CC BY
35
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 83-86
УДК: 547.3-02:577.121.7
ДЛИТЕЛЬНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМ НЕТОКСИЧЕСКИХ ДОЗ БЕНЗОЛА ПРИВОДИТ К
РАЗВИТИЮ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА
Н.В. ШАРАПОВА, Д.С. КАРМАНОВА, А.А. ПЕТРОВА, С.И. КРАСИКОВ
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, ул. Советская, д. 6, г. Оренбург, 460000, Россия
Аннотация. Влияние нетоксических доз бензола на состояние компонентов системы свободно-радикального окисления экспериментальных животных оценивали с помощью определения активности и содержания таких веществ как супероксиддисмутаза, каталаза, диеновые коньюгаты и малоновый диальдегид. Животным основной группы (n=12) в питьевой воде содержание бензола доводили до концентрации 0,015 мг/л, что соответствовала 0,5 ПДК. Группа сравнения (n=12) получала стандартное питание. Продолжительность эксперимента составила 7 недель
Потребление животными воды, содержащей бензол, приводило к снижению активности СОД и каталазы в эритроцитах животных на 27% и 49%, соответственно. Содержание ДК в сыворотке при этом существенно не менялось, а уровень МДА увеличивался в 1,64 раза от уровня контрольных животных. В печени наблюдалось повышение активности СОД и каталазы в 2 и 3 раза. В сердце - снижение активности СОД на 25% и увеличении активности каталазы в 3,6 раза. Содержание ДК и МДА при этом увеличивалось в 1,7 и 1,75 раза соответственно от уровня контроля. В семенниках было отмечено снижение активности СОД и каталазы на 37% и 17%, соответственно, а также увеличение МДА в 1,37 раза по сравнению с контролем.
Таким образом, потребление животными воды, содержащей бензол в дозах ниже ПДК, приводило к накоплению в тканях и сыворотке крови продуктов перекисного окисления липидов: диеновых коньюгатов и малонового диальдегида с одновременным изменением активности СОД и каталазы.
Ключевые слова: бензол, токсичность, окислительный стресс.
Введение. Ранее показано, что хроническое поступление в организм бензола в дозах превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) приводит к развитию окислительного стресса [1,3,12]. Развитие окислительного стресса при этом объясняется в связи с особенностями метаболизма бензола, который происходит в микросомах печени при участии цитохрома Р450 с образованием активных форм кислорода [6,8,16]. Поскольку биотрансформация ксенобиотиков осуществляется вне зависимости от их количества, поступающего в организм, есть основания считать, что и малые дозы бензола, то есть такие, которые присутствуют в окружающей среде в дозах, ниже ПДК, и расцениваются как «нетоксичные», также будут подвергаться метаболизму с образованием активных форм кислорода, что в свою очередь будет приводить к развитию окислительного стресса [5,7,9]. Однако данный вопрос требует изучения, и, в первую очередь, экспериментального подтверждения, что и послужило основанием для проведения настоящей работы.
Цель исследования - на основании лабораторных анализов жидких сред организма и органных комплексом экспериментально оценить влияние нетоксических доз бензола на
состояние компонентов системы свободнора-дикального окисления.
Задачи: 1) В эксперименте на лабораторных животных оценить влияние нетоксических доз бензола на интенсивность процессов сво-боднорадикального окисления в крови; 2) В эксперименте на лабораторных животных оценить влияние нетоксических доз бензола на интенсивность процессов свободнорадикаль-ного окисления в печени, сердце и семенниках; 3) В эксперименте на лабораторных животных сопоставить влияние нетоксических доз бензола на активность антиоксидантных ферментов с одной стороны и изменение концентрации продуктов перекисного окисления с другой стороны.
Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 24 крысах самцах линии Вистар. Животные содержались в виварии с соблюдением циклов день/ночь - 12:12 и на сбалансированной диете (гранулированный корм для лабораторных животных «ПроКорм», Компания БиоПро) для питья животным давали бутилированную воду из местного артезианского источника. В течение всего эксперимента животным был обеспечен неограниченный доступ к воде и пище.
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 83-86
Все животные были разделены на две, равные по численности группы. Животные первой группы служили контролем.
У животных второй группы питьевая вода содержала бензол в концентрации 0,015 мг/л, что соответствует 0,5 ПДК. Продолжительность эксперимента составила 7 недель, после чего животных с соблюдением этических норм и правил работы с лабораторными животными выводили из эксперимента, подвергая эвтаназии путем декапитации. Кровь и внутренние органы забирались и использовались для биохимических исследований. В сыворотке крови, полученной после центрифугирования при 3000 об/мин, определяли содержание диеновых коньюгатов (ДК) по методу Z. Placer, (1968), малонового диальдегида по реакции с тиобарбиту-ровой кислотой (H. Оhkawa, 1978) на спектрофотометре Beckman - DU 800 (USA), а также активность аспартатаминотрансферазы, аланинами-нотрансферазы и щелочной фосфатазы на биохимической станции Cobas-6000 (Швейцария).
Внутренние органы - печень, сердце, селезенка измельчали с помощью гомогенизатора (Heidolph SilentCrusher M) в 0,15 М трис-HCl буфера (рН=7,4) в соотношении 1/10 и не разрушающим ткани и ядра клеток осаждением при 500 g. В полученных супернатантах определяли содержание продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активность антиоксидантных ферментов по тем же, что и в сыворотке крови методам.
Экспериментальные исследования проводили, руководствуясь требованиями, изложенными в «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (1986 г.) и в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 г. № 755) с соблюдением этических норм и гуманного отношения к объектам изучения и с одобрения этического комитета Центра.
Полученные результаты проводимых исследований обрабатывали методами параметрической статистики с использованием критерия Стьюдента, принимая критический уровень значимости p<0,05.
Результаты и их обсуждение. Результаты исследования показали, что количество потребляемой воды в течение эксперимента животными контрольной и опытной группы было примерно одинаковым и увеличивалось по мере увеличения массы животного. Общее количество бензола, поступающее в организм крыс,
составило 0,15*10-4мг в пересчете на килограмм массы животного, т.е. суммарно было значительно ниже дозы LD50 и находилось за пределами токсичности данного поллютанта.
В табл. представлены данные отражающие состояние окислительного стресса у контрольных и опытных животных. Из материалов таблицы следует, что длительное потребление животными воды, содержащей бензол, приводило к снижению активности супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы в эритроцитах животных на 27% и 49%, соответственно. Содержание ДК в сыворотке при этом существенно не менялось, а уровень малонового диальдегида (МДА) увеличивался в 1,64 раза от уровня контрольных животных.
Таблица
Влияние малых доз бензола на активность антиоксидантных ферментов и продуктов ПОЛ у животных
Ткань, орган Группа животных СОД, ед/литр Каталаза ед/литр ДК МДА
Кровь Контроль 138±13,4 77±7,9 0,095±0,022 63,5±2,8*
Бензол 101±9,5 38±5,1* 0,086±0,023 104,3±17,3*
Печень Контроль 11,9±3,1 59,3±6,0 0,22±0,03 0,53±0,07
Бензол 21,9±4,1* 183,4±10,0** 0,25±0,02 0,56±0,11
Сердце Контроль 22,8±1,8 19,9±1,3 0,59±0,14 0,39±0,06
Бензол 17,2±1,6* 71,8±4,1** 1,01±0,13* 0,68 ±0,16
Контроль 37,9±3,2 74,2±4,9 0,6±0,14 0,49±0,06
Бензол 23,9±2,4** 62,2±3,4* 0,57±0,07 0,67±0,08
Примечание: * - р<0,05 по сравнению с контролем, ** - р<0,05 по сравнению с контролем
Состояние параметров окислительного стресса в печени характеризовалось повышением активности СОД и каталазы в 2 и 3 раза соответственно у животных, получавших бензол по сравнению с контролем и практически одинаковыми изменениями концентрации ДК и МДА у интактных и опытных животных.
Изменение активности антиокислительных ферментов в сердце носили разнонаправленный характер и заключались в снижении активности СОД на 25% и увеличении активности каталазы в 3,6 раза от контрольного уровня. Содержание ДК и МДА при этом увеличивалось в 1,7 и 1,75 раза соответственно от уровня контроля.
Менее выраженными были изменения, происходящие под влиянием бензола в семенниках, и проявлялось снижением активности СОД и каталазы на 37% и 17%, соответственно, а также увеличением МДА в 1,37 раза по сравнению с контролем.
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что длительное введение в организм бензола в нетоксичной дозе приводило к изменению активности антиокси-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 83-86
дантных ферментов с одной стороны и увеличению концентраций продуктов перекисного окисления в тканях экспериментальных животных.
Эти изменения имеют различный характер, связаны с видом исследуемой ткани, что наиболее вероятно связано с отношением внутренних органов к метаболизму ксенобиотика. В частности, наблюдаемые в печени повышение активности СОД и каталазы, вероятно связанно с тем, что образующиеся в процессе метаболизма бензола активные формы кислорода, являются фактором, регулирующим процессы биосинтеза ферментов антирадикальной защиты [10].
В плане нашего исследования наиболее существенным является установленный факт, свидетельствующий, что под влиянием весьма незначительных доз бензола происходят изменения как в системе антиоксидантной защиты, так и активации свободнорадикальных процессов, проявляющееся накоплением продуктов перекисного окисления липидов, в частности, ответственных как за жизнеобеспечение организма, так и за репродуктивную функцию.
Поскольку хорошо известно, что окислительный стресс является одним из важнейших патогенетических звеньев в развитии очень широкого спектра заболеваний, есть основание думать о возможной роли следовых количеств поллютантов, в частности, бензола, в их возникновении [9,11,13-15].
Изложенное выше позволяет прийти к следующим выводам:
1. Теоретический, заключается в необходимости исследования роли поллютантов в возникновении различных заболеваний у человека, особенно тех, которые определяются как «идиопатические».
2. Практический, обосновывает необходимость применения широкого спектра мероприятий, направленных на выявление признаков окислительного стресса у людей и на ограничении его последствий на организм. Это может быть достигнуто путем рекомендации использования в пищу продуктов, богатых анти-оксидантами, приемом препаратов и витаминов, обладающих антирадикальной активностью, а также снижением потребления веществ, с прооксидантной активностью.
A LONG-TERM INSTITUTION IN THE ORGANISM OF NOXOXIC DOSES OF BENZENE CAUSES THE
DEVELOPMENT OF OXIDATIVE STRESS
N.V. SHARAPOVA, D.S. KARMANOVA, A.A. PETROVA, S.I. KRASIKOV
FBSEI HE "Orenburg State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation,
6 Sovetskay St., Orenburg, 460000, Russia
Abstract. The effect of non-toxic doses of benzene on the state of components of the free-radical oxidation system of experimental animals was assessed by determining the activity and content of such substances as superoxide dismutase, catalase, diene conjugates, and malonic dialdehyde. The content of benzene in the main group (n=12) in drinking water was adjusted to a concentration of 0,015 mg / l, which corresponded to 0,5 MPC. The comparison group (n=12) received standard food. The duration of the experiment was 7 weeks.
The consumption of water containing benzene by animals resulted in a decrease in the activity of SOD and catalase in the erythrocytes of animals by 27% and 49%, respectively. The content of DC in the serum did not change significantly, and the MDA level increased 1,64 times from the control animals. In the liver, an increase in the activity of SOD and catalase in 2 and 3 times was observed. In the heart - a decrease in the activity of SOD by 25% and an increase in catalase activity by 3,6 times. The content of DK and MDA at the same time increased by 1.7 and 1,75 times, respectively, from the control level. In the testes, there was a decrease in the activity of SOD and catalase by 37% and 17%, respectively, and an increase in MDA of 1,37 times compared with the control.
Thus, animal consumption of water containing benzene at doses below the MPC resulted in the accumulation in the tissues and serum of blood products of lipid peroxidation: diene conjugates and malonic dialdehyde with a simultaneous change in the activity of SOD and catalase.
Key words: benzene, toxicity, oxidative stress.
Литература References
1. Angela M. Moro, Natalia Brucker, Mariele F. 1. Angela M Moro, Natalia Brucker, Mariele F
Charao. Biomonitoring of gasoline station attendants Charao. Biomonitoring of gasoline station attendants
exposed to benzene: Effect of gende.r Mutation Re- exposed to benzene: Effect of gende.r Mutation Re-
85
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 83-86
search // Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 2017. Vol. 813. P. 1-9.
2. Barreto G. The role of catechols and free radicals in benzene toxicity: an oxidative DNA damage pathway // Environ. Mol. Mutagen. 2009. Vol. 50 (9). P. 771-780.
3. Carbonari D. Biomarkers of susceptibility following benzene exposure: influence of genetic polymorphisms on benzene metabolism and health effects // Biomark Med. 2016. Vol. 10(2). P. 145-163.
4. El-Shakour A.A. El-Mekawy Effect of exposure to Benzene on oxidative stress and the functions of liver and kidney in rats // J Environ Occup Sci. 2015. Vol. 4 (1). P. 34-39.
5. Fenga C. 8-Hydroxydeoxyguanosine as a biomark-er of oxidative DNA damage in workers exposed to low-dose benzene // Toxicology Reports. 2017. Vol. 4. P. 291-295.
6. Hoet P. . Evaluation of urinary biomarkers of exposure to benzene: correlation with blood benzene and influence of confounding factors // Biomark Med. 2016. Vol. 10 (2). P. 145-163.
7. Int Arch Occup Environ Health. 2009. Vol. 82(8). P. 985-995. DOI: 10.1007/s00420-008-0381-6. Epub 2008 Nov 14.
8. Fenga C. Low-dose occupational exposure to benzene and signal transduction pathways involved in the regulation of cellular response to oxidative stress // Life Sciences. 2016. Vol. 147. P. 67-70.
9. Lovreglio P. Monitoring of the occupational and environmental exposure to low doses of benzene. // Giornale Italiano di Medicina del Lavoro Ed Ergono-mia. 2013. Vol. 35 (4). P. 251-255.
10. Toxicological Profile for Benzene: NTIS Accession. No. PB98-101157. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Atlanta, 1997. 459 p.
11. Toxicological Profile for Benzene. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Atlanta, 2007. 438 p.
12. Vigliani E.C., Forni A. Benzene and leukemia // Environ. Res. 1976. Vol. 11. P. 122-127.
13. Vigliani E.C. Leukemia associated with benzene exposure // Ann. N.Y. Acad. Sci. 1976. Vol. 271. P. 143-151.
14. Vigliani E.C., Saita G. Benzene and leukemia // N. Engl. J. Med. 1964. Vol. 271. P. 872-876.
15. Wallace L. Environmental exposure to benzene: an update // Environ Health Perspect. 1996. Vol. 104 (6). P. 1129-1136.
search. Genetic Toxicology and Environmental Muta-genesis. 2017;813:1-9.
2. Barreto G. The role of catechols and free radicals in benzene toxicity: an oxidative DNA damage pathway. Environ. Mol. Mutagen. 2009;50(9):771-80.
3. Carbonari D. Biomarkers of susceptibility following benzene exposure: influence of genetic polymorphisms on benzene metabolism and health effects. Biomark Med. 2016;10(2):145-63.
4. El-Shakour AA. El-Mekawy Effect of exposure to Benzene on oxidative stress and the functions of liver and kidney in rats. J Environ Occup Sci. 2015;4(1):34-9.
5. Fenga C. 8-Hydroxydeoxyguanosine as a bio-marker of oxidative DNA damage in workers exposed to low-dose benzene. Toxicology Reports. 2017;4:291-5.
6. Hoet P. Evaluation of urinary biomarkers of exposure to benzene: correlation with blood benzene and influence of confounding factors. Biomark Med. 2016;10(2):145-63.
7. Int Arch Occup Environ Health. 2009;82(8):985-95. DOI: 10.1007/s00420-008-0381-6. Epub 2008 Nov 14.
8. Fenga C. Low-dose occupational exposure to benzene and signal transduction pathways involved in the regulation of cellular response to oxidative stress. Life Sciences. 2016;147:67-70.
9. Lovreglio P. Monitoring of the occupational and environmental exposure to low doses of benzene. Giornale Italiano di Medicina del Lavoro Ed Ergono-mia. 2013;35(4):251-5.
10. Toxicological Profile for Benzene: NTIS Accession. No. PB98-101157. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Atlanta; 1997.
11. Toxicological Profile for Benzene. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Atlanta; 2007.
12. Vigliani EC, Forni A. Benzene and leukemia. Environ. Res. 1976;11:122-7.
13. Vigliani EC. Leukemia associated with benzene exposure. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1976;271:143-51.
14. Vigliani EC, Saita G. Benzene and leukemia. N. Engl. J. Med. 1964;271:872-6.
15. Wallace L. Environmental exposure to benzene: an update. Environ Health Perspect. 1996;104(6):1129-36.
