medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2019-98-8-820-826medlit-379Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL INVESTIGATIONSРоль гормонов коры надпочечников в регуляции ответа организма при интратрахеальном введении крысам Wistar электролизной пылиThe role of adrenocortical hormones in the regulation of organism response to intratracheal injections of electrolysis dust to Wistar ratshttps://orcid.org/0000-0003-0170-3085ХрипачЛюдмила ВасильевнаKhripachLudmila V.

Доктор биологических наук, зав. лабораторией биохимических и молекулярно-генетических методов исследования ФГБУ «ЦСП» МЗ РФ.

e-mail: lkhripach@mail.ru

MD, Ph.D., DSci., head of the Laboratory of biochemical and molecular genetics methods of the Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health, Moscow, 119991, Russian Federation.

e-mail: lkhripach@mail.ru

lkhripach@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5279-5018КнязеваТ. Д.KnyazevaT. D.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9339-9310ЖелезнякЕ. В.ZheleznyakE. V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4622-8110КогановаЗ. И.KoganovaZ. I.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5291-9009ПинигинМ. А.PiniginM. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0089-5177ФедотоваЛ. А.FedotovaL. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4319-7192БударинаО. В.BudarinaO. V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3505-8344СабироваЗ. Ф.SabirovaZ. F.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8409-6713ШипулинаЗ. В.ShipulinaZ. V.noemail@neicon.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииCentre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health201914102020988820826Copyright © Хрипач Л.В., Князева Т.Д., Железняк Е.В., Коганова З.И., Пинигин М.А., Федотова Л.А., Бударина О.В., Сабирова З.Ф., Шипулина З.В., 20202020Хрипач Л.В., Князева Т.Д., Железняк Е.В., Коганова З.И., Пинигин М.А., Федотова Л.А., Бударина О.В., Сабирова З.Ф., Шипулина З.В.Khripach L.V., Knyazeva T.D., Zheleznyak E.V., Koganova Z.I., Pinigin M.A., Fedotova L.A., Budarina O.V., Sabirova Z.F., Shipulina Z.V.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/379Введение

Введение. Гормоны коры надпочечников играют ведущую роль в адаптации организма человека к воздействию повреждающих факторов. Целью исследования является сопоставление уровней кортизола (К) и биохимических маркёров повреждения организма (МПО) в пробах крови крыс при моделировании ингаляционного воздействия электролизной пыли (ЭП) – компонента выбросов производства алюминия с высоким содержанием смолистых веществ (СВ), в том числе 3-, 4-бензпирена.

Материал и методы

Материал и методы. Самцам крыс Wistar 1 раз в мес вводили в трахею ЭП в дозах, соответствующих содержанию животных при концентрациях ЭП 1; 5,2 и 25,1 мг/м3 в пересчёте на массу СВ. Через 2 нед после 1-го и 2-го введения ЭП и через 6 дней после 3-го в сыворотках крови определяли содержание К (методом иммуноферментного анализа) и 6 МПО: интенсивность люминол-зависимой хемилюминесценции, активность каталазы, N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы (NAG), кислой ДНКазы, ацетилэстеразы и γ-глутамилтрансферазы (ГГТ).

Результаты

Результаты. Через 2 нед после 1-го или 2-го введения ЭП (содержание К в 2 раза снижено или не изменялось) наблюдались сходные достоверные изменения почти всех МПО; влияние кратности введения выражалось в небольшом усилении окислительного стресса и достоверном увеличении активности ГГТ (маркёра предопухолевых изменений) при максимальной дозе. Через 6 дней после 3-го введения ЭП, на фоне увеличения содержания К в крови крыс в 1,5–2 раза, найдены небольшие достоверные изменения только одного маркёра (NAG). Полученные данные укладываются в существующие представления о защитной роли К и двухфазном характере его выделения в кровь, позволяют рассматривать отсутствие МПО на фоне увеличения уровня К как транзитную фазу и имеют общие проблемные моменты с синдромом CIRCI (Criticalillness-Related Corticosteroid Insufficiency) в клинике критических состояний.

Заключение

Заключение. Иммуноферментный анализ К легко встраивается в любой токсикологический протокол как показатель адаптивного ответа организма, но необходимы дальнейшие исследования для прояснения его характеристик и построения непрерывной модели из отдельных точек доза-время.

Introduction

Introduction. Adrenocortical hormones play a leading role in the adaptation of human organism to damaging factors.

The aim of this study is to compare levels of cortisol and biochemical markers of organism damage (MOD) in blood samples of rats under a model of electrolysis dust (ED) inhalation exposure. ED being component of emissions in aluminum production and has high content of resinous substances (RS), including 3,4-benzpyrene.

Material and methods

Material and methods. Male Wistar rats were injected ED intratracheally once per month, in doses corresponding to keeping of animals at ED concentrations of 1.0; 5.2 and 25.1 mg/m3, calculated on RS mass. 2 weeks after the 1st and 2nd ED administration and 6 days after the 3rd one, blood serum samples were used for determination of cortisol levels (ELISA) and the following 6 MOD: the intensity of luminol-enchanced chemiluminescence, activities of catalase, N-acetyl-β-D-glucosaminidase (NAG), acid DNAse, acetylesterase and γ-glutamyl transferase (GGT).

Results

Results. 2 weeks after the 1st and 2nd ED administrations (cortisol content 2 times reduced or not changed), similar significant changes were observed in almost all MOD; 2nd experimental point, if comparing with 1st point, had slight increase in oxidative stress and significant rise in GGT activity (a marker of precancer changes) at the maximum dose. On the contrary, 6 days after the 3rd injection of ED, in parallel with the increase of cortisol content in rat blood by 1.5 - 2 times, small significant changes were found for only one marker (NAG). The obtained data fit into existing concepts about protective role of cortisol and biphasic nature of its release into the blood, allow us to consider the absence of MOD, in parallel with rising levels of C, as a transit phase and have common problem aspects with CIRCI syndrome (Critical illness-Related Corticosteroid Insufficiency) in emergency medicine.

Conclusion

Conclusion. Determination of cortisol levels by ELISA assay can be easily incorporated into any toxicological protocol as index of organism adaptive response, but further investigations are needed to clarify its characteristics and to build continuous model from separate time-dose points.

адаптивный ответэлектролизная пылькрысыинтратрахеальное введениесыворотка кровикортизолбиохимические маркёры повреждения организмаadaptive responseelectrolysis dustratsintratracheal administrationblood serumcortisolbiochemical markers of organism damageReferencesСелье Г. Стресс без дистресса. М.: Прогресс; 1982. 126 с.Selye H. Stress without distress. M.: Progress; 1982. 126 p. (in Russian)Саноцкий И.В. Некоторые аспекты проблемы адаптации в возрастной токсикологии. Гигиена и санитария. 1971; 5: 87-90.Sanotskij I.V. Some aspects of adaptation problems in age toxicology. Gigiena i sanitarija [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 1971; 5: 87–90. (in Russian)Жолдакова З.И., Синицына О.О. Закономерности развития токсического процесса в зависимости от стадий дезорганизации и адаптации. Гигиена и санитария. 2014; 5: 112-6.Zholdakova Z.I., Sinitsina O.O. Regularities in the development of the toxic process in dependence on the stages of disorganization and adaptation Gigiena i sanitarija [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2014; 5: 112–6. (in Russian)Руководство Р 1.2.3156-13. Оценка токсичности и опасности химических веществ и их смесей для здоровья человека. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии; 2014. 639 c.Guidance Р 1.2.3156-13. Evaluation of the toxicity and hazard of chemicals and their mixtures for human health. M.: Federal Center for Hygiene and Epidemiology; 2014 639 p. (In Russian).Жукова Т.В., Белик С.Н., Свинтуховский О.А., Харагургиева И.М., Кононенко Н.А. Использование общих неспецифических адаптационных реакций организма для гигиенического нормирования химических соединений. Paradigmata Poznani. 2016; 4: 150-4.Zhukova T.V., Belik S.N., Svintukhovsky O.A., Kharagurgieva I.M., Kononenko N.A. The use of general nonspecific adaptive reactions of the organism for the hygienic rating of chemical compounds. Paradigmata Poznani. 2016; 4: 150–4. (in Russian)Al Sharef O., Feely J., Kavanagh P.V., Scott K.R., Sharma S.C. An HPLC method for the determination of the free cortisol/cortisone ratio in human urine. Biomed. Chromatogr. 2007; 21(11): 1201-1206Al Sharef O., Feely J., Kavanagh P.V., Scott K.R., Sharma S.C. An HPLC method for the determination of the free cortisol/cortisone ratio in human urine. Biomed. Chromatogr. 2007; 21(11): 1201-1206.Наконечная С.А. Характер нейромедиаторного ответа в организме животных на воздействие ксенобиотиков бытового назначения. Вісник української медичної стоматологічної академії. 2016; 16 (1): 230-3Nakonechnaya S.A. The nature of neurotransmitter response in the organism of animals onto administration of household xenobiotics. Visnik ukrainskoy medichnoy stomatologichnoy akademii. 2016; 16 (1): 230–3. (in Russian)Rastgar S., Movahedinia A., Savari A., Zanosi H., Rasoli M., Ardeshir R.A. Changes in the pituitary and hypothalamus monoaminergic neurotransmitters after acute and prolonged stress exposure to benzo(α)pyrene in Acanthopagrus latus. S.M. J. Environ. Toxicol. 2015; 1(1): 1003-1006. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1924.8724Rastgar S., Movahedinia A., Savari A., Zanosi H., Rasoli M., Ardeshir R.A. Changes in the pituitary and hypothalamus monoaminergic neurotransmitters after acute and prolonged stress exposure to benzo(α)pyrene in Acanthopagrus latus. S.M. J. Environ. Toxicol. 2015; 1(1): 1003-1006. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1924.8724Gesto M., Soengas J.L., Miguez J.M. Acute and prolonged stress responses of brain monoaminergic activity and plasma cortisol levels in rainbow trout are modified by PAHs (naphthalene, β-naphthoflavone and benzo(a)pyrene) treatment. Aquatic Toxicology. 2008; 86: 341-351.Gesto M., Soengas J.L., Miguez J.M. Acute and prolonged stress responses of brain monoaminergic activity and plasma cortisol levels in rainbow trout are modified by PAHs (naphthalene, β-naphthoflavone and benzo(a)pyrene) treatment. Aquatic Toxicology. 2008; 86: 341–351.Tintos A., Gesto M., Míguez J.M., Soengas J.L. beta-Naphthoflavone and benzo(a)pyrene treatment affect liver intermediary metabolism and plasma cortisol levels in rainbow trout Oncorhynchus mykiss. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008; 69(2): 180-186.Tintos A., Gesto M., Míguez J.M., Soengas J.L. beta-Naphthoflavone and benzo(a)pyrene treatment affect liver intermediary metabolism and plasma cortisol levels in rainbow trout Oncorhynchus mykiss. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008; 69(2): 180-186.Новочадов В.В., Калашникова С.А., Полякова Л.В., Денисов А.А., Горячев А.Н. Гормональный статус крыс с хронической эндогенной интоксикацией. Фундаментальные исследования. 2006; 5: 76.Novochadov V.V., Kalashnikova S.A., Polyakova L.V., Denisov A.A., Goryachev A.N. Hormonal status of rats with chronic endogenous intoxication. Fundamental’nye issledovanija 2006; 5: 76. (in Russian).Калашникова С.А., Полякова Л.В., Кузнецов И.М., Новочадов В.В. Гормональный дисбаланс и хроническая эндогенная интоксикация при дисметаболической нефропатии у крыс. Волгоградский научно-медицинский журнал. 2007; 1: 16-8.Kalashnikova S.A., Polyakova L.V., Kuznetsov I.M., Novochadov V.V. Hormonal imbalance and chronic endogenous intoxication in dysmetabolic nephropathy in rats. Volgogradskij nauchno-meditsinskij zhurnal. 2007; 1: 16–8. (in Russian)Зайцева Н.В., Землянова М.А., Кольдибекова Ю.В., Жданова-Заплесвичко И.Г., Пережогин А.Н., Клейн С.В. Оценка аэрогенного воздействия приоритетных химических факторов на здоровье детского населения в зоне влияния предприятий по производству алюминия. Гигиена и санитария. 2019; 98(1): 68-75.Zaitseva N.V., Zemlianova M.A., Koldibekova Yu.V., Zhdanova-Zaplesvichko I.G., Perezhogin A.N., Kleyn S.V. Evaluation of the aerogenic impact of priority chemical factors on the health of the child population in the zone of the exposure of aluminum enterprises. Gigiena i sanitarija [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2019; 98(1): 68–75. (in Russian)Борисоглебский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиразутдинов Г.А. Металлургия алюминия. Новосибирск: Наука; 1999. 438 с.Borisoglebskij Yu.V., Galevskij G.V., Kulagin N.M., Mintsis M.Ya., Sirazutdinov G.A. Aluminum metallurgy. Novosibirsk: Nauka; 1999. 438 p. (in Russian)Шестаков В.А., Бойчевская Н.О., Шерстнев М.П. Хемилюминесценция плазмы крови в присутствии перекиси водорода. Вопросы медицинской химии. 1979; 2: 132-7.Shestakov V.A., Bojchevskaya N.O., Sherstnev M.P. Blood plasma chemiluminescence induced by hydrogen peroxide. Voprosy Med. Himii. 1979; 2: 132–7. (in Russian)Князева Т.Д. Влияние загрязнения атмосферного воздуха химическими соединениями на показатели оксидантного статуса у жителей Москвы: дис. … канд. биол. наук. М., 2007: 71-3.Knyazeva T.D. The effect of atmospheric air pollution by chemical compounds on indicators of oxidative status in Moscow residents: Diss. Moscow; 2007. 20 р. (in Russian)Хрипач Л.В. Применение свободнорадикальных методов для оценки влияния полихлорированных диоксинов и фуранов на состояние здоровья населения. Гигиена и санитария. 2002; 2: 72-6.Khripach L.V. The use of free radical methods to assess the effect of polychlorinated dioxins and furans on the health status of the population. Gigiena i sanitarija [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2002; 2: 72–6. (in Russian)Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы. Лабораторное дело. 1988; 1: 16-9.Koroljuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., Tokarev V.E. Method for the determination of catalase activity. Laboratornoe delo. 1988; 1: 16–9. (in Russian)Punithavathi V.R., Prince P.S. Pretreatment with a combination of quercetin and α-tocopherol ameliorates adenosine triphosphatases and lysosomal enzymes in myocardial infarcted rats. Life Sciences. 2010; 86: 178-184Punithavathi V.R., Prince P.S. Pretreatment with a combination of quercetin and α-tocopherol ameliorates adenosine triphosphatases and lysosomal enzymes in myocardial infarcted rats. Life Sciences. 2010; 86: 178-184.Покровский А.А., Арчаков А.И., Любимцева О.Н. Особенности солюбилизации ферментов лизосом и саркоплазматической сети сердца крыс. Биохимия. 1967; 32 (4): 824-7.Pokrovskij A.A., Archakov A.I., Lubimtseva O.N. Peculiarities of solubilization of lysosome enzymes and the sarcoplasmic reticulum of rat heart. Biohimija. 1967; 32 (4): 824–7. (in Russian)Методические указания к оценке биохимических, морфологических, иммунологических и физиологических показателей ранних изменений функциональных реакций человека при воздействии факторов окружающей среды (под ред. Г.И. Сидоренко и Р.В. Меркурьевой). М.-Пермь; 1986. 138 с.Guidelines for the evaluation of biochemical, morphological, immunological and physiological indicators of early changes in human functional reactions under exposition to environmental factors (eds. G.I. Sidorenko, R.V. Merkurjeva). M.–Perm’; 1986. 138 p. (in Russian)Szasz G. A kinetic photometric method for serum gamma-glutamyl transpeptidase. Clin. Chem. 1969; 15: 124-136.Szasz G. A kinetic photometric method for serum gamma-glutamyl transpeptidase. Clin. Chem. 1969; 15: 124-136.Denda A., Tsutsumi M., Tsujiuchi T., Eimoto H., Konishi Y., Sato S. Induction of rat liver gamma-glutamyltranspeptidase-positive foci by oral administration of 1-nitropyrene. Cancer Lett. 1989; 45(1): 21-26.Denda A., Tsutsumi M., Tsujiuchi T., Eimoto H., Konishi Y., Sato S. Induction of rat liver gamma-glutamyltranspeptidase-positive foci by oral administration of 1-nitropyrene. Cancer Lett. 1989; 45(1): 21-26.Yao D., Dong Z., Yao M. Specific molecular markers in hepatocellular carcinoma. Hepatobil. & Pancreat. Dis. Internat. 2007; 6(3): 241-247.Yao D., Dong Z., Yao M. Specific molecular markers in hepatocellular carcinoma. Hepatobil. & Pancreat. Dis. Internat. 2007; 6(3): 241-247.Zhou L., Liu J., Luo F. Serum tumor markers for detection of hepatocellular carcinoma. World J. Gastroenterol. 2006; 12(8): 1175-1181.Zhou L., Liu J., Luo F. Serum tumor markers for detection of hepatocellular carcinoma. World J. Gastroenterol. 2006; 12(8): 1175-1181.Kamaraj S., Vinodhkumar R., Anandakumar P., Jagan S., Ramakrishnan G., Devaki T. The effects of quercetin on antioxidant status and tumor markers in the lung and serum of mice treated with benzo(a)pyrene. Biol. Pharm. Bull. 2007; 30(12): 2268-2273.Kamaraj S., Vinodhkumar R., Anandakumar P., Jagan S., Ramakrishnan G., Devaki T. The effects of quercetin on antioxidant status and tumor markers in the lung and serum of mice treated with benzo(a)pyrene. Biol. Pharm. Bull. 2007; 30(12): 2268-2273.Sankar R.R., Roy S., Samanta S., Maitra D., Chatterjee M. Protective role of vanadium on the early process of rat mammary carcinogenesis by influencing expression of metallothionein, GGT-positive foci and DNA fragmentation. Cell. Biochem. Funct. 2005; 23(6): 447-456.Sankar R.R., Roy S., Samanta S., Maitra D., Chatterjee M. Protective role of vanadium on the early process of rat mammary carcinogenesis by influencing expression of metallothionein, GGT-positive foci and DNA fragmentation. Cell. Biochem. Funct. 2005; 23(6): 447-456.Shukla Y., Singh A., Srivastava B. Inhibition of carcinogen-induced activity of gamma-glutamyl transpeptidase by certain dietary constituents in mouse skin. Biomed. Environ. Sci. 1999; 12(2): 110-115Shukla Y., Singh A., Srivastava B. Inhibition of carcinogen-induced activity of gamma-glutamyl transpeptidase by certain dietary constituents in mouse skin. Biomed. Environ. Sci. 1999; 12(2): 110-115.Мальцева Л.А, Мосенцев Н.Ф., Лисничая В.Н., Левчук А.А. Кортикостероидная недостаточность при критических состояниях у взрослых пациентов. Медицина неотложных состояний. 2018; 91(4): 45-50.Maltseva L.O., Mosentsev M.F., Lisnycha V.M., Levchuk A.O. Corticosteroid insufficiency in critically ill adult patients. Meditsina neotlozhnyh sostoyanij. 2018; 91(4): 45–50. (in Russian)Диатроптов М.Е. Многодневные ритмические изменения субпопуляционного состава лимфоцитов, уровня интерлейкина-2 и кортизола в периферической крови здоровых доноров. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2011; 152 (11): 564-7.Diatroptov M.E. Multi-day rhythmic changes in lymphocytes subpopulations, levels of interleukin-2 and cortisol in the peripheral blood of healthy donors. Bulleten’ of experimental’noj biologii i meditsiny. 2011; 152 (11): 564–7. (in Russian)Диатроптов М.Е., Диатроптова М.А., Кондашевская М.В. Анализ показателей инфрадианных ритмов стероидных гормонов и процентного содержания нейтрофилов периферической крови у крыс-самцов Вистар. Фундаментальные исследования. 2012; 9: 273-7.Diatroptov M.E., Diatroptova M.A., Kondashevskaja M.V. Analysis of indicators of infraradian rhythms of steroid hormones and the percentage of peripheral blood neutrophils in Wistar rats. Fundamental’nye issledovanija. 2012; 9: 273–7. (in Russian)

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