Общетоксическое и кардиовазотоксическое действие наночастиц оксида кадмия

Введение. Предприятия цветной металлургии являются одним из основных источником поступления наноразмерных частиц кадмия в воздух рабочих помещений и атмосферу населённых мест.

Материал и методы. Внутрибрюшинные введения суспензии наночастиц оксида кадмия (НЧ CdO) проводили 3,5-месячным аутбредным крысам-самцам 3 раза в неделю на протяжении 6 нед (всего 18 введений) в разовой дозе 0,25 мг/кг массы тела. По завершении экспозиции состояние организма крыс оценивалось по большому числу (свыше пятидесяти) общепризнанных критериев токсического действия (включая биохимические и цитоморфометрические). Статистический анализ полученных результатов проводился с использованием t-критерия Стьюдента.

Результаты. Гематотоксическое действие НЧ CdO проявилось снижением содержания гемоглобина, ростом числа ретикулоцитов, эозинофилов и моноцитов. НЧ CdO влияли на порфириновый обмен (рост δ-аминолевуленовой кислоты в моче). Токсическое поражение печени характеризовалось увеличением массы органа, снижением содержания альбуминов, А/Г-индекса, а также повышением уровня γ-глутамилтранспептидазы и липопротеидов высокой плотности в сыворотке крови. Отмечено усиление оксидативного стресса (снижение активности каталазы и содержания церулоплазмина).

Показано снижение содержания эндотелина-1, следствием чего может являться обнаруженное снижение показателей артериального давления (статистически значимое для среднего АД).

Заключение. При субхронической экспозиции к НЧ CdO была получена интоксикация умеренной степени тяжести. Она характеризовалась массовыми гематологическими, биохимическими и цитоморфометрическими изменениями. Обнаружен слабовыраженный, но явный кардиовазотоксический эффект кадмия.

1. WHO. Air quality guidelines for Europe. Copenhagen; 2000: 136-8. Available at: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0005/74732/E71922.pdf

2. Сутункова М.П., Макеев О.Г., Привалова Л.И., Минигалиева И.А., Гурвич В.Б., Соловьева С.Н. и соавт. Генотоксический эффект воздействия некоторых элементных или элементнооксидных наночастиц и его ослабление комплексом биопротекторов. Медицина труда и промышленная экология. 2018; 58(11): 10-5. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2018-11-10-16

3. Peters J.L., Perlstein T.S., Perry M.J., McNeely E., Weuve J. Cadmium exposure in association with history of stroke and heart failure. Environ. Res. 2010; 110(2): 199-206. https://doi.org/10.1016/j.envres.2009.12.004

4. Lee M.S., Park S.K., Hu H., Lee S. Cadmium exposure and cardiovascular disease in the 2005 Korea National Health and Nutrition Examination Survey. Environ. Res. 2011; 111(1): 171-6. https://doi.org/10.1016/j.envres.2010.10.006

5. Caciari T., Sancini A., Fioravanti M., Capozzella A., Casale T., Montuori L., et al. Cadmium and hypertension in exposed workers: A meta-analysis. Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2013; 26(3): 440-56. https://doi.org/10.2478/s13382-013-0111-5

6. Tellez-Plaza M., Jones M.R., Dominguez-Lucas A., Guallar E., Navas-Acien A. Cadmium exposure and clinical cardiovascular disease: a systematic review. Curr. Atheroscler. Rep. 2013; 15(10): 356. https://doi.org/10.1007/s11883-013-0356-2

7. Myong J.P., Kim H.R., Jang T.W., Lee H.E., Koo J.W. Association between blood cadmium levels and 10-year coronary heart disease risk in the general Korean population: the Korean national health and nutrition examination survey 2008-2010. PLoS One. 2014; 9(11): e111909. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111909

8. Borné Y., Barregard L., Persson M., Hedblad B., Fagerberg B., Engström G. Cadmium exposure and incidence of heart failure and atrial fibrillation: a population-based prospective cohort study. BMJ Open. 2015; 5(6): e007366. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2014-007366

9. Tellez-Plaza M., Guallar E., Howard B.V., Umans J.G., Francesconi Kevin A., Goessler W., et al. Cadmium exposure and incident cardiovascular disease. Epidemiol. 2013; 24(3): 421-9. https://doi.org/10.1097/EDE.0b013e31828b0631

10. Larsson S.C., Wolk A. Urinary cadmium and mortality from all causes, cancer and cardiovascular disease in the general population: systematic review and meta-analysis of cohort studies. Int. J. Epidemiol. 2016; 45(3): 782-91. https://doi.org/10.1093/ije/dyv086

11. Lebedová J., Bláhová L., Večeřa Z., Mikuška P., Dočekal B., Buchtová M., et al. Impact of acute and chronic inhalation exposure to CdO nanoparticles on mice. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2016; 23(23): 24047-60. https://doi.org/10.1007/s11356-016-7600-6

12. Rana K., Verma Y., Rani V., Rana S.V.S. Renal toxicity of nanoparticles of cadmium sulphide in rat. Chemosphere. 2018; 193: 142-50. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.11.011

13. Papp A., Oszlánczi G., Horváth E., Paulik E., Kozma G., Sápi A., et al. Consequences of subacute intratracheal exposure of rats to cadmium oxide nanoparticles: Electrophysiological and toxicological effects. Toxicol. Ind. Health. 2012; 28(10): 933-41. https://doi.org/10.1177/0748233711430973

14. Blum J.L., Rosenblum L.K., Grunig G., Beasley M.B., Xiong J.Q., Zelikoff J.T. Short-term inhalation of cadmium oxide nanoparticles alters pulmonary dynamics associated with lung injury, inflammation, and repair in a mouse model. Inhal. Toxicol. 2014; 26(1): 48-58. https://doi.org/10.3109/08958378.2013.851746

15. Blum J.L., Edwards J.R., Prozialeck W.C., Xiong J.Q., Zelikoff J.T. Effects of maternal exposure to cadmium oxide nanoparticles during pregnancy on maternal and offspring kidney injury markers using a murine model. J. Toxicol. Environ. Health A. 2015; 78(12): 711-24. https://doi.org/10.1080/15287394.2015.1026622

16. Blum J.L., Xiong J.Q., Hoffman C., Zelikoff J.T. Cadmium associated with inhaled cadmium oxide nanoparticles impacts fetal and neonatal development and growth. Toxicol. Sci. 2012; 126(2): 478-86. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfs008

17. Ladhar C., Geffroy B., Cambier S., Treguer-Delapierre M., Durand E., Brèthes D., et al. Impact of dietary cadmium sulphide nanoparticles on Danio rerio zebrafish at very low contamination pressure. Nanotoxicol. 2014; 8(6): 676-85. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.822116

18. Ellman G., Lysko H. A precise method for the determination of whole blood and plasma sulfhydryl groups. Anal. Biochem. 1979; 93(1): 98-102. https://doi.org/10.1016/S0003-2697(79)80122-0

19. Нарциссов Р.П. Применение п-нитротетразолия фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1969; (5): 85-91

20. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P, Gurvich V.B., Shur V.Y., et al. Combined subchronic toxicity of aluminum (III), titanium (IV) and silicon (IV) oxide nanoparticles and its alleviation with a complex of bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(3): 837. https://doi.org/10.3390/ijms19030837

21. Tietz N.W. Clinical Guide to Laboratory Tests. Philadelphia: W.B. Saunders Company; 1995.

22. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Shur V.Y., et al. Attenuation of combined nickel (II) oxide and manganese (II, III) oxide nanoparticles’ adverse effects with a complex of bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2015; 16(9): 22555-83. https://doi.org/10.3390/ijms160922555

23. Minigalieva 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. Toxicol. 2017; 380: 72-93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007

24. Кривошеев Б.Н., Кривошеев А.Б., Потеряева Е.Л., Паруликова Л.В., Михайленко О.И. Клинический и биохимический синдромы острой порфиринопатии, индуцированной кадмием. Терапевтический архив. 2010; 82(10): 65-70.

25. Кривошеев А.Б., Потеряева Е.Л., Кривошеев Б.Н., Куприянова Л.Я., Смирнова Е.Л. Токсическое действие кадмия на организм человека (обзор литературы). Медицина труда и промышленная экология. 2012; 52(6): 35-42.

26. Vanharen M., Girard D. Activation of human eosinophils with nanoparticles: a new area of research. Inflammation. 2020; 43(1): 8-16. https://doi.org/10.1007/s10753-019-01064-4

27. Ахполова В.О., Брин В.Б. Современные представления о кинетике и патогенезе токсического воздействия тяжелых металлов (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2020; 27(1): 55-61. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2020-16578

28. Jardim-Messeder D., Caverzan A., Rauber R., de Souza Ferreira E., Margis-Pinheiro M., Galina A. Succinate dehydrogenase (mitochondrial complex II) is a source of reactive oxygen species in plants and regulates development and stress responses. New Phytol. 2015; 208(3): 776-89. https://doi.org/10.1111/nph.13515

29. Tretter L., Patocs A., Chinopoulos C. Succinate, an intermediate in metabolism, signal transduction, ROS, hypoxia, and tumorigenesis. Biochim. Biophys. Acta. 2016; 1857(8): 1086-101. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2016.03.012

30. Olisekodiaka M.J., Igbeneghu C.A., Onuegbu A.J., Oduru R., Lawal A.O. Lipid, lipoproteins, total antioxidant status and organ changes in rats administered high doses of cadmium chloride. Med. Princ. Pract. 2012; 21(2): 156-9. https://doi.org/10.1159/000333385

31. Samarghandian S., Azimi-Nezhad M., Shabestari M.M., Azad F.J., Farkhondeh T., Bafandeh F. Effect of chronic exposure to cadmium on serum lipid, lipoprotein and oxidative stress indices in male rats. Interdiscip. Toxicol. 2015; 8(3): 151-4. https://doi.org/10.1515/intox-2015-0023

32. Nawrot T.S., Staessen J.A. Low-level environmental exposure to lead unmasked as silent killer. Circulation. 2006; 114(13): 1347-9. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.106.650440

33. Potter L.R., Abbey-Hosch S., Dickey D.M. Natriuretic peptides, their receptors, and cyclic guanosine monophosphate-dependent signaling functions. Endocr. Rev. 2006; 27(1): 47-72. https://doi.org/10.1210/er.2005-0014

34. Андрюхин А.Н., Фролова Е.В. Клиническое значение определения натрийуретических пептидов при сердечной недостаточности. Российский семейный врач. 2008; 12(4): 24-35.

35. Остроумова О.Д., Максимов М.Л., Дралова О.В., Ермолаева А.С. Выбор ингибитора АПФ в клинической практике. Медицинский совет. 2014; (12): 86-91.

36. Дремина Н.Н., Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А. Эндотелины в норме и патологии. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016; (10-2): 210-4.

37. Островская С.С. Токсические эффекты кадмия. Вестник проблем биологии и медицины. 2014; 3(2): 33-5.