CC BY
13УДК 616.94-034.24-034.26
И.А.Минигалиева, Е.П.Киреева, Е.В.Григорьева
НЕКОТОРЫЕ ТОКСИКОДИНАМИЧЕСКИЕ И ТОКСИКОКИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОМБИНИРОВАННОЙ СУБХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ ШЕСТИВАЛЕНТНЫМ ХРОМОМ И НИКЕЛЕМ
ФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий»
Роспотребнадзора, г. Екатеринбург
При повторных внутрибрюшинных введениях крысам солей никеля и хрома (VI) показано, что их комбинированная субхроническая токсичность может носить аддитивный характер либо отклоняться от него (преимущественно в сторону субаддитивности) в зависимости от эффекта, по которому она оценивается. На фоне умеренного общетоксического действия чётко выражена генотоксичность изученной комбинации при аддитивности этого эффекта. Показано реципрокное влияние никеля и хрома на задержку второго металла в некоторых органах (особенно в селезёнке), но не на его почечную экскрецию.
Ключевые слова: комбинированная токсичность хрома и никеля.
I.A.Minigalieva, E.P.Kireyeva, E.V. Grigorieva. Certain toxicodynamic and toxicokinetic features of combined subchronic intoxication with hexavalent chromium and nickel
«Ekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection of Industrial Workers», Rospotrebnadzor, Ekaterinburg
Repeated intraperitoneal injections of nickel and chromium (VI) into rats appeared to demonstrate that the combined subchronic toxicity can be additive or vary (mostly to subadditivity) in accordance with effect on which they are evaluated. With moderate general toxic effects, the studied combination has marked genotoxicity with additive effect. The studies demonstrated reciprocal influence of nickel and chromium on accumulation of the second metal in some organs (especially, in spleen), but not on its renal excretion.
Key words: combined toxicity of chromium and nickel.
В связи с выплавкой высокопрочных нержавеющих хром-никелевых сталей аустенитового класса и их широким использованием при электродуговой сварке одновременное воздействие хрома и никеля на организм работающих является одним из наиболее распространённых вариантов комбинированной токсичности. При этом возможно присутствие в комбинации (помимо всегда имеющего место оксида железа) также других токсичных веществ (в особенности, марганца — например, при сварке электродами из аустенито-вой стали с марганецсодержащей обмазкой), однако и при вышеназванном металлургическом процессе, и при автоматической сварке аустенитовой проволокой именно комбинация хром—никель является преобладающей и токсикологически наиболее значимой. При нанесении гальванических покрытий в воздух рабочих помещений попадают гидроаэрозоли солей соответствующих металлов, так что если в помещении производятся и хромирование, и никелирование, здесь также возникают условия для комбинированной экспозиции.
Эффекты и механизмы токсического действия каждого из этих металлов хорошо изучены и на основании большого числа исследований обобщены в монографиях, в том числе, имеющих характер официальных документов [4-7]. Вместе с тем, работ, посвящённых оценке характера комбинированной токсичности хрома и никеля, в известной литературе крайне мало и
выполнены они были давно, причём главным образом на уровне смертельных доз при однократном воздействии. В нашей лаборатории в эксперименте на мышах было найдено, что комбинированный летальный эффект хрома (VI) и никеля является менее чем аддитивным (неявный антагонизм) [1]. Вместе с тем, другими исследователями [8] был показан антагонизм повреждающего действия никеля и хрома-Ш на альвеолярные макрофаги кроликов. Эти результаты не представляются неожиданными, поскольку субаддитивность или даже явный антагонизм являются часто наблюдаемым типом комбинированной токсичности металлов, хотя при хроническом воздействии и при оценке большого числа его эффектов по некоторым из них могут наблюдаться и аддитивность, и супераддив-ность (синергизм) [2,3,12].
Поэтому на основе экспериментальных данных охарактеризовать тип комбинированной токсичности хрома и никеля при практически длительной экспозиции было невозможно.
Рассматриваемый вопрос, помимо его конкретного значения для гигиены труда и профпатологии, представляет и более широкий интерес с точки зрения расширения экспериментальной базы теории комбинированной токсичности, продолжающей оставаться одной из актуальных проблем общей токсикологии. В частности, к наименее изученным относятся токси-
кокинетические механизмы комбинированной хронической токсичности, хотя некоторые исследования указывают на их важную роль. Показано, что воздействие на крыс свинца снижает накопление одновременно действующего в костной ткани фтора [9], а также тормозит окислительную биотрансформацию нафталина и, тем самым, его выведение из организма [10]. При комбинированном воздействии свинца и кадмия выведение первого с мочой крыс снижено, а второго — повышено по сравнению с группами, подвергавшимся соответствующим изолированным воздействиям [12]. Необходимо накопление новых данных о взаимовлиянии токсических веществ на распределение в организме и элиминацию из него.
Цель работы: изучить комбинированную токсичность малых доз хрома и никеля при повторном (субхроническом) воздействии с особым вниманием к особенностям токсикокинетики.
Материалы и методы исследования. В эксперименте были использованы аутбредные белые крысы-самки с исходной массой тела 180-220 грамм (не менее, чем по 12 особей в каждой подопытной или контрольной группе).
Для создания экспериментальной модели комбинированной субхронической интоксикации использовались калий двухромовокислый, (К.Сг207) ч.д.а. (ГОСТ 4220-75) и никель хлористый, (№С12 .6Н20) ч.д.а. (ГОСТ 4038-79) производства ООО «НеваРе-актив». Экспериментальную модель субхронической интоксикации создавали путем внутрибрюшинного введения крысам водных растворов исследуемых солей в дозах, эквивалентных 0,05 ЛД50, по 3 раза в неделю в течение 6 недель (в сумме 20 введений). Животные сопоставляемых групп получали внутрибрюшинно только никель, только хром, никель+хром или дистиллированную воду (контроль).
После завершения затравочного периода были исследованы функциональные показатели состояния организма животных, приведенные в табл. 1. Методом ПДАФ (полимеризация длин амплифицированных фрагментов) количественно оценено повреждение геномной ДНК ядерных клеток крови. С помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра фирмы 8Ыша<^и АА-6650 определена концентрация металлов в суточной моче, а также в печени, почках, селезёнке и головном мозге крыс.
Результаты и их обсуждение. Как видно из данных, представленных в табл. 1, только по 9 из 39 изученных показателей хотя бы одна из трёх подопытных групп отличается от контрольной статистически значимо, что подтверждает относительно низкую субхроническую токсичность выбранных для исследования доз. На этом фоне особое значение приобретает тот факт, что коэффициент фрагментации ДНК был статистически значимо повышен при действии обоих металлов раздельно и особенно в комбинации.
Лежащая в основе канцерогенности никеля и хрома генотоксичность этих металлов давно известна [4-7],
но явная аддитивность этого их опаснейшего действия показана, насколько известно, впервые. По большинству остальных показателей (независимо от того, было ли их отличие от контроля значимым) величина, полученная в группе «никель + хром» практически не отличается от величин, полученных в группах изолированного воздействия, что указывает на субаддитивность действия. Вместе с тем, более выраженными (хотя и не всегда статистически значимо), чем в обеих группах изолированного действия, при комбинированной интоксикации оказались увеличение числа рети-кулоцитов, содержания восстановленного глютатиона в крови и некоторые показатели повреждения печени (масса органа, уровни церулоплазмина, щелочной фос-фатазы, гамма-глютамилтранспептидазы, билирубина в сыворотке крови) и почек (белок в моче), а также увеличение концентрации копропорфирина в моче, которое также может служить показателем гепатоток-сичности. Является ли комбинированное действие по всем этим эффектам только аддитивным или супераддитивным, может быть, как и в случае [12], уточнено только с помощью математического моделирования, результатам которого будет посвящена специальная статья. Однако уже простое сравнение среднегруп-повых данных по доле ретикулоцитов указывает на вероятность супераддитивного действия.
В целом же, рассмотренные показатели комбинированного действия никеля и хрома не противоречат упомянутым в начале статьи теоретическим воззрениям, согласно которым одна и та же комбинация может обладать разными типами комбинированной токсичности от суб- до супераддитивности в зависимости от того, по каким эффектам она оценивается [1,2,12].
Особого обсуждения заслуживает парадоксальное, на первый взгляд, повышение по сравнению с фоном содержание хрома в селезёнке крыс, которым вводился только никель (табл. 2), причём повышение существенное (в 7,5 раз) и статистически высоко значимое. Как известно, красная пульпа селезёнки является основным местом утилизации стареющих эритроцитов, которые распознаются макрофагами этой ткани по существенно изменённым свойствам и структуре поверхности. Между тем эритроцит является своего рода кинетической ловушкой для хрома крови: через эритроцитарную мембрану легко проникает только шестивалентный хром, который внутри клетки восстанавливается до хрома-Ш (по различным механизмам, но в основном, при участии глютатиона) и, таким образом, секвестрируется до момента разрушения эритроцита в результате внутрисосудистого, а в норме, в основном, внутриклеточного (то есть осуществляемого макрофагами, прежде всего, селезёнки) гемолиза (например, [7]). Именно это является причиной накопления хрома в селезёнке, специфичного для данного органа.
Между тем, как видно из табл. 1, никелевая интоксикация вызвала статистически значимое снижение числа циркулирующих эритроцитов при очень
Таблица 1
Показатели состояния организма крыс, подвергавшихся субхронической комбинированной и изолированной затравке никелем и хромом (х±Sх)
Показатель Группы крыс, получавшие:
воду (контроль) никель хром никель +хром
Масса тела после затравки, г 234,5±6,7 233,3±6,8 224,2±6,1 232,08±4,4
Суточный диурез 17,1±2,1 28,2±3,3* 25,1±5,1 25,7±4,5
Масса почек на 100 г массы тела 0,59±0,02 0,60±0,014 0,59±0,02 0,59±0,01
Масса печени на 100 г массы тела 3,36±0,1 3,50±0,1 3,48±0,1 3,68±0,1
Масса мозга на 100 г массы тела 0,73±0,03 0,73±0,02 0,77±0,02 0,74±0,03
Масса селезенки на 100 г массы тела 0,43±0,04 0,44±0,03 0,41±0,03 0,38±0,03
СПП, с 15,1±0,35 17,4±0,89* 17,2±0,9* 17,3±0,72*
Число заглядываний в «норки» за 3 мин. 7,6±1,1 4,6±0,6* 5,9±0,7 5,9±1,2
Эритроциты, 1012/л 3,23±0,082 2,88±0,1* 3,08±0,1 2,93±0,1*
Ретикулоциты, %о 10±1,1 20,8±3,3*+ 36,6±5,7*+ 69,4±6,6*
Гемоглобин, г/мл 16,1±0,57 14,4±0,8 15,1±0,4 14,9±0,2
Цветовой показатель 0,96±0,03 0,97±0,04 0,90±0,02 0,94±0,02
Сегментоядерные нейтрофилы, % 17,67±3,16 15,04±3,87 12,79±2,91 11,83±3,14
Палочкоядерные нейтрофилы, % 1,12±0,34 4,37±0,98* 3,33±0,84* 4,17±1,42*
Лимфоциты, % 46,62±7,69 50,71±8,44 55,04±8,84 47,37±10,1
Моноциты, % 12,71±2,85 9,67±2,57 8,62±2,20 8,29±3,57
Эозинофилы, % 4,71±1,16 3,46±0,96 3,37±0,81 2,96±0,87
Базофилы, % 0,5±0,16 0,08±0,06* 0,17±0,10 0,37±0,16
Общий белок крови, г/л 82,3±1,5 77,6±1,1*+ 79,9±1,1 80,9±1,1
Альбумины, г/л 48,03±1,9 46,07±1,1 48,00±1,2 47,50±1,8
Глобулины, г/л 34,3±1,9 31,6±1,1 31,9±1,7 33,4±1,5
А/Г индекс 1,5±0,1 1,5±0,1 1,6±0,1 1,5±0,1
Аланинаминотрансфераза в сыворотке крови, Е/л 51,7±4,1 48,6±2,1 48,3±2,7 52,4±2,7
Аспартатаминотрансфераза в сыворотке крови, Е/л 187,1±11,6 185,0±11,1 192,9±7,6 198,5±11,6
Коэффициент де Ритиса 3,8±0,3 3,8±0,2 4,1±0,3 3,9±0,2
Восстановленный глутатион крови, ммоль/л 0,298±0,06 0,425±0,1 0,375±0,06 0,505±0,13
Креатинин в сыворотке крови, мкмоль/л 36,3±2,3 36,8±1,4 39,1±1,5 38,6±1,7
Церулоплазмин в сыворотке крови, мг% 91,9±10,2 94,1±6,4+ 105,9±9,2 121,3±10,3
Щелочная фосфатаза в сыворотке крови, Е/л 129,2±20,0 99,7±5,9 108,9±12,6 114,3±9,5
Билирубин в сыворотке крови, мкмоль/л 1,46±0,1 1,56±0,1 1,70±0,1 1,78±0,1*
8Н-группы в сыворотке крови, ммоль/л 0,74±0,1 0,58±0,1 0,7±0,1 0,7±0,1
Каталаза в сыворотке крови, мкмоль/л 1,26±0,21 0,87±0,18 1,3±0,2 1,3±0,2
Малоновый диальдегид в сыворотке крови, нмоль/л 4,96±0,2 4,77±0,2 5,3±0,2 5,2±0,3
Гамма-глютамилтранспептидаза в сыворотке крови, Е/л 2,95±0,42 2,4±0,5+ 3,7±0,6 4,3±0,7
Белок в моче, г/л 0,085±0,01 0,103±0,02 0,078±0,01 0,102±0,01
Креатинин в моче, моль/л 1,47±0,11 1,49±0,10 1,31±0,06 1,77±0,36
Клиренс эндогенного креатинина, мл/мин. 0,031±0,005 0,047±0,002* 0,04±0,003 0,041±0,003
Копропорфирин в моче, нмоль/л 50,8±12,8 44,1±3,8+ 51,4±21,1 82,4±9,1*
Коэффициент фрагментации ДНК 0,475±0,01 3,634±0,04*+ 2,931±0,04*+ 5,090±0,02*
Примечания: * — статисти чески значимые (р<0,005 по ^критерию Стьюдента) отличия от группы «контроль», + — от группы «никель+хром».
существенном повышении доли ретикулоцитов, что характерно для гемолитической анемии. Прямых доказательств того, что речь идёт именно о внутриклеточном (селезёночном) гемолизе, нет, однако известно, что действие никеля существенно ускоряет старение эритроцитов через изменение свойств мембранных липидов и белков [11].
Сопоставление всех этих фактов позволяет объяснить повышенную задержку «фонового» хрома в селезёнке именно этим действием никеля на эритроциты.
Нельзя не отметить, что повышенное накопление хрома в селезёнке крыс при комбинированной хром-никелевой интоксикации тоже было несколько выше,
чем при изолированной хромовой, хотя эта разница невелика и статистически не значима (см. табл. 2). Почему этот феномен выражен в данном случае меньше, чем в отношении фонового хрома, пока сказать трудно, но однонаправленность эффекта подтверждает его закономерность.
Макрофаги-резиденты имеются в разных органах, что делает селезёнку не единственным (хотя и наиболее важным) местом внутриклеточного гемолиза. Поэтому можно было ожидать некоторого повышения фонового накопления хрома под влиянием никеля не только в ней. Действительно, мы видим такое повышение (статистически значимое, хотя и только двукратное) в почках и не значимое — в печени, однако в этих органах содержание хрома при хром-никелевой интоксикации, наоборот, имело тенденцию к снижению по сравнению с хромовой. В головном мозге воздействие никеля не повлияло сколько-нибудь существенно ни на фоновый уровень хрома, ни на его задержку при хромовой интоксикации. Таким образом, обсуждаемый токсикокинетический феномен влияния никеля на распределение хрома в организме следует признать почти специфичным для селезёнки.
Вместе с тем, данные свидетельствуют и о реци-прокном влиянии хрома на распределение никеля в организме. Действительно, как видно из той же табл. 2, при изолированной хромовой интоксикации
содержание никеля в селезёнке было статистически значимо повышено по сравнению с контрольной группой в 43 раза, а при комбинированной хром-никелевой интоксикации оно было статистически значимо выше по сравнению с группой изолированного никелевого воздействия в 3,6 раза. В печени крыс при изолированном воздействии хрома найдено почти в 10 раз больше никеля, чем в контрольной группе (разница статистически значима), а при комбинированном воздействии — в 1,5 раза больше, чем при изолированном никелевом, хотя эта разница и не значима. Сходные межгрупповые различия видны и по содержанию никеля в мозге. Однако в почках хромовая интоксикация никак не повлияла на фоновое содержание никеля, а комбинированная хром-никелевая значимо снизила его по сравнению с изолированной никелевой интоксикацией. Удовлетворительной рабочей гипотезы для объяснения влияния хрома на распределение никеля пока нет, однако факты подтверждают существенную роль сложных токсикокинетических взаимодействий в механизмах комбинированной токсичности металлов.
Как известно, почки и для никеля, и для хрома являются основным органом выведения из организма [4-7]. При интоксикации обоими металлам эта элиминация была, естественно, значительно выше фоновой, но единственным заметным различием между группа-
Таблица 2
Содержание никеля и хрома в некоторых органах крыс, подвергавшихся субхронической комбинированной и изолированной затравке хромом и никелем, мкг на грамм (х±Sх)
Орган Металл Группы крыс, получавшие
контроль никель хром никель+хром
Селезёнка Хром 0,69±0,11 5,2±1,3*+ 12,13±1,3* 13,03±2,4*
Никель 0,07±0,03 1,32±0,1*+ 3,04±0,5* 4,8±0,99*
Почка Хром 1,5±0,20 3,2±0,50* 9,2±0,9* 7,8±0,90*
Никель 0,45±0,05 7,0±1,87*+ 0,4±0,2+ 2,10±0,75*
Печень Хром 0,26±0,010 0,36±0,10+ 3,54±0,33* 2,43±0,61*
Никель 0,028±0,004 0,8±0,39 0,28±0,10* 1,21±0,72
Головной мозг Хром 1,2±0,07 1,16±0,029 1,56±0,1* 1,35±0,26
Никель 0,004±0,0017 10,1±2,5* 5,4±1,11* 14,2±6,1*
Примечания: * — статистически значимые (р<0,005 по ^критерию Стьюдента) отличия от группы «контроль», + — от группы «никель+хром».
Таблица 3
Элиминация никеля и хрома с мочой у крыс, подвергавшихся субхронической комбинированной и изолированной
затравке хромом и никелем, мкг в сутки (х±8х)
Металл Группы крыс, получавших:
Контроль Никель Хром Никель+хром
Хром 0,37±0,06 0,43±0,09+ 5,26±0,90* 5,28±0,88*
Никель 0,42±0,18 9,48±3,90* 0,56±0,10+ 12,52±5,20*
Примечания: * — статистически значимые (р<0.005 по ^критерию Стьюдента) отличия от группы «контроль», + — от группы «никель+хром».
ми изолированного и комбинированного воздействия было усиление элиминации никеля при одновременной затравке хромом, причём это различие не является статистически значимым, а на элиминацию самого хрома присутствие никеля никак не повлияло (табл. 3). Таким образом, вышерассмотренные особенности задержки металлов в почках не коррелируют однозначно с особенностями их выведения с мочой, что не удивительно, поскольку независимо от выделительной функции почек, содержащийся в них пул металла, как и во всяком другом внутреннем органе, находится в кинетическом равновесии с центральным (сывороточным) пулом.
Выводы. 1. Комбинированная субхроническая токсичность никеля и хрома носит аддитивный характер либо отклоняется от него (преимущественно в сторону субаддитивности) в зависимости от эффекта, по которому она оценивается. 2. На фоне умеренного общетоксического действия чётко выражена аддитивная генотоксичность изученной комбинации, что позволяет прогнозировать особую канцерогенную опасность производств, в которых она обнаруживается в воздухе рабочей зоны. 3. Показано реципрокное влияние никеля и хрома на содержание второго металла в некоторых органах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (См. REFERENCES пп. 3-12)
1. Давыдова В.И., Неизвестнова Е.М., Блохин В.А., Сигова Н.В. // Гиг. и сан. — 1981. — № 7. — С. 20-22.
2. Кацнельсон Б.А. Общая токсикология / под ред. Б.А. Курляндского и В.А. Филова). — М.: «Медицина», 2002. — С.497-520 .
REFERENCES
1. Davydova V.I., Neizvestnova E.M., Blokhin V.A., Sigova NV. // Gig. i san. — 1981. — 7. — Р. 20-22 (in Russian).
2. Katsnel'son B.A. General toxicology. In: General toxicology. B.A. Kurlyandskiy, V.A. Filov. — Moscow: «Meditsina», 2002. — Р. 497-520 (in Russian).
3. ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) Interaction profile for: arsenic, cadmium, chromium, and lead. Atlanta, GA, Department of Health & Human Services, 2004.
4. IARC (International Agency for Research on Cancer) Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Vol. 49 Chromium, Nickel and Welding. Lyon, IARC, 1990.
5. IPCS (International Programme on Chemical Safety). Environmental health criteria 61. Chromium. Geneva, WHO, 1988.
6. IPCS (International Programme on Chemical Safety). Environmental health criteria 108. Nickel. Geneva, WHO, 1991.
7. IPCS (International Programme on Chemical Safety). Concise International Chemical Assessment Document 78. Inorganic chromium (VI) compounds. Geneva, WHO, 2013.
8. Johansson A., Wiernik A., Lunborg N., Camner P. // Environm. Research. — 1988. — Vol. 46. Р. 120-132.
9. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Kireyeva Y.P. et al. // Medic. lavoro. — 2012. — Vol. 103. — № 2. — Р. 146-159.
10. Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Degtyareva T.D. et al. // Environmental Toxicology and Chemistry. — 2014. — № 1.
11. Tkeshelashvili L.K., Tsakadze K.J., Khulusauri O.V. // Biol. Trace Elem. Res. — 1989. — Vol. 21. —Р. 337-342.
12. Varaksin A.N., Katsnelson B.A., Panov V.G. et al. // Food and Chemic. Toxicology. — 2014. — Vol. 64. —Р. 144-156.
Поступила 15.04.2014
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Минигалиева Ильзира Амировна,
ст. науч. сотр. отдела токсикологии и биопрофилактики, канд. биол. наук. E-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru. Киреева Екатерина Петровна,
ст. науч. сотр. отдела токсикологии и биопрофилактики, канд. мед. наук. E-mail: kireeva1@ymrc.ru. Григорьева Екатерина Витальевна,
мл. науч. сотр. отдела токсикологии и биопрофилактики. E-mail: grigorieva@ymrc.ru.
^ == ДИСКУССИИ = - 2
УДК 613Л4Л15:66-9И.38
В.О. Рузаков, В.Б. Гурвич, О.Ф. Рослый, С.В. Гребенкина
ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ ГИГИЕНИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ ДЛЯ АЭРОЗОЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОЧАСТИЦЫ
ФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья промпредприятий»
Роспотребнадзора, г. Екатеринбург.
В связи с быстрым развитием нанотехнологий и расширением производства и использования новых наноматериалов необходимо утверждение нормативов для воздуха рабочей зоны с учётом наличия в нем наночастиц. Одной из основных задач для создания нормативов, является создание унифицированных и технологичных методик отбора, сепарации и идентификации
