Влияние наночастиц оксида цинка на организм крыс в остром и подостром экспериментах

Введение. В медеплавильном производстве, особенно при выплавке латуни и меди, воздух рабочих помещений загрязнен наночастицами оксида цинка. Цинк и его соединения обладают широким спектром токсического действия с многообразной клинической симптоматикой. В основе многих проявлений цинковой интоксикации лежат конкурентные отношения с рядом других металлов – в том числе кальцием, медью, железом. При длительном введении лабораторным грызунам цинка или его соединений проявляется влияние на активность ферментов, углеводный и минеральный обмен.

Материалы и методы. Субхроническая интоксикация при повторных внутрибрюшинных введениях и острая реакция глубоких дыхательных путей на однократное интратрахеальное введение наночастиц цинка моделировалась на аутбредных белых крысах-самцах. В обеих экспериментальных моделях использовались водные суспензии наночастиц оксидов цинка диаметром 30–80 нм. По завершении экспозиции состояние организма крыс во всех группах оценивалось по ряду общепризнанных критериев токсического действия. Статистический анализ полученных результатов проводился с использованием t-критерия Стьюдента.

Результаты. Показано развитие умеренной интоксикации в субхроническом эксперименте. Выявлены однородные ультраструктурные изменения ткани селезёнки, наиболее частыми из которых являются повреждение митохондрий с частичной или полной потерей крист. Статистически значимо увеличен коэффициент фрагментации ДНК. При однократном интратрахеальном введении наночастиц оксида цинка показано усиление аттракции способных к их фагоцитозу клеток (особенно нейтрофильных лейкоцитов) в глубокие дыхательные пути, что свидетельствует об их цитотоксическом действии.

Заключение. Выявлено общетоксическое и цитотоксическое действие наночастиц оксида цинка на организм крыс.

Участие авторов:

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

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

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

Рябова Ю.В. — концепция и дизайн исследования, статистическая обработка, подготовка рисунков;

Макеев О.Г. — сбор и обработка материала;

Зубарев И.В. — сбор и обработка материала, подготовка рисунков;

Шишкина Е.В. — сбор и обработка материала;

Бушуева Т.В. — сбор и обработка материала; Кацнельсон Б.А. – концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование.

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

1. Piccinno F., Gottschalk F., Seeger S., Nowack B. Industrial production quantities and uses of ten engineered nanomaterials for Europe and the world. J. Nanopart. Res. 2012; 14(9): 109-1120. https://doi.org/10.1007/s11051-012-1109-9

2. Xiao L., Liu C., Chen X., Yang Z. Zinc oxide nanoparticles induce renal toxicity through reactive oxygen species. Food Chem. Toxicol. 2016; 90: 76-83. https://doi.org/10.1016/j.fct.2016.02.002

3. Holmes A.M., Kempson I.M., Turnbull T., Paterson D., Robertsad M.S. Imaging the penetration and distribution of zinc and zinc species after topical application of zinc pyrithione to human skin. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2018; 343: 40-7. https://doi.org/10.1016/j.taap.2018.02.012

4. Хантурина Г.Р., Ибраева Л.К., Норцева М.А. Цитогенетические нарушения при интоксикации солями цинка и меди. Современные наукоемкие технологии. 2011; (3): 13-5

5. Subramaniam V.D., Prasad S.V., Banerjee A., Gopinath M., Murugesan R., Marotta F., et al. Health hazards of nanoparticles: understanding the toxicity mechanism of nanosized ZnO in cosmetic products. Drug Chem. Toxicol. 2019; 42(1): 84-93. https://doi.org/10.1080/01480545.2018.1491987

6. ВОЗ. Цинк: Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Женева; 2001.

7. Божанова Т.П. Влияние свинца и других тяжелых металлов на здоровье детей. Токсикологический вестник. 1995; (5): 36-8.

8. СанПиН 1.2.2353-08. Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности. М.; 2008.

9. Моргалев Ю.Н., Гостева И.А., Моргалева Т.Г., Моргалев С.Ю., Костенко Е.В., Кудрявцев Б.А. Параметры эмбриогенеза рыб Danio repio как индикаторы экологической токсичности наночастиц окиси цинка. Российские нанотехнологии. 2018; 13(5-6): 97-102.

10. Babele P.K., Thakre P.K, Kumawat R., Tomar R.S. Zinc oxide nanoparticles induce toxicity by affecting cell wall integrity pathway, mitochondrial function and lipid homeostasis in saccharomyces cerevisiae. Chemosphere. 2018; 213: 65-75. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.09.028

11. Wang С., Cheng K., Zhou L., He J., Zheng X., Zhang L., et al. Evaluation of long-term toxicity of oral zinc oxide nanoparticles and zinc sulfate in mice. Biol. Trace. Elem. Res. 2017; 178(2): 276-82. https://doi.org/10.1007/s12011-017-0934-1

12. 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. Toxicology. 2017; 380: 72-93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007

13. Poier N., Hochstöger J., Hackenberg S., Scherzad A., Bregenzer M., Schopper D., et al. Effects of zinc oxide nanoparticles in HUVEC: cyto- and genotoxicity and functional impairment after long-term and repetitive exposure in vitro. Int. J. Nanomedicine. 2020; 15: 4441-52. https://doi.org/10.2147/ijn.s246797

14. International guiding principles for biomedical research involving animals. The Council for International Organizations of Medical Sciences и the International Council For Laboratory Animal Science; 2012.

15. Розин М.А. Определение некоторых временных характеристик сгибательного рефлекса задних конечностей животных. Воспроизведение заболеваний у животных для экспериментально-терапевтических исследований. Ленинград; 1954.

16. Нарциссов Р.П. Применение n-нитротетразолия фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1969; 56(5): 85-91.

17. Меньшиков В.В. Лабораторные методы исследования в клинике: Справочник. М.; 1987.

18. Зайцева Н.В., Землянова М.А., Степанков М.С, Игнатова М.А. Оценка токсичности и потенциальной опасности наночастиц оксида алюминия для здоровья человека. Экология человека. 2018; (5): 9-15. https://doi.org/10.33396/1728-0869-2018-5-9-15

19. Date А.A., Hanes J., Ensign L.M. Nanoparticles for oral delivery: design, evaluation and state-of-the-art. J. Control. Release. 2016; 240: 504-26. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2016.06.016

20. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I. Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Shur V.Ya., 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. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Shur V.Ya., 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): 2555-83. https://doi.org/10.3390/ijms160922555

22. Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Chernyshov I.N., Klinova S.V., Gurvich V.B., Shur V.Ya., et al. Manifestation of systemic toxicity in rats after a short-time inhalation of lead oxide nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(3): 690. https://doi.org/10.3390/ijms21030690

23. Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.V., Gurvich V.B., Shur V.Ya., Beikin Ya.B., et al. Some characteristics of free cell population in the airways of rats after intratracheal instillation of copper-containing nano-scale particles. Int. J. Mol. Sci. 2014; 15(11): 21538-53. https://doi.org/10.3390/ijms151121538

24. Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., Дегтярёва Т.Д., Сутункова М.П., Ерёменко О.С., Ходос М.Я. и соавт. Сравнительная оценка реакции альвеолярного фагоцитоза на интратрахеальное введение частиц магнетита (Fe3O4) нано- и микрометрового диапазонов. Медицина труда и промышленная экология. 2010; (2): 12-6