Анотація до роботи:

Большой Д.В. Гігієнічне значення особливостей токсикокінетики, токсикодинаміки і біотрансформації малих доз ртуті. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 14.02.01 – гігієна. – Інститут медицини праці АМН України, Київ, 2007.

Проведено моніторингові дослідження об’єктів довкілля, гідробіонтів, харчових продуктів, токсикологічні експерименти in vivo та in vitro, клінічні аналізи, які показали, що пов’язана з ртуттю хімічна небезпека обумовлена різноманіттям форм, переважно малими дозами і концентраціями. Виявлено деякі нові факти щодо фазового розподілу ртуті у органах і тканинах, зв’язування і транспортної функції альбуміну крові та металотіонеінів. Показано, що токсикодинаміка ртуті в організмі тварин носить дозозалежний характер. Відмінності між органічними і неорганічними формами ртуті більш значущі ніж серед різних неорганічних форм (хлорид, нітрат, фосфат, ацетат) між собою, що проявляється не тільки у ступені вираженості, але й в направленості змін біохімічних маркерів.

Одним з провідних механізмів клітинного токсикогенезу ртуті є оксидативний стрес, показниками розвитку якого є суттєві зміни інтенсивності процесів вільно-радикального окислення (на 20-90 %) і активності антиоксидантних систем (на 90-280 %). Дія малих доз ртуті за результатами експериментальних досліджень in vivo реалізується переважно за лізосомальним механізмом, недостатність якого веде до апоптозу і наступного некрозу епітеліальних клітин проксимальних канальців нирок.

Матеріали проведених досліджень дозволяють віднести до категорії малих доз і концентрацій ртуті такі, що знаходяться на рівні та нижче порогів хронічної дії і визначені за допомогою системи хімічних та біологічних маркерів (рівень вільних SH-груп, металотіонеіну, ПОЛ, активності ферментів глутатіонової антиоксидантної системи, супероксиддісмутази тощо). Вони віддзеркалюють комплекс функціональних змін в організмі, що може інтегрально визначатися як «мікромеркуриалізм» і можуть використовуватися як інформативні біомаркери ртутної інтоксикації.

На основі результатів проведених досліджень вдосконалені існуючі, а також обгрунтувані та розроблені нові методи визначення малих доз і концентрацій ртуті, її гігієнічно значущих форм, а також металотіонеінів, що підтверджено патентами України і включено у Методичні вказівки МВ 10.1-115-2005 «Визначення вмісту ртуті в об’єктах виробничого середовища, у довкіллі та біологічних матеріалах», затверджені Міністерством охорони здоров’я України.

1. Проведений аналіз літератури, результати гігієнічного моніторингу підтверджують актуальність проблеми ртуті як глобального природного і антропогенного екотоксиканту, який, незважаючи на запобіжні та обмежувальні заходи, завдяки своїм особливим фізико-хімічним та технологічним властивостям широко застосовується у виробництві, на транспорті, в медицині, забруднює довкілля і потребує подальших досліджень, особливо малих доз и концентрацій, підвищеної уваги вчених, органів державного санітарно-епідеміологічного і екологічного нагляду.

2. Моніторинг ртуті в об’єктах довкілля, гідробіонтах, харчових продуктах, результати експериментальних та клінічних аналізів (9350 визначень) показали, що пов’язана з ртуттю потенційна хімічна небезпека обумовлена різноманіттям її форм, впливом на організм переважно малих доз і концентрацій, кількісне визначення яких за допомогою традиційного лабораторного аналізу є досить утрудненим і потребує необхідність удосконалення існуючих та розробки нових методичних підходів до визначення ртуті та її провідних форм.

3. Поопераційний аналіз методичних прийомів при використанні безпламеневого атомно-абсорбційного методу визначення ртуті (методу холодної пари), який найбільш часто застосується у вітчизняній та міжнародній практиці, виявив ряд недоліків, які усунені завдяки удосконаленій пробопідготовці, використанні модифікованого аналізатору ртуті «Юлія-2», що дозволило запобігти втратам та зміни хімічної форми Hg при дослідженні, підвищити на порядок чутливість, покращити відтворюваність і надійність вимірювань, а також розробити методику роздільного визначення органічної та неорганічної форм ртуті.

4. Результати вивчення токсикокінетики ртуті в організмі експериментальних тварин підтвердили дані літератури і виявили деякі нові факти щодо фазового первинного (кров - печінка > нирки > селезінка > головний мозок > серце > кістки) і вторинного (нирки >печінка > селезінка > головний мозок > серце > кістки > кров) розподілення ртуті в органах і тканинах, зв’язування і транспортної функції альбуміну крові та металотіонеїнів. При введенні органічних форм ртуті білим щурам її вміст в тканинах головного мозку на порядок перевищував такий показник при експозиції солями ртуті.

5. Токсикодинаміка ртуті в організмі тварин носить дозозалежний характер: великі дози в субхронічному експерименті викликають неспецифічну цитотоксичну дію з інгібуванням лізосомальних ферментів у тканинах печінки на 50-90 %, нирок — на 40-80 %, головного мозку — на 35-90 %, причому в печінці ці зміни досягали максимуму на 15-у добу експерименту і зберігалися до 30-ї доби, тоді як при дії малих доз спостерігалася переважно транзиторна активація лізосомальних гідролаз і оксидоредуктаз на 15-у добу з тенденцією до нормалізації на 30-у добу експерименту.

6. Відмінності в токсикодинаміці між органічними і неорганічними формами ртуті більш значущі, ніж серед різних неорганічних сполук (хлорид, нітрат, фосфат, ацетат) між собою, що проявляється не тільки у ступені вираженості, але й в направленості змін біохімічних маркерів (вміст в органах вільних SH-груп, металотіонеїнів, інтенсивність процесів вільнорадикального окислення, активність лізосомальних ферментів та системи антиоксидантного захисту тощо).

7. Важливим механізмом клітинного токсикогенезу ртуті є оксидативний стрес, показниками розвитку якого слугують суттєві зміни інтенсивності процесів вільно-радикального окислення і активності антиоксидантних систем: введення неорганічних сполук ртуті призводило до активації переважно процесів неферментативного ПОЛ в печінці, нирках, крові і головному мозку лабораторних тварин на 20-90 % з одночасним інгибіруванням у 1,0-1,5 разів супероксиддісмутази, глутатіонпероксидази, глутатіонредуктази, глюкозо-6-фосфатдегідрогенази; органічні форми ртуті викликали активацію як ферментативного, так і неферментативного ПОЛ на 90-280 % з більш вираженим пригніченням активності ферментів. Вказані відмінності можуть бути використані як індикатори ртутної інтоксикації за рахунок переважно органічних або неорганічних форм.

8. Дія малих доз ртуті за результатами експериментальних досліджень in vivo реалізується переважно за лізосомальним механізмом, недостатність якого веде до апоптозу і наступного некрозу епітеліальних клітин проксимальних канальців нирок. Про вірогідну універсальність вказаного патогенетичного механізму свідчать результати дослідів in vitro на переживаючих відрізках тонкої кишки, у яких чітко просліджується монотонна залежність активності ГП, ГР, вмісту МДА, числа лейкоцитів и апоптозних клітин від концентрації агенту, що був введений в сегмент кишки. У моряків, експонованих в рейсі розлитою ртуттю, за умови відсутності виражених клінічних ознак отруєння, такого роду найбільш ранні біохімічні та клінічні зміни укладалися у синдром токсичної нефропатії (протеїнурія, пошкодження осмотичної функції нирок і реакції на водно-сольове навантаження).

9. Матеріали проведених досліджень дозволяють віднести до категорії малих доз і концентрацій ртуті такі, що знаходяться на рівні та нижче порогів хронічної дії і визначені за допомогою системи хімічних та біологічних маркерів (рівень вільних SH-груп, металотіонеїну, ПОЛ, активності ферментів глутатіонової антиоксидантної системи, супероксиддисмутази тощо), які віддзеркалюють комплекс функціональних змін в організмі, що відносяться до категорії «мікромеркуріалізму». Ці біомаркери можуть використовуватися з метою гігієнічного нормування, оцінки стану здоров’я експонованих ртуттю контингентів працюючих і населення, а також при проведенні лікувально-оздоровчих та реабілітаційних заходів.

10. На основі результатів проведених досліджень удосконалені існуючі, а також обгрунтувані та розроблені нові методи визначення малих доз і концентрацій ртуті, її гігієнічно значущих форм, а також металотіонеїнів, що підтверджено патентами України № 60439 А від 15.10.2003 р. і № 4328 U від 17.1.2005 р.) і включено у Методичні вказівки МВ 10.1-115-2005 «Визначення вмісту ртуті в об’єктах виробничого середовища, у довкіллі та біологічних матеріалах», затверджених Міністерством охорони здоров’я України.

Публікації автора:

Статті в наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України:

1. Шафран Л.М., Пыхтеева Е.Г. Большой Д.В., Тимофеева С.В. Роль металлотионеинов в биомониторинге загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Гигиена населенных мест.- К., 2000. - Вып. 37. - С. 190-193. (Пошукувачем особисто розроблена програма дослідних робіт, проведення експериментальних досліджень, визначення важких металів, аналіз результатів).

2. Патент України на корисну модель № 60439 А UA, МПК A61B5/145, A61B10/00, Спосіб визначення металотіонеїну в біологічних об’єктах / Шафран Л.М., Тимофеєва С.В., Шерер В.В., Пихтеєва О.Г., Большой Д.В, Одеський державний медичний університет - № 2002065242; Заявлений 25.06.2002; Опубл. 15.10.2003 Бюл. № 10 (Дисертантом проведено аналіз сучасної наукової літератури, розробка способу соосадження надлишку кадмію, статистична обробка результатів).

3. Большой Д.В. Токсикокинетика и токсикодинамика кадмия и ртути // Експериментальна та клінічна фізіологія і біохімія, 2004. - № 1 (25).– С. 47-53.

4. Шафран Л.М., Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г., Третьякова Е.В. Роль лизосом в механизме защиты и повреждения клеток при действии тяжёлых металлов // Современные проблемы токсикологии, 2004. - № 3 - С. 17-24. (Постановка експерименту, визначення важких металів, аналіз та інтерпретація результатів біохімічних досліджень).

5. Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г., Гончаренко Н.Г. Мониторинг содержания свинца и ртути в моче при профессионально обусловленном воздействии // Гигиена труда, 2004. – Вып. 35. - С. 170-179. (Визначення важких металів, аналіз та інтерпретація результатів моніторингових досліджень).

6. Пыхтеева Е.Г., Большой Д.В., Шафран Л.М. Связывание ионов ртути (II) белками in vitro. // Гигиена населенных мест.- К., 2004. - Вып. 44. - С. 203-207. (Проведення досліджень in vitro, аналіз та інтерпретація результатів).

7. Патент України на корисну модель № 4328 UA, МПК G01N1/28, Спосіб визначення ртуті / Большой Д.В, Пихтеєва О.Г., Український НДІ медицини транспорту - № 200400403023; Заявлений 23.04.2004; Опубл. 17.01.2005 Бюл. № 1 (Дисертантом проведено аналіз сучасної наукової літератури, розробка способу відновлення ртуті, статистична обробка результатів).

8. Шафран Л.М., Пыхтеева Е.Г., Большой Д.В. Роль металлотионеина в развитии токсических нефропатий // Актуальные проблемы транспортной медицины, 2006. - № 2 (4). - С. 76-80. (Проведення експериментальних досліджень, визначення важких металів, аналіз результатів експериментальних біохімічних досліджень).

9. Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г. Сравнительная оценка метаболических нарушений при действии малых доз кадмия и ртути // Актуальные проблемы транспортной медицины, 2006. - № 1 (3). - С. 12-18. (Проведення біохімічних досліджень, визначення важких металів, аналіз та узагальнення результатів).

10. Пыхтеева Е.Г., Большой Д.В. Роль специфического транспорта тяжёлых металлов в механизмах токсического действия и процессах детоксикации // Гигиена населенных мест, К., 2006. - Вып. 48. - С. 203-207. (Дослідження транспорту і визначення важких металів, аналіз та інтерпретація результатів експериментальних досліджень).

11. Антонович В.П., Большой Д.В.-Проблема определения малых доз тяжёлых металлов в гигиене транспорта //Актуальные проблемы транспортной медицины, 2006. - № 3 (5). - С. 20-29. (Пошук та аналіз літературних джерел, інтерпретація результатів власних аналітичних розробок з визначення важких металів).

В інших наукових та науково-практичних виданнях:

1. Shafran L.M., Loburenko A.P., Bolshoy D.V., Pychteeva E.G., E.A.Potapov, Skridonenko A.D., Tretjakov A.M..-Age distinctions in heavy metal toxicity (system approach) -Toxicology Letters, 2001. - Vol. 123. - P. 52. (Експериментальні дослідження, визначення важких металів та інтерпретація результатів ).

2. Shafran L.M., Pichteeva E.G., Bolshoy D.V. The Environmental Analysis Methodic Procedures Optimization in Biomedical Ecotoxicants Monitoring // Environment and Human Health. The complete Works of International Ecologic Forum. June 29 – July 2, 2003. St. Petersburg, Russia. – St. Petersburg, 2003. - P. 329-330. . (Аналіз даних літератури забруднення ртуттю довкілля, інтерпретація результатів власних вимірювань)

3. Шафран Л.М., Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г. Токсикология металлов в решении задач охраны здоровья населения и окружающей среды // Ж. Причерноморський екологічний бюлетень, 2003. – № 1(7) – С. 93-100. (Аналіз даних щодо вмісту ртуті в довкіллі, інтерпретація результатів власних вимірювань)

4. Большой Д.В. Сравнительная характеристика влияния кадмия и ртути на процессы перекисного окисления липидов. // ІІІ-і читання ім. В.В.Підвисоцького. Тези доповідей наук. конф. 27-29 травня 2004 р. – Одесса, 2004. - С. 21-22. (Аналіз та інтерпретація результатів експериментальних біохімічних досліджень)

5. Шафран Л.М., Большой Д.В. Парадоксальная токсичность — интенсивно развивающееся направление современной токсикологии//II съезд токсикологов Украины // Тезисы докладов II съезда токсикологов Украины, 12-14 октября 2004 года, Киев. – С. 17-18. (Аналіз та інтерпретація результатів власних досліджень та літературних даних щодо дії малих доз)

6. Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г. Модификация метода непламенного атомно-абсорбционного определения ртути // Качество и безопасность. Вопросы методологии и метрологии химического анализа. Материалы научно-практической конференции. 16-19 ноября 2004 года, Одесса. – Одесса, 2004. - С. 56-58. (Модификація методу неполум’яного атомно-абсорбційного визначення ртуті)

7. Шафран Л.М., Большой Д.В., «Эпителиальная болезнь» как морфофункциональная основа нефротоксичности ртути // ІV читання ім. В.В.Підвисоцького // Материалы научной конференции 26-27 мая 2005 г., г. Одесса. - С. 16-19. (Визначення вмісту важких металів, токсикологічні дослідження. Аналіз та інтерпретація результатів власних досліджень та літературних даних щодо нефротоксичної дії ртуті)

8. Пыхтеева Е.Г., Большой Д.В. Регламентація вмісту мікроелементів в біосередовищах людини як актуальна екогігієнічна проблема. Материалы научно-практической конференции «Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України» (Перші марзеєвські читання), 21-22 апреля 2005 г., г. Киев. С. 181-182. (Аналіз та інтерпретація результатів моніторингових досліджень та визначення вмісту важких металів в біосередовищах людей).

9. Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г. Трудности при определении содержания металлов в биосубстратах лиц, профессионально контактирующих с тяжелыми металлами // Актуальні проблеми гігієни праці, професійної патології і медичної екології Донбасу. - Донецк: «Каштан», 2005. - С. 298-301. (Аналіз та інтерпретація результатів моніторингових досліджень, Методичні розробки щодо визначення важких металів).

10. Shafran L.M., Gozhenko A.I., Bolshoy D.V., Pichteeva E.G. Screening of different mercury compounds nephrotoxicity // 25^th Internat. Symp. “INDUSTRIAL TOXICITY ‘05”. Proceedings. June 15-17, 2005. Bratislava, Slovak Republic. - Bratislava, 2005. – P. 21-26. (Аналіз та інтерпретація результатів моніторингових досліджень та визначення вмісту важких металів в біосередовищах людей)

11. Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г. Определение содержания ртути в биосубстратах моряков, экспонированных парами металлической ртути во время рейса // Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України. Другі марзєєвські читання. - Київ, 2006. – С. 179-180. (Аналіз та інтерпретація результатів моніторингових досліджень та визначення вмісту важких металів в біосередовищах людей)

12. Bolshoy D.V., Pykhteeva E.G., Shafran L.M. and Burlak G.F. Poisonings with mercury - a lasting problem // , 2006. – . - P. S102-S103. (Аналіз та інтерпретація результатів визначення вмісту важких металів)