Влияние нетоксических доз бензола на липидный спектр крови в эксперименте Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 1 - P. 104-107

УДК: [547.31-02:612.123]-092.9 DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16332

ВЛИЯНИЕ НЕТОКСИЧЕСКИХ ДОЗ БЕНЗОЛА НА ЛИПИДНЫЙ СПЕКТР КРОВИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Н.В. ШАРАПОВА, A.A. ПЕТРОВА, Д.С. КАРМАНОВА, С.И. КРАСИКОВ

ФГБОУВО «Оренбургский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской

Федерации, ул. Советская, д. 6, г. Оренбург, 460000, Россия

Аннотация. В работе изучалось влияние нетоксических доз бензола на показатели липидного спектра крови при нормальной и гиперкалорийной диете в эксперименте на животных. Показано, что длительное потребление крысами питьевой воды, содержащей бензол в концентрации 0,015 мг/л, что составляет 0,5 предельно-допустимой концентрации, приводило к развитию дислипидемии. При этом характерным для липидного спектра крови было повышение уровня общего холестерина и триглицеридов, а также снижение уровня холестерина липопротеинов высокой плотности. Повышение калорийности диеты за счет включения в рацион насыщенных жиров на 10% от обычного рациона не вызывало существенных изменений в липид-ном спектре сыворотки крови. Вместе с тем, при сочетанном поступлении в организм малых доз бензола и диеты повышенной калорийности выраженность гиперхолестеринемии и дислипидемии были наиболее существенными. Как один из возможных механизмов гиперхолестеринемии и дислипидемии при действии малых доз бензола рассматривают развивающийся в таких случаях окислительный стресс как результат метаболизма этого поллютанта. Потенцирование описанных сдвигов при незначительном повышении калорийности диеты за счет включения в рацион насыщенных липидов, вероятно, связано с характерным для насыщенных жирных кислот влиянием на метаболизм липопротеинов и на систему транспорта холестерина.

Ключевые слова: бензол, диета повышенной калорийности, липидный спектр, дислипопротеинемия.

Введение. Согласно современным представлениям, загрязнители окружающей среды, особенно из числа стойких органических поллютантов, играют важную роль в развитии метаболических нарушений, и прежде всего таких, как ожирение, сахарный диабет 2-го типа, метаболический синдром [4]. Большинство сведений о подобном влиянии поллютантов на метаболические нарушения основаны на данных эпидемиологических исследований [6,7]. Вместе с тем изучение конкретных механизмов, через которые загрязнители окружающей среды реализуют свои метаболические эффекты, а также условия, при которых данные механизмы реализуют негативные действия на организм человека и животных изучены в меньшей степени [1,12]. В частности, малоизучен вопрос о возможности влияния малых доз поллютантов, наиболее распространенных в окружающей среде.

В связи с этим цель исследования заключалась в изучении влияния нетоксических доз одного из широко распространенных загрязнителей окружающей среды ароматического углеводорода - бензола, на липидный спектр крови - один из важных критериев развития метаболического синдрома, избыточной массы тела и атеросклероза, как при изолированном воздействии, так и на фоне умеренно повышенной калорийности диеты [10,15].

Материалы и методы исследования. Исследование выполнено на самцах крыс линии которые содержались в стандартных условиях вивария с соблюдением циклов «день-ночь» (12/12 ч). Животные были разделены на 4 группы по 15 крыс в каждой. Животные I группы в течение опыта получали стандартный рацион питания, очищенную бу-тилированную воду из местного артезианского источника и служили контролем. Крысы II группы получали стандартный рацион питания и воду с бензо-

лом в концентрации 0,015 мг/л, что соответствует 0,5 ПДК. Крысы III группы во время эксперимента дополнительно к стандартному рациону получали 1г маргарина, представляющего собой смесь липидов с высоким содержанием насыщенных жирных кислот. Количество дополнительно вводимого жира рассчитывалось исходя из увеличения энергетической ценности рациона на 10%. Животные, входящие в IV группу, содержались на диете повышенной калорийности и для питья получали воду, содержащую бензол в концентрации 0,015 мг/л. В течение всего эксперимента животным был обеспечен неограниченный доступ к воде и пище.

Продолжительность эксперимента составила 7 недель, после чего животных с соблюдением этических норм и правил работы с лабораторными животными выводили из эксперимента, подвергая эвтаназии путем декапитации. Кровь собирали в пробирки с активатором свертывания (кремниевое напыление), центрифугировали после образования в них сгустка крови 15 минут при 2400 об/мин («ЕВА 200») после чего отбирали сыворотку для биохимических исследований.

Содержание общего холестерина (ОХС), холестерина липопротеинов высокой плотности (ХС ЛПВП), холестерина липопротеинов низкой плотности (ХС ЛПНП), триацилглицеринов (ТАГ) в сыворотке крови определяли на автоматическом биохимическом анализаторе C0BAS-6000 (Швейцария).

Экспериментальные исследования проводили, руководствуясь требованиями, изложенными в «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (1986 г.) и в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2019 - Т. 26, № 1 - С. 104-107 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 1 - P. 104-107

12.08.1977 r. №755) с соблюдением этических норм и гуманного отношения к объектам изучения и с одобрением этического комитета Центра.

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета «Microsoft Excel». Для множественных и парных сравнений средних величин использовали метод однофакторного дисперсионного анализа, а также критерий Стьюдента. В медико-биологических исследованиях при оценке достоверности результатов различие сравниваемых показателей принято считать статистически значимыми при p<0,05 и p<0,01 [2].

Результаты и их обсуждение. Как показали результаты исследований, животные всех групп на начальных этапах эксперимента потребляли в среднем 15-20 мл воды в сутки. С увеличением массы крыс суточное количество потребляемой воды возрастало до 25-30 мл. Таким образом, у животных, получавших для питья воду, содержащую бензол, суточное поступление в организм данного поллю-танта составляло в среднем 0,2-0,3 мкг. В итоге, за весь период эксперимента животные получили примерно 10 мкг бензола. Данное количество существенно ниже доз, оказывающих токсические эффекты [5,9,13,14].

Таблица

Липидный спектр крови при действии бензола и ДПК (M±m)

Как следует из представленных в таблице материалов, хроническое поступление в организм крыс с питьевой водой бензола в указанных количествах приводило к увеличению в сыворотке крови концентрации общего холестерина на 12%, по сравнению с интактными животными. Одновременно с этим, доля холестерина, приходящегося на фракцию ЛПВП, напротив, снижалась на 12%. В результате интегральный показатель - индекс атерогенности у животных, получавших воду содержащую бензол,

вырос на 42%, по сравнению с контролем. Уровень ХС ЛПНП при этом не менялся, а содержание ТАГ в сыворотке крови увеличивалось на 16,5% от уровня интактных крыс.

Таким образом, длительное поступление в организм с водой нетоксических доз бензола приводит к сдвигам в липопротеидном спектре крови в сторону снижения антиатерогенных фракций холестерина на долю увеличения общего его содержания.

Как следует далее из представленных данных, увеличение энергетической ценности диеты животных за счет включения в рацион липидов с большим содержанием насыщенных жирных кислот также приводило к увеличению содержания общего холестерина в сыворотке крови на 10,9%, но при этом не влияло на уровень ХС ЛПВП и ХС ЛПНП, а также на индекс атерогенности. Содержание ТАГ при этом также существенно не изменялось.

Наиболее существенным итогом проведенных экспериментов явилось то, что поступление в организм животных низких доз бензола на фоне незначительного повышения калорийности рациона оказывало еще более выраженный гиперхолестерине-мический эффект, чем на фоне стандартной диеты. Из представленных материалов видно, что концентрация общего холестерина в сыворотке крови при поступлении с водой бензола на фоне диеты повышенной калорийности было на 10% выше, чем при поступлении бензола и обычной диете. В итоге, ги-перхолестеринемия в этой группе была выше, чем в контроле на 23%. Уровень ХС ЛПВП, напротив, при поступлении бензола в организм на фоне диеты повышенной калорийности был на 23% ниже, чем у крыс, получавших бензол на фоне стандартной диеты, и почти на 39% ниже контрольных величин.

В итоге, индекс атерогенности у животных данной группы был на 19% выше, чем при потреблении бензола и стандартном рационе, а по сравнению с интактными животными, увеличивался почти на 70%.

Таким образом, незначительное повышение калорийности диеты за счет дополнительного включения в рацион насыщенных жирных кислот, само по себе оказывало незначительное влияние на липидный спектр крови, но в комбинации с бензолом отмечался взаимно потенцирующий эффект на развитие гиперхолестеринемии, а также сдвиги липид-ного спектра в сторону снижения антиатерогенной фракции и, напротив, повышения концентрации ЛПНП - атерогенной фракции холестерина.

Одна из наиболее вероятных причин наблюдаемых при хроническом поступлении в организм малых доз бензола гиперхолестеринемии и дисли-попротеинемии, нам представляется, связана с активацией процессов свободно-радикального окисления, которое как было показано ранее [3] закономерно возникает при длительном потреблении животными воды, содержащей данный поллютант. Ре-

Показатель Группа p

I Контроль II Бензол III ДПК IV Бензол + ДПК

ОХС 1,37±0,05 1,5±0,025 1,52±0,035 1,69±0,1 p1-2 = 0,027802 p1-3 = 0,020690 p1-4 = 0,008033 p3-4 = 0,120226

ХС ЛПВП 1,29±0,05 1,14±0,5 1,25±0,05 0,93±0,1 pl2 = 0,767598 p1-3 = 0,576279 p1-4 = 0,003329 p3-4 = 0,008033

ХС ЛПНП 0,2±0,001 0,21±0,03 0,21±0,02 0,24±0,02 p1-2 = 0,741596 p1-3 = 0,621559 p1-4 = 0,055938 p3-4 = 0,298241

ИА 0,19±0,03 0,27±0,05 0,21±0,02 0,32±0,03 p1-2 = 0,181360 p1-3 = 0,583666 p1-4 = 0,004907 p3-4 = 0,005070

ТАГ 1,03±0,08 1,2±0,09 1,14±0,07 1,17±0,1 p1-2 =0,169438 p1-3 =0,309945 p1-4 =0,283957 p3-4 =0,807719

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 1 - P. 104-107

зультатом такой активации может быть перекисная модификация апобелков, входящих в состав липо-протеиновых фракций, приводящая к нарушению их обмена, и, как следствие, развитию дислипопротеи-немий [8].

Потенцирование описанных сдвигов при незначительном повышении калорийности диеты за счет включения в рацион насыщенных липидов, вероятно, связано с их влиянием и на метаболизм липопротеинов и на систему транспорта холестерина [11], что одновременно с перекисной модификацией апобелков липопротеинов способствует наиболее выраженной дислипопротеинемии и гиперхолестеринемии.

По результатам исследования можно сформулировать следующие выводы:

1. Длительное поступление в организм с водой нетоксических доз бензола приводит к развитию гиперхолестеринемии и изменениям в липидном спектре крови в сторону снижения антиатерогенных фракций холестерина.

2. Поступление в организм животных низких доз бензола на фоне незначительного повышения калорийности диеты оказывает более выраженный гиперхолестеринемический и дислипопротеинеми-ческий эффект, чем на фоне стандартной диеты.

THE EFFECT OF NON-TOXIC DOSES OF BENZENE ON BLOOD LIPID PROFILE IN THE EXPERIMENT N.V. SHARAPOVA, A.A. PETROVA, D.S. KARMANOVA, S.I. KRASIKOV

FBSEI HE "Orenburg State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation, 6 Sovetskay Srt.,

Orenburg, 460000, Russian Federation

Abstract. The influence of non-toxic doses of benzene on blood lipid profile in normal and high calorie diets in animal experiments was studied. It is shown that long-term consumption of drinking water containing benzene in concentration of 0.015 mg / l, which is 0.5 of the maximum permissible concentration, led to the development of dyslipidemia. At the same characteristic lipid profile was the elevation of total cholesterol and triglycerides and reduced cholesterol of lipoproteins of high density. Increasing the caloric content of the diet due to the inclusion of saturated fats in the diet by 10% of the usual diet did not cause significant changes in the lipid spectrum of blood serum. However, with the combined intake of small doses of benzene and a diet of high calorie, the severity of hypercholesterolemia and dyslipidemia were the most significant. One of the possible mechanisms of hypercholesterolemia and dyslipidemia under the action of small doses of benzene is the oxidative stress developing in such cases as a result of the metabolism of this pollutant. Potentiation of the described shifts with a slight increase in the caloric content of the diet due to the inclusion of saturated lipids in the diet is probably associated with the characteristic effect of saturated fatty acids on the metabolism of lipoproteins and on the cholesterol transport system.

Key words: benzene, high calorie diet, lipid profile, dyslipoproteinemia.

Литература / References

1. Байдина A.C., Носов A.E., Алексеев В.Б. Факторы риска метаболического синдрома у работников нефтедобывающего предприятия // Экология человека. 2013. № 12. С. 44-47 / Bajdina AS, Nosov AE, Alekseev VB. Faktory riska metabolicheskogo sindroma u rabotnikov neftedo-byvayushchego predpriyatiya [Risk factors for metabolic syndrome in employees of the oil company]. EHkologiya cheloveka. 2013;12:44-7. Russian.

2. Гланц С. Медико-биологическая статистика: Пер. с англ. М.: Практика, 1999 / Glanc S. Mediko-biologicheskaya statistika: Per. s angl. [Biomedical statistics: Per. from English.]. Moscow: Praktika; 1999. Russian.

Шарапова H.B., Карманова Д.С., Петрова A.A., Красиков С.И. Длительное поступление в организм нетоксических доз бензола приводит к развитию окислительного стресса // Вестник новых медицинских технологий. 2018. Т.25, №3. С. 83-87 / SHarapova NV, Karmanova DS, Petrova AA, Krasi-kov SI. Dlitel'noe postuplenie v organizm netoksicheskih doz benzola privodit k razvitiyu okislitel'nogo stressa [A long-term institution in the organism of noxoxic doses of benzene causes the development of oxidative stress]. Vestnik novyh medicinskih tekhnologij. 2018;25(3):83-7. Russian.

3. Aggerbeck M., Blanc E.B. Role of mixtures of organic pollutants in the development of metabolic disorders via the activation of xenosensors // Current Opinion in Toxicology. 2018. Vol. 8. P. 57-65 / Aggerbeck M, Blanc EB. Role of mixtures of organic pollutants in the development of metabolic

disorders via the activation of xenosensors. Current Opinion in Toxicology. 2018;8:57-65.

4. Carbonari D., Chiarella P., Mansi A. Biomarkers of susceptibility following benzene exposure: influence of genetic polymorphisms on benzene metabolism and health effects // Biomark Med. 2016. Vol. 10(2). P. 145-163 / Carbonari D, Chiarella P, Mansi A. Biomarkers of susceptibility following benzene exposure: influence of genetic polymorphisms on benzene metabolism and health effects. Biomark Med. 2016;10(2):145-63.

5. Cave M., Brock G. Polychlorinated biphenyls, lead, and mercury are associated with liver disease in American adults: NHANES 2003-2004 // Environ Health Perspect. 2010. Vol. 118(12). P. 1735-1742 / Cave M, Brock G. Polychlorinated biphenyls, lead, and mercury are associated with liver disease in American adults: NHANES 2003-2004. Environ Health Perspect. 2010;118(12):1735-42.

6. Cave M., Khan R. Toxicant-associated steatohepatitis in vinyl chloride workers // Hepatology. 2010. Vol. 51(2). P. 474-481 / Cave M, Khan R. Toxicant-associated steatohepatitis in vinyl chloride workers. Hepatology. 2010;51(2):474-81.

7. El-Shakour A.A., El-Mekawy A. Effect of exposure to Benzene on oxidative stress and the functions of liver and kidney in rats J. Environ // J Environ Occup Sci. 2015. Vol. 4 (1). P. 34-39 / El-Shakour AA, El-Mekawy A. Effect of exposure to Benzene on oxidative stress and the functions of liver and kidney in rats J. Environ. J Environ Occup Sci. 2015;4(1):34-9.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 1 - P. 104-107

8. Fenga C. 8-Hydroxydeoxyguanosine as a biomarker of oxidative DNA damage in workers exposed to low-dose benzene // Toxicology Reports. 2017. Vol. 4. P. 291-295 / Fenga C. 8-Hydroxydeoxyguanosine as a biomarker of oxidative DNA damage in workers exposed to low-dose benzene. Toxicology Reports. 2017;4:291-5.

9. Fernández-Sánchez A., Morales-González J.A. Inflammation, oxidative stress, and obesity // Int J Mol Sci. 2011. Vol. 12(5). P. 3117-3132 / Fernández-Sánchez A, Morales-González JA. Inflammation, oxidative stress, and obesity. Int J Mol Sci. 2011;12(5):3117-32.

10. Hamza-Reguig S. Effect of replacing sardine oil with margarine on dyslipidemia, dysglycemia and redox status of adipose tissue in higt-fat diet-induced obesity in Wistar rats // Nutrition & Food Science. 2017. Vol. 47, №1. P. 2-17 / Hamza-Reguig S. Effect of replacing sardine oil with margarine on dys-lipidemia, dysglycemia and redox status of adipose tissue in higt-fat diet-induced obesity in Wistar rats. Nutrition & Food Science. 2017;47(1):2-17.

11. Rappaport S.M., Kim S., Thomas R. Low-dose metabolism of benzene in humans: science and obfuscation // Carcinogenesis. 2013. Vol. 34 (1). P. 2-9 / Rappaport SM, Kim S, Thomas R. Low-dose metabolism of benzene in humans: science and obfuscation. Carcinogenesis. 2013;34(1):2-9.

12. Fenga C., Gangemi S., Giambo F. Low-dose occupational exposure to benzene and signal transduction pathways

involved in the regulation of cellular response to oxidative stress // Life Sciences. 2016. Vol. 147. P. 67-70 / Fenga C, Gangemi S, Giambo F. Low-dose occupational exposure to benzene and signal transduction pathways involved in the regulation of cellular response to oxidative stress. Life Sciences. 2016;147:67-70.

13. Lovreglio P., Carrieri M., Barbieri A. Monitoring of the occupational and environmental exposure to low doses of benzene // Giornale Italiano di Medicina Del Lavoro Ed Ergo-nomia. 2013. Vol. 35 (4). P. 251-255 / Lovreglio P, Carrieri M, Barbieri A. Monitoring of the occupational and environmental exposure to low doses of benzene. Giornale Italiano di Medicina Del Lavoro Ed Ergonomia. 2013;35(4):251-5.

14. Weinstein J.R., Asteria-Penaloza R., Diaz-Artiga A., Davila G., Thompson L.M. Exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and volatile organic compounds among recently pregnant rural Guatemalan women cooking and heating with solid fuels // International Journal of Hygiene and Environmental Health. 2017. Vol. 220 (4). P. 726-735 / Weinstein JR, Aste-ria-Penaloza R, Diaz-Artiga A, Davila G, Thompson LM. Exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and volatile organic compounds among recently pregnant rural Guatemalan women cooking and heating with solid fuels. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 2017;220(4):726-35.

Библиографическая ссылка:

Шарапова H.B., Петрова А.А., Карманова Д.С., Красиков С.И. Влияние нетоксических доз бензола на липидный спектр крови в эксперименте // Вестник новых медицинских технологий. 2019. №1. С. 104-107. DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16332.

Bibliographic reference:

Sharapova NV, Petrova AA, Karmanova DS, Krasikov SI. Vliyanie netoksicheskikh doz benzola na lipidnyy spektr krovi v eks-perimente [The effect of non-toxic doses of benzene on blood lipid profile in the experiment]. Journal of New Medical Technologies. 2019;1:104-107. DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16332. Russian.