ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ НЕКОНТАКТНО АКТИВИРОВАННЫХ ПИТЬЕВЫХ ВОД НА ИХ ГЕНОТОКСИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ

В настоящее время широкое распространение получили различные технологии активации воды, направленные на изменение ее физико-химических свойств. Особенно много приборов создано для электрохимической активации воды. Это, как правило, диафрагменные электролизеры, в которых происходит разложение воды под действием электрического тока. При таком воздействии в районе катода накапливается электрон-донорная вода  (католит), характеризующаяся отрицательными значениями окислительно- восстановительного потенциала (ОВП) и повышенными щелочными значениями водородного потенциала рН. В районе анода накапливается электрон-акцепторная вода (анолит), имеющая повышенные положительные значения ОВП и кислый рН. При контактной электрохимической активации вода обогащается ионами тяжелых металлов, источником которых является материал электродов, а также ионами, образующимися при разложении воды, содержащихся в ней солей и в результате их последующего окисления или восстановления [6]. Поэтому для улучшения качества активированной питьевой воды было предложено использовать неконтактную электрохимическую активацию (НА), когда вода в тонкостенном полиэтиленовом пакете (стакане) погружается в емкость с контактно электрохимически активированной водой. После этого воздействия происходит изменение физических параметров воды, которое не сопровождается изменением химического состава [5, 9]. Приборы для неконтактной активации признаны более безопасными, чем контактные электролизеры. За последние десятилетия проведен ряд исследований по изучению биологической активности электрохимически активированных вод (ЭАВ), в основном на растениях и гидробионтах различных трофических уровней. Тем не менее, экспериментальных исследований биологических эффектов электрохимически активированных питьевых вод явно недостаточно для разрешения широкого использования населением [7, 8]. Несмотря на это многие производители электрохимических активаторов воды рекомендуют людям принимать католит внутрь в целях профилактики и лечения различных болезней, а анолит использовать для дезинфекции и наружного применения при кожных заболеваниях. Однако было показано, что вода, полученная путем электрохимической активацией, влияет на процессы формирования, стабилизации и функционирования клеточных мембран, а также белков и ДНК [1]. Эти данные позволяют предположить у неконтактно активированных вод (НАВ) наличие генотоксической активности, что выводит на передний план гигиенических исследований экспериментальную оценку безопасности электрохимически активированных вод, и – в особенности – анализ отдаленных (генотоксических) эффектов. Бесконтрольная продажа и пропаганда использования в быту приборов для неконтактной электрохимической активации питьевых вод делает проблему оценки безопасности этих вод – в том числе, генотоксических эффектов – особенно актуальной.

Целью настоящей работы является анализ влияния питьевых вод, полученных неконтактной электрохимической активацией (НАВ), на показатели нестабильности генома лимфоцитов периферической крови человека, культивированных в условиях цитокинетического блока.

Материалы и методы исследования.

Для получения НАВ использовали следующие питьевые воды: московскую водопроводную воду (Рублевская водопроводная станция, р.Москва); осмотическую (обессоленную на установке обратного осмоса) артезианскую воду (скважина № 11-99 г.Самара); минеральную столовую негазированную бутилированную воду «Пилигрим».

Перед активацией воды готовили следующим образом:

Московскую водопроводную воду пропускали через систему механических и угольных фильтров, кипятили в течение 15 минут и отстаивали в закрытой емкости в течение суток. Артезианскую воду очищали на установке обратного осмоса, 15 мин кипятили и отстаивали в закрытой емкости в течение суток. Бутилированную воду «Пилигрим» стерилизовали пропусканием через одноразовые мембранные фильтры с диаметром пор 0,22 мкм.

Химический состав исходных (неактивированных) вод, использованных для приготовления НАВ, представлен в Табл.1.

Таблица 1  

Минеральный состав вод, использованных для неконтактной (электрохимической) активации

Для получения НАВ готовили контактно-активированные воды - католит и анолит, необходимые для проведения неконтактной активации. Их получали на модифицированном электрохимическом активаторе «Изумруд» при силе тока 20-60 мА и напряжении 60 мВ. Полученные таким образом католит и анолит набирали в две емкости по 5 литров каждая, в которых затем проводили бесконтактную активацию подготовленных вод.

Для бесконтактной активации каждую из заранее подготовленных питьевых вод разливали по 300 мл в 4 стерильных полиэтиленовых герметично закрывающихся пакета. Три пакета с водой помещали в емкость с контактно–активированной католитной водой на 5, 20, 40 минут, четвертый - в емкость с контактно- активированной анолитной водой на 40 минут (Рисунок 1). По окончании экспозиции пакеты вынимали из емкости, воду переливали в стеклянную посуду для определения физико-химических свойств и далее использовали в микроядерном тесте.

Далее полученные воды использовали для приготовления сред, в которых культивировали лимфоциты периферической крови практически здорового молодого некурящего донора [3]. Для приготовления контрольной среды использовали деионизированную воду, не подвергшуюся активации.

Каждый образец воды использовали для постановки 3 культур: в две из них вводили, соответственно, 2 или 4 мкг/мл раствора мутагена N-нитро-N-метил-N-нитрозогуанидина (МННГ) для оценки чувствительности генома к дополнительной малой генотоксической нагрузке, третью – контрольную - культуру оставляли без воздействия мутагеном.

Все культуры фиксировали на 72 часу, приготовленные цитогенетические препараты шифровали и анализировали с использованием международного [10] и расширенного [4] протоколов микроядерного теста. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием критерия Спирмэна и критерия Манна-Уитни.

Результаты исследования и обсуждение

Как показали результаты экспериментов, адаптация клеток in vitro к действию всех исследованных НАВ сопровождалась индукцией эффектов нестабильности генома, что выражалось в изменении пролиферативной и митотической активности, повышение  частоты клеток с  микроядрами (МЯ) и нуклеоплазменными мостами (НПМ), повышение частоты апоптоза, и/или частоты клеток второго митотического цикла с асимметричным распределением генетического материала. Для анолитов была выявлена связь индуцированных эффектов нестабильности генома (митотической активности культуры, частот ускоренно делящихся клеток с генетическими повреждениями и апоптоза) с ОВП и рН, а для католитов эти показатели были связаны  со светосуммой люминол-геминовой хемилюминесценции [2].

Анализ зависимости генотоксических эффектов НАВ от степени минерализации воды, использованной для активации (Рисунок 2), выявил существенное влияние этого показателя на скорость пролиферации клеток в культуре, причем только для католитов, полученных 20- и 40- мин. активацией (ОВП = - 61,7 ..206 мВ) и анолитов (ОВП = 224,4…360,8 мВ), в то время как для неактивированных вод (контроль) и вод, активированных в течение 5 мин, подобной связи выявлено не было. Как видно на Рисунок 2, вода с максимальной минерализацией (московская водопроводная) менее всего тормозила пролиферативную активность клеток в культуре. Анализ корреляций между степенью минерализации исходной (неактивированной) воды и показателями частоты генетических повреждений лимфоцитов крови человека, культивированных в реконструированных средах, обнаружил значимые связи (р ≤ 0,05, критерий Спирмена) только для католитов: с частотой апоптоза (r = 0,74), и с частотой ускоренно делящихся клеток с повреждениями (r = - 0,92). Согласованность этих показателей в механизме образования эффектов нестабильности генома исключает случайность обнаруженных связей. Следует отметить, что для анолитов подобные корреляционные связи выявлены не были, что обусловлено, вероятнее всего, небольшим количеством различных анолитов, изученных в данной работе.

Таким образом, состав исходной (неактивированной) воды и условия активации играют существенную роль в приобретении ей генотоксической активности.

Список литературы

1.     Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. – М.: Институт компьют. исслед., 2004. – 212 с.

2.     Зацепина О.В., Ингель Ф.И. Изменение физико-химических параметров неконтактно (электрохимически) активированных питьевых вод ассоциировано с индукцией эффектов нестабильности генома лимфоцитов крови человека in vitro. Гигиена и санитария. 2016; 95(3):233-241. DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-233- 241

3.     Ингель Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического блока. Часть 1. Пролиферация клеток//Экологическая генетика. – 2006. - Т.IV. - вып.3. - С.7-19.

4.     Ингель Ф. И., Юрченко В. В, Гуськов А. С. и др. Показатели пролиферативной активности и их связь с генетическими повреждениями лимфоцитов крови при культивировании в условиях цитокинетического блока // Вестник РАМН.- 2005.-№ 4 - С.41-46.

5.     Казанкин Д.С., Широносов В.Г. Исследование влияния бесконтактно активированной воды на электрокинетические свойства дрожжевых клеток // III Международный симпозиум «Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности». - Сб. тез. - Москва, 2002. – С.190-194.

6.     Мосин  О.В.  Водоподготовка  и  водоотведение  //  Сантехника.  Отопление.  Кондиционирование.Энергосбережение. – 2012. - №12.

7.     Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Структурно – энергетические изменения воды и ее биологическая активность // Гигиена и санитария. - 2007. - № 5. - C. 34-36.

8.     Савостикова О.Н. Гигиеническая оценка влияния структурных изменений в воде на ее физико-химические и биологические свойства: дисс. … канд. мед. наук. - М.: ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, 2008. – 160с.

9.     Широносов В.Г., Минаков В.В., Широносов О.В., Широносова Г.И., Иванов В.Б. Приготовление питьевой воды высшего качества // Экология и промышленность России, март 2008, с. 4-7.

10. Fenech M., Chang W.P. and Kirsch-Volders M. HUMN project: detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using isolated human lymphocyte cultures / Mut. Res. – 2003. - V.534. -№1. – Р.65-75.Список литературы

1.     Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. – М.: Институт компьют. исслед., 2004. – 212 с.

2.     Зацепина О.В., Ингель Ф.И. Изменение физико-химических параметров неконтактно (электрохимически) активированных питьевых вод ассоциировано с индукцией эффектов нестабильности генома лимфоцитов крови человека in vitro. Гигиена и санитария. 2016; 95(3):233-241. DOI: 10.18821/0016-9900-2016-95-3-233- 241

3.     Ингель Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического блока. Часть 1. Пролиферация клеток//Экологическая генетика. – 2006. - Т.IV. - вып.3. - С.7-19.

4.     Ингель Ф. И., Юрченко В. В, Гуськов А. С. и др. Показатели пролиферативной активности и их связь с генетическими повреждениями лимфоцитов крови при культивировании в условиях цитокинетического блока // Вестник РАМН.- 2005.-№ 4 - С.41-46.

5.     Казанкин Д.С., Широносов В.Г. Исследование влияния бесконтактно активированной воды на электрокинетические свойства дрожжевых клеток // III Международный симпозиум «Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности». - Сб. тез. - Москва, 2002. – С.190-194.

6.     Мосин  О.В.  Водоподготовка  и  водоотведение  //  Сантехника.  Отопление.  Кондиционирование.Энергосбережение. – 2012. - №12.

7.     Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Структурно – энергетические изменения воды и ее биологическая активность // Гигиена и санитария. - 2007. - № 5. - C. 34-36.

8.     Савостикова О.Н. Гигиеническая оценка влияния структурных изменений в воде на ее физико-химические и биологические свойства: дисс. … канд. мед. наук. - М.: ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, 2008. – 160с.

9.     Широносов В.Г., Минаков В.В., Широносов О.В., Широносова Г.И., Иванов В.Б. Приготовление питьевой воды высшего качества // Экология и промышленность России, март 2008, с. 4-7.

10. Fenech M., Chang W.P. and Kirsch-Volders M. HUMN project: detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using isolated human lymphocyte cultures / Mut. Res. – 2003. - V.534. -№1. – Р.65-75.