Способ определения токсичности воздуха по реакции инфузорий paramecium caudatum
Владельцы патента RU 2335770:
Государственное учреждение Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения Российской академии медицинских наук (RU)
Изобретение относится к области токсикологии и может быть использовано для определения токсичности воздуха. Сущность способа: для улавливания и растворения органических и неорганических веществ-токсикантов из воздушной среды используют солевой раствор Лозина-Лозинского - среду, приближенную по своему химическому составу к внутренней среде живых организмов, включая человека. В качестве биологического объекта для определения токсичности воздуха используют инфузории Paramecium caudatum. Оценку токсичности полученных образцов производят по относительной разнице концентраций инфузорий в верхних слоях жидкости в кюветах в опытных и контрольных образцах с помощью импульсной фотометрии с определением индекса токсичности Т. Использование способа позволяет оценивать степень токсичности воздуха на основе определения комплексного совокупного воздействия содержащихся в нем токсикантов на инфузории Paramecium caudatum и осуществлять контроль за состоянием воздушной среды по их реакции. 3 табл.
Изобретение относится к токсикологии, а именно к способам определения суммарного токсического эффекта органических и неорганических химических соединений, входящих в состав атмосферного воздуха, по реакции инфузорий Paramecium caudatum.
Известны способы определения степени токсического действия жидких сред (вод, водных вытяжек из почв и донных осадков) для государственного и производственного контроля их токсичности с использованием в качестве биологического объекта инфузорий - Paramecium caudatum. Параметры поведенческой реакции инфузорий определяются с помощью приборов серии «Биотестер» (1, Методика определения токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий, ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.2-98).
Но на сегодняшний день не существует токсикологических методов определения суммарного токсического воздействия воздушной среды на инфузории Paramecium caudatum.
Задача предложенного способа - оценка степени токсичности воздуха окружающей среды на основе определения комплексного воздействия содержащихся в воздухе токсикантов на инфузории Paramecium caudatum.
Поставленная задача достигается тем, что проводят исследование поведенческой реакции инфузорий Paramecium caudatum в результате воздействия на них аспирированных из воздуха токсикантов.
Способ осуществляется следующим образом. Атмосферный воздух отбирается с помощью прибора - электроаспиратора ПУ-4 в поглотители Рыхтера (3, Руководство по контролю загрязнения атмосферы / РД 52.04.186-89), заполненные средой Лозина-Лозинского (NaCl - 1.0 г, KCl - 0,1 г, MgSO4 - 0,1 г, CaCl2×Н2О - 0,1 г, NaHCO3 - 0,2 г на 1 дм3 дистиллированной воды) в количестве 5 мл. Время аспирации - 30 минут при скорости 1 л/мин. Пробы исследуют в течение 2-х часов с момента их отбора. В фотометрические кюветы (3 повторности на каждую пробу) вносят по 2,0 см3 взвеси инфузорий Paramecium caudatum в рабочей концентрации (1000 клеток в 1 см3). К взвеси добавляют 0,35 см3 5%-ного раствора поливинилового спирта (нейтральный загуститель), все тщательно перемешивают, увлажняя стенки кюветы, и наслаивают пипеткой на этот нижний слой жидкости 1,6 см3 исследуемой жидкости, не допуская перемешивания с нижним слоем. Через 30 мин последовательно производят определение количества инфузорий Paramecium caudatum в верхнем слое жидкости в кювете в опытных пробах (Iопыт) на приборе «Биотестер» (специализированный импульсный фотометр, выпускаемый АОЗТ «Спектр-М» г.Санкт-Петербурга по ТУ 401-51-005-91).
Параллельно проводят определение количества инфузорий Paramecium caudatum в верхнем слое жидкости в кювете в контрольных пробах (Iконтроль), представляющих собой солевой раствор Лозина-Лозинского, причем выход инфузорий в эти пробы должен составлять не менее 70% от их количества в исходной рабочей взвеси. Оценку токсичности пробы производят по относительной разнице количества инфузорий Paramecium caudatum в верхних слоях жидкости в кюветах в контрольной и анализируемой пробах. Рассчитывают индекс токсичности Т анализируемой пробы как:
где I - средние показания прибора для контрольной и опытной проб в трех повторностях соответственно. Индекс токсичности Т - величина безразмерная и может принимать значения от 0 до 1 в соответствии со степенью токсичности пробы.
Способ основан на улавливании неорганических и органических веществ из воздуха солевым раствором, а также на способности инфузорий Paramecium caudatum реагировать на присутствие в этом растворе веществ, представляющих опасность для их жизнедеятельности, и направленно перемещаться по градиенту концентраций этих веществ (хемотаксическая реакция), избегая их вредного воздействия (1, Методика определения токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий, ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.2-98). Подобный градиент создается путем наслоения в вертикальной кювете на взвесь инфузорий Paramecium caudatum в загустителе (5%-ный раствор поливинилового спирта), образующей нижний слой жидкости, испытуемой жидкости, составляющей верхний слой. При этом в измерительной кювете образуется стабильная граница раздела верхнего и нижнего слоев жидкости, сохраняемая в течение всего времени исследования. Эта граница не препятствует свободному перемещению инфузорий Paramecium caudatum в предпочтительном для них направлении и при этом предотвращает перемешивание жидкостей из верхнего и нижнего слоев жидкости. После создания в кювете двух слоев жидкости в течение 30 минут происходит перераспределение инфузорий Paramecium caudatum в этих слоях. Важная особенность поведенческой реакции инфузорий Paramecium caudatum - массовое их перемещение в верхний слой жидкости. Чем выше токсичность пробы, тем меньшая доля инфузорий перемещается в верхний слой жидкости в кювете.
Критерием токсического действия является значимое различие в числе инфузорий Paramecium caudatum, наблюдаемых в верхнем слое жидкости в кювете в контрольной пробе, не содержащей токсических веществ, по сравнению с этим показателем, наблюдаемым в опытной пробе.
Для подтверждения этой закономерности нами была проведена серия из 16 опытов. Были отобраны пробы атмосферного воздуха в различных районах города с предположительно разным уровнем его загрязнения, а также воздух на территории заповедника «Мухинский» в 40 км от города. Отбор проб производился в сухую безветренную погоду при температуре воздуха от 24 до 28°С с помощью электроаспиратора ПУ-4 в поглотители Рыхтера, заполненные солевым раствором Лозина-Лозинского в количестве 5 мл. Культуру инфузорий Paramecium caudatum выращивали в лабораторных условиях на среде Лозина-Лозинского, отмывали от продуктов метаболизма и корма (пекарские дрожжи), доводили концентрацию до рабочего значения и проводили проверку чувствительности к модельному токсиканту (раствор CuSO4 с концентрацией 0,1 мг/дм3). Определение количества инфузорий Paramecium caudatum в верхнем слое жидкости в кюветах в опытных и контрольных пробах производили на аппарате «Биотестер-2» в трех повторностях по пять измерений в каждой с последующим подсчетом индекса токсичности.
Пример 1. Результаты измерений количества инфузорий Paramecium caudatum после воздействия на них пробы воздуха №1, отобранной в зоне с отсутствием промышленных предприятий и транспортного потока 11.05.06 г. при температуре воздуха 24°С, представлены в таблице 1.
Пример 2. Результаты измерений количества инфузорий Paramecium caudatum после воздействия на них пробы воздуха №5, отобранной в зоне расположения железнодорожного узла, автомобильной магистрали и промышленных предприятий 16.05.06 г. при температуре воздуха 25°С, представлены в таблице 2.
| Таблица 2. Результаты измерений количества инфузорий Paramecium caudatum после воздействия на них пробы воздуха, отобранной в зоне расположения железнодорожного узла, автомобильной магистрали и промышленных предприятий. | |||||
| Название пробы | № повторности | Показания прибора, I | Среднее значение по 5 отсчетам, I среднее | Среднее значение по 3 повторностям, M±m | Индекс токсичности T |
| Исходное количество инфузорий | 1 | 124 108 110 123 121 | 117 | 120,9±1,44 | |
| 2 | 119 122 125 117 121 | 121 | |||
| 3 | 128 123 126 125 122 | 125 | |||
| Контрольная проба (раствор Лозина-Лозинского) | 1 | 98 97 90 88 94 | 94 | 91,9±1,02 | |
| 2 | 95 91 97 93 88 | 93 | |||
| 3 | 89 86 87 95 91 | 90 | |||
| Проба №5, рН 7,34 | 1 | 47 40 39 37 44 | 41 | 40,7±0,87 | 0,56 |
| 2 | 38 35 40 44 43 | 40 | |||
| 3 | 45 40 38 38 42 | 41 | |||
| Примечание: достоверность средних показателей в опытных и контрольных пробах <0,001 |
Пример 3. Результаты измерений количества инфузорий Paramecium caudatum после воздействия на них проб воздуха №12, 13, отобранных в заповеднике «Мухинский» в 40 км от города Благовещенска при отсутствии транспорта и других источников загрязнения 19.05.06 г. при температуре воздуха 28°С, представлены в таблице 3.
| Таблица 3. Результаты измерений количества инфузорий Paramecium caudatum после воздействия на них проб воздуха, отобранных в заповеднике «Мухинский» при отсутствии транспорта и других источников загрязнения. | |||||
| Название пробы | № повторности | Показания прибора, I | Среднее значение по 5 отсчетам, I среднее | Среднее значение по 3 повторностям, M±m | Индекс токсичности Т |
| Исходное количество инфузорий | 1 | 167 160 172 169 162 | 166 | 165.7±1,01 | |
| 2 | 165 163 168 170 161 | 165 | |||
| 3 | 160 167 166 171 165 | 166 | |||
| Контрольная проба (раствор Лозина-Лозинского) | 1 | 135 147 143 139 148 | 142 | 144,0±1,09 | |
| 2 | 149 146 143 145 139 | 144 | |||
| 3 | 146 142 141 150 147 | 145 | |||
| Проба №12, рН 7,37 | 1 | 149 146 146 143 142 | 145 | 144,2±0,58 | 0,00 |
| 2 | 144 140 147 144 145 | 144 | |||
| 3 | 145 143 144 142 143 | 143 | |||
| Проба №13, рН 7,33 | 1 | 138 136 144 142 142 | 140 | 141,7±0,87 | 0,016 |
| 2 | 138 139 143 145 137 | 140 | |||
| 3 | 147 144 146 142 142 | 144 | |||
| Примечание: достоверность средних показателей в опытных и контрольных пробах <0,001 |
По данным таблиц 1-3 видно, что имеются отличия в значениях индекса токсичности исследуемого воздуха в зависимости от зоны его аспирации. Не обладают токсическим действием на инфузорий Paramecium caudatum пробы воздуха, отобранные в заповеднике «Мухинский» (таблица 3). Обладают незначительной токсичностью пробы, взятые в районах города с предположительно невысокими уровнями загрязнения воздушного бассейна - в зоне с отсутствием промышленных предприятий и транспортного потока (таблица 1). Пробы воздуха, взятые в зоне расположения железнодорожного узла, автомобильной магистрали и промышленных предприятий, обладают наиболее высоким токсическим действием (таблица 2).
Результат использования предлагаемого способа выражается в:
- возможности оценки степени токсичности воздуха окружающей среды на основе определения комплексного совокупного воздействия содержащихся в нем токсикантов на инфузорий Paramecium caudatum;
- возможности осуществлять контроль за состоянием воздушной среды по реакции инфузорий Paramecium caudatum.
Источники информации
1. Методика определения токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий / Разработчик: АОЗТ «Спектр-М», г.Санкт-Петербург / ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.2-98. - М. - 1998. - 8 с.
2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест: Гигиенические нормативы. ГН 2.1.6.1338-03. / «СТК Аякс», М. - 2004. - 84 с.
3. Руководство по контролю загрязнения атмосферы / РД 52.04.186-89 // М., Государственный комитет СССР по гидрометеорологии, Министерство здравоохранения СССР. - 1991. - 693 с.
Способ определения токсичности воздуха по реакции инфузорий Paramecium caudatum, отличающийся тем, что для улавливания и растворения органических и неорганических веществ-токсикантов из воздушной среды используют солевой раствор Лозина-Лозинского, а оценку токсичности полученных образцов производят по относительной разнице концентраций инфузорий Paramecium caudatum в верхних слоях жидкости в кюветах в опытных и контрольных образцах с помощью импульсной фотометрии с определением индекса токсичности Т.
