CC BY
11ра на здоровье работающих, что требует дальнейших исследований.
При медико-гигиеническом сопровождении ОУХО необходимо продолжение разработки и подбора методик выявления патогенетически значимых медико-биологических показателей при сочетанном низко дозовом воздействии ОВ и продуктов их деструкции и других сопутствующих факторов, использование методов много-
мерного параметрирования и других математико-статисти-ческих показателей для обработки данных (зачастую малой выборки наблюдения). Одновременное динамическое проведение мониторинга здоровья работающих и контроль состояния производственной среды служат основой оценки профессионального риска с целью выявления степени причинно-следственной связи изменения здоровья персоналов с действующими факторами.
Получаемые материалы явятся основанием для обоснования прогноза возможных отклонений здоровья и оценки проводимых мероприятий по обеспечению безопасности производственной и окружающей среды, сохранению здоровья персоналов и населения, проживающего на территориях расположения ОУХО, и профилактики возможных отдаленных последствий воздействия малых доз ОВ и продуктов их деструкции на организм.
Rembovskiy V.R. , Radilov A.S., Nagorniy S.V., Yanno L.V., Mogilenkova L.A.
Medical and hygienic securing of chemical weapons destruction facilities
Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology of St.Petersburg, Federal Medical and Biological Agency
Objectives of methodical and hygienic studies to be conducted in the course of chemical weapons destruction are set forth to minimize risks to human health and the environment.
Материал поступил в редакцию 21.04.2010 г.
УДК 546.55/59 : 615.916
Токсиколого-гигиенические аспекты проблемы безопасности производства продукции на основе наночастиц золота
Филатов Б.Н., Точилкина Л.П., Бочарова Л.Ю., Масленников А.А., Почепцов А.Я., Тобольская-Поспелова М.М.
Научно-исследовательский институт гигиены, токсикологии и профпатологии ФМБА, Волгоград
В
опытах на белых беспородных крысах показано, что нанозо-лото (сферическая форма, размер 5 нм) при длительном пероральном поступлении в организм обладают специфической токсичностью. Выяв-
лены нарушения генеративной функции самцов белых крыс. Негативные последствия пре-натального воздействия нано-частиц золота диаметром 5 нм реализуются в виде девиаций постнатального развития потомства.
Ключевые слова: нанозоло-то, патоморфологические исследования, отдаленные последствия, гонадотоксическое действие, нарушения постна-тального оногенеза
Проблемы безопасности нанотехнологий носят весьма разноречивый характер. Судя по тому, что на фоне бурного развития нанотехнологий сравнительно мало медико-биологических исследований, складывается впечатление,
что большинство разработчиков этого направления вообще не признает возможной опасности наночастиц. Правда, в последние годы все же нарастает озабоченность возможным повышением токсичности с переходом на наноуровень.
Развитие любой новой технологии уже на стадии лабораторной установки должно всесторонне оцениваться с позиций безопасности для персонала, окружающей среды и потребителей. Появление на-нотехнологий, характеризу-
ясь высоким приростом числа новых нанопродуктов, сопровождается существенным отставанием в разработке регламентов безопасности их производства и применения. Трудности существуют как методологического, так и технического характера. Наиболее важными из них являются:
- сложности измерения полученной дозы;
- отсутствие данных о качественной и количественной идентичности проявлений токсичности наночастиц разной формы и размеров;
- низкая воспроизводимость результатов, полученных в разных лабораториях;
- сложность экстраполяции данных, полученных in vitro;
- необходимость оснащения лабораторий принципиально новым дорогостоящим и сложным оборудованием.
В области разработки гигиенических регламентов безопасности полноценные исследования с нанопродуктами не проводились ни для оценки опасности загрязнения производственной и окружающей среды, ни для самой производимой продукции.
Анализ данных литературы позволяет предполагать, что возможные изменения острой токсичности при переходе к наноформе не превысят одного порядка. Наибольшую вероятность составляет появление у наночастиц специфической токсичности, в частности, развитие нарушений репродуктивной функции.
Учитывая абсолютную инертность исходной макроформы, для исследований в качестве модели нами использовано нанозолото, синтезиро-ваное Институтом биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН (г. Саратов). Полученные наночастицы гидрозолей охарактеризованы методами спектроскопии поглощения и просвечивающей электронной микроскопии (X соответствует 513 нм,
^ max '
А520 равна 0,88, концентрация золота составляет 57 мкг/мл, число частиц - 7,5х1013 в мл, средний диаметр наночастиц -5 нм) [1].
Изучение влияния наночастиц золота на репродуктивную функцию проводили на белых крысах обоего пола в условиях внутрижелудоч-ного введения вещества, как это предусмотрено соответствующим инструктивно-методическим документом с включением исследуемого наноматериала в полусинтетический рацион [2].
Однако, учитывая тот факт, что в реальных условиях не исключен контакт с нанома-териалами только мужчин или женщин, в процессе выполнения исследований дополнительно раздельно оценивали репродуктивную токсичность тестируемого препарата, как на самцах, так и на беременных и небеременных самках, определяя состояние генеративной функции и влияние на потомство.
При оценке последствий воздействия на самцов нанозо-лота руководствовались известным положением о внешне- и внутрисекреторной функции семенников, т. е. с процессом образования в семенных канальцах мужских половых клеток и с выработкой определённых, преимущественно стероидных гормонов [3]. С учётом этого комплексную характеристику функционирования половых желез самцов проводили по состоянию генеративного эпителия семенников и функциональной активности гамет, полового поведения, являющееся отражением нейрогуморальной регуляции в системе "гипота-лямус-аденогипофиз-семенни-ки", способности самцов к оплодотворению.
В результате обследования животных, проведённого после 8-недельного (период созревания половых клеток самцов крыс) перорального
воздействия нанозолота, установлено, что нанозолото негативно влияет на репродуктивную функцию самцов лабораторных животных. Зарегистрированные отклонения (тератозооспермия, агглютинация сперматозоидов и сниженная способность к оплодотворению) не являются следствием нарушения гормонального статуса поскольку способность животных к спариванию не была изменена. Иммуногистохими-ческое изучение семенников подопытных животных показало, что при длительном воздействии частиц нанозолота в сперматогенном эпителии происходит угнетение активности белка РСКЛ, ответственного за процесс диффе-ренцировки половых клеток. Процесс дифференцировки резко обрывается на стадии перехода сперматогониев в сперматоциты I порядка. Таким образом, имеет место незавершенный сперматогенез, что может являться одной из причин нарушений в микроскопическом строении, агглютинации и снижения фертильности сперматозоидов. Наличие выраженных изменений в процессе сперматогенеза при физическом отсутствии наночастиц золота в ткани семенников позволяет высказать предположение о том, что возможно имеет место токсическое действие продуктов биодеградации на-ночастиц золота с помощью оксидаз и, в частности миело-пероксидазы нейтрофильных лейкоцитов. Отсутствие повышения уровня постимплан-тационных потерь побудило отвергнуть и гипотезу о проявлении у веществ мутагенной активности.
В этой связи представляется очевидным факт наличия у оцениваемых соединений цитотоксических свойств. Результаты автометаллографических исследований свидетельствуют, что препарат
нанозолота не проникает в сами семенники. В то же время нельзя исключить их попадания и возможного накопления в хвостовой части придатков гонад, содержащих зрелые половые клетки. По всей видимости, попадая в придатки, вещество оказывало негативное влияние на гаметы, изменяя их морфологию и вызывая агглютинацию, что в дальнейшем естественным образом сказывалось на способности самцов к полноценному оплодотворению. Подтверждением корректности этого предположения могут служить предварительные данные, полученные in vitro при смешении свежего донорского образца (одного!) спермы человека с 9 нм частицами золота, содержавшимися в растворе в концентрации 44 ppm [4]. Авторы наблюдали явные признаки сперматоксичности - утрату сперматозоидами подвижности (25% подвижных форм против 95% в контроле), проникновение наночастиц в головки и хвостовую часть гамет и де-фрагментацию части из них. Токсическое поражение гонад описано также и после воздействия солей золота в мак-роразмерном состоянии [5].
В отличие от самцов, в аналогичном эксперименте на самках гонадотоксического эффекта выявить не удалось, несмотря на то, что в условиях in vitro R. Stelzer и R. Hutz после инкубации культуры клеток яичника с 10 нм частицами золота обнаруживали их проникновение в гранулёзные клетки [5], in vivo, как свидетельствуют наши автометаллографические исследования, гематофолликулярный барьер для наночастиц золота, видимо, непроницаем.
В то же время при длительном введении самкам зарегистрировано накопление наночас-тиц золота в ряде образований ретикуло-эндотелиальной системы. При введении нанозоло-та беременным самкам также
обнаружено проникновение наночастиц в фетальные ткани, в частности, в печень плода. В структурных элементах самого гематоплацентарного барьера частицы нанозолота не определялись: в исследуемом материале сформированной плаценты (21 ДБ) лишь у отдельных животных встречались небольшие скопления зёрен в эндотелии сосудов и в базальной отпадающей оболочке со стороны материнской части.
Следует отметить, что вопрос о способности наночастиц золота преодолевать плацентарный барьер расценивается в литературе как спорный: наряду с исследованиями, результаты которых подтверждают возможность пенетра-ции золотых наночастиц через плаценту [7,8], опубликованы данные, где проницаемость плацентарного барьера для наночастиц отрицается [9,10]. Установленный факт наличия наночастиц золота в печени плода при отсутствии их в плаценте, заставляет рассмотреть и такие возможности, как миграция частиц золота в зародышевые ткани на более раннем этапе (при закладке эмбриона и начальных стадиях формирования плаценты), или существование параплацен-тарных путей проникновения этих частиц в организм плода.
Установленный факт аккумуляции наночастиц золота в тканях ретикулоэндотелиаль-ной системы взрослых самок и в печени плодов ставит на повестку дня вопрос, приводит ли их присутствие к каким-либо нарушениям гомеостаза -как в окончательно сформировавшемся организме, так и находящемся на этапе своего внутриутробного развития.
Проведённое обследование показало, что трёхнедельное введение наночастиц беременным самкам не вызывало нарушений внутриутробного развития их потомства. Микроанатомическими методами
исследования не удалось выявить грубых нарушений эмбриогенеза в виде повышения антенатальной гибели, анатомических пороков или общего торможения физического развития на организменном уровне.
Наночастицы золота не оказывали влияния на постнаталь-ную смертность потомства. Основные признаки прогрессирующего морфологического созревания, сенсорные функции (слух, зрение, обоняние) и способность к локомоторной координации у крысят этой группы и контрольной формировались синхронно. Поэтому несколько неожиданными оказались данные, полученные при обследовании 30-дневного потомства, когда при тотальной регистрации массы тела было обнаружено торможение её прироста. При выборочном исследовании эмоционально-двигательного поведения были выявлены изменения спонтанной двигательной активности.
По достижении потомством возраста репродуктивной зрелости нарушения биохимического гомеостаза у подопытных животных проявились повышением содержания пирови-ноградной кислоты. Сдвиги со стороны гематологических показателей свидетельствовали о серьёзном угнетении красного ростка кроветворения.
Отличный от контроля поведенческий паттерн потомство крыс, подвергшихся воздействию наночастиц золота, продемонстрировало и в этом возрасте. При наличии развитой способности к тонкой координации движений отмечено достоверное снижение суммарного числа элементарных актов поведения - преимущественно за счёт подавления горизонтального компонента спонтанной двигательной активности.
Оценка влияния наночастиц золота на эмбриофетогенез
млекопитающих, насколько позволяет судить анализ доступных информационных источников, проведёна впервые и потому полученные в НИР данные не имеют образца для сравнения.
Комплексная оценка изменений, выявленных в функциональной системе «мать-плод» при воздействии наночастиц золота, убеждает в том, что «носительство» на-ночастиц может носить бессимптомный характер только до определённого времени. Так, проникновение наночас-тиц золота к плоду на антенатальной стадии не имело значимых проявлений: эмбри-олетальный эффект отсутствовал, анатомические пороки не возникали, депрессии общего развития плодов не наблюдали. Девиации развития у потомства впервые обнаруживались в конце первого месяца жизни и к моменту достижения возраста репродуктивной зрелости не исчезали. Такая динамика сдвигов позволяет заключить, что прямой контакт наночастиц золота с эмбриональными тканями способен привести к формированию дефектов, проявляющихся после большого латентного периода и затем приобретающих характер длительно персистирую-щей патологии. Является ли такая закономерность характерной для наноматериалов вообще или она может быть
ограниченно экстраполирована только на ауронанопро-дукцию (или даже только на наночастицы золота сферической формы различных диаметров) - вопрос, заслуживающий дальнейшего тщательного и всестороннего экспериментального изучения.
Результаты настоящей работы свидетельствуют о наличии у наночастиц золота (сферическая форма, размер 5 нм) специфических видов токсичности.
ВЫВОДЫ:
Наночастицы даже такого инертного металла как золото при длительном пероральном поступлении в организм обладают специфической токсичностью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Синтез золотых коллоидных высокодисперсных наночастиц: отчёт о НИР инв. № 802 / Дыкман Л.А. [и др.] - Саратов: ИБФРМ РАН, 2009. - 10 с.
2. Габер, Е.С. Сперматогенез и его регуляция / Е.С. Габер [и др.]. - М.: Наука.
- 1983. - 232 с.
3. Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов. Методические указания: утв. Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко 5 июня 2009 г.: ввод. в действие с 05.06.2009 г. - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009 - 43 с.
4. Effect of gold nanoparticles on spermatozoa: the first world report / V. Wiwanitkit [et al.] // Fertil. Steril. - 2007.
- Dec 3. [Epub ahead of print].
5. Kamboj, V.P. Antitesticular effect of metallic and rare earth salts / V.P. Kamboj,
Наночастицы золота вызывают нарушения генеративной функции самцов белых крыс, не оказывая гонадотоксичес-кого действия на самок.
Наночастицы золота при внутрижелудочном введении беременным самкам не проявляют эмбриолетальной активности и не вызывают у потомства анатомических пороков развития.
Негативные последствия пренатального воздействия наночастиц золота диаметром 5 нм реализуются в виде девиаций постнатального развития потомства (торможение прироста массы тела, угнетение поведенческой активности, анемия, дестабилизация обменных процессов).
A.B. Kar // J. Reprod. Fertil. - 1964. - № 7. - P. 21-28.
6. Stelzer, R. Gold Nanoparticles Enter Rat Ovarian Granulosa Cells and Subcellular Organelles, and Alter In-Vitro Estrogen Accumulation / R. Stelzer, R. Hutz // Journal of Reproduction and Development. - 2009.
- №9. - P.168-172.
7. Takahashi, S. Cross placental transfer of 198Au-colloid in near term rats / S. Takahashi, O. Matsuoka // J. Radiat Res. -1981. - № 22. - P.242-249.
8. Biodistribution of 1.4- and 18-nm gold particles in rats / M. Semmler-Behnke [et al.] // Small. - 2008. - №4.
- P. 2108-2111.
9. Kinetics of gold nanoparticles in the human placenta / P. K. Myllynen [et al.] // Reproductive Toxicology. - 2008.- №26.-P.130-137.
10. Kupffer cells are central in the removal of nanoparticles from the organism /E. Sadauskas [et al.] // Part Fibre Toxicol.
- 2007. - №4. - P.10.
Filatov B.N., Tochilkina L.P., Bocharova L.Yu. , Maslennikova A.A., Pocheptsov A.Ya.,
Tobolskaya-Pospelova M.M.
Toxicological and hygienic aspects of the safety problem in the manufacture of gold nanoparticles -based products
Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology, Volgograd
In experiments on outbred mice it was shown that gold nanoparticles ( spherical shape, 5 nm in size) at long peroral administration produce specific toxicity. Disturbances in generative function of white mice males were revealed. Negative consequences of prenatal exposure to gold nanoparticles of 5 nm diameter manifest in aberrant postnatal development of offspring.
Материал поступил в редакцию 21.04.2010 г.
