Изучение отдаленных эффектов 1,3-дихлорбутена-2 в эксперименте

Ключевые слова: 1,3-дихлорбутен-2, отдаленные эффекты, гонадотоксическое действие,  эмбриотоксическое действие, цитогенетическое действие

1,3-Дихлорбутен-2 (1,3-ДХБ) является побочным продуктом производства хлоропрена из ацетилена, а также промежуточным продуктом в производстве 2,3-дихлорбутадиена-1,3, основного мономера в производстве хлоропрен-дихлорбутадиеновых каучуков на ЗАО “Наирит-1”. Мировое производство 1,3-ДХБ (в США, Японии и Германии) в 2002г. составило 5000 т [19].

Первые сообщения о токсических свойствах 1,3-ДХБ появились в литературе в середине 30-х годов прошлого столетия [6,12]. В дальнейшем большой вклад в изучение токсических свойств этого вещества внесли армянские ученые [1,4,7,10]. Выявлено, что 1,3-ДХБ является ядом политропного действия и вызывает функциональные и морфологические изменения в центральной нервной системе, печени, почках, миокарде, надпочечниках и других внутренних органах. Установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) этого соединения в воздухе рабочей зоны и в воде водоемов, соответственно на уровнях 1,0 мг/м³ и 0,05 мг/л [1,13]. У рабочих, контактирующих с 1,3-ДХБ в цехе гидрохлорирования моновинилацетилена, выявлены болезни нервной системы (невралгия), желудочно-кишечного тракта (гастрит, гепатохолецистит, цирроз печени), сердечно-сосудистой системы (миокардиодистрофия, кардиосклероз) [1]. При контакте 1,3-ДХБ с кожей рабочих наблюдается выраженный раздражающий эффект [15].

Однако исследования отдаленных эффектов – гонадотоксического, эмбриотоксического и мутагенного действия 1,3-ДХБ до сих пор не  проводились.

В рамках исследований по разработке ПДК 1,3-ДХБ в атмосферном воздухе мы попытались восполнить этот пробел и изучить гонадотоксическое, эмбриотоксическое и цитогенетическое действие 1,3-ДХБ, что и являлось целью настоящей работы.

Материал и методы

Гонадотоксическое действие 1,3-ДХБ изучали на половозрелых белых беспородных крысах-самцах массой 150-170 г при ингаляционном круглосуточном воздействии в течение 2,5 месяцев, исходя из продолжительности цикла сперматогенеза (48 дней) и времени прохождения сперматозоидов через канальцы придатка семенников (около 4 недель) [9,11]. В двух опытных и контрольной группах было по 19-20 животных. Опытные группы затравлялись 1,3-ДХБ в концентрациях: I серия – 1,19 мг/м3 , II серия – 0,31 мг/м3. Возможный гонадотоксический эффект  1,3-ДХБ оценивали по функциональным методам исследования – длительности движения сперматозоидов, их концентрации (количеству), соотношению (проценту) мертвых и дегенеративных форм сперматозоидов, осмотической резистентности сперматозоидов, а также по морфометрическому методу исследования – индексу сперматогенеза, количеству канальцев со слущенным зародышевым эпителием и количеству сперматогоний  [11]. Морфометрическое исследование проведено на парафиновых гистологических срезах семенников. При этом гистологическому исследованию подвергали семенники 7 животных из каждой группы.

Гонадотоксическое действие 1,3-ДХБ исследовали также у крыс-самок. В последние 20 дней затравки в хроническом круглосуточном опыте у 10 животных из каждой серии и контрольной группы изучали эстральный цикл, при этом учитывали продолжительность отдельных стадий эстрального цикла, среднее число и среднюю продолжительность эстральных циклов [9].

Эмбриотоксическое действие 1,3-ДХБ исследовали также на белых крысах при ингаляционной круглосуточной затравке в течение всего срока беременности (21 день). В опытные и контрольные группы брали по 13-15 беременных животных, которых затравляли в концентрациях 1,30 мг/м3 (I серия) и 0,39 мг/м3 (II серия ). На 21-й день беременности крыс забивали, вскрывали и учитывали число живых и мертвых плодов, число желтых тел беременности в яичниках, количество мест имплантаций и мест резорбций, по которым определяли величину общей эмбриональной смертности, постимплантационной и доимплантационной гибели эмбрионов, определяли массу и размеры плодов и плацент, высчитывали плацентарно-плодовый коэффициент. На макроскопических срезах плодов оценивали состояние различных органов [11].

Цитогенетическое действие 1,3-ДХБ изучали на 72 половозрелых крысах-самцах, по 6 животных в группах. Исследования проводились при трех сроках воздействия 1,3-ДХБ: 24 часа, 14 и 90 дней [8,9],  в  концентрациях  соответственно  1,44  мг/м³  (I серия)  и   0,47 мг/м³ (II серия); 1,41 мг/м³ (I серия)и 0,33 мг/м³ (II серия); 1,19 мг/м³ (I серия)и 0,31 мг/м³ (II серия). Показателем цитогенетического действия служило количество хромосомных аберраций в клетках костного мозга крыс.

Результаты и обсуждение

Исследования показали, что круглосуточное воздействие 1,3-ДХБ на крыс-самцов в концентрации 1,19 мг/м3 вызывает умеренно выраженное гонадотоксическое действие, характеризующееся статистически недостоверным, но существенным и дозозависимым снижением концентрации сперматозоидов и увеличением среди них количества мертвых форм, уменьшением продолжительности движения сперматозоидов и увеличением количества канальцев со слущенным эпителием (табл. 1). При затравке животных 1,3-ДХБ в концентрации 0,31 мг/м3 изменения были близки к контрольной группе. В первой серии опытов у крыс-самок отмечено некоторое уменьшение среднего числа эстральных циклов и увеличение их продолжительности (табл. 2).

Таблица 1 

Показатели гонадотоксического действия 1,3-ДХБ у крыс-самцов

Таблица 2 

Показатели гонадотоксического действия 1,3-ДХБ у крыс-самок

В литературе имеются сообщения о специфическом избирательном гонадотоксическом действии близких по структуре с 1,3-ДХБ соединений:  хлоропрена  [5], 2,3-дихлорбутадиена-1,3 [2]  и  3,4-дихлорбутена-1 [3]. Однако 1,3-ДХБ при хроническом круглосуточном воздействии в низких концентрациях вызывал умеренно выраженное гонадотоксическое действие. 

Эмбриотоксический эффект круглосуточного воздействия 1,3-ДХБ был более выражен, чем гонадотоксический, и проявлялся статистически значимым повышением доимплантационной гибели, существенным, но недостоверным увеличением общей эмбриональной смертности, а также снижением количества живых плодов и мест имплантаций, уменьшением краниокаудального размера плодов, снижением количества нормальных плодов, повышением количества плодов с кровоизлияниями в брюшной полости. Однако, несмотря на перечисленное, вряд ли можно говорить об избирательном эмбриотоксическом действии 1,3-ДХБ, поскольку эти изменения развивались на уровне порога хронического действия исследуемого соединения (1,31 мг/м3), вероятно в результате первичного токсического действия на организм. Учитывая хорошую жирорастворимость 1,3-ДХБ  и фактическое отсутствие плацентарного барьера, не исключается возможность прямого действия этого вещества на развивающийся плод с повреждением мембранных структур и развитием кровоизлияний и отека.Повышенные показатели кровоизлияний  в различные части тела плодов, особенно в брюшной полости, говорят о нарушении проницаемости базальных мембран кровеносных сосудов и капилляров (табл. 3).

В наших опытах 1,3-ДХБ обладал умеренно выраженным цитогенетическим действием, характеризующимся значительным, но недостоверным увеличением количества хромосомных аберраций в клетках костного мозга животных, особенно при интоксикации в течение 14 дней в концентрации  1,41 мг/м3 (табл. 4). При всех сроках воздействия установлено преобладание единичных фрагментов разных размеров, что характерно для большинства хлорорганических соединений. Парные фрагменты обнаруживались в небольшом количестве.

Таблица 3

Показатели эмбриотоксического действия 1,3-ДХБ у крыс 

при воздействии в течение всей беременности

*P‹0,05

В литературе имеются сведения об избирательном цитогенетическом действии двух структурных гомологов 1,3-ДХБ: 1,4-дихлорбутена-2 и 3,4-дихлорбутена-1[4], а также многих других ненасыщенных хлорорганических соединений [14,17,18]. Согласно этим данным, ненасыщенные соединения при метаболизме образуют эпоксиды с выраженными мутагенными свойствами, а насыщенные – непосредственным гидроксилированием образуют спирты, мутагенная активность которых выражена слабо. Отметим также, что, согласно классификации Международного агентства по изучению рака (IARC), структурный аналог 1,3-ДХБ 1,3-дихлорпропен относится к возможным канцерогенам для человека (группа 2B) [16].

Таблица 4

Показатели цитогенетического действия 1,3-ДХБ у крыс

Таким образом, 1,3-ДХБ в низких концентрациях круглосуточного ингаляционного воздействия на белых крыс обладает умеренно выраженным гонадотоксическим, эмбриотоксическим и цитогенетическим действием. 

Учитывая литературные сведения о выраженных токсических свойствах 1,3- ДХБ в острых, подострых и хронических опытах [1,4,7,10], его биологическую активность (ненасыщенность, наличие атома хлора в аллильном положении и двойной связи в молекуле, жирорастворимость), высокую упругость его паров, способных быстро распространяться в атмосфере, а также выраженные эмбриотоксическое, гонадотоксическое и мутагенное действие многих родственных с ним соединений, можно с уверенностью говорить об определенной потенциальной опасности выбросов 1,3-ДХБ для населения близлежащих к этому производству населенных пунктов.

Литература

1. Барсегян Г.Б. Токсикологическая и гигиеническая характеристика 1,3-дихлорбутена-2. Автореф. канд. дис. Ереван, 1974.
2. Варданян М.В. и др. Изучение гонадотоксического действия дихлорбутадиена в хроническом опыте. Гигиена и санитария, 1976, 8, с. 96-99.
3. Гижларян М.С. и др. Гонадотоксическое действие 3,4-дихлорбутена. Ж. эксперим. и клин. мед., 1981, 5, с. 499-503.
4. Гижларян М.С. Гигиеническая регламентация хлорзамещенных бутенов и бутадиенов и связь между их структурой и токсичностью. Автореф. докт. дис. Киев, 1986.
5. Давтян Р.М. Токсикологическая характеристика действия хлоропрена на репродуктивную функцию. Автореф. канд. дис. М., 1974.
6. Закусов В.В. Токсическое действие непредельных углеводородов и их производных, встречающихся в производстве каучука из ацетилена. Эксперим. исслед. по пром. ядам. Л., 1936, вып. 25, с. 118-124.
7. Межлумян Л.М. Изучение функционального состояния печени животных при воздействии 1,3-дихлорбутена-2. Автореф. канд. дис. Ереван, 1974.
8. Методические указания: Метод учета хромосомных аберраций как биологический индикатор влияния факторов внешней среды на человека. М., 1974.
9. Методические указания по обоснованию предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М., 1989.
10. Мхеян В.Е. Экспериментальные данные о влиянии дихлор-1,3-бутена-2 на организм животных. Автореф. канд. дис. Ереван, 1959.
11. Саноцкий И.В., Фоменко В.Н. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм. М., 1979.
12. Стародубская Р.С. Патологоанатомические изменения в организме, наблюдаемые при острых и повторных отравлениях животных дихлорбутеном. Эксперим. исслед. по пром. ядам. Л., 1936, в. 75, с. 134-137.
13. Хачатрян М.К. Экспериментальное обоснование предельно допустимой концентрации дихлорбутена в воде водоемов. Санитарная охрана водоемов от загрязнений промышленными сточными водами. М., 1962, вып. 5, с. 44-61.
14. Bartisch H. et al. Alkylating and mutagenic metabolites of halogenated olefines produced by human and animal tissue, Proc. Amer. Ass. Cancer Res., 1976, 17, p. 17-26.
15. Hazardous Substances Data Bank. 1,3-Dichloro-2-butene, HSN 1500. Bethesda, MD,  National Library of Medicine, 1998.
16. Lomax L. G. et al. The chronic toxicity and oncogenicity of inhaled technical grade 1,3-dichloropropene in rats and mice, Fund. Appl. Toxicol., 1989, 12, p. 418-431 
17. Manson M.M. Epoxides – is there a human health problem? Brit. J. Industr. Med., 1980, 37,  4, p. 317-336.                 
18. Schneider et al. 1,3-Dichloropropene Epoxides: Intermediates in Bioactivation of the Promutagen 1,3-Dichloropropene, Chemical Research in Toxicology, 1998, 11, p. 1137-1144. 
19. SIDS Initial Assessment Report; OECD SIDS, 2-Buten-1,3-dichloro, Unep Publications, Paris, France, 18-21 April, 2006, p. 1-131.

Вопросы, ответы, комментарии