Оценка генетической безопасности питьевых вод, полученных неконтактной электрохимической активацией

Таблица 5. Корреляции между показателями микроядерного теста на культуре клеток крови человека в реконструированных средах на католитах, приготовленных на основе 3 трех вод: осмотической, московской водопроводной и бутилированной воды «Пилигрим» (критерий Спирмена)

Таблица 6. Связь интегральных показателей нестабильности генома в клетках крови человека с долей связанной (структурированной) фазы в водах, использованных для приготовления реконструированных сред

(католиты, анолиты и контроль анализировали отдельно, критерий Пирсона)

Примечание: показаны только корреляции при р ? 0,05

митотических цикла: их частота снижалась с уменьшением пролиферативного пула культуры. Для католитов с максимальным содержанием СФ снижение частоты 1-ядерных клеток в спектре клеточных популяций согласовалось со снижением суммарной частоты делящихся клеток (т.е. снижением объема пролиферативного пула).

Полученные данные позволяют предположить, что изменение доли СФ воды может рассматриваться как еще один новый фактор, ответственный за индукцию нестабильности генома под действием активированных питьевых вод. Естественно, для детального понимания механизмов влияния активированной воды на генотоксические эффекты в живой клетке необходимо проводить специальные исследования, не входящие в задачи данной работы. В то же время, современные представления о транспорте воды в клетку включают два основных механизма: диффузное проникновение отдельных молекул воды через мембрану клетки за счет разницы в осмотическом давлении и транспорт через селективные каналы, «организованные» семейством белков аквапоринов, энергия активации которых в 2-3 раза меньше, чем для диффузного транспорта воды (Agre, Kozono, 2003; Saito et al, 2013; Thommie Karlsson et al, 2013; Шапигузов А.Ю., 2004). То есть, транспорт воды через канал, по крайней мере, в 2 раза более энергетически выгоден, чем диффузный осмос. У человека аквапорины (сейчас известно 10 видов) были найдены в разных тканях, включая почки, мозг, эритроциты крови и др; диаметр пор составляет 3Е, что лишь немного больше диаметра молекулы воды. Каждый такой канал в клетках эукариот пропускает через себя до 300 молекул воды в секунду, что говорит о высокой значимости этого механизма для жизнедеятельности клетки. Аквапорины пропускают в клетку только нейтральные молекулы воды, отсеивая даже ионы гидроксония, причем при прохождении по каналам имеющиеся в воде водородные связи разрываются, и в клетки попадают только отдельные молекулы воды. Поэтому можно предположить, что увеличение доли связанной фазы воды в процессе активации может негативно отражаться на стабильности генома и жизнеспособности клеток.

Таким образом, все собственные экспериментальные данные, полученные в настоящем исследовании, позволяют предположить, что при неконтактной (электрохимической) активации воды может реализовываться не один, а несколько механизмов индукции нестабильности генома:

А) под действием свободных радикалов, образующихся в католитах, которые повреждают мембраны клеток по механизму индукции перекисного окисления липидов;

Б) под действием электронов, делокализованных на СФ НАВ, при взаимодействии которых с клеточной мембраной может происходить локальное окисление и дальнейшее разрушение фрагментов;

В) в результате образования генотоксичных соединений в воде в процессе ее неконтактной активации в полиэтиленовой или полипропиленовой таре (при выходе небольшого количества мономера и/или пластификатора в воду, в которой присутствуют электроны, ионы, радикалы и ион-радикалы, образовавшиеся в процессе неконтактной активации).

Таким образом, полученные данные показали, что состав исходной (неактивированной) воды, также как и режим активации играют существенную роль в приобретении водой генотоксической активности.

ВЫВОДЫ

1. При неконтактной (электрохимической) активации питьевая вода различного происхождения и солевого состава может приобретать генотоксическую активность, которая проявляется на различных живых тест-объектах, в основном, как изменение митотической / пролиферативной активности, изменение частоты клеток с генетическими повреждениями и частоты клеток в состоянии апоптоза. Культивирование в реконструированных средах на основе НАВ повышало чувствительность генома лимфоцитов крови человека к действию стандартного мутагена МННГ, что, преимущественно, проявлялось в увеличении частоты клеток в состоянии апоптоза и доли клеток 2 митоза с асимметричным распределением генетического материала.

2. Состав исходной (неактивированной) воды и режим активации играют существенную роль в приобретении ею генотоксической активности. НАВ из московской водопроводной воды с минерализацией 234 мг/л менее всего тормозили пролиферативную активность лимфоцитов крови человека, культивированных в реконструированных средах, приготовленных на их основе. Влияние минерализации на частоту генетических повреждений, индуцированных НАВ на культуре лимфоцитов крови человека (повышение частоты апоптоза, r = 0,74 и снижение частоты ускоренно делящихся клеток с повреждениями, r = - 0,92) выявлено только у католитов.

3. С увеличением продолжительности неконтактной активации значительно снижалась пролиферативная активность лимфоцитов крови человека, культивированных в реконструированных средах на основе НАВ: увеличивалась доля неделящихся (1-ядерных) клеток и уменьшалась численность фракций делящихся клеток, эти изменения особенно были ярко выражены в культурах на анолитах. Во всех культурах указанные изменения сопровождались снижением частоты делящихся клеток с повреждениями. В культурах на католитах указанные изменения сопровождались, кроме того, повышением степени асимметрии распределения генетического материала во втором митотическом цикле.

4. В динамике подострого эксперимента на мышах показано, что через сутки после начала выпаивания католитами, приготовленными на московской водопроводной воде, в костном мозге животных обнаруживалось повышение частоты клеток с ХА (максимально для католита, активированного в течение 5 мин - в 2,4 раза по сравнению с контролем) и с гепами (максимально для католита, активированного 20 мин - в 2,6 раза по сравнению с контролем). Через 8 суток повышение частоты ХА (максимально в 3,6 раза превышающее уровень контроля) наблюдалось у животных, потреблявших католит, активированный 40 мин, а через 15 и 30 суток частота поврежденных клеток не отличалась от контроля. При выпаивании анолита в первые сутки наблюдалось снижение частоты ХА по сравнению с контролем, а на 15 сутки - ее достоверное превышение.

5. В механизмах возникновения эффектов нестабильности генома, индуцированных католитами и анолитами, полученными из одной и той же воды, играют роль разные физико-химические свойства НАВ:

- в анолитах митотическая активность культуры, частота ускоренно делящихся клеток с генетическими повреждениями и частота апоптоза ассоциированы с уровнями ОВП и рН, а в католитах - со светосуммой люминол-геминовой хемилюминесценции;

- в анолитах частота делящихся клеток с повреждениями в культуре крови, также как частота клеток с аберрациями хромосом в костном мозге мышей уменьшались с увеличением пролиферативного пула (что характерно для действия мутагенов), в то время как для католитов в этих условиях - увеличивались ( что описано для канцерогенов).

6. Неконтактная (электрохимическая) активация вызывала изменение доли связанной фазы воды, что в культуре клеток крови человека ассоциировано с индукцией эффектов нестабильности генома. Поэтому изменение структуры неконтактно электрохимически активированной воды может являться новым механизмом индукции генотоксических эффектов в живом организме, а структура воды - новым фактором генетического риска, требующим серьезного изучения.

7. Разработанный алгоритм оценки безопасности неконтактно (электрохимически) активированных вод, включающий анализ нестабильности генома лимфоцитов крови человека, культивированных в условиях цитокинетического блока в реконструированных средах на основе изучаемых НАВ, анализ доминантных летальных мутаций в половых клетках Drosophila melanogaster и (в случае положительного ответа в одном из этих тестов) анализ частоты хромосомных аберраций в клетках костного мозга самцов мышей в краткосрочном эксперименте, позволяет оценивать безопасность любых технологий для получения активированных питьевых вод.

8. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что использование электрохимического метода активации воды для постоянного и неограниченного по объему употребления населением недопустимо. Поэтому перед получением разрешительной документации на приборы, изменяющие физико-химические свойства питьевой воды, следует проводить дополнительные исследования для оценки их генетической безопасности.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях рекомендованных ВАК

1. Зацепина О.В., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Ион-радикальные формы кислорода - основной показатель, отражающий электрон-донорную способность воды // Гигиена и санитария. - 2013.-№2. - C.83-87

2. Зацепина О.В., Ингель Ф.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Савостикова О.Н, Алексеева А.В., Иксанова Т.И. Изменение физико-химических параметров питьевой воды путем мембранной электрохимической активации влечет за собой возникновение эффектов нестабильности генома in vitro и in vivo // Материалы докладов на XVIII Всероссийском конгрессе «Экология и здоровье человека», 8-10.10.2013. - Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013.- Т15. - №3(6). - С.1783-1790.

3. Зацепина О.В., Ингель Ф.И, Стехин А.А., Яковлева Г.В. Влияние физически активированной воды на пролиферативную активность и апоптоз лимфоцитов крови человека in vitro // Жизнь без опасностей. Здоровье. Профилактика. Долголетие. - 2013. - т.8.- №3.- С.44-55.

В иностранных журналах

4. Ingel F, Zatsepina O, Stekhin A, Yakovleva G, Savostikova O, et al. (2013) Electrochemically Activated Tap Water Induced Effects of Genomic Instability in Various Living Objects In Vitro and In Vivo. Occup Med Health Aff2: 143. doi:10.4172/2329-6879.1000143. http://dx.doi.org/10.4172/2329-6879.1000143

В материалах и сборниках конгрессов, симпозиумов и научно - практических конференций, в том числе международных:

5. Зацепина О.В., Ингель Ф.И., Яковлева Г.В., Савостикова О.Н., Стехин А.А. Влияние бесконтактно-активированных энергоинформационных вод на генотоксические эффекты в клетках костного мозга мышей.// IV съезд токсикологов России. - Сб. трудов. - Москва, 6-8 ноября 2013. - С.215-217.

6. Зацепина О.В., Ингель Ф.И., Яковлева Г.В., Савостикова О.Н., Стехин А.А., , Алексеева А.В., Иксанова Т.И. Влияние бесконтактно-активированных энергоинформационных вод на генотоксические эффекты в клетках костного мозга мышей // Материалы Пленума научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ «Приоритеты профилактического здравоохранения в устойчивом развитии общества: состояние и пути решения проблем». / под. ред. академика РАМН Ю.А.Рахманина. - Москва, 12-13 декабря 2013. - С.152-155.

7. Зацепина О.В., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Пьянзина И.П. Особенности изменений электрохимических параметров воды, активированной структурно-напряженным мицеллатом кальция, в процессе хранения // Материалы пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ «Научно-методические и законодательные основы совершенствования нормативно-правовой базы профилактического здравоохранения: проблемы и пути их решения» / под. ред. академика РАМН Ю.А.Рахманина. - Москва, 13-14 декабря 2012. - С.156-159.

8. Зацепина О.В., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Эффекты квантовой нелокальности в процессах активации воды // Материалы пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ «Научно-методические и законодательные основы совершенствования нормативно-правовой базы профилактического здравоохранения: проблемы и пути их решения». / под. ред. академика РАМН Ю.А.Рахманина. - Москва, 13-14 декабря 2012. - С.159-162.

9. Зацепина О.В. Нестабильность генома лимфоцитов периферической крови человека, культивированных в присутствии воды с измененными физическими параметрами // IV Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье. Молодые ученые за устойчивое развитие страны в глобальном мире». - Сб. тезисов. - Москва, 27-28 сентября 2012. - С.142-144.

10. Зацепина О.В. Генотоксическая активность неконтактно (электрохимически) активированных питьевых вод в экспериментах in vitro // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов с международным участием «Окружающая среда и здоровье. Здоровая среда - здоровое наследие» / под ред. Академика РАН Ю.А.Рахманина. - Москва, 25-26 сентября 2014. - С. 174-179.

11. Зацепина О.В., Ингель Ф.И. Генотоксические эффекты в лимфоцитах крови человека, культивированных в средах на основе неконтактно (электрохимически) активированных питьевых вод // Материалы VIII Всероссийского форума «Здоровье нации - основа процветания России» - Москва, 18-20 июня 2014. - С.171-192.

http://www.znopr.ru/files/download/796d19d8eaf86c8

12. Зацепина О.В. Влияние воды с бесконтактно измененными физическими параметрами на показатели нестабильности генома лимфоцитов в культуре периферической крови человека // VIII Международный симпозиум «Экология человека и медико-биологическая безопасность населения». - Тез. докл. - Венгрия-Австрия, 20-29 октября 2012. - С. 25-28.

13. Зацепина О.В., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Иксанова Т.И. Роль макроскопических квантовых состояний электронов активных форм кислорода в клеточном метаболизме // VIII Международный симпозиум «Экология человека и медико-биологическая безопасность населения». - Тез. докл. - Венгрия-Австрия, 20-29 октября 2012. - С. 29-35.

14. Olga Zatsepina, Faina Ingel, Galina Yakovleva, Anatoly Stekhin, Olga Savosticova, Anna Alekseeva Water with altered physical properties influence to genomic instability of cultivated human blood lymphocytes // 42nd Annual meeting of the European Environmental Mutagen Society. - Abstr. Book. - Warsaw, Poland, 16-20 September 2012. - P.196.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

Размещено на Allbest.ru