medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2018-97-11-1093-97medlit-698Research ArticleЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯPOPULATION HEALTHОбоснование места альтернативных биологических методов в гигиенических исследованияхSubstantiation of the place of alternative biological methods in hygienic researchhttps://orcid.org/0000-0002-9718-0663ДонерьянЛариса ГригорьевнаDonerianLarisa G.

 Канд. биол. наук, вед. науч. сотр. лаб. гигиены почвы ФГБУ «ЦСП» Минздрава России.

e-mail: dlg54@mail.ru

MD, Ph.D., leading researcher of the Laboratory of soil hygiene of the Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health, Moscow, 119991, Russian Federation.

e-mail: dlg54@mail.ru

dlg54@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3350-5753ВодяноваМ. А.VodyanovaM. A.noemail@neicon.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииCentre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health201820102020971110931097Copyright © Донерьян Л.Г., Водянова М.А., 20202020Донерьян Л.Г., Водянова М.А.Donerian L.G., Vodyanova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/698Введение

Введение. В статье представлен анализ наиболее распространённых методов биотестирования, а также поиск перспективных направлений развития экспресс-диагностики. Рассмотрены достоинства альтернативных биологических методов оценки химических загрязнителей в объектах окружающей среды по изучению их воздействия на живые организмы. 

Материал и методы

Материал и методы. В работе проведён сравнительный анализ данных о токсичности различных противогололёдных материалов, золошлаков фармацевтических препаратов и пиролизной смеси фильтрационного горения в опытах с использованием животных и гидробионтов. Экотоксикологические исследования проводили с использованием дафний, инфузорий, светящихся бактерий, а также культуры клеток млекопитающих, токсикологические — в остром, подостром экспериментах, в том числе с изучением специфических иммунологических показателей, аллергенного и кожно-раздражающего действия. 

Результаты

Результаты. Для изученных токсикантов определены недействующие концентрации и разведения для биологических моделей, установлены классы опасности. Представлены результаты токсикологических экспериментов. 

Обсуждение

Обсуждение. Попытки совершенствования методов биотестирования проводятся в направлении создания батареи биотестов, сокращения сроков тестирования и инструментализации исследований. Анализ работ по различным направлениям биологических исследований позволяет говорить о необходимости использования альтернативных методов на предварительных этапах получения результатов. Это может быть применимо к установлению ПДК химических веществ в почве. Для каждого из показателей вредности может быть использован в качестве предварительного биотест: выживаемость дафний — для водно-миграционного показателя, наличие азотобактера — для общесанитарного показателя и т. д.

Заключение

Заключение. Избирательность ответных реакций на токсиканты позволяет выявить органы-мишени у теплокровных животных, а также прогнозировать воздействие на объекты окружающей среды посредством моделей-гидробионтов.

Introduction

Introduction. The article presents an analysis of the most common methods of biotesting, as well as the search for promising directions for the development of rapid diagnostics. The advantages of alternative biological methods for assessing chemical pollutants in environmental objects to study their effect on living organisms are considered. 

Material and methods

Material and methods. The paper compares data on the toxicity of various anti-ice materials, ash and slag pharmaceutical preparations and pyrolysis mixture of filtration combustion in experiments using animals and hydrobionts. Ecotoxicological studies were carried out using daphnia, infusorium, luminous bacteria, as well as the culture of mammalian cells. Toxicological — in acute, subacute experiments, including the study of specific immunological indicators, allergenic and skin-irritating effects. 

Results

Results. For the toxicants studied, inactive concentrations and dilutions are determined for biological models, hazard classes are established. The results of toxicological experiments are presented. 

Discussion

Discussion. Attempts to improve the methods of biotesting are carried out in the direction of the creating a battery of bio-tests, shortening the terms of testing and instrumentalizing studies. The analysis of works on various areas of biological research allows us talking about the need to use alternative methods in the preliminary stages of obtaining results. This may be applicable to the establishment of MPC of chemicals in the soil. For each of the indices of harmfulness can be used as a preliminary biotest: the survival of daphnia - for the water-migration index, the presence of Azotobacter - for general health, etc.

Conclusion

Conclusion. The selectivity of the responses to toxicants makes it possible to identify target organs in warm-blooded animals, and also to predict the impact on environmental objects through hydrobiont models.

альтернативные методыбиотестытоксикологиябиологические моделикультуры клетокпростейшиеПДК химических веществтоксикантпротивогололёдный материалзолошлаки лекарственных средствalternative methodsbioteststoxicologybiological modelscell culturesprotozoamaximum permissible concentration (MPC) of chemicalstoxicantde-icing materialash and slag medicinesReferencesViana, L.F., Súarez, Y.R., Cardoso C.A.L. et al. Arch Environ Contam Toxicol. 2018; 75: 476. https://doi.org/10.1007/s00244-018-0551-9Viana, L.F., Súarez, Y.R., Cardoso C.A.L. et al. Arch Environ Contam Toxicol. 2018; 75: 476. https://doi.org/10.1007/s00244-018-0551-9Зарицкая Е.В., Полозова Е.В., Шилов В.В., Богачева А.С. Современные альтернативные методы исследования, используемые для оценки безопасности продукции. Экология человека; 2017; 3: 21-25.Zaritskaya E.V., Polozova E.V., SHilov V.V., Bogacheva А.S. Present alternative study methods used in product safety assessment. Ehkologiya cheloveka; 2017; 3: 21-25 (in Russian).Лазарев Н.В. Левина Э.Н., ред. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. 1976; Т.1 Органические вещества: 592.Lazarev N.V. Levina EH.N., ed. Harmful substances in industry. A Handbook for Chemists, Engineers and Physicians; 1976; 1; Organic matters: 592 (in Russian).Пожаров А.В., Рахманин Ю.А., Шелемотов С.А., Михайлова Р.И. Прикладные аспекты аппаратурного биотестирования воды. Гигиена и санитария; 1994; 8: 18-21.Pozharov А.V., Rakhmanin YU.А., SHelemotov S.А., Mikhajlova R.I. Applied aspects of instrumental biotesting of water. Gigiena i Sanitaria. 1994; 8: 18-21 (in Russian).Красовский Г.Н., Рахманин Ю.А., Егорова Н.А. Экстраполяция токсикологических данных с животных на человека. Москва; ОАО «Издательство «Медицина»; 2009. 208.Krasovskij G.N., Rakhmanin YU.А., Egorova N.А.: Extrapolation of toxicological data from animals to humans: Moscow: Meditsina Publishers, 2009. 208 p. (in Russian).Красовский Г.Н., Егорова Н.А. Недостатки биотестирования при гигиенической оценке сточных вод. Гигиена и санитария; 2005; 3: 10-13.Krasovskij G.N., Egorova N.А. Disadvantages of biotesting in the hygienic assessment of wastewater. Gigiena i Sanitaria. 2005; 3: 10-13 (in Russian).Бальбухов К.С., Капранов С.В. Экологическая и гигиеническая оценка качества производственных сточных вод и открытых водоёмов в промышленном городе с использованием метода биотестирования. Вода i водоочиснi технологii. Науково-технiчнi вiстi; 2012; 8 (2): 30-39.Bal’buhov K.S., Kapranov S.V. Environmental and hygienic assessment of the quality of industrial wastewater and open reservoirs in an industrial city using the biotesting method; Water and water treatment technology. Scientific and Technical Fields. 2012; 8 (2): 30-39 (in Russian).Matorin D.N., Bratkovskaya L.B., Yakovleva O.V., Venediktov P.S. Biotesting of water toxicity according to the ratio of microalgae consumption by daphnia detected with chlorophyll fluorescence. Moscow University Biological Sciences Bulletin. 2009; 64 (3): 115-120. https://doi.org/10.3103/S0096392509030067Matorin D.N., Bratkovskaya L.B., Yakovleva O.V., Venediktov P.S. Biotesting of water toxicity according to the ratio of microalgae consumption by daphnia detected with chlorophyll fluorescence. Moscow University Biological Sciences Bulletin. 2009; 64 (3): 115-120. https://doi.org/10.3103/S0096392509030067Mushunina A.S., Azarova S.V., Yazikov E.G., Parygina I.A. Biotesting of modeled drilling mud as an indicator of environmental risk; IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2016; 43. https://doi.org/10.1088/1755-1315/43/1/012047Mushunina A.S., Azarova S.V., Yazikov E.G., Parygina I.A. Biotesting of modeled drilling mud as an indicator of environmental risk; IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2016; 43. https://doi.org/10.1088/1755-1315/43/1/012047Терехова В.А. Биотестирование почв: подходы и проблемы; Почвоведение. 2011; 2: 190-198.Terekhova V.А. Soil biotesting: approaches and problems. Pochvovedenie. 2011; 2: 190-198 (in Russian).Маячкина Н.В., Чугунова М.В. Особенности биотестирования почв с целью их экотоксикологической оценки; Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2009; 1: 84-93.Mayachkina N.V., Chugunova M.V. Peculiarities of soil biotests to evaluate soil ecotoxicity. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo. 2009; 1: 84-93 (in Russian).Русаков Н.В., Мухамбетова Л.Х., Крятов И.А., Коганова З.И., Фадеева И.И., С.Б. Чудакова и др. Оценка степени опасности химических веществ, загрязняющих почву, при воздействии на организм экспериментальных животных. Гигиена и санитария. 2007; 2: 68-69.Rusakov N.V., Mukhambetova L.KH., Kryatov I.А., Koganova Z.I., Fadeeva I.I., CHudakova S.B. and al. Assessment of the degree of danger of chemicals polluting the soil when exposed to the body of experimental animals. Gigiena i Sanitaria. 2007; 2: 68-69 (in Russian).Евсеева И.С. Эколого-гигиеническая оценка термической технологии уничтожения лекарственных средств, подлежащих утилизации; Дис….канд. мед. наук. М. 2006: 204.Evseeva I.S. Ecological and hygienic assessment of the thermal technology for the destruction of medicinal products subject to disposal; Dis…. kand. med. nauk. M. 2006: 204 (in Russian).Чудакова С.Б. Токсиколого-гигиеническая оценка степени опасности антигололедных реагентов; Дис…. канд. мед. наук. М. 2006: 191.CHudakova S.B. Toxicological and hygienic evaluation of the degree of danger of ice-reagents; Dis…. kand. med. nauk. M. 2006: 191. (in Russian).Олькова А.С. Биотестирование в научно-исследовательской и природоохранной практике России. Успехи современной биологии. 2014; 134 (6): 614-622.Olkova A.S. Bioassay in research and environmental practices of Russia. Uspekhi sovremennoj biologii. 2014; 134 (6): 614-622. (in Russian).Evsyunina E.V., Taran D.O., Stom D.I., Saksonov M.N., Balayan A.E., Kirillova M.A., Esimbekova E.N., Kratasyuk V.A. Comparative assessment of toxic effects of surfactants using biotesting methods. Inland Water Biology. 2016; 9 (2): 196 - 199Evsyunina E.V., Taran D.O., Stom D.I., Saksonov M.N., Balayan A.E., Kirillova M.A., Esimbekova E.N., Kratasyuk V.A. Comparative assessment of toxic effects of surfactants using biotesting methods. Inland Water Biology. 2016; 9 (2): 196 – 199.Яковишина Т.Ф. Экотоксикологическая оценка городских почв методами биотестирования. Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2015. 16 (8). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2491 (дата обращения: 13.11.2018)YAkovishina T.F. Ecotoxicological assessment of urban soils using biotesting methods; Universum: Chemistry and Biology: electronic science. 2015. №8 (16). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2491 (appeal date: 13.11.2018) (in Russian).Jonczyk E., Gilron G. (2005) Acute and Chronic Toxicity Testing with Daphnia Sp. In: Blaise C., Férard JF. (eds) Small-scale Freshwater Toxicity Investigations. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/1-4020-3120-3_11Jonczyk E., Gilron G. (2005) Acute and Chronic Toxicity Testing with Daphnia Sp. In: Blaise C., Férard JF. (eds) Small-scale Freshwater Toxicity Investigations. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/1-4020-3120-3_11Аrystarkhova Е. Express-assessment of potential hazard of water by method of biotesting using Daphnia magna S. Bulletin of Agrarian Science; 2017; (2): 50-54.Аrystarkhova Е. Express-assessment of potential hazard of water by method of biotesting using Daphnia magna S. Bulletin of Agrarian Science; 2017; (2): 50–54.Рыкунова М.Д., Нелюбова В.В., Карнаухова М.Д. Экотоксикологические исследования биоактивных компонентов; Инновации в строительстве 2017; Изд-во: ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет» (Брянск). Материалы международной научно-практической конференции Инновации в строительстве; 2017; Брянск, 20-22 ноября 2017: 121-126.Rykunova M.D., Nelyubova V.V., Karnaukhova M.D. Ecotoxicological studies of bioactive components; Innovations in construction - 2017; Publishing house: FGBOU VO “Bryansk State Engineering and Technology University” (Bryansk). Materials of the International Scientific and Practical Conference Innovations in Construction; 2017; Bryansk, November 20-22, 2017: 121-126 (in Russian).Красовский Г.Н., Егорова Н.А. Методические ошибки при использовании биотестирования в гигиенических исследованиях. Гигиена и санитария. 2000; 4: 63-66.Krasovskij G.N., Egorova N.А. Methodological errors in the use of biotesting in hygiene studies. Gigiena i Sanitaria. 2000; (4): 63-66 (in Russian).Долгов В.А. Методические аспекты и практическое применение ускоренной биологической оценки кормов, продуктов животноводства и других объектов ветеринарно-санитарного и экологического контроля; Автореф. Дис. …д-ра наук. М. 1992: 41.Dolgov V.А. Methodical aspects and practical application of the accelerated biological assessment of fodder, livestock products and other objects of veterinary-sanitary and ecological control. Аvtoref. Dis. …d-ra nauk. M. 1992: 41 (in Russian).Долгов В.А., Лавина С.А., Никитченко Д.В. Оценка и взаимосвязь параметров токсичности различных веществ для инфузорий тетрахимена пириформис и белых крыс; Вестник российского университета дружбы народов. Серия: агрономия и животноводство. 2014; 2: 58-65.Dolgov V.А., Lavina S.А., Nikitchenko D.V. Comparative evaluation and relationship of toxicity parameters of different substances to Tetrahymena pyriformis and white rats. Vestnik rossijskogo universiteta druzhby narodov. Series: agronomy and livestock; 2014; 2: 58-65.(in Russian).Долгов В.А., Лавина С.А., Арно Т.С., Семенова Е.А., Островская А.В. Био-тестовая оценка качества и безопасности продуктов, кормов и объектов окружающей среды. Российский журнал. Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2015; 2 (14): 20-27.Dolgov V.A., Lavina S.A., Arno T.S., Semyonova E.U., Ostrovskaya A.V. Bioassay of quality and safety of feed, food and the environmental objects. Rossijskij zhurnal. Problemy veterinarnoj sanitarii, gigieny i ehkologii. 2015; 2 (14): 20-27 (in Russian).Долгов В.А., Лавина С.А. Методологические аспекты ветеринарно-санитарной экспертизы продовольственного сырья и пищевой продукции. Российский журнал. Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2016; 3(19): 11-19.Dolgov V.A., Lavina S.A. Methodological aspects of veterinary-sanitary expertise of food raw materials and food products. Rossijskij zhurnal. Problemy veterinarnoj sanitarii, gigieny i ehkologii. 2016; 3(19): 11-19 (in Russian).Стрижак Т.А., Сидашова С.А., Палагута А.В. Методика экспресс-исследований токсикологических профилей кормовой базы свиноводческих предприятий. Научно-технический бюллетень института животноводства национальной академии аграрных наук Украины. 2016; 116: 151-160.Strizhak T.А., Sidashova S.А., Palaguta А.V. The method express research on toxicological profile of feed base of pig farms. Nauchno-tekhnicheskij byulleten’ instituta zhivotnovodstva nacional’noj akademii agrarnyh nauk Ukrainy; 2016; 116: 151-160 (in Ukrainian).Baumann, J., Sakka, Y., Bertrand C. et al. Environ Sci Pollut Res. 2014; 21: 2201. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2094-yBaumann, J., Sakka, Y., Bertrand C. et al. Environ Sci Pollut Res. 2014; 21: 2201. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2094-yIgnace D.D., Dodson S.I., Kashian D.R. Identification of the critical timing of sex determination in Daphnia magna (Crustacea, Branchiopoda) for use in toxicological studies. Hydrobiologia. 2011; 688 (1): 117-123.Ignace D.D., Dodson S.I., Kashian D.R. Identification of the critical timing of sex determination in Daphnia magna (Crustacea, Branchiopoda) for use in toxicological studies. Hydrobiologia. 2011; 688 (1): 117–123.Robinson S.E., Capper N.A., Klaine S.J. The effects of continuous and pulsed exposures of suspended clay on the survival, growth, and reproduction of Daphnia magna. Environmental Toxicology. 2010; 29 (1).Robinson S.E., Capper N.A., Klaine S.J. The effects of continuous and pulsed exposures of suspended clay on the survival, growth, and reproduction of Daphnia magna. Environmental Toxicology. 2010; 29 (1).Захаров И.С., Алёшин И.В.; Методы и средства микробиотестирования токсичности водных сред. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015; 8 (2): 75 - 95Zakharov I.S., Aleshin I.V. Methods and Means for Microscale Biotesting Toxicity of Aquatic Environments. Fundamental and applied hydrophysics. 2015; 8 (2): 75–95 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.