CC BY-ND
10
24
ЗНиСО ДЕКАбРЬ №12 (249)
in promoter regions of IL5, IL6 and IL13 genes with development and prognosis of autoimmune thyroid diseases // Clinical and Experimental Immunology. 2011. Vol.163. P. 318—323. Mathew C.C. The isolation of high molecular weight eucariotic DNA // Methods in Molecular Biology. Ed. Walker J.M. N.Y., L.: Human Press. 1984. Vol. 2. P. 31.
Tsai C-H, Tung K-Y, Su M-W, Chiang B-L, Chew FT, et al. Interleukin-13 Genetic Variants, Household Carpet Use and Childhood Asthma //PLoS ONE. 2013 . Vol.8 (1): e51970. doi:10.1371/journal.pone.0051970.
Wang M, Wang S, Song Z, Ji X, Zhang Z, et al. Associations of IL-4, IL-4R, and IL-13 Gene Polymorphisms in Coal Workers'
Pneumoconiosis in China: A Case-Control Study //PLoS ONE. ^^ 2011. Vol. 6. Issue 8. e22624.
Контактная информация:
Каримов Денис Олегович, тел.: 8 (347) 255-19-48, e-mail: [email protected] Contact information: Karimov Denis, phone: 8 (347) 255-19-48, e-mail: [email protected]
Победитель конкурса молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДА МАРГАНЦА НА ГЕПАТО-БИЛИАРНУЮ СИСТЕМУ У КРЫС ЛИНИИ WISTAR ПРИ ВНУТРИЖЕЛУДОЧНОМ ВВЕДЕНИИ ЧЕРЕЗ ЗОНД
В.Н. Звездин, Т.И. Акафьева ESTIMATION OF INFLUENCE MANGANESE OXIDE NANOPARTICLES OF INTRAGASTRIC GAVAGE ON HEPATOBILIARY SYSTEM IN WISTAR RATS
V.N. Zvezdin, T.I. Akafeva ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», г. Пермь Установлено, что нанодисперсный оксид марганца при внутрижелудочном введении через зонд экспериментальным животным в диапазоне доз от 258—10,5 мг/кг на 90-й день вызывает снижение массы тела; активацию окислительных процессов (повышение уровня гидроперекисей липидов, МДА в сыворотке крови); снижение активности антиоксидантных процессов (снижение антиоксидантной активности сыворотки крови); повреждение мембран гепатоцитов (повышение активности АСТ, АЛТ в сыворотке крови); нарушение белоксинтезирующей функции печени (снижение альбуминов, повышение гамма-глобулинов в сыворотке крови).
Ключевые слова: оксид марганца, наночастицы, гепатотоксичность, желудочно-кишечный тракт. Nanosized manganese oxide is a substance which, because of its unique properties have great potential use in nanoelectronics and nanooptics. In the scientific literature, there is limited information on the biological effects and the mechanism of the toxic effect when the body of the compound. Study of the biological effects of intragastric probe accomplished by introducing manganese oxide nanopowder Wistar rats for 30 days. A reduction in body weight; activation of oxidative processes (increase of lipid hydroperoxide, MDA in blood serum), decreased activity of antioxidant processes ( decreased antioxidant activity of blood serum), hepatocyte membrane damage ( increased activity of AST, ALT in blood serum), impaired function of the liver protein synthesis (decrease of albumin , increased gamma globulin serum).
Keywords: manganese oxide nanoparticles, hepatotoxicity, gastrointestinal tract.
В настоящее время прогнозируется значительный рост контакта человека с наноматериала-ми, среди которых широко распространены оксиды металлов. В силу особых физико-химических свойств оксиды металлов, в том числе наноди-сперсный оксид марганца, могут представлять определенную угрозу для здоровья и безопасности человека. Перспективным направлением использования данного соединения является производство матриц для наномагнитных, сорбирующих материалов, нанокатализаторов, полупроводниковых термисторов [1, 2]. Промышленное предприятие, выпускающее данную продукцию, может обусловливать поступление нанодисперс-ных частиц в атмосферный воздух, воду, почву. При этом возможно экспонирование населения, потребляющего питьевую воду и сельскохозяйственную продукцию, содержащие нанодисперс-ный оксид марганца [3].
В последнее время накоплен материал о негативных эффектах наночастиц оксида марганца при ингаляционном поступлении. В качестве приоритетного отмечается нейротоксический эффект [4, 5, 6, 8]. При поступлении наночастиц марганца одним из выраженных эффектов является гепато-токсический, проявляющийся ферментативными сдвигами, активацией апоптоза и морфологическими изменениями гепатоцитов и клеток Купфера [7]. Проведенные ранее собственные исследования показали, что при однократном внутрижелудочном введении мышам водной суспензии нанодисперс-ного оксида марганца в дозе 2 000 мг/кг отмечается наличие морфологических изменений в печени.
Патоморфология характеризуется переполнением и расширением венозных сосудов и пролиферацией лимфоидной ткани [8, 9].
Цель исследования — установление негативных эффектов влияния водной суспензии наноди-сперсного оксида марганца на гепато-билиарную систему при внутрижелудочном введении через зонд в течение 90 дней крысам линии ^^аг.
Материалы и методы. Водная суспензия наноди-сперсного оксида марганца приобретена в лаборатории многофазных дисперсных систем Института технической химии Уральского отделения РАН.
Исследуемое вещество синтезировано по методике темплатного синтеза, стандартно используемого для производства наноматериалов [6]. Размер частиц нанодисперсного оксида марганца составил 24—70 нм, удельная площадь поверхности частиц — 150 м2/г. Частицы имели несферическую, игольчатую форму.
Для проведения исследований приобретено 50 половозрелых крыс-самцов линии ^^аг в ФГБУ «Научный центр биомедицинских технологий» РАН. Средний вес крыс составлял (220 ± 15) г. Животные содержались по 2 особи в клетках, выполненных из полипропилена и имеющих стандартный размер. Клетки находились в помещении с вентиляцией, постоянной температурой воздуха (23,0 ± 2,0) °С и влажностью воздуха (60,0 ± 5,0) %. Животные на протяжении всего эксперимента получали полусинтетический рацион, пищевая и биологическая ценность которого полностью удовлетворяла физиологические потребности. Доступ к пище и воде не ограничивался.
ДШШ №12 (249) ЗНифО
25
^ Таблица 1. Влияние нанодисперсного оксида марганца на динамику массы тела
экспериментальных животных
Группа Средняя масса тела в группе, г (M±m) Соотношение средней массы тела в группе к данному показателю до введения вещества, %
до начала эксперимента 30-й день 60-й день 90-й день 30-й день 60-й день 90-й день
№ 1 194,4 ± 5,2 179,4±8,5*А 184,4 ± 9,9*л 193,6 ± 21л -7,7 -5,2 -0,5
№ 2 196,3±6,2 195 ± 9,5 205,6 ± 11* 221,7±18,4* +0,7 +4,7 + 12,9
№ 3 190,0±9,2 210±10,3*л 220±7,1*л 235 ± 16,3* + 10 +15,7 +23,6
№ 4 194,5±8,6 198,2 ± 5,2 209,4±11,2* 217,5±9,5* + 1,9 +7,7 +11,9
Контрольная 198,8±10,2 198,8±9,9 208,8±11,1* 233 ± 19,9* +0 +4,6 +17,2
* — р < 0,05 по сравнению со значением уровня показателя перед началом эксперимента; А — р < 0,05 по сравнению со значением уровня показателя контрольной группы
Таблица 2. Влияние нанодисперсного оксида марганца на активность окислительных и антиоксидантных процессов у животных на 90-й день эксперимента
Группа, № Показатель (M±m)
АОС (мкмоль/л) Гидроперекиси липидов (мкмоль/л) МДА (мкмоль/мл)
1 31,95 ± 3,35*Л 62,21 ± 5,50*л 3,244±0,29*Л
2 75,36 ± 6,94*л 48,88 ± 6,07*л 2,746 ± 0,29*л
3 68,97 ± 4,73*л 46,71 ± 5,67*л 3,35±0,52*л
4 153,21 ± 5,13 36,52 ± 5,24 1,82 ± 0,42
Контрольная 164,26±8,29 29,30 ± 2,28 1,60 ± 0,12
Фоновый уровень 174,1±10,13 30,76 ± 2,64 1,62 ± 0,195
* — р < 0,05 по сравнению со значением уровня показателя перед началом эксперимента; А — р < 0,05 по сравнению со значением уровня показателя контрольной группы
Таблица 3 Влияние нанодисперсного оксида марганца на мембраны клеток печени на 90-й день эксперимента
Группа, № Показатель (M±m)
АЛАТ (Е/дм3) АСАТ (Е/дм3) Альбумины (%) Гамма-глобулины (%)
1 51,83 ± 4,12 198,83 ± 19,2*л 39,48±1,21*Л 17±2,1*Л
2 65,14 ± 10,16* 182,28 ± 23,16* 43,56 ± 0,78*л 12,76 ± 1,29*
3 70,66 ± 15,51*А 178,33±27,52* 43,1 ± 1,18*л 12,43 ± 2,06*
4 61,31 ± 11,21 143,12 ± 25,67 44,6 ± 0,39 12,97 ± 1,19*
Контрольная 56,00 ± 7,56 135,33 ± 26,39 45,1 ± 1,15 11,32±1,12
Фоновое значение 55,73 ± 8,31 128,9 ± 17,1 45,43 ± 1,03 10,78 ± 0,92
* — р < 0,05 в сравнении со значением уровня показателя перед началом эксперимента; А — р < 0,05 в сравнении со значением уровня показателя контрольной группы
Животные были разделены на пять групп по 10 особей в каждой. Экспериментальным животным групп № 1, 2, 3 и 4 ежедневно в течение 90 дней однократно вводили внутрижелудочно через зонд водную суспензию нанодисперсного оксида марганца в дозах 257,7; 51,54; 10,3 и 5,15 мг/ кг, что соответствует 1/10, 1/50, 1/250, 1/500 LD50. Контрольной группе № 5 с соблюдением аналогичных условий вводили дистиллированную воду. Объем введения животным воды и исследуемого вещества не превышал 1,0 мл.
В ходе проведения эксперимента оценивали выживаемость животных, динамику массы тела до начала эксперимента (фоновый уровень) и на 30-й, 60-й, 90-й день эксперимента. У животных всех групп производился забор крови из хвостовой вены до начала и на 90 день эксперимента для определения уровня показателей сыворотки кро-
ви. Определение показателей сыворотки крови, таких как аланинаминотрансфераза (АЛТ), аспар-татаминотрансфераза (АСТ), выполнено на автоматическом биохимическом анализаторе (Konelab 20, Thermo Scientific, Finland). Определение альбумина, гамма-глобулина — на автоматическом аппликаторе и окрашивателе (SAS-1plus, SAS-2, Helena, Великобритания). Определение гидроперекиси липидов и антиоксидантной активности — на автоматическом иммуноферментном микропланшетном анализаторе (Infinite — F50, Tecan, Австралия). Определение уровня малонового диальдегида (МДА) выполнено по оригинальной методике.
Анализ информации проводили в пакете статистического анализа Statistica 6.0. Математическую обработку результатов осуществляли с помощью параметрических методов статистики; для оцен-
26
ЗНиСО ДЕКАбРЬ №12 (249)
ки достоверности полученных данных использовался критерий Стьюдента. Различия полученных результатов являлись статистически значимыми при р < 0,05.
Результаты. Анализ динамики массы тела экспериментальных животных позволил установить снижение массы у животных в группе № 1 на 7,7 % к 30-му дню (р < 0,05). Восстановление данного показателя до исходного уровня к 90-му дню. Снижение массы тела животных данной группы в течение всего эксперимента достоверно отличалось от показателя в контрольной группе. В остальных группах установлено увеличение массы тела экспериментальных животных (табл. 1).
Оценка показателей активности окислительных и антиоксидантных процессов у экспериментальных животных позволила установить, что у животных в группах № 1—3 регистрируется достоверное повышение гидроперекисей липидов в сыворотке крови относительно фона и контрольной группы в 1,5—2,0 раза (р < 0,05) и уровня МДА плазмы крови в 1,7—2,0 раза соответственно (р < 0,05). Достоверное снижение уровня АОС относительно фонового уровня и в контроле установлено у животных в группах № 1—3 (р < 0,05). Максимальное снижение показателя (в 5,1 раза относительно контрольной группы и 5,5 раза относительно фона) установлено у животных в группе № 1. Минимальное снижение АОС (в 2,4 раза ниже показателя у животных в контрольной группе и в 2,5 раза ниже относительно фонового уровня) установлено у животных в группе № 3 (табл. 2).
Установлено достоверное повышение активности АСТ в сыворотке крови животных в группе № 1 относительно фонового и контрольного уровней (р < 0,05). У животных в группе № 3 установлено достоверное превышение уровня АЛТ в сыворотке крови относительно фона и контрольной группы (р < 0,05). Данные представлены в табл. 3.
Установлено нарушение баланса белков сыворотки крови, что может свидетельствовать об изменении белоксинтезирующей функции печени. Установлено достоверное снижение у животных в группах № 1—3 содержания альбуминов в сыворотке крови (р < 0,05). У животных группы № 1 отмечено повышение уровня гамма-глобулинов в сыворотке крови в 1,6 раза относительно фона и в 1,5 раза относительно контрольной группы (табл. 3).
Установленные эффекты свидетельствуют о негативном воздействии на гепато-билиарную систему экспериментальных животных суспензии нанодисперсного оксида марганца при внутри-желудочном введении в течение 90 дней в дозах 257,7; 51,54; 10,3 мг/кг. При введении суспензии в дозе 5,15 мг/кг в течение 90 дней достоверного изменения анализируемых показателей относи-
тельно фоновых и контрольных значений не наблюдалось.
Таким образом, негативными эффектами водной суспензии нанодисперсного оксида марганца при ежедневном внутрижелудочном введении через зонд крысам линии Wistar в течение
90 дней являются: снижение массы тела (в дозе ■_
257,7 мг/кг), активация окислительных процес- ^ сов по повышению уровня гидроперекисей ли-пидов сыворотки крови и МДА плазмы крови (в дозе 10,3 мг/кг), снижение антиоксидантной активности по снижению уровня АОС сыворотки крови (в дозе 10,3 мг/кг), повреждение мембран клеток печени с повышением активности АСТ (в дозе 257,7 мг/кг), АЛТ (в дозе 10,3 мг/кг) в сыворотке крови, нарушение белоксинтезирующей функции печени по снижению альбуминов (в дозе 10,3 мг/кг) и повышению гамма-глобулинов в сыворотке крови (в дозе 257,7 мг/кг). В дозе 4,7 мг/кг нанодисперсный оксид марганца перечисленных эффектов не вызывает.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Amatucci G.G., Nathalie P. Fluoride based electrode materials for advanced energy storage devices// Journal of Fluorine Chemistry. 2007. № 128. Р. 243—262.
2. Ming Hua, Shujuan Zhang, Bingcai Pan, Weiming Zhang, Lu Lv, Quanxing Zhang. Heavy metal removal from water/wastewater by nanosized metal oxides: A review// Journal of Hazardous Materials. 2012. № 211. Р. 317—331.
3. Зайцева Н.В., Май И.В., Клейн С.В. К вопросу установления и доказательства вреда здоровью населения при выявлении неприемлемого риска, обусловленного факторами среды обитания// Анализ риска здоровью. 2013. № 2. С. 14—27.
4. Oszianczi G., Horvath E., Szabo A Horvath E. Subacute exposure of rats by metal oxide nanoparticles through the airways: general toxicity and neuro-functional effects// Acta Biologica Szegediensis. 2010. № 54. Р. 165—170.
5. Sarkozi L., Horvath E., Konya Z., Kiricsi I. Subacute intratracheal exposure of rats to manganese nanoparticles: behavioral, electrophysiological and general toxicological effects [Электронный ресурс]// US National Library of Medicine: [сайт]. [2009]. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19558238 (дата обращения: 20.01.2013).
6. Elder A., Gelein R., Silva V. Translocation of inhaled ultrafine manganese oxide particles to the central nervous system // Environ Health Perspectives. 2006. № 114. P. 1172—1178.
7. Michael T Tseng, Xiaoqin Lu, Xiaoxian Duan, Sarita S Hardas, Rukhsana Sultana, Peng Wu, Jason M Unrine, Uschi Graham, D Allan Butterfield, Eric A Grulke, Robert A Yokel. Alteration of hepatic structure and oxidative stress induced by intravenous nanoceria //Toxicology and Applied Pharmacology. 2012. №260. Р. 173— 82.
8. Зайцева Н.В., Землянова М.А., Звездин В.Н., Саенко Е.В. и др. Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноди-сперсного и микродисперсного оксида марганца (III, IV) //Вопросы питания. 2012. № 5. Т. 81. С. 13-19.
9. Зайцева Н.В., Землянова М.А., Звездин В.Н., Лебединская О.В., Мелехин С.В., Саенко Е.В., Махмудов Р.Р. Морфологические особенности тканей внутренних органов и систем при воздействии нанодиснерсного оксида марганца (III, IV)// Вестник Российской Академии медицинских наук. 2013. № 2. С. 18—23.
Контактная информация:
Звездин Василий Николаевич, тел.:+7 (342) 37-18-15, e-mail: [email protected] Contact Information: Zvezdin Vasily, phone.:+7 (342) 37-18-15, e-mail: [email protected]
