Баланс глутатионзависимых процессов в альвеолярных макрофагах крыс линии Wistar при воздействии твёрдых взвешенных частиц атмосферного воздуха

Введение. Твёрдые взвешенные частицы (ТВЧ) атмосферного воздуха оказывают непосредственное воздействие на органы дыхания человека. Одной из характеристик ТВЧ, определяющих их патогенность, является дисперсность. В ответ на воздействие альвеолярные макрофаги (АМ) вырабатывают активные формы кислорода, что может приводить к развитию окислительного стресса.

Цель – оценить вклад глутатионового звена антиоксидантной системы в защиту АМ от окислительного стресса, индуцированного воздействием ТВЧ атмосферного воздуха районов г. Владивостока с различной техногенной нагрузкой.

Материал и методы. Выделяли АМ бронхоальвеолярного лаважа 17 крыс линии Вистар с последующим проведением нагрузочных тестов модельными взвесями (МВ) в течение 2 сут. МВ идентичны по составу ТВЧ атмосферному воздуху районов г. Владивостока с незначительной (МВ № 1) и высокой (МВ № 2) техногенной нагрузкой. МВ № 1 содержала 22% частиц c диаметром менее 10 мкм. В МВ № 2 частицы с диаметром менее 10 мкм составили 70%. Определяли содержание малонового диальдегида, глутатиона и общую антиоксидантную активность в культуре клеток и культуральной жидкости.

Результаты. Установлено, что увеличение доли высокодисперсных частиц ведёт к усилению пероксидации липидов в АМ и компенсаторному возрастанию антиоксидантной активности. Повышение уровня окисленного глутатиона в культуре клеток свидетельствует об интенсификации процессов детоксикации гидропероксидов АМ. Снижение экзоцитоза восстановленного глутатиона поддерживает внутриклеточные антиоксидантные процессы.

Заключение. При увеличении в атмосферном воздухе доли мелкодисперсных частиц окислительно-восстановительный баланс АМ может смещаться в сторону развития окислительного стресса, способствуя формированию и прогрессированию патологических нарушений.

1. Рахманин Ю.А. Решение Пленума Научного совета Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды. Гигиена и санитария. 2016; 95 (8): 790-2

2. Ambient (outdoor) air quality and health - World Health Organization. Available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health (accessed 5 February 2019)

3. Atkinson R.W., Kang S., Anderson H.R., Mills I.C., Walton H.A. Epidemiological time series studies of PM2.5 and daily mortality and hospital admissions: a systematic review and meta-analysis. Thorax. 2014; 69: 660-5.

4. Веремчук Л.В., Янькова В.И., Виткина Т.И., Барскова Л.С., Голохваст К.С. Формирование загрязнения атмосферного воздуха города Владивостока и его влияние на распространение болезней органов дыхания. Сибирский научный медицинский журнал. 2015; 35 (4): 55-61

5. Global, regional, and national comparative risk assessment of 79 behavioural, environmental and occupational, and metabolic risks or clusters of risks, 1990-2015: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2015. Lancet. 2016; 388 (10053): 1659-724. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(16)31679-8

6. Gehring U., Gruzieva O., Agius R.M. et al. Air pollution exposure and lung function in children: the ESCAPE project. Environ Health Perspect. 2013; 121 (11-12): 1357-64.

7. Gordon S.B., Bruce N.G., Grigg J., Hibberd P.L., Kurmi O.P., Lam K.B. et al. Respiratory risks from household air pollution in low and middle income countries. Lancet Res Med. 2014; 2 (10): 823-60. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(14)70168-7

8. Rodriguez-Villamizar L.A., Magico A., Osornio-Vargas A., Rowe B.H. The effects of outdoor air pollution on the respiratory health of Canadian children: A systematic review of epidemiological studies. Can Respir J. 2015; 22 (5): 282-92.

9. Veremchuk L.V., Mineeva E.E., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Golokhvast K.S. Impact of atmospheric microparticles and heavy metals on external respiration function of urbanized territory population. ROMJ. 2017; 6 (4). https://doi.org/10.15275/rusomj.2017.0402 http://www.romj.org/2017-0402

10. Delfino R.J., Wu J., Tjoa T., Gullesserian S.K., Nickerson B., Gillen D.L. Asthma morbidity and ambient air pollution: effect modification by residential traffic-related air pollution. Epidemiology. 2014; 25: 48-57.

11. Hamra G.B., Guha N., Cohen A., Laden F., Raaschou-Nielsen O., Samet J.M. et al. Outdoor particulate matter exposure and lung cancer: a systematic review and meta-analysis. Environ Health Perspect. 2014; 122: 906-11. https://doi.org/10.1289/ehp.1408092

12. Raaschou-Nielsen O., Beelenc R., Wang M. et al. Particulate matter air pollution components and risk for lung cancer. Environ Int. 2016; 87: 66-73. https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.11.007

13. Lee B.J., Kim B., Lee K. Air pollution exposure and cardiovascular disease. Toxicol Res. 2014; 30 (2): 71-5. https://doi.org/10.5487/TR.2014.30.2.071

14. Kim K.H., Kabir E., Kabir S. A review on the human health impact of airborne particulate matter. Environ Int. 2015; 74: 136-43. https://doi.org/10.1016/j.envint.2014.10.005

15. Costa L.G., Cole T.B., Coburn J., Chang Y.C., Dao K., Roque P.J. Neurotoxicity of traffic-related air pollution. Neurotoxicology. 2017; 59: 133-9. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2015.11.008

16. Noël A., Xiao R., Perveen Z., Zaman H.M., Rouse R.L., Paulsen D.B. et al. Incomplete lung recovery following sub-acute inhalation of combustion-derived ultrafine particles in mice. Part Fibre Toxicol. 2016; 13: 10. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0122-z

17. Pinault L. et al. Risk estimates of mortality attributed to low concentrations of ambient fine particulate matter in the Canadian community health survey cohort. Environ Health. 2016; 15: 18. https://doi.org/10.1186/s12940-016-0111-6

18. Golokhvast K.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Kolosov V.P., Yankova V.I., Kondratieva E.V. et al. Impact of atmospheric microparticles on the development of oxidative stress in healthy city/industrial seaport residents. Oxid Med Cell Longev. 2015: 412173. https://doi.org/10.1155/2015/412173

19. Samoli E., Stafoggia M., Rodopoulou S., Ostro B., Declercq C., Alessandrini E. et al. Associations between fine and coarse particles and mortality in Mediterranean cities: results from the MED-PARTICLES project. Environ Health Perspect. 2013; 121 (8): 932-8. https://doi.org/10.1289/ehp.1206124

20. Simoni M., Baldacci S., Maio S., Cerrai S., Sarno G., Viegi G. Adverse effects of outdoor pollution in the elderly. J Thorac Dis. 2015; 7 (1): 34-45. https://doi.org/10.3978/j.issn.2072-1439.2014.12.10

21. Du Y., Xu X., Chu M., Guo Y., Wang J. Air particulate matter and cardiovascular disease: The epidemiological, biomedical and clinical evidence. J Thorac Dis. 2015; 8: 8-19. https://doi.org/10.3978/j.issn.2072-1439.2015.11.37

22. Барскова Л.С., Виткина Т.И., Янькова В.И. Особенности ответной реакции альвеолярных макрофагов на воздействие микроразмерных твердых взвешенных частиц атмосферного воздуха. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2017; 4 (71): 15-23. https://doi.org/10.5281/zenodo.835303

23. Jean-Jacques S., Simon D., Ferdinand S., Michael R. Oxidative Potential of Particles in Different Occupational Environments: A Pilot Study. Ann Occup Hyg. 2015; 59 (7): 882-94. https://doi.org/10.1093/annhyg/mev024

24. Оvrevik J., Refsnes M., Låg M., Holme J.A., Schwarze P.E. Activation of Proinflammatory Responses in Cells of the Airway Mucosa by Particulate Matter: Oxidant- and Non-Oxidant-Mediated Triggering Mechanisms. Biomolecules. 2015; 5 (3): 1399-440. https://doi.org/10.3390/biom5031399

25. Hamad S.H., Schauer J.J., Antkiewicz D.S., Shafer M.M., Kadhim A.K. ROS production and gene expression in alveolar macrophages exposed to PM2.5 from Baghdad, Iraq: Seasonal trends and impact of chemical composition. Sci Total Environ. 2016; 543: 739-45. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.11.065

26. Ye Z.-W., Zhang J., Townsend D.M., Tew K.D. Oxidative stress, redox regulation and diseases of cellular differentiation. Biochim Biophys Acta. 2015; 1850 (8): 1607-21. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2014.11.010

27. Liang C.S., Duan F.K., He K.B., Ma Y.L Review on recent progress in observations, source identifications and countermeasures of PM2.5. Environ Int. 2016; 86: 150-70. https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.10.016

28. Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Veremchuk L.V., Golokhvast K.S. Аssessment of air pollution by small-sized suspended particulate matter in urbanized territories with various technogenic load (on the example of Vladivostok, Russia). ROMJ. 2019; (8) 3: e0304. https://doi.org/10.15275/rusomj.2019.0304

29. Барскова Л.С., Виткина Т.И. Особенности загрязнения воздушной среды г. Владивостока микроразмерными частицами. В кн.: Сборник статей XX Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии». Пенза; 2018: 10-3

30. Cachon B.F., Firmin S., Verdin A., Ayi-Fanou L., Billet S., Cazier F., Martin P.J., Aissi F., Courcot D., Sanni A., Shirali P. Proinflammatory effects and oxidative stress within human bronchial epithelial cells exposed to atmospheric particulate matter (PM(2.5) and PM(>2.5)) collected from Cotonou, Benin. Environ Pollut. 2014; 185: 340-51. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.10.026

31. Bodlet A., Maury G., Jamart J., Dahlqvist C. Influence of radiological emphysema on lung function test in idiopathic pulmonary fibrosis. Respir Med. 2013; 107: 1781-8. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2013.08.039

32. Янькова В.И., Виткина Т.И., Зюмченко Н.Е., Барскова Л.С., Голохваст К.С. Влияние модельных взвесей микроразмерных твердых взвешенных частиц атмосферного воздуха на морфофункциональную характеристику и параметры пероксидации липидов альвеолярных макрофагов крыс линии Вистар. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2017; 4 (71): 80-6. https://doi.org/10.528/zenodo.835330

33. Aztatzi-Aguilar O.G., Valdés-Arzate A., Debray-García Y., Calderón-Aranda E.S., Uribe-Ramirez M., Acosta-Saavedra L. et al. Exposure to ambient particulate matter induces oxidative stress in lung and aorta in a size- and time-dependent manner in rats. Toxicology Research and Application. 2018; 2: 1-15. https://doi.org/10.1177/2397847318794859