CC BY
27
Клинова С.В., Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Соловьева С.Н., Привалова Л.И., Гурвич В.Б., Рябова Ю.ВЧернышов И.Н., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Сутункова М.П. Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352 Оригинальная статья
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2020
Клинова С.В.1, Минигалиева И.А.1, Кацнельсон Б.А.1, Соловьева С.Н.1, Привалова Л.И.1, Гурвич В.Б.1, Рябова Ю.В.1, Чернышов И.Н.1, Бушуева Т.В.1, Сахаутдинова Р.Р.1, Шур В.Я.2, Шишкина Е.В.2, Сутункова М.П.1
Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия
1ФБУН «Екатеринбургский медицинский - научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург; 2УЦКП «Современные нанотехнологии» ИЕНиМ УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 620 000, Екатеринбург
Введение. Предприятия цветной металлургии являются одним из основных источником поступления наноразмерных частиц кадмия в воздух рабочих помещений и атмосферу населённых мест.
Материал и методы. Внутрибрюшинные введения суспензии наночастиц оксида кадмия (НЧ CdO) проводили 3,5-месячным аутбредным крысам-самцам Зраза в неделю на протяжении 6 нед (всего 18 введений) в разовой дозе 0,25 мг/кг массы тела. По завершении экспозиции состояние организма крыс оценивалось по большому числу (свыше пятидесяти) общепризнанных критериев токсического действия (включая биохимические и цитоморфометрические). Статистический анализ полученных результатов проводился с использованием t-критерия Стьюдента.
Результаты. Гематотоксическое действие НЧ CdO проявилось снижением содержания гемоглобина, ростом числа ретику-лоцитов, эозинофилов и моноцитов. НЧ CdO влияли на порфириновый обмен (рост S-аминолевуленовой кислоты в моче). Токсическое поражение печени характеризовалось увеличением массы органа, снижением содержания альбуминов, А/Г-индекса, а также повышением уровня у-глутамилтранспептидазы и липопротеидов высокой плотности в сыворотке крови. Отмечено усиление оксидативного стресса (снижение активности каталазы и содержания церулоплазмина).
Показано снижение содержания эндотелина-1, следствием чего может являться обнаруженное снижение показателей артериального давления (статистически значимое для среднего АД).
Заключение. При субхронической экспозиции к НЧ CdO была получена интоксикация умеренной степени тяжести. Она характеризовалась массовыми гематологическими, биохимическими и цитоморфометрическими изменениями. Обнаружен слабовы-раженный, но явный кардиовазотоксический эффект кадмия.
Кл ю ч е в ы е слова: кадмий; наночастицы; токсичность; кардиовазотоксичность
Для цитирования: Клинова С.В., Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Соловьева С.Н., Привалова Л.И., Гурвич В.Б., Рябова Ю.В., Чернышов И.Н., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Сутункова М.П. Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия. Гигиена и санитария. 2020; 99 (12): 1346-1352. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352
Для корреспонденции: Клинова Светлана Владиславовна, науч. сотр. лаб. промышленной токсикологии отдела токсикологии и биопрофилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский - научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург. E-mail: [email protected]
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Участие авторов: Клинова С.В. - концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста; Минигалиева И.А. - концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи; Кацнельсон Б.А., Сутункова М.П. - концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи; Соловьева С.Н., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Шур В.Я. - сбор и обработка материала; Привалова Л.И. - концепция и дизайн исследования, редактирование; Гурвич В.Б. - концепция и дизайн исследования, утверждение окончательного варианта статьи; Рябова Ю.В. - концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, статистическая обработка; Чернышов И.Н. - сбор и обработка материала, статистическая обработка; Шишкина Е.В. - сбор и обработка материала, статистическая обработка, подготовка рисунка. Поступила 09.09.2020 Принята к печати 15.12.2020 Опубликована 25.01.2021
Svetlana V. Klinova1, Ilzira A. Minigalieva1, Boris A. Katsnelson1, Svetlana N. Solovyeva1, Larisa I. Privalova1, Vladimir B. Gurvich1, luliia V. Ryabova1, Ivan N. Chernyshov1, Tatiana V. Bushueva1, Renata R. Sakhautdinova1, Vladimir Ya. Shur2, Ekaterina V. Shishkina2, Marina P. Sutunkova1
General toxic and cardiovascular toxic impact of cadmium oxide nanoparticles
Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation;
2Modern nanotechnologies, Ural Federal University, Yekaterinburg, 620000, Russian Federation
Introduction. Non-ferrous smelters are one of the critical nanoscale cadmium particles sources in the workplace and ambient air. Materials and methods. The research was performed to evaluate the subchronic toxicity of cadmium oxide nanoparticles (CdO-NPs) in white outbred rats. Male outbred 3.5-month old rats received intraperitoneal injections of CdO-NPs 3 times a week for six weeks (18 in total) in doses of 0.25 mg/kg body mass. After the end of an exposure, there were rated more than 50 indices of universally accepted toxicity criteria (including biochemical and cytomorphometric). Student's t-test was used for statistical analysis.
Klinova S.V., Minigalieva I.A, Katsnelson B.A., Solovyeva S.N., Privalova L.I., Gurvich V.B., Ryabova, I.V., ChernyshovI.N., Bushueva T.V., Sakhautdinova R.R., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Sutunkova M.P. General toxic and cardiovascular toxic impact of cadmium oxide nanoparticles
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352
Original article
Results. The hematotoxic effects of CdO-NPs were revealed by a decrease in the hemoglobin content, an increase in the number of reticulocytes, eosinophils, and monocytes. CdO NPs influenced porphyrin metabolism (an increase of S-aminolevulinic acid in the urine). Liver toxicity resulted in an increase in organ mass and a decrease in albumin content and A/G index. Besides, there was observed a rise in y-glutamyl transpeptidase and high-density lipoproteins in the blood serum. Oxidative stress level increased (decrease in catalase action and ceruloplasmin content). Endothelin-1 decreased. It may result from an observed decrease in blood pressure indices (statistically significant for mean B.P.).
Conclusion. The intoxication of moderate severity was retrieved at the end of the subchronic exposure to cadmium oxide nanoparticles. It characterized mass, hematological, biochemical, and cytomophometric changes. There was found mild but evident cardiovascular toxicity of cadmium oxide nanoparticles.
Keywords: cadmium; nanoparticles; toxicity; cardiovascular toxicity
For citation: Klinova S.V., Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Solovyeva S.N., Privalova L.I., Gurvich V.B., Ryabova I.V., Chernyshov I.N., Bushueva T.V., Sakhautdinova R.R., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Sutunkova M.P. General toxic and cardiovascular toxic impact of cadmium oxide nanoparticles. Gigiena i Sanitariya (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2020; 99 (12): 1346-1352. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352 (In Russ.)
For correspondence: Svetlana V. Klinova, researcher of Department of the Toxicology and Bioprophylaxis, Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, Yekaterinburg, 620014, Russian Federation. Email: [email protected]
Information about the authors:
Klinova S.V., https://orcid.org/0000-0002-0927-4062; Katsnelson B.A., https://orcid.org/0000-0001-8750-9624; Privalova L.I., https://orcid.org/0000-0002-1442-6737 Gurvich V.B. https://orcid.org/00 00-0002-6475-7753; Solovjeva S.N., https://orcid.org/0000-0001-8580-403X; Bushueva T.V., https://orcid.org/0000-0002-5872-2001 Ryabova Iu.V., https://orcid.org/0000-0003-2677-0479; Chernyshov I.N., https://orcid.org/0000-0002-2018-5386; Shishkina E.V., https://orcid.org/0000-0002-2574-7472 Shur V.Ya., https://www.orcid.org/0000-0002-6970-7798; Sakhautdinova R.R., https://orcid.org/0000-0002-2726-9259;Sutunkova M.P., https://orcid.org/0000-0002-1743-7642
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest Acknowledgment. The study had no sponsorship
Contribution: Klinova S.V. - research concept and design, the collection and processing of the material, statistical processing, writing a text; Minigalieva I.A. - research concept and design, writing a text, editing, approval of the final version of the article; Katsnelson B.A., Sutunkova M.P. - research concept and design, editing, approval of the final version of the article; Solovyeva S.N., Bushueva T.V., Sakhautdinova R.R., Shur V.Ya. - the collection and processing of the material; Privalova L.I. - research concept and design, editing; Gurvich V.B. - research concept and design, approval of the final version of the article; Ryabova, I.V. - research concept and design, the collection and processing of the material, statistical processing; Chernyshov I.N. - the collection and processing of the material, statistical processing; Shishkina E.V. -the collection and processing of the material, statistical processing, preparation of illustrations. Received: September 9, 2020 Accepted: December 15, 2020 Published: January 25, 2021
Введение
Одним из основных источников воздействия кадмия на человека являются предприятия цветной металлургии, в частности медеплавильные [1]. При пирометаллургических процессах в составе аэрозолей конденсации обычно имеется значительная фракция субмикронных металлосодержащих частиц, включающая наноразмерную субфракцию [2].
В эпидемиологических исследованиях показано, что повышенное содержание кадмия в крови приводит к увеличению риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) [3—8]. Даже низкие концентрации кадмия в моче (как биомаркер длительного воздействия) связаны с повышенными рисками развития ССЗ и смертности от них [9, 10].
При воздействии наночастиц кадмия in vivo показаны признаки усиления перекисного окисления и снижения анти-оксидантного резерва организма [11, 12]. Известно нейро-токсическое действие НЧ CdO [13]. При продолжительных ингаляционных экспериментах в лёгких развивается воспаление, повреждение клеток и ремоделирование тканей, а также изменяется иммунная функция этого органа [14], происходит перераспределение НЧ в почки, печень и селезёнку [11]. Показано, что нефротоксичность НЧ CdO [15] и CdS [12] превышает таковую кадмия в ионной форме или в форме частиц микрометрового диапазона.
Интоксикация НЧ CdO у крыс во время беременности отрицательно сказывается на репродуктивной плодовитости и изменяет эмбриональный и послеродовой рост развивающегося потомства [16].
В сравнительном исследовании на рыбах Danio rerio было показано, что токсичность НЧ CdS зависит от их размера и концентрации. Обнаружены геномные изменения (репрессия или активация генов ответа на стресс), генотоксичность в ПДАФ-ПЦР-тесте и митохондриальная дисфункция [17].
Таким образом, авторы экспериментальных исследований не освещают проблему кардиотоксичности наночастиц кадмия, выявленную эпидемиологическими исследованиями. Целью данной работы стала оценка субхронического
общетоксического, и в частности кардиотоксического, действия наночастиц оксида кадмия при внутрибрюшинном пути введения.
Материал и методы
В эксперименте использованы 3,5-месячные аутбред-ные белые крысы-самцы при начальной массе тела около 220 г. Животные случайным образом были разделены на контрольную («Контроль») и опытную («НЧ CdO») группы по 20 особей в каждой. Содержание животных и все манипуляции с ними проводились в соответствии с требованиями «International guiding principles for biomedical research involving animals» (the Council for International Organizations of Medical Sciences, the International Council For Laboratory Animal Science, 2012) и были одобрены локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора.
Субхроническая интоксикация моделировалась путём внутрибрюшинных инъекций стабильных суспензий наночастиц оксида кадмия (НЧ-CdO) 3 раза в неделю в течение 6 нед (всего 18 введений). Использовалась суспензия наночастиц в концентрации 0,3 мг/мл из расчёта 0,25 мг/кг массы тела животного. Контрольным животным вводили внутри-брюшинно 2 мл деионизированной воды.
Суспензии НЧ-CdO получали методом лазерной абляции тонкой листовой мишени из кадмия 99,99% чистоты, находившейся под слоем стерильной деионизированной воды.
По результатам сканирующей электронной микроскопии обнаружили, что частицы CdO имели сферическую форму и средний диаметр 57 ± 13 нм (см. рисунок).
По окончании экспозиции состояние организма животных оценивали по массовым (масса тела и внутренних органов), гематологическим с помощью автоматического гематологического анализатора MYTHIC-18 (общий анализ крови и число ретикулоцитов), аналитическим и использованием атомно-эмиссионной спектрометрии на приборе 7800 ICP-MS «Agilent» (Малазия) (содержание кадмия в
Клинова С.В., Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Соловьева С.Н., Привалова Л.И., Гурвич В.Б., Рябова Ю.В., Чернышов И.Н., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Сутункова М.П. Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352 Оригинальная статья
Mag = 30.24 K X EHT=5.00kV Signal A = InLens Date :11 Feb 2019
WD = 3.3 mm Aperture Size = 30.00 pm I Probe- 189 pA System Vacuum = 1.49e-006 mbar
35
о га
=r 20
25
50 75
Диаметр, нм
100
125
а б
Наночастицы CdO в суспензии: а - сканирующая электронная микроскопия, увеличение х30240; б - функция распределения частиц по диаметру.
0
крови, физические показатели мочи), биохимическим с помощью биохимического анализатора «Кобас Интегра» с использованием соответствующих диагностических наборов или готовых тест-систем (содержание общего белка, альбуминов, SH-групп [18], восстановленного глютатиона, церу-лоплазмина, малонилдиальдегида, холестерина, липопроте-идов высокой плотности, липопротеидов низкой плотности, триглицеридов, активность Y-глутамилтранспептидазы, ка-талазы в крови, содержание 6-аминолевулиновой кислоты в моче), цитохимическим (активность сукцинатдегидрогеназы [19]) и цитоморфологическим показателям (мазки-отпечатки печени, почек и селезёнки [20]).
Изменения в сердечно-сосудистой системе, вызванные действием наночастиц кадмия, оценивали путём регистрации электрокардиограммы при стандартных первом и втором отведениях (ecgTUNNEL system «emka TECHNOLOGIES», Франция), измерений гемодинамических показателей (Blood pressure system CODA-HT8, «Kent Scientific», США) и по ряду биохимических показателей (содержание кальция, тропонина I, миоглобина, натрийуретического пептида, эндотелина-1, активность креатининкиназы, креатининки-назы МВ, ангиотензинпревращающего фермента, фактора роста эндотелия сосудов).
При выполнении клинико-лабораторных анализов крови и мочи были использованы методы, описанные во многих руководствах (например, [21]).
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью компьютерной программы MS Excel; достоверность различий между группами определяли с помощью i-критерия Стьюдента. Различие между средними величинами считали статистически значимым, если вероятность его случайного происхождения не превышала 0,05 (р < 0,05).
Результаты
В табл. 1 приведены те показатели, по которым наблюдались заметные (даже если не всегда статистически значимые) отклонения от контрольных величин после токсического действия НЧ CdO.
По окончании периода экспозиции концентрация кадмия в крови и моче животных была повышена по сравнению с контролем.
Заметны снижение содержания гемоглобина и рост количества ретикулоцитов в крови. Другим гематотоксическим эффектом НЧ CdO оказался рост эозинофилов и моноцитов.
Наблюдали изменения биохимических показателей: снизились активность каталазы и содержание церулоплазмина, альбуминов, липопротеидов высокой плотности, число свободных 8Н-групп, уменьшился А/Г-индекс, увеличился уровень 7-глутамилтранспептидазы в сыворотке крови.
Показано увеличение активности сукцинатдегидрогеназы в лимфоцитах крови.
При интоксикации НЧ-СДО наблюдали увеличение концентрации 6-аминолевулиновой кислоты в моче.
Изменения цитологической картины мазков-отпечатков срезов внутренних органов после воздействия НЧ-СДО также подтверждают развитие интоксикации (табл. 2). Обнаружено увеличение доли дегенеративно изменённых гепатоцитов и нейтрофилов в печени, а также дегенеративно изменённых клеток эпителия проксимальных канальцев в почках.
Снижение содержания в сыворотке крови кальция и эндо-телина-1 наряду с тенденцией к снижению натрийуретического пептида (НУП) и ангиотензин-превращающего фермента (АПФ) (см. табл. 1) следует подчеркнуть особо, поскольку эти сдвиги могут быть связаны с вазокардиотоксическими эффектами интоксикации. Действительно, показатели артериального давления и некоторые другие гемодинамические характеристики после токсической экспозиции к НЧ СДО оказались снижены в той или иной степени (табл. 3).
В то же время существенных изменений электрокардиографических показателей ни в 1-м ни во 2-м отведениях не обнаружено (табл. 4).
Обсуждение
Судя по изменениям массы печени, она явилась одним из органов поражения при токсическом действии НЧ СДО, как и для ряда других ранее изученных авторами металлосодер-жащих наночастиц [20, 22, 23].
Снижение содержания гемоглобина и рост количества ретикулоцитов в крови вместе с увеличением концентрации 6-аминолевуленовой кислоты в моче говорят о нарушении порфиринового обмена, с которым может быть связана развившаяся анемия. Сходное действие кадмия на порфи-риновый обмен было показано и у человека при отравлении кадмием [24, 25].
Эозинофилия может указывать на вероятную воспалительную реакцию и является типичным эффектом действия наночастиц [26]. Моноцитоз говорит об активации процессов фагоцитоза.
Klinova S.V., Minigalieva I.A, Katsnelson B.A., Solovyeva S.N., Privalova L.I., Gurvich V.B., Ryabova, I.V., ChernyshovI.N., Bushueva T.V., Sakhautdinova R.R., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Sutunkova M.P. General toxic and cardiovascular toxic impact of cadmium oxide nanoparticles
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352
Original article
Таблица 1
Показатели состояния организма крыс, подвергшихся субхроническому воздействию наночастиц оксида кадмия (X ± Sx)
Показатель
Группы крыс, получавшие
деионизованную воду (контроль)
НЧ CdO
10,29 ± 0,29 3,31 ± 0,07
Содержание Сй в биологических жидкостях
0,63 ± 0,07 0,06 ± 0,01 Гематологические показатели
155,71 ± 6,93 7,91 ± 0,42 23,53 ± 2,42 8,11 ± 0,72 0,42 ± 0,03 0,22 ± 0,03 Биохимические показатели крови
78,43 ± 1,60 48,48 ± 0,69 1,65 ± 0,06 460,95 ± 15,04
Масса печени, г Масса печени, г/100 г массы
Концентрация Сё в крови, мкг/л Концентрация Сё в моче, мкг/л
Гемоглобин, г/л Эритроциты, 1012 кл/мкл Ретикулоциты, %% Лейкоциты, 106/мл Моноциты, 109/л Эозинофилы, 109/л
Общий белок в сыворотке крови, г/л Альбумины в сыворотке крови, г/л А/Г-индекс
Активность сукцинатдегидрогеназы, количество гранул формазана в 50 лимфоцитах
ВН-группы в плазме крови, ммоль/л 0,57 ± 0,03
у-глутамилтранспептидаза в сыворотке крови, Е/л 0,25 ± 0,11
Каталаза в сыворотке крови, мкмоль/л 0,58 ± 0,01
Восстановленный глютатион в гемолизате крови, мкмоль/л 20,02 ± 0,97
Церулоплазмин в сыворотке крови, мг/% 166,19 ± 14,49
Малонилдиальдегид в сыворотке крови, мкмоль/л 3,89 ± 0,30
Холестерин в сыворотке крови, ммоль/л 1,83 ± 0,09
Липопротеиды высокой плотности в сыворотке крови, ммоль/л 1,28 ± 0,07
Липопротеиды низкой плотности в сыворотке крови, ммоль/л 0,24 ± 0,03
Триглицериды в сыворотке крови, ммоль/л 1,15 ± 0,12
Кальций в сыворотке крови, ммоль/л 2,61 ± 0,02
Креатининкиназа в сыворотке крови, Е/л 2943,43 ± 653,67
Креатининкиназа МВ в сыворотке крови, Е/л 1637,52 ± 204,52
Тропонин I в сыворотке крови, нг/мл 0,14 ± 0,09
Миоглобин в сыворотке крови, нг/мл 210,42 ± 75,38
Натрийуретический пептид в сыворотке крови, пг/мл 1,50 ± 0,27
Ангиотензинпревращающий фермент в сыворотке крови, Е/л 210,06 ± 16,07
Фактор роста эндотелия сосудов в сыворотке крови, МЕ/мл 2,03 ± 0,43
Эндотелин-1 в сыворотке крови, пг/мл 46,20 ± 2,94
Показатели мочи
б-аминолевулиновая кислота в моче, мкг/мл 8,62 ± 1,78
Суточная б-аминолевулиновая кислота в моче, мкг 0,23 ± 0,05
11,48 ± 0,50* 3,74 ± 0,07*
20,70 ± 1,95* 0,29 ± 0,03*
136,62 ± 2,19* 6,93 ± 0,16 38,43 ± 2,36*
9.41 ± 0,55 0,60 ± 0,06* 0,37 ± 0,05*
75.72 ± 1,17 44,01 ± 0,86*
1.42 ± 0,07* 569,13 ± 6,59*
0,42 ± 0,02* 1,18 ± 0,34* 0,42 ± 0,03* 17,92 ± 0,78 54,05 ± 0,14* 4,10 ± 0,56 1,66 ± 0,08 1,10 ± 0,06* 0,19 ± 0,02 1,37 ± 0,12 2,50 ± 0,04* 2703,89 ± 625,03 1263,86 ± 100,50 0,01 ± 0,00 325,86 ± 59,31
0,94 ± 0,10 177,36 ± 17,13 1,57 ± 0,26
25.73 ± 2,38*
19,35 ± 1,03* 0,71 ± 0,09*
Примечание. Здесь и в табл. 2, 3: статистически значимое отличие * — от контрольной группы (р < 0,05 по ¿-критерию Стьюдента).
Клинова С.В., Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Соловьева С.Н., Привалова Л.И., Гурвич В.Б., Рябова Ю.В.,_ Чернышов И.Н., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Сутункова М.П. Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352 Оригинальная статья
Таблица 2
Цитоморфологические показатели «отпечатков» органов крыс при субхронической интоксикации НЧ CdO (X ± Sx)
Таблица 3
Изменения гемодинамических показателей после субхронической интоксикации НЧ CdO (X ± Sx)
Группы крыс, получавшие Группы крыс, получавшие
Показатель деионизованную воду (контроль) НЧ CdO Показатель деионизованную воду (контроль) НЧ CdO
Гепатоциты, %
Печень
75,67 ± 1,23
Дегенеративно изменённые 5,33 ± 0,61 гепатоциты, %
Нейтрофилы, % 3,67 ± 0,33
Почки
Клетки проксимальных 75,00 ± 1,38 канальцев, %
Дегенеративно изменённые 4,20 ± 0,37 клетки проксимальных канальцев, %
67,83 ± 3,00* 9,50 ± 0,99*
8,00 ± 1,83*
69,17 ± 1,38* 8,33 ± 1,33*
Артериальное давление, мм рт. ст.:
систолическое
диастолическое
среднее
Частота сердечных сокращений, уд. в 1 мин
Скорость кровотока в хвосте, мкл/мин
Объём крови в хвосте, мкл
154,96 ± 6,80 122,01 ± 3,01 134,71 ± 3,07 317,85 ± 14,55
25,38 ± 3,21
105,60 ± 13,19
141.58 ± 6,49
104.59 ± 6,01 116,54 ± 6,14* 298,04 ± 11,32
22,91 ± 1,26
84,53 ± 2,75
Таблица 4
Показатели электрокардиограммы у крыс при субхроническом действии НЧ CdO (X ± Sx)
Показатель 1-е отведение 2-е отведение
группы крыс, получавшие
деионизованную воду (контроль) НЧ CdO деионизованную воду (контроль) НЧ CdO
Частота сердечно-сосудистых сокращений, 414,02 ± 16,62 398,53 ± 19,53 411,34 ± 14,93 396,39 ± 21,00
уд. в 1 мин
Индекс Макруза 0,49 ± 0,02 0,52 ± 0,03 0,58 ± 0,05 0,61 ± 0,06
Интервальные показатели, мс
ИИ 146,78 ± 6,44 145,22 ± 4,05 147,48 ± 5,77 154,74 ± 9,24
Длительность Р 15,27 ± 0,16 15,39 ± 0,12 16,73 ± 0,74 16,90 ± 0,77
РО 46,22 ± 1,21 47,19 ± 0,78 46,05 ± 1,49 45,39 ± 1,06
ОИВ 28,59 ± 0,62 29,35 ± 1,46 23,86 ± 0,51 23,86 ± 0,81
ОТ 57,76 ± 2,48 57,36 ± 1,56 67,22 ± 1,40 68,10 ± 1,07
Коррегированный ОТ (формула Базетта) 151,92 ± 8,63 147,06 ± 2,86 176,02 ± 6,00 174,61 ± 5,51
Коррегированный ОТ (формула Фридерики) 110,02 ± 5,69 107,39 ± 1,92 127,67 ± 3,72 130,14 ± 1,97
Амплитудные показатели, мВ
Изоэлектрическая линия -0,0162 ± 0,0052 -0,0204 ± 0,0045 -0,069 ± 0,006 -0,065 ± 0,007
Р 0,0318 ± 0,0033 0,0364 ± 0,0063 0,092 ± 0,006 0,087 ± 0,005
И 0,230 ± 0,038 0,257 ± 0,045 0,392 ± 0,027 0,378 ± 0,036
В -0,0416 ± 0,0049 -0,0535 ± 0,0068 0,009 ± 0,009 -0,027 ± 0,025
ОИВ 0,184 ± 0,043 0,169 ± 0,025 0,405 ± 0,025 0,350 ± 0,041
Т 0,0344 ± 0,0079 0,0332 ± 0,0063 0,141 ± 0,025 0,161 ± 0,019
Известными из литературы механизмами токсического действия кадмия являются активация перекисного окисления липидов и оксидативного стресса, а также повреждающее действие на внутриклеточные белки и стимуляция апоптоза [27]. В описанном эксперименте это проявилось снижением активности каталазы, снижением содержания церулоплазмина, альбуминов, А/Г-индекса, а также повышением уровня у-глутамилтранспептидазы в сыворотке крови.
То, что кадмий относится к тиоловым ядам, объясняет уменьшение числа свободных ВН-групп в сыворотке крови.
Неожиданным оказалось не очень выраженное, но всё же увеличение активности сукцинатдегидрогеназы в лимфоци-
тах крови, являющейся интегральным показателем уровня биоэнергетического окислительно-восстановительного обмена. Этот фермент участвует в цикле трикарбоновых кислот и входит в электрон-транспортную цепь митохондрий [28, 29]. Практически при всех ранее изученных авторами субхронических и хронических металлоинтоксикациях рассматриваемый показатель существенно снижен [20, 22, 23]. Найти объяснение парадоксально противоположному эффекту НЧ СёО авторы затрудняются и не исключают, что, несмотря на достаточную статистическую значимость, он всё же случаен.
При субхронической интоксикации НЧ СёО обнаружено статистически значимое снижение содержания липопротеи-
Klinova S.V., Minigalieva I.A, Katsnelson B.A., Solovyeva S.N., Privalova L.I., Gurvich V.B., Ryabova, I.V., ChernyshovI.N., Bushueva T.V., Sakhautdinova R.R., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Sutunkova M.P. General toxic and cardiovascular toxic impact of cadmium oxide nanoparticles
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352
Original article
дов высокой плотности. Такое снижение в других экспериментах с ионами кадмия авторы связывали с токсическим поражением печени и увеличением продукции свободных радикалов, вызывающих окислительный стресс [30, 31].
Снижение содержания кальция в сыворотке крови (см. табл. 1) при токсической экспозиции может объясняться антагонистическими отношениями этих металлов [32]. Можно судить о целостности кардиомиоцитов опытных животных по отсутствию повышения таких показателей, как креатининкиназа-МВ, тропонин I и миоглобин в сыворотке крови. Заметны тенденции к снижению натрийуретическо-го пептида (НУП), одним из основных эффектов которого является вазодилатация [33, 34], и ангиотензинпревращаю-щего фермента (АПФ), опосредованно оказывающего вазо-констрикторное действие [35]. Снижено содержание другого мощного вазоконстриктора — эндотелина-1 [36].
Кроме того, снижение эндотелина-1 и тенденция к снижению фактора роста эндотелия сосудов говорят об отрицательном действии НЧ СДО на эндотелий сосудов. Известно, что кадмий может вызвать нарушение структуры экстрацел-люлярного матрикса (особенно ухудшать синтез гликозами-ногликанов) [37]. Таким образом, кадмий оказывает прямое влияние на структуру и метаболизм эндотелия. Это в свою
очередь может провоцировать развитие атеросклеротиче-ских бляшек и заболеваний периферических артерий.
Совокупность сдвигов как вазодилатационных, так и ва-зоконстрикторных факторов под влиянием НЧ СДО может быть причиной согласованного снижения в той или иной степени показателей артериального давления (статистически значимо для показателя среднее артериальное давление), а также других гемодинамических характеристик, приведённых в табл. 3.
Заключение
По окончании периода субхронической экспозиции к на-ночастицам оксида кадмия у крыс была получена интоксикация умеренной степени тяжести. Она характеризовалась массовыми гематологическими, биохимическими и цитоморфометри-ческими изменениями. Обнаружено снижение содержания эндотелина-1, следствием чего может являться найденное снижение показателей артериального давления (статистически значимое для среднего АД). По окончании токсической экспозиции значимых изменений показателей ЭКГ не обнаружено. Можно говорить о слабо выраженном, но явном кардиовазо-токсическом эффекте наночастиц оксида кадмия.
Литература
(п.п. 1, 3-18, 20-23, 26, 28-33 см. References)
2. Сутункова М.П., Макеев О.Г., Привалова Л.И., Минигалиева И.А., Гурвич В.Б., Соловьева С.Н. и соавт. Генотоксический эффект воздействия некоторых элементных или элементнооксидных наночастиц и его ослабление комплексом биопротекторов. Медицина труда и промышленная экология. 2018; 58(11): 10-5. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2018-11-10-16
19. Нарциссов Р.П. Применение п-нитротетразолия фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1969; (5): 85-91.
24. Кривошеев Б.Н., Кривошеев А.Б., Потеряева Е.Л., Паруликова Л.В., Михайленко О.И. Клинический и биохимический синдромы острой порфиринопатии, индуцированной кадмием. Терапевтический архив. 2010; 82(10): 65-70.
25. Кривошеев А.Б., Потеряева Е.Л., Кривошеев Б.Н., Куприянова Л.Я., Смирнова Е.Л. Токсическое действие кадмия на организм человека (обзор литературы). Медицина труда и промышленная экология. 2012; 52(6): 35-42.
27. Ахполова В.О., Брин В.Б. Современные представления о кинетике и патогенезе токсического воздействия тяжелых металлов (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2020; 27(1): 55-61. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2020-16578
34. Андрюхин А.Н., Фролова Е.В. Клиническое значение определения натрийуретических пептидов при сердечной недостаточности. Российский семейный врач. 2008; 12(4): 24-35.
35. Остроумова О.Д., Максимов М.Л., Дралова О.В., Ермолаева А.С. Выбор ингибитора АПФ в клинической практике. Медицинский совет. 2014; (12): 86-91.
36. Дремина Н.Н., Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А. Эндотелины в норме и патологии. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016; (10-2): 210-4.
37. Островская С.С. Токсические эффекты кадмия. Вестник проблем биологии и медицины. 2014; 3(2): 33-5.
References
1. WHO. Air quality guidelines for Europe. Copenhagen; 2000: 136—8.
Available at: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0005/74732/
E71922.pdf
2. Sutunkova M.P., Makeev O.G., Privalova L.I., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Solov'eva S.N., et al. Genotoxic effect of some elemental or element oxide nanoparticles and its diminution by bioprotectors combination. Meditsina truda ipromyshlennaya ekologiya. 2018; 58(11): 10—5. https://doi. org/10.31089/1026-9428-2018-11-10-16 (in Russian)
3. Peters J.L., Perlstein T.S., Perry M.J., McNeely E., Weuve J. Cadmium exposure in association with history of stroke and heart failure. Environ. Res. 2010; 110(2): 199-206. https://doi.Org/10.1016/j.envres.2009.12.004
4. Lee M.S., Park S.K., Hu H., Lee S. Cadmium exposure and cardiovascular disease in the 2005 Korea National Health and Nutrition Examination Survey. Environ. Res. 2011; 111(1): 171-6. https://doi.org/10.1016/j. envres.2010.10.006
5. Caciari T., Sancini A., Fioravanti M., Capozzella A., Casale T., Montuori L., et al. Cadmium and hypertension in exposed workers: A meta-analysis. Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2013; 26(3): 440-56. https://doi. org/10.2478/s13382-013-0111-5
6. Tellez-Plaza M., Jones M.R., Dominguez-Lucas A., Guallar E., Navas-Acien A. Cadmium exposure and clinical cardiovascular disease: a systematic review. Curr. Atheroscler. Rep. 2013; 15(10): 356. https://doi.org/10.1007/ s11883-013-0356-2
7. Myong J.P., Kim H.R., Jang T.W., Lee H.E., Koo J.W. Association between blood cadmium levels and 10-year coronary heart disease risk in the general Korean population: the Korean national health and nutrition examination survey 2008-2010. PLoS One. 2014; 9(11): e111909. https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0111909
8. Borné Y., Barregard L., Persson M., Hedblad B., Fagerberg B., Engström G. Cadmium exposure and incidence of heart failure and atrial fibrillation: a population-based prospective cohort study. BMJ Open. 2015; 5(6): e007366. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2014-007366
9. Tellez-Plaza M., Guallar E., Howard B.V., Umans J.G., Francesconi Kevin A., Goessler W., et al. Cadmium exposure and incident cardiovascular disease. Epidemiol. 2013; 24(3): 421-9. https://doi.org/10.1097/ EDE.0b013e31828b0631
10. Larsson S.C., Wolk A. Urinary cadmium and mortality from all causes, cancer and cardiovascular disease in the general population: systematic review and meta-analysis of cohort studies. Int. J. Epidemiol. 2016; 45(3): 782-91. https://doi.org/10.1093/ije/dyv086
11. Lebedova J., Blahova L., Vecera Z., Mikuska P., Docekal B., Buchtova M., et al. Impact of acute and chronic inhalation exposure to CdO nanoparticles on mice. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2016; 23(23): 24047-60. https://doi. org/10.1007/s11356-016-7600-6
12. Rana K., Verma Y., Rani V., Rana S.V.S. Renal toxicity of nanoparticles of cadmium sulphide in rat. Chemosphere. 2018; 193: 142-50. https://doi. org/10.1016/j.chemosphere.2017.11.011
13. Papp A., Oszlanczi G., Horvath E., Paulik E., Kozma G., Sapi A., et al. Consequences of subacute intratracheal exposure of rats to cadmium oxide nanoparticles: Electrophysiological and toxicological effects. Toxicol. Ind. Health. 2012; 28(10): 933-41. https://doi.org/10.1177/0748233711430973
14. Blum J.L., Rosenblum L.K., Grunig G., Beasley M.B., Xiong J.Q., Zelikoff J.T. Short-term inhalation of cadmium oxide nanoparticles alters pulmonary dynamics associated with lung injury, inflammation, and repair in a mouse model. Inhal. Toxicol. 2014; 26(1): 48-58. https://doi.org/10.3109/08 958378.2013.851746
Клинова С.В., Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Соловьева С.Н., Привалова Л.И., Гурвич В.Б., Рябова Ю.В., Чернышов И.Н., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Сутункова М.П. Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия
https://dx.doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352 Оригинальная статья
15. Blum J.L., Edwards J.R., Prozialeck W.C., Xiong J.Q., Zelikoff J.T. Effects of maternal exposure to cadmium oxide nanoparticles during pregnancy on maternal and offspring kidney injury markers using 26. a murine model. J. Toxicol. Environ. Health A. 2015; 78(12): 711—24. https://doi.org/10.1080/15287394.2015.1026622
16. Blum J.L., Xiong J.Q., Hoffman C., Zelikoff J.T. Cadmium associ- 27. ated with inhaled cadmium oxide nanoparticles impacts fetal and neonatal development and growth. Toxicol. Sci. 2012; 126(2): 478—86. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfs008
17. Ladhar C., Geffroy B., Cambier S., Treguer-Delapierre M., Durand E., 28. Brèthes D., et al. Impact of dietary cadmium sulphide nanoparticles on Danio rerio zebrafish at very low contamination pressure. Nanotoxicol. 2014;
8(6): 676-85. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.822116
18. Ellman G., Lysko H. A precise method for the determination of whole blood and plasma sulfhydryl groups. Anal. Biochem. 1979; 93(1): 98-102. 29. https://doi.org/10.1016/S0003-2697(79)80122-0
19. Nartsissov R.P. Application of p-nitrotetrazolium violet for quantitative cytochemistry of human lymphocyte dehydrogenases. Arkhiv anatomii, 30. gistologii i embriologii. 1969; (5): 85-91. (in Russian)
20. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P, Gurvich V.B., Shur V.Y., et al. Combined subchronic toxicity of aluminum
(III), titanium (IV) and silicon (IV) oxide nanoparticles and its alle- 31. viation with a complex of bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(3): 837. https://doi.org/10.3390/ijms19030837
21. Tietz N.W. Clinical Guide to Laboratory Tests. Philadelphia: W.B. Saunders Company; 1995. 32.
22. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gur-vich V.B., Shur V.Y., et al. Attenuation of combined nickel (II) oxide and manganese (II, III) oxide nanoparticles' adverse effects with a complex 33. of bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2015; 16(9): 22555-83. https://doi. org/10.3390/ijms160922555
23. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin 34. A.N., Gurvich V.B., et al. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and
zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicol. 2017; 380: 72-93. 35. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007
24. Krivosheev B.N., Krivosheev A.B., Poteryaeva E.L., Parulikova L.V., Mikhaylenko O.I. Clinical and biochemical syndromes of cadmium- 36. induced acute porphyrinopathy. Terapevticheskiy arkhiv. 2010; 82(10): 65-70. (in Russian)
25. Krivosheev A.B., Poteryaeva E.L., Krivosheev B.N., Kupriyanova L.Ya., 37. Smirnova E.L. Toxic effect of cadmium on human organism (literature
review). Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2012; 52(6): 35—42. (in Russian)
Vanharen M., Girard D. Activation of human eosinophils with nanoparticles: a new area of research. Inflammation. 2020; 43(1): 8—16. https://doi. org/10.1007/s10753-019-01064-4
Akhpolova V.O., Brin V.B. Modern concepts of kinetics and pathogenesis of heavy metal toxic effects (literature review). Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2020; 27(1): 55-61. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2020-16578 (in Russian)
Jardim-Messeder D., Caverzan A., Rauber R., de Souza Ferreira E., Margis-Pinheiro M., Galina A. Succinate dehydrogenase (mitochondrial complex II) is a source of reactive oxygen species in plants and regulates development and stress responses. New Phytol. 2015; 208(3): 776-89. https://doi.org/10.1111/nph.13515
Tretter L., Patocs A., Chinopoulos C. Succinate, an intermediate in metabolism, signal transduction, ROS, hypoxia, and tumorigenesis. Biochim. Biophys. Acta. 2016; 1857(8): 1086-101. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2016.03.012 Olisekodiaka M.J., Igbeneghu C.A., Onuegbu A.J., Oduru R., Lawal A.O. Lipid, lipoproteins, total antioxidant status and organ changes in rats administered high doses of cadmium chloride. Med. Princ. Pract. 2012; 21(2): 156-9. https://doi.org/10.1159/000333385
Samarghandian S., Azimi-Nezhad M., Shabestari M.M., Azad F.J., Fark-hondeh T., Bafandeh F. Effect of chronic exposure to cadmium on serum lipid, lipoprotein and oxidative stress indices in male rats. Interdiscip. Toxicol. 2015; 8(3): 151-4. https://doi.org/10.1515/intox-2015-0023 Nawrot T.S., Staessen J.A. Low-level environmental exposure to lead unmasked as silent killer. Circulation. 2006; 114(13): 1347-9. https://doi. org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.650440
Potter L.R., Abbey-Hosch S., Dickey D.M. Natriuretic peptides, their receptors, and cyclic guanosine monophosphate-dependent signaling functions. Endocr. Rev. 2006; 27(1): 47-72. https://doi.org/10.1210/er.2005-0014 Andryukhin A.N., Frolova E.V. Clinical value of the natriuretic peptides testing in patients with heart failure. Rossiyskiy semeynyy vrach. 2008; 12(4): 24-35. (in Russian)
Ostroumova O.D., Maksimov M.L., Dralova O.V., Ermolaeva A.S. Selection of an ACE inhibitor in clinical practice. Meditsinskiy sovet. 2014; (12): 86-91. (in Russian)
Dremina N.N., Shurygin M.G., Shurygina I.A. Endothelins under normal and pathological conditions. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy. 2016; (10-2): 210-4. (in Russian) Ostrovskaya S.S. Toxic effects of cadmium. Vestnik problem biologii i meditsiny. 2014; 3(2): 33-5. (in Russian)
