ризику.
Репродуктивна токсичність пестицидів як наукова проблема виникла з середини 60-х років [Л.В.Марцонь 1966, 1967, 1971; Р.А.Рязанова, 1967; Г.А.Гончарук, 1968; В.И.Вашакидзе, 1968; О.П.Чепинога, 1971; Д.Ю.Вайтекунене, 1971; А.И.Штенберг, М.Торчинский, 1976; I.Robens, 1969, 1970; K.Courtney, 1970; T.Collins, C.Williams, 1971; T.Collins, 1971; T.Gale, V.Ferm, 1971;], коли значно зріс теоретичний і практичний інтерес до питань хімічного тератогенезу, що обумовлювалось відомими трагічними подіями, пов'язаними з тератогенним ефектом снотворного засобу контергану (талидомиду) [Ю.Элис, 1972].
Більшість наукових досліджень на перших етапах становлення й розвитку вказаного напрямку носила пошуковий характер [И.В.Саноцкий,1965; И.В.Саноцкий і співавт., 1967; Р.Н.Манджгаладзе, 1965; Т.К.Трифонова і співавт., 1969; Л.П.Ефименко, 1974; И.А.Анина і співавт., 1975; Н.В.Орлова і співавт., 1976], а їх проведення не входило до обов'язкової програми токсикологичної оцінки пестицидів при обгрунтуванні допустимої добової дози для людини ["Метод. указания по гигиенической оценке новых пестицидов", 1969 р.].
В зв'язку с цим ступінь вивченості репродуктивної токсичності різних пестицидів виявився неоднаковим, а отримані результати практично не піддаються порівняльному аналізу, урахуванню й узагальненню, тому що були відсутні уніфіковані методичні підходи. Крім того значно варіювались кількісні і якісні характеристики критеріїв оцінки тестованих ефектів, а також умови постановки дослідів. Незважаючи на порівняно велику кількість отриманих експериментальних даних, що свідчать про наявність токсичного для репродуктивної функції ссавців потенціалу окремих пестицидів, до початку проведення даної роботи уявлення про пестициди, як чинники навколишнього середовища, потенційно небезпечні для репродуктивного здоров'я людини, були обмеженими. Фактичний матеріал відзначався неоднорідністю і його не було систематизовано. Були відсутні дослідження кореляційних зв'язків репродуктивної і системної токсичності, не було розроблено методологічних підходів до оцінки небезпеки ідентифікованої токсичності, були відсутні класифікаційні ознаки пестицидів по ступеню їхньої небезпеки для репродуктивної функції людини, а принципи регламентації пестицидів з урахуванням їх репродуктивної токсичності потребували перегляду.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконані в роботі дослідження здійснювалися в рамках проблеми "Наукові основи гігієни і токсикології пестицидів, полімерів і пластичних мас", Державної науково-технічної програми I.I.I. "Захист генофонду населення України", Теми-завдання 0.10.02 (СЭВ)-05, Програми С.10/06.02.01. НЗ Профілактика /3.2.16/.
Планування досліджень здійснювалося відповідно до планів ГСЭУ МЗ СРСР, МОЗ України, ДКНТ України, Комітету з питань гігієнічного регламентування при МОЗ України, а також відповідно до постанови Кабміну України від 20.10.94 р. № 732.
Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є експериментально-теоретичне обгрунтування і розробка системи заходів для запобігання шкідливого впливу пестицидів на репродуктивну функцію людини.
Для досягнення вказаної мети були поставлені такі завдання:
1. Удосконалити, уніфікувати та стандартизувати методичні підходи до вивчення гонадо- і репродуктивної токсичності пестицидів на основі аналізу й узагальнення результатів власних досліджень, вітчизняного і зарубіжного досвіду.
2. Експериментально вивчити гонадотоксичну активність перспективних пестицидів і тих, що широко використовуються (всього 31 найменування). Дати оцінку їх гонадотоксичній активності.
3. Розробити методологічні підходи до оцінки потенційної небезпеки репродуктивної токсичності пестицидів для людини, оцінити потенційну небезпеку препаратів, що вивчалися, для репродуктивної функції. Обгрунтувати рекомендації до токсикологічної регламентації їх застосування.
4. Визначити залежність виразності гонадотоксичної активності пестицидів від способу надходження їх до організму в умовах експерименту.
5. Вивчити особливості і характер гонадотоксичної дії пестицидів при їх комбінованому впливі.
6. Провести експертно-аналітичні дослідження експериментальних даних репродуктивної токсичністі активних інгредієнтів пестицидів, які застосовуються в Україні, дати наукову оцінку ризику та потенційної небезпеки цих сполук для репродуктивної функції людини і надати рекомендації до обгрунтування регламентів їх застосування. Встановити наявність або відсутність зв'язку репродуктивної токсичності і загальної токсичності пестицидних препаратів.
7. Переглянути існуючі та обгрунтувати нові методологічні підходи до регламентації пестицідів з урахуванням репродуктивної токсичності, що дозволить реалізувати концепцію безпечного застосування пестицідів по відношенню до репродуктивного здоров`я людини.
Наукова новизна отриманих результатів. Новизна полягає в науковому обгрунтуванні і розвитку теоретичних, методичних і практичних аспектів проблеми попередження негативного впливу пестицидів на репродуктивну функцію людини.
Вперше отримано експериментальні дані про гонадотоксичність 31 пестициду з 14 класів хімічних сполук. Зроблено оцінку потенційної небезпеки цих препаратів і надані науково обгрунтовані рекомендації до їх регламентації.
Розроблено методологічний підхід до оцінки і класифікації ступеню потенційної небезпеки для репродуктивної функції людини хімічних засобів захисту рослин з урахуванням їх дозозалежної та вибіркової дії.
Проведено експертно-аналітичні дослідження репродуктивної токсичності пестицидів, що входять до асортиментного списку препаратів, які застосовуються в Україні (всього 350 найменувань). Обгрунтовано оцінку ризику і небезпеки цих сполук для репродуктивної функції людини. Розроблено рекомендації до токсикологічної регламентації їх застосування.
Показано менш ніж адитивний гонадотоксичний ефект при впливі різноманітних комбінацій полікарбацину, децісу, 2,4-Д кислоти, хлорсульфурону і еліпсу. Експериментально доведено залежність виразності гонадотоксичного ефекту пестицидів від способу внутрішньошлункового введення в організм (з їжею і зондом), що дозволило знайти пояснення встановленим розходженням у чутливості тест-систем, які використовуються при вивченні гонадо- і репродуктивної токсичності, і обгрунтувати рекомендації до використання різноманітних методичних підходів.
На підставі отриманих результатів дано токсикологічну характеристику пестицидів, як чинника навколишнього середовища, спроможного індукувати порушення репродуктивної функції ссавців. Визначено частоту виявлення, характер і ступінь виразності ефектів, що тестуються, а також взаємозв'язок системної і репродуктивної токсичності пестицидів. Проведено розподіл пестицидів по класах небезпеки для репродуктивної функції людини в реальних умовах їх застосування.
Виходячи з результатів аналізу, узагальнення і систематизації нових фактичних даних, обгрунтовано і розроблено принципи токсикологічного регламентування хімічних засобів захисту рослин з урахуванням їх впливу на репродуктивну функцію.
Практичне значення отриманих результатів. Результати були використані при токсикологічній регламентації застосування пестицидів (усього 373 найменування) і вирішенні питань відносно можливості виробництва деяких з них у нашій країні.
Наукові розробки по уніфікації і стандартизації методичних підходів і критеріїв були покладені в основу методичних вказівок і рекомендацій до оцінки гонадо- і репродуктивної токсичності пестицидів [1. Использование "метода нескольких поколений" для изучения состояния репродуктивной функции лабораторных животных в токсиколого-гигиенических экспериментах//Методические рекоменда-ции.-Киев: МЗ СССР, ВНИИГИНТОКС, 1984.-12с.; 2. Изучение действия пестицидов на репродуктивную функцию животных//Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов.- Киев: МЗ СССР, ВНИИГИНТОКС, 1988.- С. 55-67].
Розробка нових методологічних підходів до оцінки небезпеки репродуктивної токсичності пестицидів знайшла свій відбиток у підготовці класифікації пестицидів по ступеню небезпеки для репродуктивної функції, що ввійшла складовою частиною в нову Класифікацію пестицидів за ступенем небезпечності [Гігієнична класифікація пестицидів за ступенем небезпечності.- Дсанпін 8.8.1.002-98.- Київ: МОЗ України.- 1998.- 25 с.].
Експертні висновки про ступінь потенційної небезпечності пестицидів для репродуктивної функції були використані при вирішенні питання про можливість реєстрації і застосування в Україні всіх пестицидних препаратів, що формують в цей час асортиментний список хімічних засобів захисту рослин у нашій країні.
Результати роботи використані при розробці ряду нормативно-законодавчих документів, серед яких: "Перелік пестицидів і агрохімі-катів, дозволених до використання в Україні" [Укрдержхімкомісія, Київ, 1999], "Допустимі рівні вмісту пестицидів у сільскогосподарській сировині, харчових продуктах, повітрі робочої зони, атмосферному повітрі, воді водоймищ, грунті." [МОЗ України, Комітет ПГР, Київ, 1998 р.].
Матеріали досліджень використовуються в роботі фахівців міністерств, відомств, науково-дослідних інститутів токсиколого-гігієнічного профілю, закладів післядипломної освіти, підприємств та організацій, які виробляють і використовують пестициди, здійснюють токсикологічне регламентування, державний контроль та нагляд за їх застосуванням в Україні.
Особистий внесок здобувача. В роботі узагальнено результати досліджень, виконаних автором самостійно, де здобувачеві належит вибір проблеми і мети, обгрунтування і планування тематики досліджень, постановка конкретних експериментальних і теоретичних задач, вибір експериментальних методик і методологічних підходів, аналіз й інтерпретація експериментальних даних, концепція токсикологичної регламентації пестицидів, що мають репродуктивну токсичність.
В усіх спільних роботах автору належать результати вивчення гонадо- і репродуктивної токсичності пестицидів.
Апробація роботи. Основні результати і головні положення дисертації доповідались і обговорювались на 30 наукових конференціях. У тому числі на: Всесоюзній науковій конференції "Актуальні питання токсикології, гігієни застосування пестицидів і полімерних матеріалів у народному господарстві" (Київ, 1990); XII З'їзді гігієністів України (Одеса, 1991); XII Міжнародному об'єднаному симпозіумі CIGR, IAAMRH, IUFRO з питань здоров'я і ергономічних аспектів безпечного використання хімічних сполук у сільському і лісовому господарстві (Київ, 1993); VI Міжнародному Конгресі Європейської асоціації по ветеринарній фармакології і токсикології (Англія, 1994); Міжнародному симпозіумі "Небезпека для здоров'я забруднень навколишнього середовища: від оцінки до керування" (Польща, 1994); Міжнародному науковому з'їзді "Токсикологія пестицидів" (Югославія, 1995); XXXV Європейському Конгресі по токсикології (Іспанія, 1996); Міжнародному науковому симпозіумі " Навколишнє середовище і репродукція людини" (Київ, 1996); XXXVI Європейському Конгресі по токсикології "Людина і навколишнє середовище" (Данія, 1997); Міжнародному науковому симпозіумі по проблемі епідеміології навколишнього середовища у Центральній і Східній Європі (Словаччина, 1997); Міжнародному науковому симпозіумі в рамках US EPA-UNDP Ukraine Pest and Pesticide Management Project: "Сучасні наукові підходи до реєстрації пестицидів: оцінка токсичної дії" (Київ, 1998); Міжнародній науково-практичній конференції "Актуальні проблеми екогігієни і токсикології" (Київ, 1998); Всесвітньому конгресі по токсикології: Хімічна безпека в 21 сторіччі (Франція, 1998); Міжнародній конференції "Здоров'я, оточуюче та виробниче середовище, безпека праці в сільському господарстві на межі двох тисячоліть" (Київ, 1998); 1-му з'їзді токсикологів Росії (Росія, 1998).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 82 роботи. 35 статей, з них 28 у центральних наукових журналах, у тому числі 12 одноосібних, 45 повідомлень у збірниках матеріалів і тез наукових конгресів, з'їздів, конференцій і симпозіумів. Методичні рекомендації - 1, методичні вказівки - 1.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, аналітичного огляду літератури, опису матеріалів і методів досліджень, 6 розділів власних досліджень, висновків і списку використаної літератури. Загальний обсяг роботи складає 350 сторінок, включаючи 14 рисунків, 102 таблиці та список використаних джерел з 635 найменувань, зокрема 375 іноземних.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Перший розділ присвячено науковому обгрунтуванню оптимальних критеріїв оцінки репродуктивної токсичності пестицидів, уніфікації і стандартизації їх з урахуванням досягнень світової практики.
Показано, що достовірна ідентифікація наявності і ступеня виразності репродуктивної токсичності визначається чутливістю й адекватністю експериментальних методичних підходів і критеріїв оцінки, що застосовуються.
З огляду на надзвичайно важливу роль підвищення якісного рівня експериментальних результатів у системі заходів профілактики репродуктивної токсичності хімічних речовин, однією з основних задач при виконанні цієї роботи було удосконалення, оптимізація, стандартизація й уніфікація методології вивчення і критеріїв оцінки репродуктивної токсичності. З цією метою було глибоко вивчено вітчизняний і зарубіжний досвід досліджень, проведено порівняльний аналіз існуючих методологічних підходів у нашій країні і за рубежем, зроблено оцінку критеріальної значущості і діагностичної цінності тестів і показників, що використовувались [А.П.Дыбан, 1968; US FDA, 1970; W.Deichmann, M.Keplinger, 1971; G.Bage et al, 1973; C.Budreau, R.Singh, 1973; P.Wright, 1978; И.В.Саноцкий, В.Н.Фоменко, 1979; US EPA, 1982; WHO. IPCS. EHC 30, 1984; US EPA, 1985; Л.В.Марцонь, Н.Р.Шепельская, 1984, 1991, 1994; WHO. IPCS. EHC 70, 1987; WHO. IPCS. EHC 104, 1987; WHO. IPCS. FAO/WHO MPR, 1992; US EPA, 1993; I.Kato et al, 1996; W.Berndtson, R.Foote, 1997; T.Nagao et al, 1997; R.Linder et al, 1997; Н.Р.Шепельская, 1998;].
На основі узагальнення результатів експериментально-аналітичних досліджень розроблено і впроваджено нову модифікацію методичного підходу до вивчення репродуктивної токсичності пестицидів у тест-системі декількох поколінь тварин [1984] (у співавторстві з Л.В.Марцонь). Із сотень тестів і показників, що залучаються до реєстрації різних аспектів прояву репродуктивної токсичності хімічних сполук [H.Jackson, 1973; И.В.Саноцкий, В.Н.Фоменко, 1979; Л.В.Марцонь, Н.Р.Шепельская, 1980, 1981, 1986; U.S. EPA Pesticide Assessment Guidelines, 1982; OECD Guidelines for Testing of Chemicals, 1983; Н.Р.Шепельская, 1983, 1987, 1991; WHO. IPCS. EHC 30, 1984; D.Mortimer et al, 1986; L.L.Ewing, D.Mattison, 1987; L.D.Russell, 1990; Р.А.Рязанова, 1991; I.Kato et al, 1996; L.R.Suter et al, 1997, 1998], виділено, обгрунтовано, експериментально апробовано і рекомендовано набір оптимальних, необхідних і пріоритетних показників, що підлягають першорядному вивченню у дослідженнях такого роду. Ці тести були використані у власних експериментах і включені до методичних вказівок і рекомендацій.
Обгрунтовано висновок про те, що на сучасному етапі розвитку репродуктивної токсикології для скринінгової оцінки потенційного ризику для репродуктивноі функції речовин, що діють протягом усього життя, можна визнати адекватними тест-системи 2-х, 3-х або декількох поколінь тварин. У разі потреби більш глибоких і детальних досліджень з метою диференціації точки-"мішені" або статевої чутливості при порушенні репродуктивної функції самок і самців, а також при постановці задачі вивчення впливу пестициду на гонады і фертильність тварин найбільш оптимальною є тест-система вивчення гонадотоксичності. Крім того для вивчення зв'язку між впливом хімічних речовин у період вагітності і порушенням індивідуального розвитку необхідно проведення спеціального дослідження эмбріотоксичної і тератогенної активності агентів, що тестуються.
Другий розділ присвячено розробці методологічних підходів до оцінки потенцийної небезпеки репродуктивної токсичності пестицидів.
Докладно викладається методологія оцінки ризику пестицидів для репродуктивної функції, результати якої є одним із основних критеріїв при оцінюванні ступеня небезпеки репродуктивної токсичності пестицидів.
Процедуру оцінки ризику будь-якої хімічної сполуки для репродуктивної функції при екстраполяції даних з тварин на людину можна подати у вигляді наступної схеми. У першу чергу необхідно провести аналіз експериментальних даних на предмет повноти і якісності всього токсикологічного досьє з метою визначення вибірковості діі або відсутності такої при впливі на репродуктивну функцію сполуки, що тестується. Далі-аналіз адекватності експерименту по вивченню репродуктивної токсичності. Предметом особливої уваги повинно служити отримання достовірних даних в експерименті на тваринах, на яке впливає богато умов і чинників, зокрема: вид, стать, вік, лінія тварин, розмір вибірки, чутливість методів, що використуються для виміру ефекту, шлях, спосіб, часовий режим і тривалість впливу сполуки, що вивчається, вибір дозових рівнів.
Другим кроком у процесі оцінки ризику є визначення лімітуючого ефекту, який може бути двох типів: пороговий і безпороговий, тобто такий, що має визначений ризик на будь-якому дозовому рівні (зокрема, мутагенний ефект на гермінативні клітини [Н.П.Бочков, А.Н.Чеботарев, 1989; WHO. IPCS. EHC 170, 1994]), та ідентифікація неефективних рівнів впливу по репродуктивній токсичності - NOAEL (No-observed-adverse-effect level) або NOEL (No-observed-effect level), що є основою кількісного обгрунтування безпечного рівня впливу пестициду на репродуктивну функцію людини.
Наступним дуже відповідальним етапом є вибір коефіцієнту запасу, величина якого залежить від ступеню вивченості токсикокінетики, токсикодинаміки, механізму дії, природи і характеру ефектів, що виникають [Lehman, Fitzhugh, 1954; R.L.Zielhuis, F.W.van der Kreek, 1979; M.L.Dourson, J.Stara, 1983; S.C.Lewis et al, 1990; E.D.Rubery et al, 1990; A.G.Renwick, 1993; WHO. IPCS. EHC 170, 1994]. Отримана величина безпечного рівня впливу є еталоном (Reference dose), з яким зіставляються можливі рівні впливу агента, що тестується, в реальних умовах застосування препарату.
Тільки при наявності всіх перерахованих даних і проведенні відповідних аналітичних експертних досліджень можливе визначення ризику пестицидів для репродуктивної функції людини.
З метою вирішення проблеми систематизації і розподілу забруднюючих чинників навколишнього середовища по ступеню їх потенційної небезпеки для здоров'я людини в нашій країні і за рубежем було здійснено численні спроби розробки класифікацій [С.Д.Заугольников і співавт., 1967, 1978; Л.І.Медведь і співавт., 1968; И.В.Саноцкий, 1970; И.П.Уланова, 1971; М.П.Чекунова, А.Д.Фролова, 1976; ДСТ 12.1.007-76 ССБТ, 1976; Ф.Колоянова-Симеонова, 1977; Ю.С.Каган, 1981; J.F.Copplestone, 1988], що стосувалися переважно оцінки ступеню токсичності хімічних сполук.
Проте, останнім часом виникла необхідність розробки нової класифікації, що передбачає значне розширення критеріїв оцінки небезпеки хімічних речовин. Розроблена нами класифікація входить складовою частиною в нову загальну токсиколого-гігієнічну класифікацію пестицидів, підготовану спільними зусиллями провідних інститутів токсиколого-гігієнічного профілю України [Дсанпін 8.8.1.002-98.- Київ: МОЗ України.-1998.-25 с.](табл.1).
Як видно з табл.1, як основний концептуальний принцип розглядається оцінка потенційної небезпеки пестициду для репродуктивної функції людини, тобто підхід, оснований на екстраполяції й оцінці експериментальних даних. На нашу думку, розробка превентивних заходів по відношенню до віддалених ефектів дії ксенобіотиків на людську популяцію можлива лише за умови правильної оцінки саме потенційної небезпеки сполук, що досліджуються. Методологічний підхід, відповідно до якого пріоритетним критерієм оцінки небезпеки ксенобіотиків, які тестуються, приймаються результати епідеміологічних досліджень [Ф.Колоянова-Симеонова, 1977; Classification, Packaging and Labelling of Dangerous Substances (Active Ingredients), 1993; А.И.Потапов і співавт., 1997;], на наш погляд, є несумісним з основним принципом вітчизняної профілактичної токсикології та охорони здоров`я - принципом попереджувального санітарного нагляду, що припускає розробку профілактичних заходів по відношенню до будь-якого ксенобіотика до його впровадження в практику.
Другий основний принцип, що використовується при оцінці небезпеки, - це принцип вибірковості токсичної дії на функцію розмноження. Пестицид може бути віднесений до I і II класів небезпеки тільки в тому випадку, якщо він має здатність вибірково індукувати порушення функції розмноження. Тобто, з двох пестицидів більш небезпечним є той, що у ізотоксичних або ізоефективних по репродуктивній токсичності дозах не індукує змін інших органів і систем загальнотоксичного характеру, які піддаються реєстрації.
Таблиця 1
Класифікація небезпечності пестицидів для репродуктивної функції
Термін Позначення
Виражена небезпека (1 клас) Здатність пестициду в експерименті на тваринах вибірково індукувати порушення репродуктивної функції на рівні доз, при оцінці ризику яких встановлена величина безпечного рівня не може бути гарантована в реальних умовах його застосування. (Можлива безпорогова мутагенна дія на гермінативні клітини.)
Помірна небезпека (2 клас) Здатність пестициду в експерименті на тваринах вибірково індукувати порушення репродуктивної функції на рівні доз, при оцінці ризику яких встановлена величина безпечного рівня може бути гарантована в реальних умовах його застосування.
Слабка небезпека (3 клас) Токсична дія пестициду на функцію розмноження не є вибірковою.
Відсутність небезпеки (4 клас) В експериментальних дослідженнях при діі максимально переносимих доз пестициду ефект не перевищує спонтанного рівня.
Наступним принципом розробленого підходу є оцінка ступеню небезпеки пестицидів з позиції пороговості і безпороговості дії на функцію розмноження. Не виключено, що саме здатність індукувати безпороговий мутагенний ефект на гермінативні клітини є визначальною ознакою пестицидів, що належать до 1 класу небезпеки.
Що стосується сполук, які виявляють мінімальну діючу дозу, то ступінь небезпеки їх репродуктивної токсичності визначається з позиції оцінки величини вказаного рівня мінімально діючої і максимально недіючої доз. Тобто головним принципом аналізованого підходу є систематизація і розподіл по класах небезпеки пестицидів на підставі оцінки ризику їх застосування для функції розмноження. Тільки з урахуванням результатів оцінки ризику кожної конкретної сполуки для репродуктивної функції людини видається можливим оцінити його потенційну небезпеку в реальних умовах застосування.
Відповідно до рекомендацій наведеної класифікації, сполуки, що ставляться до першого класу небезпеки, як правило, не повинні використовуватися в сільському господарстві. Препарати другого класу небезпеки в разі потреби можуть використовуватися в народному господарстві за умови суворого дотримання регламентів їхнього застосування. Пестициди третього і четвертого класів небезпеки можуть бути використані в народному господарстві без обмежень відповідно до встановлених гігієнічних регламентів і санітарних правил.
У третьому розділі наведено об'єкти і методи досліджень. Всього у власних експериментальних дослідженнях було вивчено гонадо- і репродуктивну токсичність 31 препарату. Використано два методологічних підходи: 28 сполук було досліджено в тест-системі по вивченню гонадотоксичності і 3 препарати вивчались в тест-системі декількох поколінь тварин. Як біологічні моделі використовувались білі щури (самки і самці). Вибір рівнів впливу диктувався основною метою досліджень. Оскільки однією з задач оцінки ризику хімічних сполук для репродуктивної функції є встановлення наявності або відсутності вибірковості токсичного ефекту, а також визначення характеру залежності "доза-ефект" у діапазоні низьких дозових рівнів, вплив здійснювався на рівні доз, близьких до порогового за загальнотоксичною дією. При вивченні гонадотоксичної активності пестицидів піддослідні самці отримували тестовані сполуки щодня (крім суботи і неділі) у шлунок за допомогою зонду протягом не менше 10 тижнів. По закінченні запланованого періоду впливу частина піддослідних самців використовувалася для вивчення морфо-функціональних показників, а тварин , що залишалися , спаровували з інтактними самками. На 20-й день вагітності самки умертвлялися і в них визначалися показники, що характеризують репродуктивну функцію.
Піддослідні самки піддавалися впливу препаратів протягом 6-10 тижнів. На протязі останніх 2-х тижнів періоду отруєння у самок вивчали показники, що відображають ендокринну функцію яєчників. По закінченні експозиції піддослідні самки спаровувалися з інтактними самцями. На 20-й день вагітності самки умертвлялися і в них реєструвалися показники, що характеризують стан функції відтворення.
На протязі всього експерименту у тварин реєстрували ознаки загальнотоксичної дії, смертність, динаміку маси тіла. Критеріями оцінки гонадотоксичної активності препаратів у самців служили показники морфологічного стану сім'яників (якісні й кількісні), процесів сперматогенезу, морфофункціонального стану сперміїв, сексуального поводження тварин, здатності до спарювання, запліднення, фертильності. У самок визначали кількість особин з нормальною циклічністю, тривалість естрального циклу та його окремих стадій, лібідо, здатність до спарювання, зачаття, плідність, проходження вагітності. Реєстрували показники пренатального розвитку потомства: кількість нормальних плодів, ембріональна загибель до і після імплантації, наявність грубих аномалій розвитку. При вивченні гонадотоксичного ефекту ділору, поліхлоркамфену, валексону, дакталу і циодрину вивчали також показники постнатального розвитку потомства F1 , для чого частину вагітних самок залишали до природних пологів і визначали такі показники, як індекси життєздатності, виживання, лактації, фізичного розвитку, час появи і типи різноманітних моторних функцій (поведінкові реакції) потомства.
При дослідженні пестицидів у тест-системі декількох поколінь тварин вплив на F0 батьківське покоління починався з нульового дня вагітності і продовжувався по закінченні годування F1 покоління. Далі речовина безперервно уводилася щурам F1 по закінченні годування F2в посліду. Оцінка загального стану, репродуктивної здатності дорослих тварин і розвитку потомства здійснювалась за допомогою вивчення показників, викладених вище. Усього в зазначених дослідженнях було використано 7820 самок і самців білих щурів, проаналізовано 37220 плодів. Вивчення комбінованої гонадотоксичної дії пестицидів проведено в експериментах по спільному впливу різноманітних комбінацій 2,4-Д кислоти, полікарбацину, децису, хлорсульфурону й еліпсу. У цих дослідженнях використано 683 лабораторні тварини. Проаналізовано 4280 плодів. Вивчення залежності ступеня виразності гонадотоксичної активності від способу внутрішньошлункового введення проведено в 4-х серіях експериментів із ГМК-К і дікурином. Використано 400 лабораторних тварин. Проаналізовано 260 плодів. У кожному експерименті критеріями оцінки притягнуто від 35 до 45 показників.
Результати експериментальних досліджень піддавали статистичній обробці з використанням критерію Ст`юдента. У таблицях приведені середньо-арифметичні вибірки (Х) із середньо-квадратичними ухиленнями (Sx), для морфометричних і гістологічних показників n= 10, для репродуктивних показників n = 20-25, послід розглядався як статистична одиниця.
В процесі виконання дисертації експертному аналізу піддавались матеріали експериментального вивчення репродуктивної токсичності 204 активних інгредієнтів пестицидних препаратів, вироблених переважно різними закордонними фірмами. З метою отримання максимально повної та об'єктивної інформації аналізу підлягали всі проведені з моменту синтезування конкретного препарату дослідження його репродуктивної токсичності. Середній обсяг матеріалу по одному такому дослідженню складає біля 1000 сторінок мовою оригіналу.
В четвертому розділі наведено результати дослідження гонадо- і репродуктивної токсичності пестицидів. При виконанні дисертаційної роботи вивчено гонадо- і репродуктивну токсичність 31 пестициду з 14 класів хімічних сполук. Серед них 6 препаратів належать до похідних сечовини (малоран, димилин, хардин, льонок, круг, еліпс), 5 - представники фосфорорганічних сполук (ФОС) (валексон, базудин, циодрин, диматиф, ефаль), 4 - гетероциклічних (аплауд, ГМК-К, тачігарен, дікурин), 2 - хлорорганичних (ХОС) [ділор, поліхлоркамфен (ПХК)], 2 - синтетичних піретроідів (децис, неопінамін), 2 - арилокси-алканкарбонової кислоти (2,4-Д кислота, шатур), 2 - арилоксифен-оксипропіонової кислоти (галокон, кентавр), 2 - піридину (едил, триман-1) і по одній сполуці з 6 інших класів хімічних речовин, зокрема, похідні ароматичних карбонових кислот (дактал), дитіокарбамінової кислоти (полікарбацин), аліфатичних амінів (бісол), нітрофенолу ДНОК), 2,6-диметилфенілаланину (алацид), фумарової кислоти (фумар). Переважна більшість вивчених пестицидів належить до груп хімічних засобів захисту рослин, що мають найбільш широке застосовування: інсектицидів, гербіцидів, фунгіцидів і регуляторів росту рослин. Диматиф належить до хемостерилянтів.
Вибір пестицидів, що вивчались, визначався головним чином наступними критеріями: перспективність і масштаби застосування, відсутність або суперечливість даних про гонадо- і репродуктивну токсичність, необхідність проведення арбітражних досліджень.
Підсумовані результати експериментальних досліджень подані в табл. 2.
П`ятий розділ присвячено оцінці потенційної гонадотоксичної небезпеки вівчених пестицидів. Результати експериментальних досліджень дозволили зробити ряд висновків як часткового, так і загального характеру. Встановлено, що значна частина пестицидів (20 з 31, або 64,5%) спроможна індукувати порушення функції розмноження в дозах, близьких до порогового по загальнотоксичній дії. З них 45% спроможні викликати ухилення в репродуктивній функції на рівні доз, при дії яких відсутні зміни в інших органах і системах. 35% сполук, що володіють гонадотоксичною активністю, вибірково діють на самців, 15% - на самок і 50% в однаковій мірі вражають функцію розмноження і самок, і самців. Зміни, що індукуються в експерименті, можуть виявитися на будь-якому етапі пренатальної стадії онтогенезу, в тому числі і попередзародкової.
Як правило, вибіркова гонадотоксична дія пестицидів виявляється в порушенні розвитку зародків (эмбріолетальна дія), що корелює з відхиленнями в морфо-функціональному стані гонад у самців і зміною гормонального балансу у самок. Так, з 9 пестицидів, що вибірково діють на репродуктивну функцію, 6, або близько 67%, (малоран, циодрин, аплауд, децис, кентавр, дактал) викликають порушення гормонального балансу у самок, зміни сперматологічних показників, антиандрогенний ефект у самців, порушення розвитку потомства. Характер вказаних змін дозволяє припустити ендокринний механізм порушень, що виникають. Причому наявність антиандрогенного ефекту свідчить про естрогеноподібний вплив сполук. Подібні ксеноестрогени, або ендокринні деструктори (endocrine disruptors), характеризуються такими властивостями, як здатність зв'язуватися з естрогенними рецепторами і викликати
Таблиця 2
Підсумовані результати вивчення гонадо- і репродуктивної токсичності пестицидів
Назва препаратів, (загальна хімічна назва діючої речовини); мінімальна діюча доза, мг/кг Якісна характеристика ефекту, (+) - наявність вибіркової специфічної дії, (-) - відсутність вибіркової специфічної дії
Похідні сечовини
1. Малоран (хлорбромурон). 17,0 Порушення сперматологічних показників. Зміна гормонального статусу у самок. Підвищення внутрішньоутробної загибелі зародків. (+)
2. Льонок (калієва сіль фесутаму). Максимальна вивчена доза 6,4 мг/кг виявилася недіючою. (-)
3. Хардин (диетиламінна сіль хлорсульфурону). 0,6 Зміна гормонального статусу у самок. Зниження індексів зачаття, запліднення і спарювання у самок і самців. Зниження відносної маси сім'яників і придатків. (-)
4. Круг (диетилетаноламінна сіль сульфонилсечовини). 0,07 Зміна гормонального статусу у самок. (-)
5.Еліпс (хлорсульфоксимметил). Максимальна вивчена доза 3,4 мг/кг виявилася недіючою. (-)
6. Димилин (дифлубензурон). Максимальна вивчена доза 10мг/кг виявилася недіючою . (-)
ФОС
7.Валексон (фоксим). 0,7 Зниження фертильності самок і самців, збільшення постімплантаційної загибелі ембріонів. (+)
8. Базудин (диазинон). 1,0 Зниження рухової активності сперміїв у самців. Гормональний дисбаланс у самок. (-)
9. Циодрин (кротоксифос). 0,005 Порушення гормонального статусу самок. Зниження індексу спарювання у самців, порушення пренатального розвитку потомства. (+)
10. Диматиф (загальна хімічна наз-ва відсутня). 0,07 Порушення постнатального розвитку потомства. Зниження лактаційного індексу F2А покоління. (+)
11.Ефаль (ефозит Al). Максимальна вивчена доза 10мг/кг не спричини-ла ефекту. (-)
Гетероциклічні сполуки
12. Аплауд (бупрофезин). 1,0 Антиандрогенний ефект у самців. Зниження біотичного потенціалу у самок. (+)
Продовження табл.2
Назва препаратів, (загальна хімічна назва діючої речовини); мінімальна діюча доза, мг/кг Якісна характеристика ефекту, (+) - наявність вибіркової специфічної дії, (-) - відсутність вибіркової специфічної дії
13. ГМК-К (калієва сіль гидразиду малеінової кислоти). 1,5 Підвищення доімплантаційної загибелі зародків у інтактних самок. (-)
14. Тачігарен (гімексазол). Максимальна вивчена доза 5мг/кг виявилася недіючою. (-)
15. Дікурин (КН-77). 2,0 Зниження внутрішньоутробного росту плодів у інтактних самок.(-)
ХОС
16. Ділор (b-дигідрогептахлор). Максимальна вивчена доза 2мг/кг виявилася недіючою. (-)
17. Поліхлоркамфен (токсафен). 4,0 Порушення процесів сперматогенезу. (-)
Піретроіди
18. Неопінамін (тетраметрин). Максимальна вивчена доза 5мг/кг виявилася недіючою. (-)
19. Децис (дельтаметрин). 0,01 Порушення гормонального статусу у самок. Підвищення доімплантаційної загибелі ембріонів . (+)
Похідні арилоксиалканкарбонової кислоти
20.2,4-Д кислота. 1,0 Підвищення доімплантаційної загибелі зародків у інтактних самок. (-)
21.Шатур (загальна хімічна назва відсутня). Максимальна вивчена доза 1мг/кг виявилася недіючою. (-)
Похідні арилоксифеноксипропіонової кислоти
22. Галокон (флуазифоп-бутил). 10,0 Порушення гормонального статусу самок, антиандрогенний ефект. Підвищеня загибелі зародків. (-)
23. Кентавр (фентіапроп-етил). 2,4 Мінімальний антиандрогенний ефект. (+)
Похідні піридину
24. Едил (диметилдиперидилій). 1,5 Порушення функціонального стану гонад самців, зниження біотичного потенціалу самок. (+)
25. Триман-1 (загальна хімічна наз-ва відсутня). Максимальна вивчена доза 3мг/кг є недіючою. (-)
Похідні сполук з інших класів хімічних речовин
Продовження табл.2
Назва препаратів, (загальна хімічна назва діючої речовини); мінімальна діюча доза, мг/кг Якісна характеристика ефекту, (+) - наявність вибіркової специфічної дії, (-) - відсутність вибіркової специфічної дії
26. Дактал (тетрал). 0,12 Порушення сперматологічних показників, зміни гормонального балансу у самок, порушення ембріонального розвитку плодів. (+)
27. Полікарбацин. 30,0 Порушення гормонального статусу самок. Зниження індексу спарювання і зачаття.(-)
28.Бісол (загальна хімічна назва відсутня). Максимальна вивчена доза 10 мг/кг виявилася недіючою. (-)
29. ДНОК (динітроортокрезол). Максимальна вивчена доза 0,25 мг/кг виявилася недіючою. (-)
30. Алацид (металаксил). 1,5 Антиандрогенний ефект. Порушення функціональної повноцінності сперміїв. Підвищення доімплантаційної загибелі зародків у інтактних самок. (-)
31. Фумар (загальна хімічна назва відсутня). 0,05 Порушення функціональної повноцінності сперміїв. Підвищення доімплантаційної загибелі зародків і зниження кількості живих плодів у інтактних самок. (-)
естрогеноподібну реакцію. Вони мають більш виражену спорідненість до різних сироваткових білків, ніж природні естрогени, проникають через плацентарний бар'єр і циркулюють у кровоносній системі плоду. Їх відрізняє також висока фізіологічна персистентність. Водночас, відмічаючи серйозність змін, що індукуються, слід констатувати, що в наших експериментах не виявлено речовин, які володіють безпороговою дією. Це дозволило установити безпечний рівень впливу і провести оцінку ризику вивчених сполук.
Аналіз питомої ваги пестицидів, що виявили токсичну дію на репродуктивну функцію, поміж препаратів, що володіють різним ступенем гострої токсичності при внутрішньошлунковому введенні, викликає значні труднощі у зв'язку з невеликою кількістю надзвичайно і високо токсичних препаратів поміж вивчених нами. Більш репрезентативні висновки (подані нижче) були зроблені на підставі результатів експертно-аналітичних досліджень всього асортименту пестицидів, що використовуються. Можна лише відзначити, що в наших дослідженнях не спостерігається кореляції між токсичністю і гонадотоксичною активністю (табл.3).
Таблиця 3
Розподіл по класах токсичності пестицидів, що володіють гонадотоксичністю
Клас токсичності Кількість пестицидів, що володіють гонадотоксичністю % пестицидів, що володіють гонадотоксичністю
1 2 10,0
2 2 10,0
3 1 5,0
4 15 75,0
Відповідно до розроблених методологічних підходів було зроблено оцінку потенційної небезпеки вивчених препаратів для функції розмноження людини, що дозволило розподілити пестициди, які досліджувалися, по класах небезпеки для репродуктивної функції (табл. 4).
Як видно з поданої таблиці, 29 % вивчених препаратів відносяться до найбільш небезпечних, що належать відповідно до класифікації до 1 і 2 класу небезпеки. Три відсотка з усіх пестицидів, що піддавалися тестуванню, за цією ознакою не повинні рекомендуватися до використання у сільському господарстві. Саме в зв'язку з цим не знайшов свого застосування такий препарат, як дактал. Для всіх інших препаратів було проведено оцінку ризику, встановлено безпечні для репродуктивного здоров'я людини рівні впливу і рекомендовано відповідні форми і регламенти застосування.
Аналіз питомої ваги пестицидів 1-2 класів небезпечності щодо репродуктивної токсичності, поміж препаратів, що володіють різним ступенем гострої токсичності (табл.4), показав, що серед пестицидів, особливо небезпечних для репродуктивної функції, значно більше малотоксичних сполук (66,7%), ніж високотоксичних.
Таблиця 4
Розподіл вивчених пестицидів по класах небезпеки
Найменування Клас небезпеки Найменування Клас небезпеки
препарату репродук-тивна ток-сичність гостра токсич-ність препарату репродук-тивна ток-сичність гостра токсич-ність
1. Алацид 3 4 17.Еліпс 4 4
2. Аплауд 2 4 18.Ефаль 4 4
3. Базудин 3 3 19.Кентавр 2 4
4. Бісол 4 4 20.Круг 3 4
5. Валексон 2 4 21.Льонок 4 4
6. Галокон 3 4 22.Малоран 2 4
7. ГМК-К 3 4 23.Неопінамін 4 4
8.2,4-Дкислота 3 4 24.Полікарбацин 3 4
9. Дактал 1 4 25.ПХК 3 1
10.Децис 2 1 26.Тачігарен 4 4
11.Дікурин 3 4 27.Триман-1 4 4
12.Ділор 4 4 28.Фумар 3 4
13.Диматиф 2 2 29.Хардин 3 4
14.Димилин 4 4 30.Циодрин 2 2
15.ДНОК 4 2 31.Шатур 4 4
16.Едил 2 4
Проведені експериментальні дослідження дали підставу зробити наступні висновки. Значна частина пестицидів має гонадотоксичну активність. Для великої частини речовин, що досліджувалися, індукований гонадотоксичний ефект не є вибірковим. Вибіркова гонадотоксична активність пестицидів не корелює з іх токсичністю. Гонадотоксична активність вивчених пестицидів характеризується наявністю залежності "доза-ефект".
Шостий розділ присвячено дослідженню комбінованого впливу пестицидів на репродуктивну функцію. Вивчення комбінованої дії пестицидів на гонади і репродуктивну функцію є одним з актуальних напрямків у репродуктивній токсикології, з огляду на надзвичайну обмеженість досліджень цієї проблеми і зростаюче антропогенне забруднення навколишнього середовища.
У ході виконання дисертаційної роботи вивчено комбіновану гонадотоксичну дію комплексу пестицидів децису, 2,4-Д кислоти і полікарбацину, а також компонентів вітчизняного сумішного препарату хареллі - диетиламінної солі сульфонилсечовини і хлорсульфоксим-метилу. Пестициди децис, полікарбацин і 2,4-Д кислота відібрані для дослідженнь як такі, що найчастіше виявляють себе як забруднювачі продуктів харчування населення України.
Експерименти були проведені на білих щурах. Препарати вводилися протягом 2,5 місяців щодня, внутрішньошлунково за допомогою металевого зонду у вигляді водяних суспензій в дозах, вказаних у табл. 5.
Таблиця 5
Дози пестицидів децису, полікарбацину, 2,4-Д кислоти і їх комбінації
Найменування препарату Дози, мг/кг Контроль
Децис, 0,1 0,01 дистил.вода
Полікарбацин, 30,0 3,0 дистил.вода
2,4-Д кислота, 1,0 0,1 дистил.вода
Децис+Полікарбацин+ 2,4-Д кислота 0,1+30,0+ 1,0 0,01+3,0+ 0,1 дистил.вода
Результати вивчення репродуктивної функції піддослідних щурів показали, що у самок, які піддавалися впливу децису в дозі 0,1 мг/кг , страждають здатність до зачаття, плідність і порушується тривалість естрального циклу. Вказані зміни корелюють з порушенням показників внутрішньоутробного розвитку зародків. Спостерігається збільшення доімплантаційної загибелі ембріонів. Аналогічна тенденція просліджується й у групі піддослідних самок, які одержували препарат у дозі 0,01 мг/кг. Статистично вірогідно змінюється абсолютний показник доімплантаційної
