medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2021-100-12-1404-1411medlit-1882Research ArticleМЕДИЦИНА ТРУДАOCCUPATIONAL HEALTHСочетанное действие свинца и физической нагрузки на организм крыс в субхроническом экспериментеThe combined action of lead and physical load in a subchorionic experiment on ratshttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845МинигалиеваИльзира АмировнаMinigalievaIlzira A.

Зав. отд. токсикологии и биопрофилактики, ФБУН «ЕМНЦ ПОЗРПП» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург.

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

MD, PhD, Head of the Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, Yekaterinburg, 620014, Russia.

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

ilzira-minigalieva@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2677-0479РябоваЮ. В.RyabovaIuliya V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМ. П.SutunkovaMarina P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6475-7753ГурвичВ. Б.GurvichVladimir B.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1442-6737ПриваловаЛ. И.PrivalovaLarisa I.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6718-3217ПановВ. Г.PanovVladimir G.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0927-4062КлиноваС. В.KlinovaSvetlana N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8580-403XСоловьеваС. Н.SolovyevaSvetlana N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2726-9259СахаутдиноваР. Р.SakhautdinovaRenata R.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8750-9624КацнельсонБ. А.KatsnelsonBoris A.noemail@neicon.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский — научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersФБУН «Екатеринбургский медицинский — научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека; ФГБУН «институт промышленной экологии уральского отделения российской академии наук»Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers; The Institute of Industrial Ecology, the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences2021231220211001214041411Copyright © Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Привалова Л.И., Панов В.Г., Клинова С.В., Соловьева С.Н., Сахаутдинова Р.Р., Кацнельсон Б.А., 20212021Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Привалова Л.И., Панов В.Г., Клинова С.В., Соловьева С.Н., Сахаутдинова Р.Р., Кацнельсон Б.А.Minigalieva I.A., Ryabova I.V., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Privalova L.I., Panov V.G., Klinova S.N., Solovyeva S.N., Sakhautdinova R.R., Katsnelson B.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/1882Введение

Введение. Экспозиция организма к свинцу, связанная с условиями труда (особенно в горно-металлургическом производстве), как правило, сочетается с мышечной работой. Однако влияние этого сочетания на развитие патологического процесса досконально не изучено.

Материалы и методы

Материалы и методы. В течение 6 нед белые беспородные крысы-самцы получали внутрибрюшинно ацетат свинца в дозе 11 мг/кг, соответствующей 1/20 ЛД50, 3 раза в неделю. Физическая нагрузка животных осуществлялась на тредмиле 5 раз в неделю (вынужденный бег со скоростью 25 м/мин по 10 мин в день).

Результаты

Результаты. Развившаяся интоксикация в группе, подвергавшейся воздействию только свинца, может быть охарактеризована как умеренно выраженная: из числа оценённых показателей состояния организма крыс статистически значимые неблагоприятные сдвиги в сравнении с контролем были отмечены по 33,5% показателей, среди которых увеличение содержания копропорфирина в моче, увеличение процентного соотношения ретикулоцитов в периферической крови, снижение среднего содержания гемоглобина в эритроците. Под влиянием физической нагрузки в 23,7% показателей вредный эффект свинца усилен, в 28,9% — ослаблен, в 47,4% фактически не изменился.

Заключение

Заключение. Развившаяся у крыс интоксикация при изолированном действии свинца была умеренно выраженной и неоднозначно изменялась под влиянием мышечных нагрузок. Математический анализ, основанный на модели поверхности отклика, показал, что сочетанное действие этих двух факторов характеризуется типологическим разнообразием в зависимости не только от того, по какому конкретному эффекту оно оценивается, но также от дозы и уровня эффекта.

Участие авторов

Участие авторов:

Минигалиева И

Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, написание текста, утверждение окончательного варианта статьи;

Рябова Ю

Рябова Ю.В. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, статистическая обработка, иллюстрации, написание текста;

Сутункова М

Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, утверждение окончательного варианта статьи;

Гурвич В

Гурвич В.Б. — редактирование, утверждение окончательного варианта статьи;

Привалова Л

Привалова Л.И. — концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи;

Панов В

Панов В.Г. — статистическая обработка, иллюстрации;

Клинова С

Клинова С.В. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, статистическая обработка;

Соловьева С

Соловьева С.Н. — концепция и дизайн исследования;

Сахаутдинова Р

Сахаутдинова Р.Р. — сбор и обработка материала;

Кацнельсон Б

Кацнельсон Б.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Заключение комиссии по биоэтике. Локальная комиссия по биоэтике ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора одобрила это исследование, проведённое в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или других научных целей (ETS No. 123), Директивой Европейского Парламента и Совета Европейского союза 2010/63 / EU от 22.09.2010 о защите животных, используемых в научных целях.

Поступила

Поступила: 16.11.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 30.12.2021

Introduction

Introduction. Exposure to lead associated with working conditions (especially in mining and metallurgical production) is usually combined with muscular work. However, the influence of this combination on the pathological process development has not been thoroughly studied.

Materials and methods

Materials and methods. During six weeks, white outbred male rats received intraperitoneal lead acetate at a dose of 11 mg / kg, corresponding to 1/20 LD50, three times a week and/or five times a week physical exercises (forced running for 10 minutes at a speed of 25 m/min).

Results

Results. As can be seen from the results, lead caused statistically significant shifts in 33.5% of the organism’s status indices, pointing to the onset of a moderate subchronic intoxication. Content of coproporphyrin in urine and percentage of reticulocytes in the peripheral blood increased, the average content of haemoglobin in the erythrocyte decreased. Under physical activity the harmful effect of lead enhanced in 23.7% of indices and weakened in 28.9% of indices. We did not find changes in 47.4% of indices. 

Conclusion

Conclusion. Lead intoxication changes ambiguously under the influence of physical exercises. The type of combined effect of lead toxicity and physical activities depends on the outcome by which this type is assessed, on this outcome’s level and the dose ratio.

Contribution

Contribution:

Minigalieva I

Minigalieva I.A. — the concept and design of the study, writing the text;

Ryabova Yu

Ryabova Yu.V. — concept and design of research, collection and processing of material, statistical processing, preparation of drawings, writing the text;

Sutunkova M

Sutunkova M.P. — concept and design of the study;

Gurvich V

Gurvich V.B. — editing;

Privalova L

Privalova L.I. — concept and design of the study, editing;

Panov V

Panov V.G. — statistical processing, preparation of drawings;

Klinova S

Klinova S.V. — concept and design of research, collection and processing of material, statistical processing;

Solovieva S

Solovieva S.N. — the concept and design of the study;

Sakhautdinova R

Sakhautdinova R.R. — collection and processing of material;

Katsnelson B

Katsnelson B.A. — research concept and design, editing. 

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

The conclusion of the committee on biomedical ethics: the Local ethics committee of the Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers approved this study carried out under the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experiments or Other Scientific Purposes (ETS N 123), Directive of the European Parliament and Council of the European Union 2010/63/EU of 22.09.2010 on the protection of animals used for scientific purposes.

Received

Received: October 16, 2021 / Accepted: November 25, 2021 / Published: December 30, 2021

свинецсвинцовая интоксикациямышечные нагрузкитредмилсочетанное действиеизоболыповерхность откликаleadlead intoxicationexercisetreadmillcombined toxicityresponse surface methodologyisobologramsReferencesКацнельсон Б.А. О некоторых механизмах комбинированного действия, играющих роль в патогенезе силикоза. В кн.: Комбинированное действие химических и физических факторов производственной среды. Свердловск; 1972.Katsnelson B.A. Some mechanisms of combined action that play a role in the pathogenesis of silicosis. In: Combined Action of Chemical and Physical Factors of the Industrial Environment [Kombinirovannoe deystvie khimicheskikh i fizicheskikh faktorov proizvodstvennoy sredy]. Sverdlovsk; 1972. (in Russian)Кустов В.В., Тиунов Л.А., Васильев Г.А. Комбинированное действие промышленных ядов. М.: Медицина; 1975.Kustov V.V., Tiunov L.A., Vasil’ev G.A. Combined Action of Industrial Poison [Kombinirovannoe deystvie promyshlennykh yadov]. Moscow: Meditsina; 1975. (in Russian)Llerena F., Maynar M., Barrientos G., Palomo R., Robles M.C., Caballero M.J. Comparison of urine toxic metals concentrations in athletes and in sedentary subjects living in the same area of Extremadura (Spain). Eur. J. Appl. Physiol. 2012; 112(8): 3027-31. https://doi.org/10.1007/s00421-011-2276-6Llerena F., Maynar M., Barrientos G., Palomo R., Robles M.C., Caballero M.J. Comparison of urine toxic metals concentrations in athletes and in sedentary subjects living in the same area of Extremadura (Spain). Eur. J. Appl. Physiol. 2012; 112(8): 3027–31. https://doi.org/10.1007/s00421-011-2276-6Maynar-Mariño M., Llerena F., Bartolomé I., Crespo C., Muñoz D., Robles M.C., et al. Effect of long-term aerobic, anaerobic and aerobic-anaerobic physical training in seric toxic minerals concentrations. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 45: 136-41. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.10.007Maynar-Mariño M., Llerena F., Bartolomé I., Crespo C., Muñoz D., Robles M.C., et al. Effect of long-term aerobic, anaerobic and aerobic-anaerobic physical training in seric toxic minerals concentrations. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 45: 136–41. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.10.007Roshan V.D., Assali M., Moghaddam A.H., Hosseinzadeh M., Myers J. Exercise training and antioxidants: effects on rat heart tissue exposed to lead acetate. Int. J. Toxicol. 2011; 30(2): 190-6. https://doi.org/10.1177/1091581810392809Roshan V.D., Assali M., Moghaddam A.H., Hosseinzadeh M., Myers J. Exercise training and antioxidants: effects on rat heart tissue exposed to lead acetate. Int. J. Toxicol. 2011; 30(2): 190–6. https://doi.org/10.1177/1091581810392809Shahandeh M., Roshan V.D., Hosseinzadeh S., Mahjoub S., Sarkisian V. Chronic exercise training versus acute endurance exercise in reducing neurotoxicity in rats exposed to lead acetate. Neural. Regen. Res. 2013; 8(8): 714-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-5374.2013.08.006Shahandeh M., Roshan V.D., Hosseinzadeh S., Mahjoub S., Sarkisian V. Chronic exercise training versus acute endurance exercise in reducing neurotoxicity in rats exposed to lead acetate. Neural. Regen. Res. 2013; 8(8): 714–22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-5374.2013.08.006ICLAS. International guiding principles for biomedical research involving animals; 2012.ICLAS. International guiding principles for biomedical research involving animals; 2012.Р 1.2.3156-13. Оценка токсичности и опасности химических веществ и их смесей для здоровья человека. М.; 2013.R 1.2.3156-13. Assessment of the toxicity and hazard of chemicals and their mixtures for human health. Moscow; 2013. (in Russian)Иванова Л.А. Цитохимия ферментов клеток крови в диагностике, оценке характера течения и эффективности терапии некоторых профессиональных заболеваний: Автореф. дисс. … д-ра мед. наук. М.; 1991.Ivanova L.A. Cytochemistry of blood cell enzymes in the diagnosis, assessment of the nature of the course and the effectiveness of therapy for certain occupational diseases: Diss. Мoscow; 1991. (in Russian)Кондрашова М.Н. Накопление и использование янтарной кислоты в митохондриях. В кн.: Митохондрии. Молекулярные механизмы ферментативных реакций. М.: Наука; 1972: 151-70.Kondrashova M.N. Accumulation and utilization of succinic acid in mitochondria. In: Mitochondria. Molecular Mechanisms of Enzymatic Reactions [Mitokhondrii. Molekulyarnye mekhanizmy fermentativnykh reaktsiy]. Moscow: Nauka; 1972: 151–70. (in Russian)Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., et al. Some patterns of metallic nanoparticles’ combined subchronic toxicity as exemplified by a combination of nickel and manganese oxide nanoparticles. J. Food Chem. Toxicol. 2015; 86: 351-64. https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.11.012Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., et al. Some patterns of metallic nanoparticles’ combined subchronic toxicity as exemplified by a combination of nickel and manganese oxide nanoparticles. J. Food Chem. Toxicol. 2015; 86: 351–64. https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.11.012Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., et al. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicology. 2017; 380: 72-93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., et al. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicology. 2017; 380: 72–93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007Klotz K., Göen T. Human biomonitoring of lead exposure. Met. Ions. Life Sci. 2017; 10: 17. https://doi.org/10.1515/9783110434330-006Klotz K., Göen T. Human biomonitoring of lead exposure. Met. Ions. Life Sci. 2017; 10: 17. https://doi.org/10.1515/9783110434330-006Kayaaltı Z., Sert S., Kaya-Akyüzlü D., Söylemez E., Söylemezoğlu T. Association between delta-aminolevulinic acid dehydratase polymorphism and placental lead levels. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2016; 41: 147-51. https://doi.org/10.1016/j.etap.2015.11.017Kayaaltı Z., Sert S., Kaya-Akyüzlü D., Söylemez E., Söylemezoğlu T. Association between delta-aminolevulinic acid dehydratase polymorphism and placental lead levels. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2016; 41: 147–51. https://doi.org/10.1016/j.etap.2015.11.017Lee S.H. The effects of lead exposure on hematocrit and hemoglobin. Korean J. Prev. Med. 1980; 13(1): 41-6.Lee S.H. The effects of lead exposure on hematocrit and hemoglobin. Korean J. Prev. Med. 1980; 13(1): 41–6.Peters J.L., Perry M.J., McNeely E., Wright R.O., Heiger-Bernays W., Weuve J. The association of cadmium and lead exposures with red cell distribution width. PLoS One. 2021; 16(1): e0245173. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245173Peters J.L., Perry M.J., McNeely E., Wright R.O., Heiger-Bernays W., Weuve J. The association of cadmium and lead exposures with red cell distribution width. PLoS One. 2021; 16(1): e0245173. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245173Oyedotun K.S., Lemire B.D. The quaternary structure of the saccharomyces cerevisiae succinate dehydrogenase: homology modeling, cofactor docking, and molecular dynamics simulation studies. J. Biol. Chem. 2004; 279(10): 9424-31. https://doi.org/10.1074/jbc.M311876200Oyedotun K.S., Lemire B.D. The quaternary structure of the saccharomyces cerevisiae succinate dehydrogenase: homology modeling, cofactor docking, and molecular dynamics simulation studies. J. Biol. Chem. 2004; 279(10): 9424–31. https://doi.org/10.1074/jbc.M311876200Федорин Д.Н., Добычина М.А., Лопырева М.В., Черкасских М.В., Епринцев А.Т. Зависимость экспрессии генов мембранно-связанных субъединиц сукцинатдегидрогеназы от степени метилирования отдельных СО-динуклеотидов их промоторов. Auditorium. 2017; (2): 65-70.Fedorin D.N., Dobychina M.A., Lopyreva M.V., Cherkasskikh M.V., Eprintsev A.T. Dependence of gene expression of membrane-bound subunits of succinate dehydrogenase on the degree of methylation of individual CO dinucleotides of their promoters. Auditorium. 2017; (2): 65–70. (in Russian)Tarugi P., Calandra S., Borella P., Vivoli G.F. Heavy metals and experimental atherosclerosis. Effect of lead intoxication on rabbit plasma lipoproteins. Atherosclerosis. 1982; 45(2): 221-34. https://doi.org/10.1016/0021-9150(82)90140-XTarugi P., Calandra S., Borella P., Vivoli G.F. Heavy metals and experimental atherosclerosis. Effect of lead intoxication on rabbit plasma lipoproteins. Atherosclerosis. 1982; 45(2): 221–34. https://doi.org/10.1016/0021-9150(82)90140-XSkoczyńska A., Smolik R., Jeleń M. Lipid abnormalities in rats given small doses of lead. Arch. Toxicol. 1993; 67(3): 200-4. https://doi.org/10.1007/BF01973308Skoczyńska A., Smolik R., Jeleń M. Lipid abnormalities in rats given small doses of lead. Arch. Toxicol. 1993; 67(3): 200–4. https://doi.org/10.1007/BF01973308Anatskaya O.V., Vinogradov A.E. Genome multiplication as adaptation to tissue survival: Evidence from gene expression in mammalian heart and liver. Genomics. 2007; 89(1): 70-80. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2006.08.014Anatskaya O.V., Vinogradov A.E. Genome multiplication as adaptation to tissue survival: Evidence from gene expression in mammalian heart and liver. Genomics. 2007; 89(1): 70–80. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2006.08.014Абылаев Ж. Состояние эндокринной системы при хронической свинцовой интоксикации: Автореф. дисс. … д-ра мед. наук. М.; 1990.Abylaev Zh. The state of the endocrine system in chronic lead intoxication: Diss. Moscow; 1990. (in Russian)García-Lestón J., Méndez J., Pásaro E., Laffon B. Genotoxic effects of lead: an updated review. Environ. Int. 2010; 36(6): 623-36. https://doi.org/10.1016/j.envint.2010.04.011García-Lestón J., Méndez J., Pásaro E., Laffon B. Genotoxic effects of lead: an updated review. Environ. Int. 2010; 36(6): 623–36. https://doi.org/10.1016/j.envint.2010.04.011Katsnelson B.A., Tsepilov N.A., Panov V.G., Sutunkova M.P., Varaksin A.N., Gurvich V.B., et al. Applying theoretical premises of binary toxicity mathematical modeling to combined impacts of chemical plus physical agents (a case study of moderate subchronic exposures to fluoride and static magnetic field). Food Chem. Toxicol. 2016; 95: 110-20. https://doi.org/10.1016/j.fct.2016.06.024Katsnelson B.A., Tsepilov N.A., Panov V.G., Sutunkova M.P., Varaksin A.N., Gurvich V.B., et al. Applying theoretical premises of binary toxicity mathematical modeling to combined impacts of chemical plus physical agents (a case study of moderate subchronic exposures to fluoride and static magnetic field). Food Chem. Toxicol. 2016; 95: 110–20. https://doi.org/10.1016/j.fct.2016.06.024Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Shur V.Y., et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of Engineered Nanoparticles. Singapore; 2017: 259-319.Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Shur V.Y., et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of Engineered Nanoparticles. Singapore; 2017: 259–319.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.