CC BY-ND
50
© Кацнельсон Б.А., Сутункова М.П., Привалова Л.И., Соловьева С.Н., Гурвич В.Б., Бушуева Т.В., Сахаутдинова Р.Р., Валамина И.Е., Макеев О.Г., Зубарев И.В., Минигалиева И.А., Клинова С.В., Шур В.Я., Грибова Ю.В., Царегородцева А.Е., Коротков А.В., Шуман Е.А., Шишкина Е.В., 2018
УДК 615.9
ОЦЕНКА ТОКСИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА НИКЕЛЯ ПРИ ИНГАЛЯЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Б.А. Кацнельсон1, М.П. Сутункова1, Л.И. Привалова1, С.Н. Соловьёва1, В.Б. Гурвич1, Т.В. Бушуева1, Р.Р. Сахаутдинова1, И.Е. Валамина2, О.Г. Макеев2, И.В. Зубарев3, И.А. Минигалиева1, С.В. Клинова1, В.Я. Шур3, Ю.В. Грибова1, А.Е. Царегородцева2, А.В. Коротков2, Е.А. Шуман2, Е.В. Шишкина3
1ФБУН «Екатеринбургский медицинский — научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014, Россия
2ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России, ул. Репина, д. 3, г. Екатеринбург, 620028, Россия
3ФГАОУ ВО «Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина», ул. Мира, д. 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия
Приведены основные результаты, полученные в эксперименте, основанном на повторных низкоуровневых ингаляционных экспозициях лабораторных животных (белые крысы, аутбредные) к наночастицам оксида никеля (НЧ NiO) диаметром (23 ± 5) нм по 4 часа в день 5 раз в неделю продолжительностью до 10 месяцев в установке типа «только нос». Показано, что неспецифические реакции организма на действие НЧ NiO включают в себя: разнообразные проявления системной токсичности с особо выраженным влиянием на функцию печени и почек, окислительно-восстановительный баланс, повреждение некоторых участков мозговой ткани, связанное с доказанным транспортом самих наночастиц со слизистой носа по ольфакторному тракту; некоторые цитологические признаки вероятного развития аллергического синдрома; парадоксально низкую выраженность пульмонарной патологии по пневмокониотическому типу, объяснимую малой хронической задержкой наночастиц в легких; генотоксический эффект организменного уровня даже при тех низких уровнях хронической экспозиции, при которых системная токсичность выражена довольно слабо. Наряду с этим НЧ NiO вызывают и относительно специфичную для токсических эффектов никеля фазовую стимуляцию эритропоэза. Ключевые слова: наночастицы, оксид никеля, цитотоксичность, токсичность.
B.A. Katsnelson, M.P. Sutunkova, L.I. Privalova, S.N. Solovjeva, V.B. Gurvich, T.V. Bushueva, R.R. Sakha-utdinova, I.E. Valamina, O.H. Makeyev, I.V. Zubarev, I.A. Minigalieva, S.V. Klinova, V.Ya. Shur, Yu.V. Gribova, A.E. Tsaregorodtseva, A.V. Korotkov, E.A. Shuman, E.V. Shishkina □ TOXIC EFFECTS ASSESSMENT OF NICKEL OXIDE NANOPARTICLES BY INHALATION □ Ekaterinburg Medical Research Center for Prevention and Health Promotion of Industrial Workers of Rospotrebnadzor, 30 Popova Str., Ekaterinburg, 620014, Russia; Ural State Medical University of the Russian Ministry of Health, 3 Repina Str., Ekaterinburg, 620028, Russia; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, 19 Mira Str., Ekaterinburg, 620002, Russia.
The article presents in an experiment obtained principal results based on repeated low-level inhalation exposures of laboratory animals (white rats, outbred) to nickel oxide nanoparticles with a diameter of (23 ± 5) nm, 4 hours a day, 5 times a week for up to 10 months in a «nose only» installation. It was shown that non-specific body reactions to the action of NiO NPs include: diverse manifestations of systemic toxicity with a particularly pronounced influence on liver and kidney function, redox balance, damage to some areas of brain tissue, associated with proven movement of the nanoparticles themselves from the nasal mucosa along the olfactory tract; some cytological signs of probable development for allergic syndrome; paradoxically low severity of pulmonary pathology by pneumoconiotic type explained by a small chronic delay of nanoparticles in the lungs; the genotoxic effect of the organismal level, even at those low levels of chronic exposure, at which systemic toxicity is rather poorly. Along with that, NiO NPs also induce phase-stimulation of erythropoiesis, which is relatively specific for the toxic nickel effects. Key words: nanoparticles, Nickel oxide, cytotoxicity, toxicity.
Токсикология наночастиц оксида никеля (НЧ NiO) была и остается объектом многих экспериментальных исследований. Однако преобладающее большинство их проводилось in vitro на культивируемых клетках [2, 4, 5] или иногда на дафниях [9], тогда как в экспериментах на животных in vivo использовались в основном однократные или повторные интратрахеальные инстилляции [4, 6], а иногда и пероральное введение [7]. Мы не нашли исследований, в которых хроническая токсичность этих наночас-тиц была бы изучена по достаточно большому
числу информативных показателей [13, 14] кроме нашей собственной работы [11].
Однако количественных и даже описательных данных для обоснования достоверной оценки рисков для здоровья, связанных с профессиональным и экологическим воздействием НЧ NiO, все еще недостаточно. Исследования, проведенные в разных лабораториях разными методами на разных экспериментальных моделях с оценкой токсического действия по не часто совпадающим показателям, трудно сопоставимы и обобщаемы. Такая критическая оценка
ситуации наиболее справедлива в отношении изучения хронической токсичности рассматриваемого агента, наиболее важной для профилактической токсикологии.
Материалы и методы. Витающие НЧ, полученные с помощью искрового разряда между стержнями 99,99 % химически чистого никеля в атмосфере азота, окислялись в воздушном потоке и подавались в автоматически управляемую многоярусную ингаляционную установку («башню») типа «только нос» на 60 крыс. Аналогичная «башня» использовалась для параллельно проводимой псевдо-экспозиции контрольных крыс.
Ингаляционную экспозицию к НЧ NiO проводили 5 раз в неделю по 4 часа в день в течение 3, 6 ил и 10 месяцев в концентрации (0,23 ± 0,01) мг/м . Для выбора концентрации предварительно был проведен пилотный эксперимент с 5-кратным воздействием при концентрации (1,00 ± 0,12) мг/м . Концентрации определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии.
Химическая идентичность НЧ, отобранных на поликарбонатные фильтры, подтверждена с помощью Рамановской спектроскопии. Средний размер частиц, оцененный путем подсчета частиц разного диаметра при сканирующей электронной микроскопии фильтров, составлял (23 ± 5) нм.
Эксперименты были проведены на аутбред-ных крысах-самках из собственной колонии при начальной массе тела 150—220 г. в возрасте 3-4 месяцев. Каждая экспонированная или контрольная группа включала не менее 12 особей. Крысы содержались в специальном помещении, отделенном от остальных помещений вивария, и получали чистую бутилированную воду и стандартный сбалансированный корм, хранимый отдельно от общих запасов. Животные содержались в условиях, соответствующих СП 2.2.1.3218-14 [1].
Эксперименты планировались и осуществлялись в соответствии с «International guiding principles for biomedical research involving animals developed by the Council for International Organizations of Medical Sciences» и с одобрения Комиссии по этике ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (Центр).
После завершения периода экспозиций проводились следующие исследования: взвешивание; оценка суммационно-порогового показателя активности безусловных защитных рефлексов (СПП); регистрация двигательной активности и
исследовательского поведения по числу пересекаемых квадратов и заглядываний в «норки»; сбор мочи на протяжении 24 часов для измерения диуреза, содержания в ней креатинина, ко-пропорфирина, общего белка, мочевой кислоты и мочевины. Затем крыс умерщвляли быстрой перерезкой шейных сосудов, собирали кровь, вскрывали полости для извлечения и взвешивания внутренних органов. Биохимические показатели, определяемые в крови, включали общий белок, альбумин, глобулины, билирубин, церу-лоплазмин, восстановленный глутатион, малоновый диальдегид (МДА), лактатдегидрогеназу (ЛДГ), щелочную фосфатазу, аланин- и аспартат-аминотрансферазы (АлТ, АсТ), каталазу, гамма-глутаминтранферазу (ГГТП), креатинин. С помощью автоматического гематологического анализатора MYTHIC-18 определяли гемоглобин, гемотокрит, эритроциты, средний объем эритроцитов, ширину распределения эритроцитов, тромбокрит, тромбоциты, лейкоциты, лейкоцитарную формулу. Ретикулоциты подсчитывали рутинным способом. Проводилось цитохимическое определение активности сукцинатдегидро-геназы (СДГ) в лимфоцитах крови, основанное на восстановлении пара-нитротетразолия фиолетового до формазана и подсчете гранул последнего при оптической микроскопии с иммерсией.
Статистическая значимость межгрупповых различий средних значений всех величин оценивалась с помощью критерия t Стьюдента с внесением поправки Бонферрони для множественных сравнений.
Результаты исследования. Пятикратная экспозиция НЧ NiO в концентрации 1 мг/м приводила к изменению некоторых показателей состояния организма экспериментальных животных. В табл. 1 приведены лишь те показатели, по которым экспонированная группа отличалась от контрольной статистически значимо.
Пропорция ретикулоцитов после окончания экспозиции через 24 часа статистически значимо увеличилось (табл. 1), а через неделю после воздействия значимо снизилось, но оставалось достоверно выше, чем в контрольной группе (25,86 ± 3,88 %0 и 15,22 ± 1,37 %о соответственно).
К моменту выведения животных из эксперимента было зафиксировано снижение потребления корма у опытных животных на 30 % по сравнению с контрольными.
Таблица 1. Показатели состояния организма крыс, подвергавшихся 5-кратной ингаляционной экспозиции наночастицами NiO в концентрации 1 мг/м3 (Х ± Sx) Table 1. Rats vital signs exposed to 5 times inhalation exposure with NiO nanoparticles at 1 mg/m3
concentration (Х ± Sx)
Показатели Через 24 часа после завершающей экспозиции
Контроль НЧ NiO
Масса печени, г на 100 г массы тела 3,12 ± 0,05 3,41 ± 0,07*
Лейкоциты, 106/мл 8,68 ± 0,62 10,94 ± 0,64*
Эритроциты, 1012/мл 6,92 ± 0,13 7,33 ± 0,14*
Гемоглобин, г/л 146,00 ± 2,30 154,42 ± 2,09*
Гематокрит, % 41,32 ± 0,62 43,32 ± 0,62*
Ширина распределения эритроцитов, % 14,24 ± 0,18 15,12 ± 0,19*
Содержание ретикулоцитов в эритроцитах перефирической крови, %о 19,01 ± 1,58 46,43 ± 3,14*
МДА в сыворотке крови, мкмоль/л 5,72 ± 0,37 8,140 ± 1,09*
Мочевина в сыворотке крови, ммоль/л 5,85 ± 0,40 4,80 ± 0,16*
ЛДГ, Е/л 1665,13 ± 273,57 2663,00 ± 360,17*
Активность СДГ, количество гранул формазана в 50 лимфоцитах 800,25 ± 36,65 553,88 ± 10,10*
Примечание. «*» статистически значимое отличие от контрольной группы при (р < 0,05) по t-критерию Стьюдента). Note. «*» statistically significant difference from the control group (p < 0.05 by Student's t-test).
Учитывая выраженность показателей хроническую экспозицию решено было проводить при концентрации, сниженной в 4-5 раз.
При анализе общетоксического действия через 3, 6 и 10 месяцев ингаляции НЧ N10 в концентрации 0,23 мг/м некоторые показатели состояния организма, которые представлены в табл. 2, отличались статистически значимо от соответствующего показателя контрольной группы.
Как в кратковременном пилотном эксперименте, так и к 3-месячному сроку основного эксперимента наблюдаются повышенное содержание гемоглобина, повышенное число эритроцитов с увеличенной пропорцией ретикуло-цитов, повышенный гематокрит. Однако в последующие сроки о возможной реакции костного мозга говорило только статистически значимое повышение пропорции ретикулоцитов.
Известно, что никель существенно ускоряет старение эритроцитов через изменение свойств мембранных липидов и белков [16]. Влияние на содержание лейкоцитов в периферической крови (лейкоцитоз) было найдено только в пилотном эксперименте. Во все три срока хронического эксперимента количество лейкоцитов не было изменено.
Интересно, что фазовость реакции на хроническое ингаляционное воздействие N10, возможно свидетельствующая об адаптации организма к нему, кроме реакции со стороны красной крови обнаружена нами и по такому важному токсическому эффекту как подавление энергетического метаболизма. Действительно, типичное снижение цитохимического показателя активности сукцинатдегидрогеназы лимфоцитов крови [11], было выраженным и статистически значимым только к 3-месячному сроку, но вообще отсутствовало в последующем.
Интенсивность перекисного окисления липи-дов, оцениваемая по концентрации малонового диальдегида (ЫБЛ) в сыворотке крови, напро-
тив, была только в последний срок (10 мес.) значимо повышена, в то время как в первый (3 мес.)
— значимо снижена, а в промежуточный срок (6 мес.) фактически не изменена. Значимых изменений содержания восстановленного глюта-тиона и суммарных сульфгидрильных групп в крови не наблюдалось вообще.
Ни по одному показателю, характеризующему усиление тормозных процессов в ц. н. с. (удлинение показателя суммации подпороговых импульсов, снижение поведенческих показателей исследовательской и общей двигательной активности), не было статистически значимого отличия от контрольной величины, а их общий тренд имел скорее противоположную направленность
— особенно в конце экспозиционного периода.
Это обстоятельство особо интересно потому, что при ингаляционной экспозиции одной из мишеней действия наночастиц, первично отлагающихся в носовых ходах, является головной мозг, в который они перемещаются по волокнам ольфакторного нерва [8, 10]. И действительно, при электронной микроскопии препаратов обонятельных луковиц головного мозга крыс данного эксперимента мы находим и скопления нано-частиц, и ультраструктурные повреждения.
Отсутствует значимое изменение относительной массы селезенки и печени, а также ряда показателей функции печени (содержание белка и отдельных белковых фракций в сыворотке крови и активность аминотрансфераз, щелочной фосфата-зы) во все три срока хронического эксперимента. Однако токсическое действие НЧ N10 на печень отрицать нельзя: найдено статистически значимое увеличение содержания билирубина в сыворотке крови (хотя его повышение может быть связано и с усиленным разрушением эритроцитов), а при кратковременном воздействии (табл. 1) было найдено увеличение массового показателя печени, содержания мочевины в сыворотке крови, уровня ЛДГ.
Таблица 2. Показатели состояния организма крыс, подвергавшихсяингаляционной затравке наночастицами NiO в концентрации (0,23 ± 0,01) мг/м3 (Х ± Sx) Table 2. Rats vital signs exposed to inhalation priming with NiO nanoparticles at (0.23 ± 0,01) mg/m3 concentration
(Х ± Sx)
Показатели Время экспозиции
3 месяца 6 месяцев 10 месяцев
Контроль НЧ NiO Контроль НЧ NiO Контроль НЧ NiO
Прирост массы тела, % 15,2 ± 3,9 14,4 ± 2,3 13,7 ± 2,3 17,4 ± 2,7 25,1 ± 2,8 17,2 ± 1,7*
Масса легких, г на 100 г массы тела 0,87 ± 0,09 1,23 ± 0,10* 0,69 ± 0,06 0,93 ± 0,08* 1,16 ± 0,09 1,61 ± 0,12*
Эритроциты, 1012/мл 6,37 ± 0,22 7,08 ± 0,17* 7,23 ± 0,11 6,94 ± 0,12 6,92 ± 0,24 6,75 ± 0,08
Гемоглобин, г/л 141,3 ± 3,5 158,2 ± 2,8* 152,8 ± 1,8 151,1 ± 2,1 151,5 ± 3,8 154,7 ± 2,2
Гематокрит, % 37,18 ± 1,16 41,56 ± 0,86* 43,28 ± 0,58 43,18 ± 0,66 39,94 ± 1,22 39,22 ± 0,84
Лейкоциты, 103/мл 6,93 ± 0,61 6,00 ± 0,45 5,79 ± 0,42 5,68 ± 0,33 5,62 ± 0,27 6,36 ± 0,38*
Содержание ретикулоцитов в периферической крови, %о 11,92 ± 1,28 16,75 ± 1,39* 13,73 ± 1,28 20,39 ± 1,56* 12,55 ± 0,86 15,89 ± 0,62*
МДА в сыворотке крови 5,17 ± 0,39 3,97 ± 0,31* 5,07 ± 0,38 5,74 ± 0,61 5,56 ± 0,72 7,84 ± 0,79*
СДГ, число гранул формаза-на в 50 лимфоцитах 747,3 ± 9,2 553,3 ± 5,8* 621,6 ± 10,7 640,7 ± 10,8 619,3 ± 11,1 619,4 ± 6,8
Билирубин общий, мкмоль/л 1,09 ± 0,17 1,56 ± 0,14* 0,96 ± 0,14 1,30 ± 0,09* 1,14 ± 0,10 1,66 ± 0,23*
Креатинин в сыворотке крови, мкмоль/л 56,43 ± 5,87 48,14 ± 3,26 46,42 ± 2,02 52,61 ± 2,19* 57,95 ± 3,57 57,54 ± 2,99
Общий белок в моче, мг/л 144,1 ± 12,9 137,7 ± 7,4 69,8 ± 8,25 108,5 ± 15,94* 96,4 ± 32,85 181,8 ± 122,39
Мочевина в моче, ммоль/л 95,2 ± 7,8 106,6 ± 14,3 240,3 ± 25,2 235,2 ± 34,7 175,6 ± 9,3 111,2 ± 8,1*
Коэффициент фрагментации геномной ДНК в ядросодер-жащих клетках крови 0,4229 ± 0,0008 0,4480 ± 0,0017* 0,4247 ± 0,0006 0,5332 ± 0,0031* 0,4244 ± 0,0005 0,5447 ± 0,0036*
Примечание: «*» статистически значимое отличие от контрольной группы при (р < 0,05) по t-критерию Стьюдента с поправкой Бонферони.
Note: «*» statistically significant difference from the control group (p < 0.05) by Student's t-test with Bonferroni correction.
Протеинурия, статистически значимая только к 6-месячному сроку, может отражать нарушение функции почек, хотя изменений других показателей, отражающих нефротоксическое действие, отмечено не было (диурез, плотность мочи, эндогенный клиренс креатинина).
Особого упоминания в случае ингаляционного воздействия требует увеличение как сырой, так и сухой массы легких, типичное для любого экспериментального пневмокониоза, но в данном случае статистически значимое только к 10-месячному сроку. К этому сроку была наиболее высокой и задержка никеля в легочной ткани по данным как АЭС (3,69 ± 0,35) против (0,96 ± 0,30) мкг/кг в sham-exposed группе; P < 0,05), так и ЭПР-спектроскопии (соответственно, (0,39 ± 0,04) и (0,09 ± 0,03) мкг/кг; P < 0,05). Вместе с тем, при электронной микроскопии легких немалое число наночастиц или их нано-размерных агрегатов во все сроки исследования видны не только как интернали-зированные фагоцитирующими клетками, но и свободно лежащими внутри альвеол, что, по-видимому, является результатом их недавнего отложения из вдыхаемого воздуха.
В то же время при оптико-микроскопическом гистологическом иследовании легочной ткани даже к концу эксперимента не обнаружены ни типичные для экспериментальных пневмокони-озов клеточно-фиброзные узелки, ни утолщение или диффузный фиброз межальвеолярных перегородок, которые скорее истончены или даже разрушены (эмфизема), а ретикулиновая строма не грубее, чем у контрольных крыс (рис. 1).
Как видно из табл. 3, в тканевых отпечатках легких наблюдается 10-кратное увеличение доли дегенеративно измененных макрофагов во все три срока исследования. Не наблюдается никаких сдвигов во вкладе доли эозинофилов.
В отпечатках трахеобронхиальных лимфоузлов обращает на себя внимание, прежде всего значимое снижение доли лимфоцитов за счет увеличения доли других клеточных элементов, но в основном - клеток воспаления.
В печени под влиянием НЧ NiO происходит статистически значимое увеличение доли дегенеративно-измененных гепатоцитов с одновременным значимым снижением доли не измененных гепатоцитов во все три срока исследования. Наблюдается увеличение доли клеток Купфера - в первых двух сроках статистически значимо. Возможно, этот сдвиг связан с активацией данной популяции резидентных макро-
фагов под влиянием фагоцитируемых ими на-ночастиц или является косвенным признаком усиленного апоптоза гепатоцитов (учитывая роль клеток Купфера в утилизации апоптозных телец [3]).
В отпечатках почек отмечено повреждение клеток как проксимальных, так и дистальных извитых канальцев, характеризуемое в значимом снижении доли не измененных и увеличении доли дегенеративно измененных клеток в соответствующих отделах нефрона.
Интересно, что по некоторым важным показателям этого рода (например, по проценту эозинофилов в отпечатках печени и селезенки) мы вновь видим ослабление вызванных экспозицией сдвигов по мере удлинения экспозиционного периода.
При анализе тканевых отпечатков этих же органов после 5-кратного ингаляционного воздействия НЧ NiO в концентрации 1 мг/м наблюдаются сдвиги той же направленности, однако увеличение доли эозинофилов и нейтро-филов наблюдалось в каждом исследуемом органе, что свидетельствует о развитии выраженной воспалительной реакции гиперергического типа. Отметим, что после воздействия НЧ NiO в концентрации 0,2 мг/м увеличение долей нейтрофилов и эозинофилов наблюдалось только в печени и селезенке.
Содержание специфического IgE в сыворотке крови не отличалось статистически значимо от контроля, хотя наблюдалась активация реакции специфического лизиса лейкоцитов в последний срок хронического эксперимента после ингаляции НЧ NiO (15,84 ± 2,28) по сравнению с контролем (7,56 ± 0,74), различие статистически значимо при (р < 0,05) по t-крите-рию Стьюдента.
То, что никель является аллергеном и может вызывать эозинофилию, хорошо известно. Появляются исследования аллергенного действия и наночастиц Ni, так, Seonghan Lee et al. при цитологическом и биохимическом анализе БАЛЖ и сыворотки крови показали, что ин-тратрахеальная инсталляция НЧ NiO вызывала нейтрофилию через 1 и 2 дня после инсталляции, в то время как смешанный тип нейтро-фильного и эозинофильного воспаления наблюдался через 3 и 4 дня после введения, что соответствовало реакции от воздействия NiCl2 через сутки. Приток эозинофилов НЧ NiO не был связан ни с уровнями общего IgE, ни с анафилотоксинами [12].
Рис. 1. Легкие крысы (a) после 10-месячной ингаляционной NiO экспозиции; (б) в контрольной группе того
же срока. Импрегнация серебром по Гомори, увеличение х400. Описание в тексте Fig. 1. Rat lungs (a) after 10-month inhalation exposure to NiO; (b) in the control group of the same exposure period. Gomori's silver impregnation, magnification х400. See description in the text.
Таблица 3. Некоторые цитологические характеристики различных тканевых мазков-отпечатков крыс через сутки после ингаляционного воздействия наночастиц NiO в концентрации (0,23 ± 0,01) мг/м3, в процентах от общего количества клеток (Х ± Sx)
Table 3. Some cytolosical characteristics of various tissue rats smears-prints a day after inhalation with NiO nanoparticles at (0.23 ± 0.01) mg/m3 concentration, as a percentage of the total number of cells (X ± Sx)
Органы и клетки Длительность экспозиции
3 месяца 6 месяцев 10 месяцев
Контроль НЧ NiO Контроль НЧ NiO Контроль НЧ NiO
Легкие
Нейтрофилы 20,00 ± 0,55 14,40 ± 2,46* 7,86 ± 0,50 3,14 ± 0,46* 4,40 ± 0,51 2,40 ± 0,24*
Альвеолярные макрофаги 4,60 ± 0,51 4,00 ± 0,38 5,43 ± 0,57 10,29 ± 1,91* 4,60 ± 0,51 15,40 ± 0,75*
Дегенеративно измененные альвеолярные макрофаги 2,80 ± 1,32 26,60 ± 3,79* 2,29 ± 0,46 28,43 ± 1,84* 3,40 ± 0,81 34,00 ± 1,38*
Эозинофилы 4,00 ± 0,66 4,20 ± 0,86 2,00 ± 0,20 4,00 ± 0,44* 0,80 ± 0,20 0,40 ± 0,24
Печень
Гепатоциты 55,50 ± 1,57 37,71 ± 1,48* 80,86 ± 1,35 58,00 ± 1,41* 71,33 ± 1,73 62,00 ± 1,59*
Дегенеративно измененные гепатоциты 8,75 ± 0,84 21,86 ± 0,99* 3,29 ± 0,42 11,43 ± 0,87* 5,33 ± 0,42 8,17 ± 0,48*
Нейтрофилы 7,20 ± 0,66 11,57 ± 0,97* 3,71 ± 0,68 8,14 ± 0,51* 5,83 ± 0,40 11,17 ± 0,95*
Эозинофилы 3,50 ± 0,40 7,29 ± 0,68* 0,71 ± 0,18 4,29 ± 0,61* 3,50 ± 0,67 3,00 ± 0,37
Купферовские клетки 3,00 ± 0,68 5,43 ± 0,48* 1,29 ± 0,18 4,14 ± 0,91* 3,17 ± 0,60 4,67 ± 0,49
Почки
Клетки проксимальных канальцев 67,75 ± 0,85 51,00 ± 1,60* 67,86 ± 2,01 61,14 ± 1,44* 71,50 ± 0,85 57,71 ± 1,38*
Дегенеративные клетки проксимальных канальцев 11,33 ± 0,58 22,71 ± 1,64* 5,29 ± 0,29 12,00 ± 0,82* 5,50 ± 0,45 13,00 ± 0,76*
Клетки дистальных канальцев 7,67 ± 0,85 10,00 ± 0,72 10,00 ± 0,93 5,29 ± 0,61* 8,83 ± 0,76 6,43 ± 0,48*
Дегенеративные клетки дистальных канальцев 5,67 ± 0,65 8,43 ± 0,65 * 4,71 ± 0,42 9,43 ± 0,65* 4,33 ± 0,22 9,43 ± 0,53*
Лимфоузлы
Зрелые лимфоциты, пролим-фоциты 91,80 ± 1,02 78,29 ± 3,48* 93,29 ± 0,68 84,14 ± 1,06* 91,33 ± 1,13 78,86 ± 1,93*
Лимфобласты 1,20 ± 0,37 3,29 ± 0,36* 1,14 ± 0,14 1,43 ± 0,20 1,00 ± 0,00 1,14 ± 0,14
Ретикулярные клетки 0,80 ± 0,20 0,57 ± 0,20 0,43 ± 0,20 0,43 ± 0,20 0,00 ± 0,00 0,00 ± 0,00
Плазмоциты 2,80 ± 0,37 7,57 ± 2,17 2,29 ± 0,52 9,57 ± 0,57* 3,33 ± 1,13 9,14 ± 1,70*
Макрофаги 1,20 ± 0,20 3,86 ± 0,63* 1,14 ± 0,14 1,86 ± 0,26* 2,00 ± 0,41 2,71 ± 0,57
Нейтрофилы 1,40 ± 0,24 0,71 ± 0,29 1,00 ± 0,22 1,43 ± 0,37 1,17 ± 0,18 5,43 ± 0,69*
Эозинофилы 0,60 ± 0,40 5,71 ± 1,43* 0,71 ± 0,18 1,14 ± 0,14 1,17 ± 0,18 2,71 ± 0,42*
Селезенка
Зрелые лимфоциты, пролим-фоциты 85,60 ± 2,29 72,57 ± 1,73* 90,00 ± 0,69 82,43 ± 1,49* 90,50 ± 0,29 82,43 ± 1,49*
Лимфобласты 0,80 ± 0,20 1,29 ± 0,29 1,29 ± 0,18 0,86 ± 0,14 1,17 ± 0,18 0,86 ± 0,14
Плазмоциты 1,40 ± 0,24 3,00 ± 0,53* 2,57 ± 0,72 3,57 ± 0,95 2,33 ± 0,85 3,57 ± 0,95
Макрофаги 2,40 ± 0,24 3,14 ± 0,34 1,43 ± 0,30 2,14 ± 0,40 1,17 ± 0,18 2,14 ± 0,40
Нейтрофилы 2,40 ± 0,51 4,43 ± 0,37* 2,57 ± 0,48 5,71 ± 0,47* 2,67 ± 0,50 5,71 ± 0,47*
Эозинофилы 4,60 ± 0,68 13,71 ± 0,97* 2,57 ± 0,43 4,71 ± 0,52* 2,67 ± 0,53 4,71 ± 0,52*
Примечание: «*» статистически значимое отличие от контрольной группы при (р < 0,05) по t-критерию Стьюдента. Note: «*» statistically significant difference from the control group (p < 0.05) by Student's t-test.
Следует отметить острую и общепризнанную, но все еще неудовлетворительно решенную проблему «наночастиц и алергии» [15]. Возможно, НЧ металлов и их оксидов оказывают особую способность вызывать токсическое воспаление гиперергического типа, однако для ответа на этот вопрос необходимы дополнительные специально поставленные эксперименты.
Важнейшим из обнаруженных нами эффектов токсического воздействия НЧ N10 следует считать статистически значимое во все 3 срока ингаляционной экспозиции увеличение (по сравнению с контрольными показателями) коэффициента фрагментации геномной ДНК (Кфр) в циркулирующих ядросодержащих клет-
ках крови (табл. 2). Особо отметим, что если в контрольной группе данного эксперимента значение Кфр оставалось фактически постоянным на протяжении всего периода наблюдения, то в экспонированной виден тренд его увеличения с нарастанием длительности ингаляционной экспозиции (при статистически значимом различии между сроками). Таким образом, по гено-токсическому эффекту никакой тенденции к адаптации организма к действию НЧ N10 не отмечено, а напротив имеет место постепенное нарастание этого эффекта.
Выводы:
1. Ингаляционное воздействие N10 вызывает разнообразные проявления системной ток-
сичности, повреждение некоторых участков мозговой ткани, некоторые цитологические признаки вероятного развития аллергического синдрома, парадоксально низкую выраженность пульмонарной патологии по пневмоко-ниотическому типу, проявление генотоксично-сти; изменения показателей клеток красной крови, свидетельствующие о фазовой стимуляции эритропоэза.
2. С практических же позиций профилактической токсикологии и оценки рисков для здоровья, обусловленных воздействием наночастиц NiO, принципиально важно то, что генотоксич-ность in vivo была показана при таком низком уровне экспозиции, при котором общетоксическое действие еще мало выражено. По-видимому, для наночастиц NiO не столько общая токсичность, сколько генотоксичность (и тем самым вполне возможная канцерогенность) должна рассматриваться как лимитирующий риск.
ЛИТЕРАТУРА (п. 2-16 см. References)
1. Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев): СП 2.2.1.3218-14. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2015. 15 с.
REFERENCES
1. Sanitarno-epidemiologicheskie trebovaniya k ustroistvu, oborudovaniyu i soderzhaniyu eksperimental'no-biologi-cheskikh klinik (vivariev): SP 2.2.1.3218-14 [Sanitary and epidemiological requirements for the device, equipment and maintenance of experimental biological clinics (vivaria): SR 2.2.1.3218-14.]. Moscow, M.: Federalnyy tsentr gigiyeny i epidemiologii Rospotrebnadzora. 2015. 15 р. (In Russ.)
2. Ada K., Turk M., Oguztuzun S., Kilic M., Demirel M., Tandogan N. et al. Cytotoxicity and apoptotic effects of nickel oxide nanoparticles in cultured HeLa cells. Folia histochemica et cytobiologica. 2010; 48(4):524-529.
3. Canbay A., Feldstein A.E., Higuchi H., Werneburg N., Grambihler A., Bronk S.F. et al. Kupffer cell engulfment of apoptotic bodies stimulates death ligand and cytokine expression. Hepatology 2003; 38: 1188-1198.
4. Cao Z., Fang Y., Lu Y., Qian F., Ma Q., He M. et al. Exposure to nickel oxide nanoparticles induces pulmonary inflammation through NLRP3 inflammasome activation in rats. Int. J. Nanomedicine. 2016; 11: 3331-3346.
5. Capasso L., Camatini M., Gualtieri M. Nickel oxide nanoparticles induce inflammation and genotoxic effect in lung epithelial cells. Toxicol. Lett. 2014; 226(1): 28-34.
6. Chang X.H., Zhu A., Liu F.F., Zou L.Y., Su L., Liu S.K.
et al. Nickel oxide nanoparticles induced pulmonary
- + +
fibrosis via TGF-1 activation in rats. Human and Experimental Toxicology. 2017; 36(8): 802-812.
7. Dumala N., Mangalampalli B., Chinde S., Kumari S., Mahoob M., Rahman M. et al. Genotoxicity study of nickel oxide nanoparticles in female Wistar rats after acute oral exposure. Mutagenesis. 2017; 32(4): 417-427.
8. Elder A., Gelein R., Silva V., Feikert T., Opanashuk L., Carter J. et al. Translocation of Inhaled Ultrafine Manganese Oxide Particles to the Central Nervous System. Environ. Health Perspect. 2006; 114(8): 1172-1178.
9. Gonga N., Shaoc K., Lia G., Sun Y. Acute and chronic toxicity of nickel oxide nanoparticles to Daphnia magna: The influence of algal enrichment. Nanolmpact. 2016; 34: 104-109.
10. Kao Y.-Y., Cheng T.-J., Yang D.-M., Liu P.-Sh. Demonstration of an olfactory bulb-brain translocation pathway for ZnO nanoparticles in rodent ells in vitro and in vivo. J. Molecular Neurosci. 2012; 48(2): 464-71.
11. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Mini-galieva I.A., Gurvich V.B., Shur V.Ya. et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of Engineered Nanoparticles. Springer, 2017; Ch. 11: 259-319.
12. Lee S., Hwang S-H., Jeong J., Han Y., Kim S.-H., Lee D-K. et al. Nickel oxide nanoparticles can recruit eosinophils in the lungs of rats by the direct release of intracellular eotaxin. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 30. DOI: 10.1186/s12989-016-0142-8
13. Ogami A., Morimoto Y., Murakami M., Myojo T., Oyabu T., Tanaka I. Biological effects of nano-nickel in rat lungs after administration by inhalation and by intratracheal instillation. Journal of Physics, 2009; 151(1).
14. Oyabu T., Myojo T. , Lee B-W., Okada T., Izumi H., Yoshiura Y. et al. Biopersistence of NiO and TiO2 Nanoparticles Following Intratracheal Instillation and Inhalation. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(12): 2757.
15. Radauer-Preiml I., Andosch A., Hawranek T., Luetz-Meindl U., Wiederstein M., Horejs-Hoeck. J. Nanopar-ticle-allergen interactions mediate human allergic responses: protein corona characterization and cellular responses. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 3.
16. Tkeshelashvili L., Tsakadze K., Khulusauri O. Effect of some nickel compounds on erythrocyte characteristics. Biol. Trace Elem. Res. 1989; 21 (1): 337-342.
Контактная информация:
Сутункова Марина Петровна, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией токсикологии среды обитания ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора e-mail: sutunkova@ymrc.ru Contact information:
Sutunkova Marina, Candidate of Medical Sciences, senior research associate, head of the laboratory of toxicology of the habitat Ekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Enterprises Workers of Rospotrebnadzor e-mail: sutunkova@ymrc.ru
