CC BY
61
УДК 57.043, 615.916
ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРОРАЛЬНОГО ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ НАНО- И МИКРОЧАСТИЦ МИНЕРАЛОВ
© 2011 К С. Голохваст1'2, Н.Н. Киселев1, В В. Чайка1, А.М. Паничев3, П.А. Никифоров, А.А. Ведягин5, И.В. Мишаков5, И.Э. Памирский6, А.Н. Гульков1,7
1 Институт нефти и газа Дальневосточного государственного технического университета,
г. Владивосток
2 Владивостокский филиал Дальневосточного НЦ физиологии и патологии дыхания СО РАМН - НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, г. Владивосток
3 Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, г. Владивосток 4 Институт механики, автоматики и передовых технологий Дальневосточного государственного технического университета, г. Владивосток 5 Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск 6 Институт геологии и природопользования ДВО РАН, г. Благовещенск 7 ЗАО «ДВНИПИнефтегаз», г. Владивосток
Поступила в редакцию 13.05.2011
В работе представлены результаты исследования влияния цеолититов Вангинского, Люльинского, Куликовского, Шивертуйского, Холинского месторождений на морфометрические параметры клеток желудка и кишечника мыши Mus musculus. Показано, что наночастицы всех 5 месторождений цеолититов, взятых в эксперимент, в дозировке 3-5% от массы тела и размерностью от 100 нм до 1 мкм являются токсичными.
Ключевые слова: наночастицы, микрочастицы, цеолититы, мышь домашняя
Организмы на Земле контактируют с минеральными частицами ингалляторно через атмосферные взвеси, аппликационно через напыление кожных покровов, а также перорально, поступая в желудочно-кишечный такт попутно вместе с питьевой водой и пищей.
Цель исследования: изучение особенностей гистологического строения желудка и кишечника при пероральном введении цеолитов разных месторождений при трех видах измельчения.
Данная статья продолжает серию наших публикаций [4], посвященных изучению токсичности нано- и микрочастиц природных минералов.
Голохваст Кирилл Сергеевич, кандидат биологических наук, заместитель директора. E-mail: droopy@mail.ru Киселев Николай Николаевич, соискатель Чайка Владимир Викторович, соискатель Паничев Александр Михайлович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии и охраны животных
Никифоров Павел Александрович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологии металлов и металловедения
Ведягин Алексей Анатольевич, кандидат химических наук, ученый секретарь, старший научный сотрудник Мишаков Илья Владимирович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
Памирский Игорь Эдуардович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Гульков Александр Нефедович, доктор технических наук, профессор, директор
Материалы и методы. Исследования проводились на базе НОЦ «Природные и синтетические наноматериалы» (создан совместно Дальневосточным государственным техническим университетом и Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН). В эксперимент были взяты цеолиты Люльинского, Вангинского, Куликовского, Холинского и Шивертуйского месторождений. Пробы измельчались согласно нашей методике [7] сначала в дробилке ВКДМ-6 (Вибротехника, Россия) до фракции от 1 мм до 20-50 мкм. Часть полученного материала обрабатывалась в ультразвуковом гомогенизаторе ВаМеПп 8опори18 3400 (Bandelin, Италия) до фракции около 5-10 мкм. Следующая фракция получалась после обработки в планетарной мельнице РгйсЬ Ри1уеЙ8ейе 4 (РгйсЬ, Германия) до размеров от 1 мкм до 100 нм. Мыши получали цеолит перорально в дозировке 3-5% от массы тела. Животные были разделены на 17 экспериментальных групп по 8 штук в каждой, в том числе: "Контроль" - животные, которые не получали цеолит; ("Куликов-м", "Куликов-у", "Куликов-н") - мыши, которые получали цеолиты Куликовского месторождения после механической, ультразвуковой и планетарной обработки соответственно; ("Вангин-м", "Вангин-у", "Вангин-н") - получали цеолиты Вангинского месторождения с аналогичной обработкой; ("Люльин-м", "Люльин-у", "Люльин-н") - получали цеолиты Люльинского месторождения с аналогичной обработкой; ("Шивертуй-м", "Шивертуй-у", "Шивертуй-н") -получали цеолиты Шивертуйского месторождения
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №1(5), 2011
с аналогичной обработкой; ("Холин-м", "Холин-у", "Холин-н") - получали Холинские цеолиты с аналогичной обработкой. Цеолиты Чугуевского месторождения брались в эксперимент только после механического измельчения.
После опытных мероприятий забирался материал для исследования в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» от 12.08.77. Из собранного материала делались полутонкие срезы ткани желудка и кишечника, которые окрашивались гематоксилин-эозином. Фотографирование препаратов проводилось на микроскопе Zeiss Axio Observer A1 (Zeiss, Германия). Статистическая обработка результатов (N=30) велась с использованием программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel. Оценку достоверности различий определяли по t-критерию Стьюдента.
Результаты и обсуждение. Морфометрия эпителия желудка и кишечника в группах животных с механическим и ультразвуковым измельчениями цеолитов не выявила достоверных изменений по сравнению с нормой. Можно лишь отметить некоторые механические повреждения ворсинок кишечника в экспериментальных группах с механическим измельчением (рис. 1).
Таблица 1. Морфометрические параметры эпителиоцитов кишечника в разных экспериментальных группах
Группа/ параметр Длина ядра, мкм Ширина ядра, мкм Площадь ядра, 2 мкм Длина клетки, мкм Ширина клетки, мкм Площадь клетки, 2 мкм
Контроль 5,06±0,32 4,31±0,21 15,81±0,97 15,82±0,89 11,70±0,65 97,44±8,67
Шивертуй-н 4,56±0,27 3,49±0,33 10,72±0,74 12,09±0,94 10,12±0,85 90,02±7,59
Люльин-н некроз эпителия, не позволяющие провести достоверные морфометрические измерения
Куликов-н некроз эпителия, не позволяющие провести достоверные морфометрические измерения
Вангин-н 4,91±0,43 3,83±0,31 14,04±1,23 17,57±1,75 10,66±1,22 105,48±10,12
Холин-н некроз эпителия, не позволяющие провести достоверные морфометрические измерения
Как видно из морфометрии, выраженные некротические изменения в эпителии кишечника наблюдаются в группах с измельчением цеолитов Люльинского, Куликовского и Холинского месторождений в планетарной мельнице до на-нодиапозона (рис. 2).
Морфометрические параметры эпителио-цитов желудка в экспериментальных группах приводится в таблице 2.
Выводы: проведенные эксперименты показывают, что токсический эффект при перо-ральном введении цеолитовых пород напрямую зависит от степени их измельчения. Можно сделать предварительный вывод о том, что наноча-стицы цеолитов разных месторождений обладают разным токсическим действием. Наиболее опасными среди участвовавших в эксперименте (вплоть до токсического поражения тканей) оказались частицы цеолититов Люльинского, Куликовского и Холинского месторождений. Выявленные различия цитотоксических свойств, если
Рис. 1. Гистологическое строение кишечника при введении цеолитов Чугуевского месторождения после механического измельчения. Видны разрывы ворсинок. Увеличение х 600.
Наибольшее повреждение эпителия кишечника было отмечено в группах "Контроль" и группах с наноизмельченными цеолитами (табл. 1).
Рис. 2. Гистологическое строение кишечника при введении цеолитов Холинского месторождения после измельчения до нанодиапозона. Видны некротические изменения ткани. Увеличение х 300.
отбросить размерные характеристики, у частичек цеолита разных месторождений можно объяснить различиями в их минеральном составе (соотношение кварца, полевого шпата, вулканическое стекло и др.), а также в составе микроэлементов [1-3, 5, 6]. Если сравнивать результаты влияния разных размерных классов частиц цеолитов
Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (программа У.М.Н.И.К.), гранта СО РАН ПСО-10 №114 и гранта для молодых ученых ведущих университетов РФ (компания Zeiss).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бгатова, H.П. Использование биологически активных добавок на основе природных минералов для детоксикации организма / Н.П. Бгатова, Я.Б. Новоселов. - Новосибирск, 2000. 237 с.
2. Бородин, Ю.И. Экологическая лимфология и субклеточные аспекты воздействия на организм минеральных комплексов / Ю.И. Бородин, Н.П. Бгатова // Вестник лимфологии. 2005. № 1. С. 19-25.
месторождений Дальнего Востока и Сибири на гистологическое строение почек [4], кишечника и желудка, то можно сделать предварительное наблюдение о некоей тропности некоторых минералов по отношению к определенным внутренним органам.
3. Брек, Д. Цеолитные молекулярные сита. - М.: Мир, 1976. 781 с.
4. Голохваст, К.С. Влияние нано- и микрочастиц цеолитов на морфологические параметры почек мыши домашней Mus musculus / К. С. Голохваст, Н.Н. Киселев, А.М. Паничев и др. // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12, №4(3). С. 706709.
5. Пылев, Л.Н. Канцерогенная безопасность цеолита Холинского месторождения / Л.Н. Пытев и др. // Гигиена и санитария. 2003. №2. С. 53-56.
6. Рабо, Дж. Химия цеолитов и катализ на цеолитах. -М.: Мир, 1980. Т. 1. 506 с.; Т.2. 422 с.
7. Golokhvast, K.S. A method of comminuting natural zeolite for the production of biologically active additives // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2010. Vol. 44, №2. P. 85-88.
Таблица 2. Морфометрические параметры эпителиоцитов желудка в разных экспериментальных группах
Группа/ параметр Длина ядра, мкм Ширина ядра, мкм Площадь ядра, мкм2 Длина клетки, мкм Ширина клетки, мкм Площадь клетки, мкм2
Контроль 4,89±0,44 4,09±0,32 14,93±1,23 15,36±1,09 10,21±1,03 100,25±10,03
Шивертуй-н 3,77±0,35 3,24±0,22 8,92±1,03 12,82±0,94 10,78±0,85 98,05±8,94
Люльин-н 5,00±0,43 3,96±0,35 14,03±0.95 10,62±0,92 9,09±0,85 70,03±7,31
Куликов-н 3,42±0,25 2,61±0,21 6,08±0,58 11,32±1,05 8,79±0,92 70,78±6,82
Вангин-н 5,50±0,47 4,10±0,38 16,02±1,14 15,49±1,21 11,80±1,13 126,22±11,12
Холин-н 4,04±0,34 3,75±0,32 12,18±1,03 13,03±1,08 10,84±1,24 104,01±10,04
ECOLOGICAL AND MORPHOLOGICAL FEATURES OF NANO- AND MICROPARTICLES OF MINERALS ORAL ROUTES
© 2011 K.S. Golokhvast1'2, N.N. Kisilev1, V.V. Chayka1, A.M. Panichev3, P.A. Nikiforov4, A.A. Vedyagin5, I.V. Mishakov5, I.E. Pamirsky6, A.N. Gulkov1,7 1 Institute of Gas and Oil of Far East State Technical University, Vladivostok 2 Vladivostok Branch of the Far East Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration, SB RAMS - SR Institute of Medical Climatology and Rehabilitation, Vladivostok 3 Pacific Institute of Geography FEB RAS, Vladivostok 4 Institute of Mechanics, Automation and Advanced Technologies Far East State Technical
University, Vladivostok 5 Catalysis Institute named after G.N. Boreskov SB RAS, Novosibirsk 6 Institute of Geology and Natural Management FEB RAS, Blagoveshchensk 7 JSC DVNIPI-neftegas, Vladivistok
In work results of studies of zeolitites effect from Vanginsky, Lyulinsky, Kulikovsky, Shivertuysky and Kholinsky deposits on morphometric parameters of stomach and intestine cells of mouse Mus musculus are represented. It is shown that nanoparticles from all 5 fields of zeolitites taken in the experiment, at a dosage of 3-5% of body weight and ranging from 100 nm to 1 micron are toxic.
Key words: nanoparticles, microparticles, zeolites, Mus musculus
Kirill Golokhvast, Candidate of Biology, Deputy Director. E-mail:droopy@mail.ru; Nikolay Kiselev, Post-graduate Student; Vladimir Chayka, Post-graduate Student; Alexander Panichev, Doctor of Biology, Main Research Fellow at the Laboratory of Ecology and Animals Protection; Pavel Nikiforov, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer at the Department of Metals Technology and Metal Science; Aleksey Vedyagin, Candidate of Chemistry, Scientific Secretary, Senior Research Fellow; Iliya Mishakov, Candidate of Chemistry, Senior Research Fellow; Igor Pamirskiy, Candidate of Biology, Senior Research Fellow; Alexander Gulkov, Doctor ofTechnical Sciences, Professor, Director
