■ УДК 615.91
Я. В. ВАЛОВА, А. А. ГИЗАТУЛЛИНА, Н. Ю. ХУСНУТДИНОВА, Д. А. СМОЛЯНКИН, Э. Н. УСМАНОВА, Т. Г. ЯКУПОВА, Г. Ф. МУХАММАДИЕВА, Д. О. КАРИМОВ
ГЕМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КРЫС ПРИ СУБХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ ГИДРОКСИДОМ АЛЮМИНИЯ
Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека, Уфа, Российская Федерация
_ АННОТАЦИЯ_
Введение. А1 является широко распространенным поллю-тантом окружающей среды, обладающим широким спектром токсичности для живых организмов. В настоящее время его рассматривают как экзогенный фактор, ответственный за развитие признаков анемииу экспериментальных животных и пациентов, находящихся на гемодиализе.
Цель исследования заключалась в изучении возможных эффектов субхронической интоксикации гидроксидом А1 на гематологические показатели крыс.
Материалы и методы. Эксперимент проводили на 48 белых аутбредных крысах обоих полов массой 170-230 г, которые поровну были распределены в четыре группы (контроль (1-я группа), А1(ОН)3 - 0,015 мг/кг массы тела (2-я группа), А1(ОН)3 - 0,15 мг/кг массы тела (3-я группа) и А1(ОН)3 -1,5 мг/кг массы тела (4-я группа)). В конце эксперимента животным брали кровь и исследовали уровень гемоглобина,
количество эритроцитов, тромбоцитов в цельной крови, а также гематокрит.
Результаты. В результате проведенного эксперимента было показано, чтопероральное введение крысам гидроксида алюминия в концентрациях 0,015; 0,15 и 1,5мг/кг в течение 2 месяцев не влияло на такие показатели, как количество эритроцитов, уровень гемоглобина и гематокрит, однако привело к статистически значимому повышению количества тромбоцитов у крыс, получавших токсикант в дозе 0,15 и 1,5 мг/кг.
Заключение. Таким образом, пероральное введение гидроксида А1 в представленных дозах в течение 2 месяцев не вызвало изменений количества эритроцитов, гемоглобина и гематокрита, однако привело к повышению количества тромбоцитов.
Ключевые слова: тяжелые металлы, алюминий, гидроксид алюминия, субхроническая интоксикация, гематоксичность.
Для цитирования: Валова Я. В., Гизатуллина А. А., Хуснутдинова Н. Ю., Смолянкин Д. А., Усманова Э. Н., Якупова Т. Г., Мухаммадиева Г. Ф., Каримов Д. О. Гематологические параметры крыс при субхронической интоксикации гидроксидом алюминия // Оренбургский медицинский вестник. 2024. Т. Х11, № 2 (46). С. 24-27.
Рукопись получена: 26.03.2024 Рукопись одобрена: 15.05.2024 Опубликована: 15.06.2024
YANA V. VALOVA, ALINA A. GIZATULLINA, NADEZDA YU. KHUSNUTDINOVA, DENIS A. SMOLYANKIN, ELZA N. USMANOVA, TATYANA G. YAKUPOVA, GUZEL F. MUHAMMADIEVA, DENIS O. KARIMOV HEMATOLOGICAL PARAMETERS OF RATS UNDER SUBCHRONIC INTOXICATION WITH ALUMINUM HYDROXIDE
Ufa Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology, Ufa, Russian Federation
_ ABSTRACT_
Introduction. Aluminum is a widespread environmental pollutant with a wide range of toxicity to living organisms. Currently, it is considered as an exogenous factor responsible for the development of signs of anemia in experimental animals and patients on hemodialysis.
The aim of the study was to study the possible effects of sub-chronic intoxication with aluminum hydroxide on the hematolog-ical parameters of rats.
Materials and methods. The experiment was carried out on 48 white outbred rats of both sexes weighing 170-230 g, which were equally distributed into four groups (control (group 1), Al(OH)3 - 0,015 mg/kg body weight (group 2), Al(OH)3-0,15 mg/kg body weight (group 3). and Al(OH)3 - 1,5 mg/kg body weight (group 4)). At the end of the experiment, blood was taken from the animals and the level of hemoglobin, the
number of erythrocytes, platelets in whole blood, and hemato-crit were examined.
Results. As a result of the experiment, it was shown that oral administration of aluminum hydroxide to rats in concentrations of 0,015; 0,15 and 1,5 mg/kg for 2 months did not affect such indicators as the number of red blood cells, hemoglobin level and hematocrit, but led to a statistically significant increase in the number of platelets in rats receiving the toxicant at a dose of 0,15 and 1,5 mg/kg.
Conclusions. Thus, oral administration of aluminum hydroxide in the presented doses for 2 months did not cause changes in the number of red blood cells, hemoglobin and hematocrit, but led to an increase in the number of platelets.
Keywords: heavy metals, aluminum, aluminum hydroxide, sub-chronic intoxication, hematoxicity.
For citation: Valova Y. V., Gizatullina A. A., Khusnutdinova N. Y., Smolyankin D. A., Usmanova E. N., Yakupova T. G., Muhammadieva G. F., Karimov D. O. Hematological parameters of rats under subchronic intoxication with aluminum hydroxide. Orenburg Medical Bulletin. 2024; ХII;2(46):24-27. (In Russia).
Received: 26.03.2024 Accepted: 15.05.2024 Published: 15.06.2024
Таблица 1 - Гематологические показатели крыс через 2 месяца введения Al(OH)3 в различных дозах (M± SE) Table 1 - Hematological rates of rats after 2 months of the introduction of Al(OH)3 in arious doses (M± SE)
Показатель Группа 1-я (контроль) N = 12 Группа 2-я (0,015 мг/кг Al(OH)3) N = 12 Группа 3-я (0,15 мг/кг Al(OH)3) N = 12 Группа 4-я (1,5 мг/кг Al(OH)3) N = 12
Эритроциты, 1012/л 7,77 ± 0,1 7,81 ± 0,1 7,60 ± 0,1 7,57 ± 0,1
Гемоглобин, г/л 144,50 ± 1,6 144,58 ± 1,2 145,33 ± 2,5 145,83 ± 1,6
Гематокрит, % 44,20 ± 1,2 46,94 ± 0,7 46,88 ± 1,0 46,00 ± 0,6
Тромбоциты, 109/л 262,33 ± 24,7 327,92 ± 12,1 358,17 ± 16,6* 347,58 ± 20,2*
* Статистически значимые различия при р < 0,05.
ВВЕДЕНИЕ
Алюминий (А1) является наиболее широко распространенным металлом в окружающей среде. Благодаря своим физическим и химическим свойствам А1 нашел множество применений в различных сферах деятельности человека и считается наиболее широко используемым металлом XXI века [1]. Поступление А1 в организм человека происходит при приеме различных лекарственных средств, питьевой воды, продуктов питания и пищевых добавок, вдыхании воздуха и профессиональном воздействии. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в среднем поступление А1 в организм человека из всех возможных источников (вода, пищевые продукты, упаковка, воздух) варьирует от 11 до 136 мг в неделю [2].
Роль А1 в физиологических процессах до конца не изучена, и длительное время этот элемент считался инертным по отношению к живым организмам. Вредное воздействие А1 на биологические системы является предметом спора с 1970-х годов, когда в результате исследований были доказаны опасные свойства ионных форм А1 для живых организмов [3].
Так же, как и другие представители тяжелых металлов, при поступлении в организм высоких доз А1 металл может накапливаться в различных органах, концентрируясь в костях, печени, почках, а также в головном мозге и других отделах нервной системы, приводя к широкому спектру заболеваний. Токсические эффекты А1 главным образом обусловлены его прооксидантной активностью, которая приводит к окислительному стрессу, атаке свободных радикалов и окислению клеточных белков и ли-пидов. Таким образом, отравление алюминием имеет сложные и многомерные эффекты, такие как нарушение или ингибирование активности ферментов, изменение синтеза белка, функции нуклеиновых кислот и проницаемости клеточных мембран, что выражается в дисфункции различных систем и органов [4, 5].
Одним из возможных механизмов токсического действия А1 может быть нарушение зависящего от трансфер-рина транспорта железа в организме. При токсических дозах А1 снижение транспорта железа может вызвать железодефицитную анемию [4]. В ряде исследований сообщалось о значительном снижении гемоглобина, гематокрита (объема упакованных клеток) и осмотической хрупкости эритроцитов после воздействия А1 [6]. Причинами анемии, вызванной интоксикацией металла, являются нарушение выработки гемоглобина из-за ингибирования ферментов синтеза гема, изменение структуры и хрупкости мембран эритроцитов, сокра-
щение продолжительности жизни эритроцитов из-за эриптотических и онкотических повреждений, а также нехватка железа [5].
ЦЕЛЬ исследования заключалась в изучении возможных эффектов субхронической интоксикации гидрокси-дом алюминия на гематологические показатели крыс.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперимент проводили на 48 белых аутбредных крысах обоих полов массой 170-230 г, которые поровну были распределены в четыре группы (по 6 самцов и 6 самок соответственно). Опытным группам животных 5 раз в неделю в течение двух месяцев перорально вводили А1(ОН)3 в 2 % растворе крахмала: 0,015 мг/кг массы тела (1-я группа), 0,15 мг/кг массы тела (2-я группа) и 1,5 мг/кг массы тела (3 -я группа). Особям контрольной группы вводили эквиобъемное количество 2 % раствора крахмала.
В конце эксперимента производили забор крови из хвостовой вены. На гематологическом анализаторе ГЕМА-8-01-« Астра» (Россия) исследовали уровень гемоглобина, количество эритроцитов, тромбоцитов в цельной крови, а также гематокрит.
Для оценки значимости различий между группами использовали однофакторный дисперсионный анализ (АКОУА) и апостериорные критерии Тьюки и Тамхейна. Результаты считали достоверными при р < 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
При анализе средних значений показателя «Эритроциты» в крови крыс в эксперименте, с учетом введения различных доз А1(ОН)3 в качестве повреждающего вещества, не были установлены статистически значимые различия (Б = 1,31; р = 0,284). Статистическая обработка данных показала, что в контрольной группе животных значение определяемого гематологического параметра составило (7,8 ± 0,1) 1012/л. Количественная выраженность показателя в 1-й группе крыс была сопоставима с контрольной группой ((7,8 ± 0,1) 1012/л), однако при повышении дозы значение несколько снижалось и составило (7,6 ± 0,1) 1012/л во 2-й группе и (7,57 ± 0,1) 1012/л в 3-й группе.
Значения переменной «Гемоглобин» экспериментальных животных при затравке А1(ОН)3 в зависимости от дозы также значимо не различались между группами (Б = 0,11; р = 0,953) (табл. 1). Уровень гемоглобина был практически идентичный. Показатель был немного выше во 2-й и 3-й экспериментальных группах по сравнению с контролем, однако различия не достигли уровня статистической значимости.
При регистрации значений показателя «Гематокрит» в крови экспериментальных животных не были показаны статистически значимые различия (F = 1,62; р = 0,202). Статистическая обработка данных показала, что у животных 1-й, 2-й и 3-й группы этот показатель составил (46,9 ± 0,7) %, (46,88 ± 1,0) % и (46,00 ± 0,6) % соответственно, что несколько превышало значения в контрольной группе ((44,20 ± 1,2) %), однако различия оказались статистически незначимы.
Наблюдая за изменениями уровня тромбоцитов после введения токсиканта в течение 2 месяцев, нами были зарегистрированы статистически значимые различия между группами (F = 4,00; р = 0,014). Статистическая обработка данных показала, что самый высокий уровень тромбоцитов был показан во 2-й группе ((358,2 ± 16,6) 109/л), тогда как минимум определен в группе контрольных животных ((262,3 ± 24,7) 109/л). При этом статистически значимые различия были обнаружены при сравнении контрольной группы со 2-й группой животных (р = 0,011), а также между 3-й группой и контролем (р = 0,027) (табл. 1).
Несмотря на многочисленные работы, посвященные оценке возможных гемотоксических эффектов различных соединений алюминия, результаты этих исследований носят противоречивый характер. Наши результаты согласуются с данными, полученными I. Ghorbel и A. R. Valenzuela-Briseno et al. Ученые в своем исследовании также не обнаружили статистически значимых изменений ключевых гематологических показателей, в частности количества эритроцитов, уровня гемоглобина и гематокрита в экспериментальных группах, получавших AlCl3, по сравнению с группой отрицательного контроля [7, 8]. Тем не менее это противоречит ранее опубликованным данным, сообщавшим о сниже-_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ_
1. Hachez-Leroy F. Aluminium in health and food: a gradual global approach // European Review of Hi^orye. - 2013. - Т. 20. - № 2. - С. 217-236.
2. Bagryantseva O. V. et al. Aluminium: food-related health risk assessment of the consumers // Health Risk Analysis. - 2016. - № 1. - С. 49-57.
3. Berlyne G. M. et al. Hyperaluminaemia from aluminium resins in renal failure // The Lancet. - 1970. - Т. 296. - № 7671. - С. 494-496.
4. Han J. M. Toxicology. - 2000. - T. 142. - № 2- С. 97.
5. Cheng D. et al. Effect of aluminum (Al) speciation on erythrocytic antioxidant defense process // Ecotoxicology and environmental safety. - 2018. -Т. 157. - С. 201-206.
6. Farina M. et al. Hematological changes in rats chronically exposed to oral aluminum // Toxicology. - 2005. - Т. 209. - № 1. - С. 29-37.
7. Ghorbel I., Maktouf S., Kallel C. et al. Disruption of erythrocyte antioxidant defense sySem, hematological parameters, induction of pro-inflammatory
_REFERENCES_
1. Hachez-Leroy F. Aluminium in health and food: a gradual global approach.
European Review of Hitiory. 2013;20(2):217-236.
2. Bagryantseva O. V. et al. Aluminium: food-related health risk assessment ofthe consumers. Health Risk Analysis. 2016;1:49-57.
3. Berlyne G. M. Hyperaluminaemia from aluminium resins. The Lancet. 1970;296;7685): 494-496.
4. Han J. M., Toxicology. 2000;142;2:97.
5. Cheng D. et al. Effect of aluminum (Al) speciation on erythrocytic antioxidant defense process. Ecotoxicology and environmental safety. 2018;157:201-206.
6. Farina M. et al. Hematological changes in rats chronically exposed to oral aluminum. Toxicology. 2005;209(1):29-37.
нии количества эритроцитов, концентрации гемоглобина и гематокрита в ответ на введение хлорида [5, 9], гидрок-сида [10] и сульфата алюминия в различных дозах [6].
Литературные данные о влиянии А1 на уровень тромбоцитов также не однозначны. В нашем исследовании мы обнаружили статистически значимое повышение количества тромбоцитов в группах крыс, получавших А1(ОН)3 в дозах 0,15 мг/кг и 1,5 мг/кг. Хотя А. Я. Уа1епгие1а-Вп8епо е! а1. сообщают о повышении количества тромбоцитов в группах животных, получавших 10 ш§ А1 / к^, 20 ш§ А1 / к§ и 30 ш§ А1 / к§, по сравнению с контрольной группой авторы не обнаружили статистически значимых различий [8]. В работе М. А. Землянова и других ученые установили достоверное увеличение количества тромбоцитов - в 1,22 раза - у крыс, подверженных ингаляционному воздействию аэрозоля водной суспензии нанодисперсного А12О3 по сравнению с группой контроля [11], тогда как в исследовании Е Оеу1ко§1и авторы установили достоверное снижение количества тромбоцитов в ответ на субхроническое воздействие низких доз А1С13 [9]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, пероральное введение А1(ОН)3 в представленных дозах в течение 2 месяцев не вызвало изменений количества эритроцитов, гемоглобина и гематокрита, однако привело к повышению количества тромбоцитов. Учитывая противоречивые данные, представленные в литературе, для лучшего понимания эффектов, связанных с гематоксичностью А1, необходимо проведение дополнительных исследований в различных схемах эксперимента, включая применение различных химических соединений алюминия, доз, способов введения и периодов экспозиции.
cytokines and DNA damage in liver of co-exposed rats to aluminium and acrylamide // Chemico-biological interactions. - 2015. - Т. 236. - С. 31-40.
8. Valenzuela-Briseno A. R. et al. Hematologic evaluation of peripheral blood in Sprague Dawley rats by chronic exposure to aluminum chloride (AlCl3) // Environmental Analysis, Health and Toxicology. - 2022. - Т. 37. - № 4.
9. Geyikoglu F. et al. The genotoxic, hepatotoxic, nephrotoxic, haematotoxic and hiSopathological effects in rats after aluminium chronic intoxication // Toxicology and industrial health. - 2013. - Т. 29. - № 9. - С. 780-791.
10. Bazzoni G. B. et al. In vivo effect of aluminium upon the physical properties ofthe erythrocyte membrane // Journal of inorganic biochemiSry. - 2005. -Т. 99. - № 3. - С. 822-827.
11. Землянова М. А., Степанков М. С., Игнатова А. М. Исследование и оценка токсичности нанодисперсного оксида Al при многократной ингаляционной экспозиции // ВестникПермского университета. - 2019. - № 4. - С. 482-487.
7. Ghorbel I., Maktouf S., Kallel C. et al. Disruption of erythrocyte antioxidant defense sy^em, hematological parameters, induction of pro-inflammatory cytokines and DNA damage in liver of co-exposed rats to aluminium and acrylamide. Chemico-biological interactions. 2015;236:31-40.
8. Valenzuela-Briseno A. R. et al. Hematologic evaluation of peripheral blood in Sprague Dawley rats by chronic exposure to aluminum chloride (AlCl3). Environmental Analysis, Health and Toxicology. 2022;37(4).
9. Geyikoglu F. et al. The genotoxic, hepatotoxic, nephrotoxic, haematotoxic and hi^opathological effects in rats after aluminium chronic intoxication. Toxicology and induttrial health. 2013;29(9):780-791.
10. Bazzoni G. B. et al. In vivo effect of aluminium upon the physical properties of the erythrocyte membrane. Journal of Inorganic Biochemi&ry. 2005;99(3):822-827.
11. Zemlyanova M. A., Stepankov M. S., Ignatova A. M. Study and assessment of the toxicity of nanodispersed aluminum oxide during repeated inhalation exposure. Bulletin ofPerm University. Series: Biology. 2019;4:482-487 (In Russian)
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ/ADDITIONAL INFORMATION
Вклад авторов. Я. В. Валова - сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста; А. А. Гизатуллина - сбор и обработка материала, статистическая обработка; Н. Ю. Хуснутдинова - проведение гематологического анализа, сбор и обработка материала; Д. О. Смолянкин - затравка, забор крови; Э. Н. Усманова - приготовление растворов, сбор и обработка материала; Т. Г. Якупова - сбор и обработка материала; Д. О. Каримов - концепция и дизайн исследования; Г. Ф. Мухаммадиева - концепция и дизайн исследования.
Author contribution. Y V. Valova - collection and processing of material, statistical processing, text writing; A. A. Gizatullina - collection and processing of material, statistical processing; N. Yu. Khusnutdinova - carrying out hematological analysis, collecting and processing material;
D. O. Smolyankin - treatment, blood sampling; E. N. Usmanova - preparation of solutions, collection and processing of material; T. G. Yakupova - collection and processing of material; D. O. Karimov - concept and design of the study; G. F. Muhammadieva - concept and design of the study. Соблюдение этических стандартов. Дата заседания биоэтической комиссии ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» 08.02.2024 г. № 01-02.
Compliance with ethical standards. Date of the meeting of the bioethical commission of the Federal Budgetary Institution «Ufa Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology» 08/02/2024 No. 01-02.
Финансирование. Отраслевая научно-исследовательская программа Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на 2021-2025 гг. п. 6.1.9. «Экспериментальное обоснование высокочувствительных маркеров воздействия токсичных металлов на организм и разработка мер профилактики».
Funding source. Industry research program ofthe Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare for 2021-2025. clause 6.1.9. «Experimental substantiation of highly sensitive markers of the effects of toxic metals on the body and development of preventive measures». Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией статьи. Competing interests. The authors declares that there are no obvious and potential conflicts of interest associated with the publication of article.
_ ОБ АВТОРАХ_
* Яна Валерьевна Валова, к. б. н., младший научный сотрудник;
адрес: 450106, г. Уфа, ул. Степана Кувыкина, 94;
ORCID: 0000-0001-6605-9994;
e-mail: Q.juk@yandex.ru
Алина Анваровна Гизатуллина, младший
научный сотрудник;
ORCID: 0000-0002-7321-0864;
e-mail: alinagisa@yandex.ru
Надежда Юрьевна Хуснутдинова, научный
сотрудник;
ORCID: 0000-0001-5596-8180;
е-mail: h-n-yu@yandex.ru
Денис Анатольевич Смолянкин, младший
научный сотрудник;
ORCID: 0000-0002-7957-2399;
e-mail: smolyankin.denis@yandex.ru
_ AUTHORS INFO_
* Yana V. Valova, candidate of biological sciences, junior researcher;
address: 450106, Ufa, Stepan Kuvykina St., 94;
ORCID: 0000-0001-6605-9994;
e-mail: q.juk@yandex.ru
Alina A. Gizatullina, a junior researcher;
ORCID: 0000-0002-7321-0864;
e-mail: alinagisa@yandex.ru
Nadezhda Y. Khusnutdinova, a researcher;
ORCID: 0000-0001-5596-8180;
e-mail: h-n-yu@yandex.ru
Denis A. Smolyankin, junior researcher;
ORCID: 0000-0002-7957-2399;
e-mail: smolyankin.denis@yandex.ru
* Автор, ответственный за переписку / Corresponding author
Эльза Наилевна Усманова, младший научный сотрудник;
ORCID: 0000-0002-5455-6472; e-mail: elza90@inbox.ru
Татьяна Георгиевна Якупова, младший научный сотрудник;
ORCID: 0000-0002-1236-8246;
e-mail: tanya.kutlina.92@mail.ru
Гузель Фанисовна Мухаммадиева, к. б. н.,
старший научный сотрудник;
ORCID: 0000-0002-7456-4787;
e-mail: ufniimt@mail.ru
Денис Олегович Каримов, к. м. н., заведующий отделом;
ORCID: 0000-0003-0039-6757 e-mail: karimovdo@gmail.com
Elsa N. Usmanova, junior researcher;
ORCID: 0000-0002-5455-6472;
e-mail: elza90@inbox.ru
Tatyana G. Yakupova, junior researcher;
ORCID: 0000-0002-1236-8246;
e-mail: tanya.kutlina.92@mail.ru
Guzel F. Muhammadieva, candidate of biological
sciences, senior researcher;
ORCID: 0000-0002-7456-4787;
e-mail: ufniimt@mail.ru
Denis O. Karimov, candidate of medical sciences, head of the department; ORCID: 0000-0003-0039-6757; e-mail: karimovdo@gmail.com