CC BY
61
20. Filippov ES, Perfil'eva NA. Zaderzhka vnutriu-trobnogo razvitiya ploda: sovremennye aspekty problemy. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal. 2007;69(2):56-61. Russian.
21. Khomich MM, Leonova IA, Dubova TP. Neonat-al'noe porazhenie miokarda. Arkhiv patologii.
2010;72(60):91-4. Russian.
22. Shatorna VF. Vplivteratogennikhchinnikiv na khidrann'ogokardiogenezuzarodka shchura. Tavricheskiy mediko-biologicheskiy vestnik. 2008;3:96-8. Russian.
23. Cecconi M, Johnston E, Rhodes A. What role does the right side of the heart play in circulation. Critical care. 2006;10(3):5-9.
24. Jouk PS, Usson Y. Three-dimensional cartography of the pattern of the myofibres in the second trimester fetal human heart. Anatomy and embryology. 2000;202(4):103-
18.
25. Matturri L, Ottaviani G, Ramos SG, Rossi L. Sudden infant death syndrome (SIDS): a study of cardiac conduction system. Cardiovascular pathology. 2000;9(3):137-145.
26. Lima JA, Guzman PA, Yin FC, Brawley
RK, Humphrey L, Traill T A, Lima SD, Marino P, Weisfeldt ML, Weiss JL. Septal geometry in the unloaded living human heart. Circulation. 1986;74(3):463-8.
УДК 628.473.62
К МЕХАНИЗМАМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НАНО- И МИКРОЧАСТИЦ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛОВ В
ЭКСПЕРИМЕНТЕ
А. А. СЕРГИЕВИЧ*, В.В. ЧАЙКА**, К.С. ГОЛОХВАСТ**, П.П. ХОРОШИХ***
Амурский институт развития образования, ул. Пушкина, 44, г. Благовещенск, Россия, 675002 **Дальневосточный федеральный университет, ул. Суханова, 8, г. Владивосток, Россия, 690950 ***Благовещенский государственный педагогический университет, ул. Горького, 231, г. Благовещенск, Россия, 675000
Аннотация. Как в отечественной, так и мировой науке, ведется дискуссия о биологической активности твердых водонерастворимых микрочастиц: техногенных и природных. Эти взаимодействия исследуются в рамках профессиональной патологии, гигиены и нанотоксикологии. Целью настоящего исследования явилось изучение механизмов воздействия частиц природных минералов различных размеров на биологические системы. В работе отражены используемые современные методы, позволяющие судить о степени взаимодействия микроэлементов с функциональными системами организма. Анализ полученных результатов показал, что применение данных методов имеет ряд недостатков в экспериментах in vivo и in vitro, связанных с физико-химическими особенностями цеолитов. Выяснилось, что при культивировании в 6- и 24-луночных планшетах, цеолит в дозировке 50 мг/мл покрывает собой все клетки, прикрепленные к стеклу. В полях зрения клетки практически не видны. В итоге оценить токсическое действие или функциональное состояние клеток не представляется возможным. Цеолит, являясь водонерастворимым соединением, не подвергается пипетированию. Также при его удалении из культуры происходит практически полная элиминация клеток из лунки. Накопление первичной информации о биологических эффектах нано- и микрочастиц крайне важно. Это позволяет делать некоторые заключения, но решение вопроса о механизме биологической активности, и, тем более о предсказании тех или иных свойств у частиц без исследований физико-химических свойств частиц не представляется возможным.
Ключевые слова: микрочастицы, наночастицы, биологическая активность, природные минералы
ABOUT MECHANISMS OF BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE NANO- AND MICROPARTICLES OF NATURAL
MINERALS IN THE EXPERIMENT
A.A. SERGIEVICH*, V.V. CHAYKA**, K.S. GOLOKHVAST**, P.P. KHOROSHIKH***
* Amur Institute of Education Development, 675002, Russia, Blagoveshchensk, Pushkin Street, 44 ** Far East Federal University, 690950, Russia, Moscow, street Sukhanov, 8 ***Blagoveshchenst State Teachers' Training University, 675000, Russia, Blagoveshchensk, Gorky Street, 231
Abstract. There are both in the domestic and the world science a discussion about the biological activity of water-insoluble solid microparticles technogenous and natural. These interactions are studied in the context of the professional pathology, hygiene and nanotoxicology. The purpose of this research was to study the mechanisms of action of particles of natural minerals of various sizes on biological systems. The paper is based on the applied modern methods which allow to determine the degree of interaction of microelements with the functional systems of the organism. Analysis of the results showed that the application of these methods has a number of shortcomings in the experiments in vivo and in vitro, associated with the physical and chemical features of zeolites. It is established that under cultivation in 6- and 24-hole tablets, the zeolite in a dose of 50 mg/ml covers all the cells attached to the glass. In the fields of view of the cells are practically invisible. Thus, an assessment of toxic effects or functional condition of the cells is not possible. Zeolite being water-insoluble compound wich is not subjected to the pipetting. At the delete zeolite of culture, there is practically full elimination of cells from the hole. Accumulation of the primary information about the biological effects of nano - and microparticles is extremely important. This allows the authors to make some conclusions, but the decision of a question on the mechanism of biological activity, especially the prediction of some properties of particles without the study of physical-chemical properties of the particles isn't possible.
Key words: microparticles, nanoparticles, biological activity, natural minerals.
Принято считать, что биологической активность обладают чаще всего водорастворимые соединения. На этой основе, и вытекающих из неё механизмов, строится вся современная биохимия и фармакология.
Не смотря на это, как в отечественной, так и мировой науке, ведется дискуссия о биологической активности твердых водонерастворимых микрочастиц, как техногенных, так и природных. Эти взаимодействия исследуются в рамках профессиональной патологии, гигиены и нанотоксикологии.
Нанотоксикология - крайне молодая наука и изучает как наноматериалы (наночастицы, наночастицы металлов, нанотрубки, наношарики, и т.д.) влияют на организмы и какие биологические эффекты оказывают [4,16,20].
Накоплен огромный фактический объем биомедицинской информации, подтверждающих выраженные эффекты нано- и микрочастиц при взаимодействии с организмами, но какие же параметры могут определять биологическую активность точно не установлено [18,23].
Область исследований в наиболее динамично развивающейся науке по данной теме - нанотоксикологии непрерывно растет. Изучаются биологические аспекты взаимодействия организмов как с природными нано- и микрочастицами, так и техногенными [3]. Так, наночастицы обнаруживаются в среде обитания человека - в водопроводной воде, в чернилах для татуировок [11] и выхлопе дизельных двигателей [24].
Опасность от наночастиц, безусловно, очень серьёзная, учитывая, что наночастицы свободно преодолевают тканевые барьеры, в том числе, и плацентарный [21,25].
Считается общепризнанным, что мир минералов и мир биологических систем в условиях Земли развивались в постоянном взаимодействии, взаимно влияя друг на друга. Такие представления косвенно подтверждаются тем, что на безжизненной Луне количество минеральных видов измеряется лишь сотнями, на Земле же минералов около четырех с половиной тысяч видов, при этом большинство из них, по мнению исследователей, имеет биогенное происхождение [9].
Глубинная связь живого мира с миром минералов просматривается из истории медицины. Практика применения минералов в качестве лечебных средств в истории человеческой цивилизации начинает отсчет тысячи лет назад. В числе первых научных публикаций на данную тему были статьи, посвященные попытке разгадать смысл давно замеченного у людей и животных пристрастия к поеданию землистых минеральнокристаллических веществ. Среди них статья А.Д. Гебеля «О землистых веществах, употребляемых в пищу в Персии», опубликованная в «Записках Императорской Академии наук» в 1862 г. Другой знаменательной работой представителей русской научной школы по данной теме была статья «О литофагии» геолога и поэта Петра Людовиковича Драверта, опубликованная в 1922 г. в журнале «Сибирская природа». Введенный П.Л. Дра-вертом термин «литофагия» дословно означает «кам-неедение» (с греч.). В зарубежной научной литературе публикации, посвященные теме взаимодействия живых организмов с минералами, появись позже и были изначально ограничены исключительно медицинскими и
этнографическими аспектами. Следует отметить, что в англоязычной литературе термин «литофагия» не используется, там принят аналогичный по смыслу термин
«8е°Р^а8У» [17].
Первые рассуждения о механизмах взаимоотношений между клетками и соизмеримыми по размерам частицами минералов, мы находим у С. Дуглас, который еще в 1917 г., изучая влияние «инертных» веществ на микроорганизмы, обнаружил, что присутствие таких минеральных веществ, как стекло, асбест или мел, в бульонной питательной среде активизирует рост анаэробных бацилл [12].
На сегодняшний день предлагаются механизмы взаимодействия нано- и микрочастиц с организмами на клеточном уровне и запускаемые ими сигнальные пути [6,22]. Так, например, считается, что взаимодействие наночастицы с клеткой может происходить через белковую «корону» [6,15], что не удивительно, учитывая, что некоторые белки (силикатеины, силаффины, сили-казы, силацидины и др.) могут переносить, «сшивать» и «разрезать» нанометровые куски неорганической, в данном случае кремниевой, матрицы.
Немаловажное свойство нано- и микрочастиц -влияние на процессы оксидации и биологического окисления, в силу чего и проявляются биологические и токсические свойства [19].
Безусловно, нано- и микрочастицы, соизмеримые с размерами клеток, при этом обладая рядом уникальных реакционных способностей, меняющих вокруг себя физико-химические характеристики среды, не могут не влиять на биохимические процессы [10].
Для выяснения корреляции между физикохимическими свойствами частиц и их биологическими эффектами, необходимо использовать новейшие методы: атомно-абсорбционная спектрометрия; рентгенофлуоресцентный анализ; нейтронно-активационный анализ; гамма-спектрометрический анализ; ИК- и ЯМР-спектроскопию; ртутной порометрии; дзета-потенциометрию; электронную и атомно-силовую микроскопию; рамановскую спектроскопию и т.д.
Данные методы позволяют выделить основные пути для изучения механизма влияния собственно кристаллической решетки на течение биохимических процессов, а также влияние фагоцитированных нано- и микрочастиц на внутриклеточные процессы.
Опираясь на литературные данные [23] и собственные результаты физико-химического исследования [3,7], позволили нам выделить основные характеристики наночастиц, влияющие на их биологическую активность: тип кристаллической решетки и макроструктуры; гранулометрические характеристики (диаметр, длина, отклонение, мода, форм-фактор и т.д.); количество и соотношение фракций частиц; текстурные свойства (площадь удельной поверхности, число нано-, микро- и ме-зопор, сорбционная активность, концентрация кислотных центров); поверхностный потенциал (дзета-потенциал); ион-селективные и ион-донорные свойства.
Стоит также отдельно рассматривать «экологические эффекты» нано- и микрочастиц, которые реализуются при попадании последних в биоценозы, и, несомненно, связаны с поведением частиц в различных средах (водной, воздушной, а также на их границе): агрега-
ционные свойства в разных средах; обрати-
мость/необратимость накопления в осадочных слоях.
Для синтетических наноматериалов необходимо добавить: условия синтеза (температура, среда и т.д.); отмывка токсических предшественников и прекурсоров.
К важнейшим абиотическим экологическим факторам относятся свет, температура, влага, радиация, давление, состав атмосферы.
Загрязнение атмосферного воздуха является одним из ведущих факторов риска для здоровья населения. К настоящему времени установлена статистически достоверная зависимость от загрязнения атмосферного воздуха заболеваемостью бронхитом, пневмонией, эмфиземой легких, а также другими респираторными заболеваниями. Показано, что атмосферное загрязнение, снижая сопротивляемость организма, сопровождается ростом инфекционных и респираторных заболеваний, а также увеличением продолжительности других болезней [2,5]. Более того, за перенапряжением и срывом защитных функций и снижении адаптационных резервов организма человека следует развитие острых и хронических процессов [8,14]. Проведенные в конце 1990 годов в городах и регионах России специальные исследования по оценке риска здоровью от воздействия вредных факторов окружающей среды показали, что главным фактором риска является загрязнение атмосферного воздуха взвешенными веществами, что обусловливает наибольшее число дополнительных смертей среди населения [7].
Считается, что мелкие частицы воздушных взвесей с диаметром менее 10 мкм (они могут составлять 40-70% взвешенных частиц), легко проникающие в организм человека, наиболее опасны [5,14]. Кроме того, взвешенные частицы адсорбируют большое количество токсичных веществ, которые также могут попадать во внутреннюю среду организма.
На сегодняшний день взвешенные в атмосферном воздухе частицы, за которыми ведется мониторинг, согласно Международной организации по стандартизации и Европейского комитета по стандартизации, классифицируются как РМ10, РМ4, РМ2,5 и РМ1 (т.е. частицы с диаметром до 10; 4; 2,5 и 1 мкм соответственно) [8].
Известно, что состав фоновых атмосферных взвесей на юге Дальнего Востока, и, в частности, во Владивостоке, зависит от циркуляции и интенсивности континентального и океанического переноса воздушных масс. Мощные континентальные переносы пыли (прежде всего, лёсса) из районов центральной Азии, Корейского полуострова и Японских островов на территорию Приморского края наблюдаются в 4 раза чаще океанических [2]. В последние годы во Владивостоке прекратили работу крупные промышленные предприятия, и, таким образом, главную роль в атмосферных взвесях играют частицы природных минералов.
Изучение влияния взвешенных частиц на живые организмы из-за неоднородности состава и многочисленности компонентов затруднено. Считается, что основными источниками природных атмосферных взвесей на нашей планете являются извержения вулканов, пылевые почвенные аэрозоли, смог и пыль лесных пожаров и торфяников, микрометеоритное воздействие [11,13]. В воздушной пыли преобладают кварц, алюмосиликаты, частицы углерода, сульфаты, сульфиды, галит, оксиды железа и их общая масса в атмосфере Зем-
ли, по одним оценкам, достигает 20 млн. тонн, а по другим - 0,6-1,6 млрд тонн [6,14].
В современной литературе имеется ряд работ, посвященных изучению токсичности некоторых компонентов естественных взвесей - кварца, эрионита и некоторых других [12,23]. В то же время есть ряд сообщений, показывающих наличие у некоторых минералов (цеолиты, глины) биологически полезных свойств [8,15,21]. К сожалению, в этих работах не рассматриваются системные вопросы влияния нано- и микрочастиц минералов как компонентов атмосферных взвесей на организмы на клеточном и организменном уровне и не разработаны адекватные экспериментальные модели оценки влияния.
Иммунная система, наряду с другими регуляторными системами - нервной и эндокринной, играет важную роль при адаптации организма к изменяющимся условиям внешней среды [5,22]. Система местного иммунитета дыхательных путей легких первой встречается с повреждающими и инфекционными агентами атмосферного воздуха, поэтому изучение ее функциональной активности крайне важно для понимания общих закономерностей влияния микрочастиц атмосферных взвесей на живые организмы [2,10]. Несомненно, что качество и состав атмосферных взвесей влияют и на нормальную и патогенную микрофлору дыхательных путей.
На организменном уровне влияние минералов атмосферных взвесей проявляется в увеличении адаптационных возможностей: стимулировании иммунной системы, повышении антиоксидантной защиты. Так, цеолиты разных месторождений при ингаляции по-разному влияют на систему местного иммунитета дыхательных путей крыс, что проявляется в достоверном изменении жизнеспособности клеток, количества и соотношения основных клеточных типов (альвеолярных макрофагов и лимфоцитов). В зависимости от типа минералов влияние может быть нейтральным (Вангинское месторождение) или слабо повреждающим (Куликовское месторождение).
При воздействии низкой температуры как повреждающего фактора выявлен протекторный эффект ингаляторно введенных цеолитов (1-10 мкм) на систему местного иммунитета дыхательных путей у крыс, который, по-видимому, обусловлен антиоксидантными свойствами минералов. Антиоксидантные свойства in vitro обнаружены у частиц кварца, полевого шпата и вулканического стекла при размере от 0,1 до 1 мкм.
На клеточном уровне влияние минералов атмосферных взвесей проявляется в многогранных и иногда во взаимоисключающих механизмах: стимуляции или подавления роста, изменении межклеточных взаимодействий. Так, усиленное индуцирование цитокинов (интерлейкин 1р (IL-1p), интерлейкин 10 (IL-10) и гамма-интерферон (IFN-y)) клетками крови при их контакте с частицами цеолитов (1-10 мкм) свидетельствует об иммуностимулирующем действии цеолитов как антигенов, которое проявляется в повышении клеточной кооперации.
При изучении действия на микроорганизмы цеолитов ряда месторождений, а также вулканического стекла, полевого шпата и кварца Дальнего Востока выявлено, что частицы цеолитов размером от 1 до 10 мкм проявляют либо бактериостатические (Вангинское, Лю-
тогское) либо, напротив, бактериостимулирующие свойства (Куликовское).
Частицы цеолитов менее 1 мкм теряют эффект действия на бактерии. Частицы кварца, полевого шпата и вулканического стекла размером от 0,1 до 1 мкм также нейтральны по отношению к E. coli и S. aureus.
Основными источниками природных атмосферных взвесей являются пылевые почвенные аэрозоли, вулканические извержения, смог и пыль лесных пожаров и торфяников, микрометеоритное воздействие [8,19].
Оценка атмосферного переноса вещества и общей массы взвесей, произведенные разными авторами, расходятся в десятки и сотни раз, что связано с несовершенством применяемых методик [6]. Так, по одним оценкам в атмосфере Земли постоянно находится взвесь минералов массой около 20 млн. т, а по другим - 0,6-1,6 млрд т [14,23]. Рассчитана и величина общего переноса атмосферного аэрозоля (5-10 млрд т в год) [17].
В ходе циклического обмена между системами «суша - атмосфера» и «океан - атмосфера» взвеси поступают в атмосферу и удаляются из неё вместе с осадками и в форме сухих выпадений [10,15]. Частицы размером 10-100 мкм переносятся в нижних слоях тропосферы на сотни - первые тысячи километров, а взвеси с диаметром частиц 1-10 мкм - до 10 тыс. км [9]. В среднем, взвеси держатся в атмосфере около 5 сут [4]. Концентрация частиц взвеси в атмосфере различна, и даже в одном конкретном месте она сильно меняется во времени [21,24].
Очевидно, что организмы на Земле с момента возникновения жизни и по настоящее время находятся в контакте с частицами атмосферных взвесей, к которой должны были адаптироваться. В процессе эволюции у животных и человека появился довольно эффективный механизм очистки вдыхаемого воздуха: грубые частицы оседают в каналах носоглотки, до 90% мелких частиц задерживается в верхних дыхательных путях и бронхах, удаляясь вместе со слизью при отхаркивании [13,19]. Механизм очистки дыхательной системы животных и человека, позволяет выводить из организма самую опасную наиболее мелкую фракцию взвеси. Во многом это обусловлено турбулентным потоком вдыхаемого воздуха, возникающим из-за винтового гофрированного рельефа трахеи и бронхов, а также из-за противотока газов при вдохе-выдохе [12]. Альвеолярные макрофаги и некоторые другие клетки в норме могут фагоцитировать твердые водонерастворимые частицы размером до 5-10 мкм (частицы минералов, пыли, сажи), оседающие в дыхательных путях.
Поверхностный слой литосферы образован рыхлым слоем горных пород (корой выветривания), поэтому именно минералы, входящие в её состав (силикаты, оксиды кремния и металлов) являются основным источником частиц атмосферных взвесей [4,9]. Учитывая длительную коэволюцию минерального и живого мира, можно предсказать обнаружение в живых системах «рецепторов» к неорганическим кристаллам [1].
К настоящему времени в литературе появилось большое количество сообщений, посвященных действию микро- и наночастиц на организмы [7,9]. В токсикологии даже выделено направление - нанотоксикология. В подавляющем большинстве этих работах изучается механизм действия и токсичность наночастиц не природного происхождения (металлы и оксиды метал-
лов, квантовые точки, нанотрубки, нановолокна и т.д.).
В то же время, работы по изучению влияния природных минеральных нано- и микрочастиц как компонентов атмосферных взвесей на живые организмы практически отсутствуют.
Конечно, учитывая нерастворимость нано- и микрочастиц минералов, экспериментальные исследования сопряжены с рядом методических трудностей. Ранее нами [1,3] была предпринята попытка исследования взаимодействия цеолититовых туфов и клеток гипо-камппа мыши in vitro. Удалось выяснить, что при культивировании в 6- и 24-луночных планшетах, цеолит в дозировке 50 мг/мл покрывает собой все клетки, прикрепленные к стеклу. В полях зрения клетки практически не видны. Недифференцированные плавающие клетки при пассажах просто вымываются. В итоге оценить токсическое действие или функциональное состояние клеток не представляется возможным. Кроме того, учитывая, что цеолит является водонерастворимым соединением возникает проблема с пипетирова-нием - забиваются носики дозаторов. Третья проблема связана с тем, что при удалении цеолита из культуры происходит практически полная элиминация клеток из лунки - цеолит адсорбирует их на себя. Несмотря на возникшие трудности, некоторые выводы все же сделать можно. Цеолит Лютогского, Ванчинского, Куликовского, Чугуевского, Холинского, Шивертуйского и Вангин-ского месторождений не проявляет выраженных токсических свойств в дозировке 50 мг/мл, так как во всех экспериментальных группах были отмечены жизнеспособные клетки. С экспериментами in vivo также имеются ряд трудностей, связанных со специфической нерастворимостью (например, при поении крыс суспензией минералов забивается носик внутрижелудочного зонда).
Выводы. Безусловно, накопление первичной информации о биологических эффектах нано- и микрочастиц крайне важно. Это позволяет делать некоторые выводы, но решение вопроса о механизме биологической активности, и, тем более о предсказании тех или иных свойств у частиц без исследований физикохимических свойств частиц не представляется возможным.
Литература
1. Голохваст, К.С. Методические трудности при культивировании клеток совместно с цеолитами // Материалы Всероссийской научной школы-конференции для молодежи «Аутологичные стволовые клетки: экспериментальные и клинические исследования», МГУ им. М.В. Ломоносова, 21-26 сентября 2009 г. / К.С. Голохваст, А. А. Анисимова, А.М. Паничев.- Москва, 2009.- С. 19-21.
2. Наночастицы в питьевой воде: гигиенические и экологические аспекты / К.С. Голохваст [и др.] // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований.- 2010.- №9.- С. 112-113.
3. Экотоксикология нано- и микрочастиц минералов / К.С. Голохваст [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН.- 2011.- Т.13.- №1.- С. 1256-1259.
4. Дурнев А.Д. Токсикология наночастиц /А. Д. Дурнев // Бюлл. эксперим. биол. и мед.- 2008.- Т. 145.-№ 1.- С. 78-80.
5. Ситникова, О.Г. Исследование влияния различных видов наноразмерного диоксида кремния на развитие оксидантного стресса и антиоксидантную актив-
ность in vitro / О.Г. Ситникова, С.Б. Назаров, Ж.А. Дюжев, М.М. Клычева, И.Г. Попова, О.В. Алексеева, А.В. Агафонов // Вестник новых медицинских технологий.-2013.- Т. 20.- №3.- С. 17-21.
6. Manganese nanoparticle activates mitochondrial dependent apoptotic signaling and autophagy in dopaminergic neuronal cells / H. Afeseh Ngwa [et al.] // Toxicology and Applied Pharmacology.- 2011.- №256.- P. 227-240.
7. Ashkarran, A.A. Bacterial effects and protein corona evaluations: Crucial ignored factors in the prediction of bio-efficacy of various forms of silver nanoparticles / A.A. Ashkarran, M. Ghavami, H. Aghaverdi // Chemical Research in Toxicology.- 2012.- Vol. 25.- №6.- P. 12311242.
8. Nanoparticle microinjection and Raman spectroscopy as tools for nanotoxicology studies / P. Candeloro [et al.] // Analyst.- 2011.- №136.- P. 4402-4408.
9. Dietz, K.-J. Plant nanotoxicology / K.-J. Dietz, S. Herth // Trends in Plant Science.- 2011.- Vol. 16.- №11.- P. 582-589.
10. Mineral evolution / R.M. Hazen [et al.] // American Mineralogist.- 2008.- № 91.- P. 1693-1720.
11. Assessing nanotoxicity in cells in vitro / J.M. Hil-legass [et al.] // Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed Nanobio-technol.- 2010.- Vol. 2.- №3.- P. 219-231.
12. Tattoo inks in general usage contain nanoparticles / T. Hogsberg [et al.] // British Journal of Dermatology.-
2011.- Vol. 165.- № 6.- P. 1210-1218.
13. Douglas, S.R. On the growth of anaerobic bacilli in fluid media under apparently aerobic condition / S.R. Douglas, A. Flemimg, M.B. Colebrook // Lancet.- 1917.- № 2.- P. 530-532.
14. Final report on the safety assessment of aluminum silicate, calcium silicate, magnesium aluminum silicate, magnesium silicate, magnesium trisilicate, sodium magnesium silicate, zirconium silicate, attapulgite, bentonite, Fuller's earth, hectorite, kaolin, lithium magnesium silicate, lithium magnesium sodium silicate, montmorillonite, py-rophyllite, and zeolite // International Journal of Toxicology.- 2003.- № 22.- P. 37-102.
15. Kulvietis, V. Transport of nanoparticles through the placental barrier / V. Kulvietis, V. Zalgeviciene, J. Didziapetriene, R. Rotomskis // Tohoku Journal of Experimental Medicine.- 2011.- Vol. 225.- № 4.- P. 225-234.
16. Lynch, I. Protein-nanoparticle interactions / I. Lynch, K.A. Dawson // Nano Today.- 2008.- Vol. 3.- № 1-
2.- P. 40-47.
17. The role of the tumor suppressor p53 pathway in the cellular DNA damage response to zinc oxide nanoparticles / K.W. Ng [et al.] // Biomaterials.- 2011.- Vol. 32.-№32.- P. 8218-8225.
18. Nystrom, A.M. Safety assessment of nanomaterials: Implications for nanomedicine (Review) / A.M. Nystrom, B. Fadeel // Journal of Controlled Release.-
2012.- Vol. 161.- №2.- P. 403-408.
19. Panichev, A.M. Geophagy and geology of mineral licks (kudurs): a review of russian publications / A.M. Pa-nichev, K.S. Golokhvast, A.N. Gulkov, I.Yu. ^ekryzhov // Environmental Geochemistry and Health.- 2013.- №1.-Vol. 35.- P. 133-152.
20. Petersen, E.J. Methodological considerations for testing the ecotoxicity of carbon nanotubes and fullerenes: Review / E.J. Petersen, T.B. Henry // Environmental Toxicology and Chemistry.- 2012.- Vol. 31.- № 1.- P. 60-72.
21. Oxidative stress responses to carboxylic acid func-tionalized single wall carbon nanotubes on the human intestinal cell line Caco-2 / S. Pichardo [et al.] // Toxicology in Vitro.- 2012.- Vol. 26.- №5.- P. 672-677.
22. Toxicity of nanomaterials (Review) / S. Sharifi [et al.] // Chemical Society Reviews.- 2012.- Vol. 41.- №6.- P. 2323-2343.
23. Silica and titanium dioxide nanoparticles cause pregnancy complications in mice / K. Yamashita [et al.] // Nature Nanotechnology.- 2011.- Vol. 6.- № 5.- P. 321-328.
24. Wang, W.-X. Incorporating exposure into aquatic toxicological studies: An imperative / W.-X. Wang // Aquatic Toxicology.- 2011.- Vol. 105.- № 3-4.- P. 9-15.
25. Warheit, D.B. How meaningful are the results of nanotoxicity studies in the absence of adequate material characterization? / D.B. Warheit // Toxicological Sciences.-2008.- 101(2).- P. 183-185.
26. Wang, J. Dispersion and filtration of carbon nanotubes (CNTs) and measurement of nanoparticle agglomerates in diesel exhaust / J. Wang, D.Y.H. Pui // Chemical Engineering Science, 2012.
References
1. Golokhvast KS, Anisimova AA, Panichev AM. Me-todicheskie trudnosti pri kul'tivirovanii kletok sovmestno s tseolitami. Materialy Vserossiyskoy nauchnoy shkoly-konferentsii dlya molodezhi «Autologichnye stvolovye kletki: eksperimental'nye i klinicheskie issledovaniya», MGU im. M.V. Lomonosova; 2009 Sep 21-26. Moscow; 2009. Russian.
2. Golokhvast KS, Nikiforov PA, Ryzhakov DS, Galimov OD, Khotulev KP, Mikulenko NS, Korenev DF, Kiku PF, Solomennik SF, Samko NA, Gul'kov AN. Nano-chastitsy v pit'evoy vode: gigienicheskie i ekologicheskie aspekty. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i funda-mental'nykh issledovaniy. 2010;9:112-3. Russian.
3. Golokhvast KS, Panichev AM, Mishakov IV, Ve-dyagin AA, Mel'gunov MS, Danilova IG, et al. Ekotoksiko-logiya nano- i mikrochastits mineralov. Izvestiya Samars-kogo nauchnogo tsentra RAN. 2011;13(1-5):1256-9. Russian.
4. Durnev AD. Toksikologiya nanochastits. Byull. eks-perim. biol. i med. 2008;145(1):78-80. Russian.
5. Sitnikova OG, Nazarov SB, Dyuzhev ZhA, Klyche-va MM, Popova IG, Alekseeva OV, Agafonov AV. Issledovanie vliyaniya razlichnykh vidov nanorazmernogo dioksida kremniya na razvitie oksidantnogo stressa i antioksidantnuyu aktivnost' in vitro. Vestnik novykh me-ditsi nskikh tekhnologiy. 2012;20(3):17-21. Russian.
6. Afeseh Ngwa H, Kanthasamy A, Gu Y, Fang N, Anantharam V, Kanthasamy AG. Manganese nanoparticle activates mitochondrial dependent apoptotic signaling and autophagy in dopaminergic neuronal cells. Toxicology and Applied Pharmacology. 2011;256(3):227-40.
7. Ashkarran AA, Ghavami M, Aghaverdi H. Bacterial effects and protein corona evaluations: Crucial ignored factors in the prediction of bio-efficacy of various forms of silver nanoparticles. Chemical Research in Toxicology. 2012;25(6):1231-42.
8. Candeloro P, Tirinato L, Malara N, Fregola A, Casals E, Puntes V, et al. Nanoparticle microinjection and Raman spectroscopy as tools for nanotoxicology studies. Analyst. 2011;136(21):4402-8.
9. Dietz K-J, Herth S. Plant nanotoxicology. Trends in Plant Science. 2011;16(11):582-9.
10. Hazen RM, Papineau D, Bleeker W, Downs RT, Ferry JM, McCoy TJ, Sverjensky DA, Yang HX. Mineral evolution. American Mineralogist. 2008;91:1693-720.
11. Hillegass JM, Shukla A, Lathrop SA, MacPherson MB, Fukagawa NK, Mossman BT. Assessing nanotoxicity in cells in vitro. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed Nanobio-technol. 2010; 2(3):219-31.
12. Hogsberg T, Loeschner K, Löf D. Tattoo inks in general usage contain nanoparticles. British Journal of Dermatology. 2011;165(6):1210-8.
13. Douglas SR, Flemimg A, Colebrook MB. On the growth of anaerobic bacilli in fluid media under apparently aerobic condition. Lancet. 1917;2:530-2.
14. Final report on the safety assessment of aluminum silicate, calcium silicate, magnesium aluminum silicate, magnesium silicate, magnesium trisilicate, sodium magnesium silicate, zirconium silicate, attapulgite, bentonite, Fuller's earth, hectorite, kaolin, lithium magnesium silicate, lithium magnesium sodium silicate, montmorillonite, py-rophyllite, and zeolite. International Journal of Toxicology. 2003;22:37-102.
15. Kulvietis V, Zalgeviciene V, Didziapetriene J, Ro-tomskis R. Transport of nanoparticles through the placental barrier. Tohoku Journal of Experimental Medicine. 2011;225(4):225-34.
16. Lynch I, Dawson KA. Protein-nanoparticle interactions. Nano Today. 2008;3(1-2):40-7.
17. Ng KW, Khoo SPK, Heng BC, Setyawati MI, Tan EC, Zhao X, Xiong S, Fang W, Leong DT, Loo JSC. The role of the tumor suppressor p53 pathway in the cellular DNA damage response to zinc oxide nanoparticles. Biomaterials. 2011;32:8218-25.
18. Nyström AM, Fadeel B. Safety assessment of nanomaterials: Implications for nanomedicine (Review). Journal of Controlled Release. 2012;161(2):403-8.
19. Panichev AM, Golokhvast KS, Gulkov AN, Chekryzhov IYu. Geophagy and geology of mineral licks (kudurs): a review of russian publications. Environmental Geochemistry and Health. 2013;35(1):133-52.
20. Petersen EJ, Henry TB. Methodological considerations for testing the ecotoxicity of carbon nanotubes and fullerenes: Review. Environmental Toxicology and Chemi-stry.2012;31(1):60-72.
21. Pichardo S, Gutiérrez-Praena D, Puerto M, Sánchez E, Grilo A, Cameán AM, Jos Á. Oxidative stress responses to carboxylic acid functionalized single wall carbon nanotubes on the human intestinal cell line Caco-2. Toxicology in Vitro. 2012;26(5):672-7.
22. Sharifi S, Behzadi S, Laurent S, Laird Forrest M, Stroeve P, Mahmoudi M. Toxicity of nanomaterials (Review). Chemical Society Reviews. 2012;41(6):2323-43.
23. Yamashita K, Yoshioka Y, Higashisaka K, Mimura K, Morishita Y, Nozaki M. Silica and titanium dioxide nanoparticles cause pregnancy complications in mice. Nature Nanotechnology. 2011;6(5):321-8.
24. Wang W-X. Incorporating exposure into aquatic toxicological studies: An imperative. Aquatic Toxicology. 2011;105(3-4):9-15.
25. Warheit DB. How meaningful are the results of nanotoxicity studies in the absence of adequate material characterization? Toxicological Sciences. 2008;101(2):183-5.
26. Wang J, Pui DYH. Dispersion and filtration of carbon nanotubes (CNTs) and measurement of nanoparticle agglomerates in diesel exhaust. Chemical Engineering Science. 2012.
УДК 612.82.821
ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНАЯ МОДЕЛЬ ПАМЯТИ. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ВИДЫ ПАМЯТИ (КРАТКИЙ ОБЗОР)
И. Г. ГЕРАСИМОВ*, А. А. ЯШИН**
* Донецкий национальный технический университет, ул. Артема, 58, г. Донецк, Украина, 83001, e-mail: iggerasim&maiLLu.
** Медицинский институт, Тульский государственный университет; ул. Болдина, 128, г. Тула, Россия, 300013, e-mail:
Аннотация. В обзоре изложена история известных подходов, концепций и теории памяти, прежде всего человеческой, как свойства воспринимать, сохранять, извлекать и воспроизводить определенную, жизненно важную информацию. Обзор написан с конкретным целевым назначением: предваряет разрабатываемую авторскую концепцию ионно-молекулярной модели памяти. Во введении оговорено, что небезосновательно рассматривать память как свойство и живых, и неживых объектов. Дано определение структурной памяти; подчеркнуто, что в обзоре речь идет о памяти человека как биологической (по И.П. Ашмарину) - высшего проявления сущности биообъектов. Даны основные определения элементов памяти как информационного операнда: приемники, анализаторы, аналитические системы, селекторы, передатчики, накопители информации, ее носители и библиотека памяти. Приведена классификация видов памяти как выражено концептуальная, ориентированная на задачи исследования: создание ионномолекулярной модели памяти. Для примера приведено определение классификации памяти по параметру времени хранения информации. Собственно в аспекте обзора существующих моделей памяти выделено три базовых вида, которые моделируют ассоциативную (распределенную) память, так называемую рабочую память, то есть оперативно-ситуационную, и другие, достаточно разнообразные, модели памяти: от временной до сенсорной. В заключении показано, что в моделировании памяти используется разнообразный математический аппарат и физические принципы: нейронные сети, голография, фракталы и многие разделы нелинейной динамики. Содержание обзора базируется на анализе многочисленных литературных источников.
Ключевые слова: модель памяти, ионно-молекулярный механизм, биологическая информация, виды памяти, библиотека памяти, классификация.
