Оценка кумулятивного действия нанодисперсного диоксида кремния в эксперименте in vivo Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2014 БИОЛОГИЯ Вып. 4

УДК 615.9

ОЦЕНКА КУМУЛЯТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ НАНОДИСПЕРСНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ IN VIVO

М. А. Земляноваа, Т. И. Акафьева а'ь

a Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 614045, Пермь, ул. Монастырская, 82; [email protected]; (342)2363930

b Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15; tania. akafeva@gmail .com

Оценка кумулятивного действия нанодисперсного диоксида кремния в эксперименте in vivo показала, что при внутрижелудочном введении через зонд крысам-самцам линии Wistar массой 190±10 г. в течение 4 дней в дозе 365.9 мг/кг (суммарная введенная доза составила 1464 мг/кг) данное вещество вызывает 50%-ную гибель. При однократном введении нанодисперсного диоксида кремния ЛД50 данного вещества составило 3659 мг/кг веса тела/сутки Установлено, что коэффициент кумуляции составил 0.4, что в соответствии с методикой, предложенной R.K.S. Lim с соавторами, свидетельствует о наличии у нанодисперсного диоксида кремния кумулятивных свойств.

Ключевые слова: наночастицы; аморфный диоксид кремния; пероральное поступление; параметры токсичности; кумуляция.

Введение

В настоящее время наноструктурированные материалы на основе высокодисперсных порошков могут стать тем сегментом наноиндустрии, который обеспечит к 2015 г. основную долю нанопро-дукции, производимой в Российской Федерации [Озерин, 2009]. Уникальные свойства наночастиц, такие, как высокие значения величины удельной поверхности, малые размеры, проявление размерно-зависимых квантовых эффектов, обусловливают разнообразие практического применения нано-порошков, в связи с чем прогнозируется значительный рост контакта населения с наноматериа-лами, что может представлять определенную угрозу для здоровья и безопасности человека.

На сегодняшний день на рынке производства нанопорошков доминирует нанодисперсный диоксид кремния, широко используемый промышленными отраслями электроники, оптики, обрабатывающего производства и имеющий большой потенциал для диагностического и терапевтического применения в медицине [Glenn, Pereira, 2007; Hua et al., 2013]. В процессе функционирования данных промышленных отраслей возможно загрязнение водных объектов наночастицами исследуемого вещества, что обусловливает возможность его перо-

рального поступления с питьевой водой в организм человека. В связи с вышесказанным, актуальным является исследование и определение параметров токсичности нанодисперсного диоксида кремния при пероральном поступлении, в том числе его способности к кумуляции в организме.

Материалы и методы

Исследование кумуляции водной суспензии нанодисперсного диоксида кремния выполнено по схеме, предложенной R.K.S. Lim и соавторами [Lim, Rink, Glass, 1961] и в соответствии с МУ 1.2.2520-09 Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов [Токсико-лого-гигиеническая ..., 2009].

Для установления параметров кумулятивного действия водной суспензии нанодисперсного диоксида кремния проведен развернутый эксперимент на белых крысах-самцах линии Wistar массой 200±10 г. Экспериментальные животные были разделены на 2 группы (опытная и контрольная), по 10 особей в каждой. Схема проведения эксперимента предусматривала введение исследуемой водной суспензии ежедневно однократно внутри-желудочно через зонд в первые 4 дня в дозе 365.9 мг/кг (1/10 ЛД50) в объеме 1.0±0.2 мл, затем каждые последующие 4 дня дозу увеличивали в 1.5

© Землянова М. А., Акафьева Т. И., 2014

102

М. А. Землянова, Т. И. Акафьева

раза до достижения гибели 50% животных из группы. Расчет 1/10 ЛД50 проведен на основании ранее установленной ЛД50 при однократном внут-рижелудочном введении через зонд крысам-самцам линии Wistar, которая составила 3659 мг/кг [Звездин, Акафьева, 2012; Zaitseva et а1., 2013]. Контрольной группе внутрижелудочно через зонд вводили дистиллированную воду в объеме, аналогичном объему вводимого вещества. В ходе проведения эксперимента оценивали летальный эффект и клиническую картину развития интоксикации. Расчет коэффициента кумуляции проводили по формуле

К - ЛД50 п где

Кк --, где

^ ЛД50

ЛД50п - средняя смертельная доза вещества при п-кратном введении, мг/кг; ЛД50 - средняя смертельная доза вещества при однократном введении, мг/кг.

Оценку кумулятивного действия водной суспензии нанодисперсного диоксида кремния осуществляли в соответствии с установленной величиной коэффициента кумуляции (величина коэффициента менее 1 свидетельствует о наличии кумулятивных свойств, более 1 - об эффекте привыкания).

Результаты

Анализ динамики массы тела экспериментальных животных в опытной группе показал достоверное снижение средней массы к четвертому дню эксперимента, которое составило 7.3% (р=0.0001). В контрольной группе животных масса тела не изменилась (р=0.796) (табл. 1).

Таблица 1

Динамика массы тела экспериментальных животных при исследовании функциональной кумуляции нанодисперсного диоксида кремния при внутрижелудочном введении через зонд

Средняя масса тела в Досто-

Группа группе, г (M±m) Динамика массы тела, % верность

животных до введения вещества на 4 день эксперимента различий (р< 0.05)

Опыт 204±6.3 189±8.5 -7.3 0.001

Контроль 202±7.9 203±9.1 +0.5 0.796

участками, перерастянутыми воздухом. На четвертый день эксперимента в опытной группе установлена гибель 50% животных (табл. 2).

Таблица 2

Динамика гибели животных при исследовании функциональной кумуляции нанодисперсного диоксида кремния при внутрижелудочном введении через зонд

Показатели День эксперимента

1 2 3 4

Суммарная доза вещества, мг/кг 365.9 731.8 1097.7 1463.6

Кол-во погибших животных, абс. 0/10 1/10 3/10 7/10

Преимущественно гибель животных в опытной группе отмечалась на 4-й день эксперимента. При вскрытии погибших животных из опытной группы макроскопически установлены однотипные изменения внутренних органов: вздутие желудка, тонкого и толстого кишечника. В просвете желудочно-кишечного тракта содержалось 40% объема введенного вещества. По ходу ободочной кишки отмечалось чередование спазмированных участков с

Средняя смертельная доза при 4-кратном введении составила 1464 мг/кг, в то время как LD50 при однократном введении - 3659 мг/кг. Коэффициент кумуляции составил

т. 1464 мг / кг

Кк =-= 0.4 •

3659 мг / кг

Таким образом, исследование кумулятивных свойств водной суспензии нанодисперсного диоксида кремния при внутрижелудочном введении через зонд свидетельствует о высокой стойкости исследуемого вещества в биологических средах, потенциальной способности к накоплению в организме и опасности развития хронической интоксикации (величина коэффициента кумуляции составила 0.4 (<1), что указывает на наличие у нанодис-персного диоксида кремния кумулятивных свойств). Следовательно, необходимо проведение эксперимента по изучению негативных эффектов и параметров токсичности водной суспензии нано-дисперсного диоксида кремния при хроническом поступлении в организм.

Библиографический список

Звездин В.Н., Акафьева Т.И. Оценка потенциальной опасности для здоровья человека нанодис-персного раствора диоксида кремния // Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения: материалы всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора. Пермь, 2012. С. 914.

Озерин А.Н. Нанопорошки в «Российских нано-технологиях» // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4, № 2. С. 9-10. Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов: методические указания 1.2.2520-09. М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 43 с. Glenn G., Pereira N. Fluoride based electrode materials for advanced energy storage devices // Journal of Fluorine Chemistry. 2007. № 4. P. 243-262.

Оценка кумулятивного действия нанодисперсного диоксида кремния

103

Hua M. et al. Heavy metal removal from wa-ter/wastewater by nanosized metal oxides: A review // Journal of Hazardous Materials. 2012. № 211. P. 317-331.

Lim R.K. et al A method for the evaluation of cumulation and tolerance by the determination of acute and subchronic median effective doses // Arch. Int. Pharmacodyn. Ther. 1961. № 130. P. 336353.

Zaitseva N. et al. Toxicological-hygienic assessment of safety of water suspension of nanodispersed silicon dioxide particles synthesized by liquid-crystal templating // Health Risk Analysis. 2013. № 1. С. 65-72.

Поступила в редакцию 19.11.2014

Assessment of cumulative effects nanodisperse silicon dioxide in experiment in vivo M. A. Zemlyanova, doctor of medicine, professor

FBSI «Federal Scientific for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies», 82, Monastyr-

skaja str., Perm, Russia, 614990; [email protected]; (342) 2363930 T. I. Akafeva, master student, specialist of nanotechnology

FBSI «Federal Scientific for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies», 82, Monastyr-

skaja str., Perm, Russia, 614990 Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990; [email protected]

Estimation of the cumulative action of nanosized silica in experiment in vivo revealed that the intragastric gavage male rats of Wistar line weight of 190 ± 10, at 4 days in a dose of 365.9 mg / kg (total dose was introduced 1464 mg / kg ) of causing the death of 50%. After a single dose nanosized silica LD50 - 3659 mg / kg. It has been established that the the coefficient of cumulation of 0.4, that in accordance with the method proposed by RKS Lim and colleagues, indicates the presence cumulative properties of nanosized silica.

Key words: nanoparticles; amorphous silicon dioxide; oral intake; toxicity parameters; cumulation. Землянова Марина Александровна, доктор медицинских наук, профессор

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

Акафьева Татьяна Игоревна, магистрант, специалист по нанотехнологиям

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»