Биологические эффекты воздействия наночастиц меди: маркёры экспозиции

Введение. Наночастицы, содержащиеся в воздушных аэрозолях на действующих металлургических предприятиях, являются требующим изучения значимым фактором риска.

Цель работы — изучение биологических эффектов воздействия наночастиц меди в сравнении с микрочастицами, выявление возможных маркёров экспозиции.

Материалы и методы. Оценка в субхроническом эксперименте по внутрибрюшинной затравке на крысах (3 группы сравнения по 12 животных, экспонированных к наночастицам, микрочастицам, и контроль с водой), изменения биохимических показателей и изменения со стороны тканей и органов. Выявление при периодических медицинских осмотрах работников, экспонированных к медьсодержащим аэрозолям различного дисперсного состава. Определение возможных эффектов воздействия по изменению биохимических показателей с проведением дополнительных лабораторно-инструментальных исследований.

Результаты. В эксперименте на животных выявлено более существенное воздействие наночастиц (НЧ), проявившееся в печени угнетением репарационного деления гепатоцитов (отражаемое числом двуядерных клеток) и повышением числа клеток Купфера (тканевых макрофагов), а в почках — более выраженной потерей щёточной каёмки эпителия извитых канальцев. В головном мозге обнаружены патологические изменения нейронов ганглиозного слоя коры и базальных ядер, возникшие под влиянием НЧ и МЧ. Показано, что в условиях воздействия аэрозолей меди с повышением доли наночастиц в общей массе аэрозоля у работников основных профессий металлургического производства отмечается достоверное нарастание концентрации церулоплазмина в крови.

Ограничения исследования. Были проведены оценка результатов воздействия наночастиц меди в составе аэрозоля на здоровье 224 работников предприятия по переработке меди и эксперимент по воздействию наночастиц меди на 36 животных, что представляет собой достаточную референтную выборку. 

Заключение. Особенности воздействия наночастиц требуют пересмотра подходов к нормированию аэрозолей с учётом их дисперсного состава.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «ЕМНЦ ПОЗРПП» Роспотребнадзора, проведено в соответствии с положениями Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Рекомендации для врачей, занимающихся биомедицинскими исследованиями с участием людей»; Национальным стандартом РФ ГОСТ Р 52379–2005. Надлежащая клиническая практика (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 сентября 2005 г. № 232-ст); Стандартом отрасли ОСТ 42–511–99 «Правила проведения качественных клинических испытаний в Российской Федерации» от 29.12.1998 г.; Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS № 123); директивой Европейского Парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей. Исследование соответствует всем действующим нормативно-правовым документам, регламентирующим проведение биомедицинских исследований с участием человека и животных.

Благодарности. Автор выражает благодарность Кацнельсону Б.А., доктору мед. наук, профессору; Сутунковой М.П., доктору мед. наук, директору ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора; Гурвичу В.Б., доктору мед. наук, науч. рук. ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора; Логиновой Н.В., науч. сотр. отд. токсикологии и биопрофилактики; Минигалиевой И.А., доктору биол. наук, зав. отд. токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора; Шуру В.Я., доктору. физ.-мат. наук, директору УЦКП СН; Гребенкиной С.В., начальнику отд. контроля качества ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора.

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 16.02.2023 / Принята к печати: 24.03.2023 / Опубликована: 20.04.2023

1. Katsnelson B.A., Privalova L.I., Kuzmin S.V., Degtyareva T.D., Soloboyeva J.I. Biological prophylaxis of adverse health effects caused by environmental and occupational impacts – theoretical premises, experimental and field testing, practical realization. Central. Eur. J. Occup. Envir. Med. 2009; 15(1–2): 35–51. https://www.nnk.gov.hu/cejoem/Volume15/Vol15No1-2/CE09_1-2-03.html

2. Фатхутдинова Л.М., Халиуллин Т.О., Залялов Р.Р. Токсичность искусственных наночастиц. Казанский медицинский журнал. 2009; 90(4): 578–84. https://www.elibrary.ru/kzljcr

3. Сопова Е.А., Ганковская О.А., Баранов В.И., Лавров В.Ф., Зверев В.В. Наноразмерные соединения и перспективы ускоренного определения их цитотоксических свойств с целью гигиенического нормирования. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2010; (2): 41–4.

4. Ковалева Н.Ю., Раевская Е.Г., Рощин А.В. Проблемы безопасности наноматериалов: нанобезопасность, нанотоксикология, наноинформатика. Химическая безопасность. 2017. 1(2): 44–87. https://doi.org/10.25514/CHS.2017.2.10982 https://www.elibrary.ru/ymwmkn

5. Тутельян В.А., Хотимченко С.А., Гмошинский И.В., Шумакова А.А., Распопов Р.В. Комплексная медико-биологическая оценка безопасности наноматериалов: информационно-аналитическая и экспериментальная составляющие. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2011; (5): 15–8. https://www.elibrary.ru/ntjvgl

6. Глушкова А.В., Радилов А.С., Дулов С.А., Хлебникова Н.С. Сравнительные подходы к оценке риска и гигиенического регламентирования наноматериалов в России и Евросоюзе (на примере Норвегии). Токсикологический вестник. 2016; (6): 31–5. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2016-6-31-35 https://www.elibrary.ru/xcsjqv

7. Хамидулина Х.Х., Давыдова Ю.О. Международные подходы к оценке токсичности и опасности наночастиц и наноматериалов. Токсикологический вестник. 2011; (6): 53–7.

8. Леоненко Н.С. Сравнительный анализ токсичности и опасности химических соединений различной размерности (обзор литературы). Украинский журнал современных проблем токсикологии. 2016; (2): 48–61.

9. Pokharkar V., Dhar S., Bhumkar D., Mali V., Bodhankar S., Prasad B.L.V. Acute and subacute toxicity studies of chitosan reduced gold nanoparticles: a novel carrier for therapeutic agents. J. Biomed. Nanotechnol. 2009; 5(3): 233–9. https://doi.org/10.1166/jbn.2009.1027

10. Wen H., Dan M., Yang Y., Lyu J., Shao A., Cheng X., et al. Acute toxicity and genotoxicity of silver nanoparticle in rats. PLoS One. 2017; 12(9): e0185554. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185554

11. Zhu M.T., Feng W.Y., Wang B., Wang T.C., Gu Y.Q., Wang M., et al. Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron ferric oxide in rats. Toxicology. 2008; 247(2–3): 102–11. https://doi.org/10.1016/j.tox.2008.02.011

12. Chen Z., Meng H., Xing G., Chen C., Zhao Y., Jia G., et al. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo. Toxicol. Lett. 2006; 163(2): 109–20. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2005.10.003

13. Klarsson H.L., Cronholm P., Gustafsson J., Möller L. Copper oxide nanoparticles are highly toxic: a comparison between metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes. Chem. Res. Toxicol. 2008; 21(9): 1726–32. https://doi.org/10.1021/tx800064j

14. Sokol R.J., Devereaux M.W., Traber M.G., Shikes R.H. Copper toxicity and lipid peroxidation in isolated rat hepatocytes: effect of vitamin E. Pediatr. Res. 1989; 25(1): 55–62. https://doi.org/10.1203/00006450-198901000-00014

15. Alarifi S., Ali D., Verma A., Alakhtani S., Ali B.A. Cytotoxicity and genotoxicity of copper oxide nanoparticles in human skin keratinocytes cells. Int. J. Toxicol. 2013; 32(4): 296–307. https://doi.org/10.1177/1091581813487563

16. Cuillel M., Chevallet M., Charbonnier P., Fauquant C., Pignot-Paintrand I., Arnaud J., et al. Interference of CuO nanoparticles with metal homeostasis in hepatocytes under sub-toxic conditions. Nanoscale. 2014; 16(3): 1707–15. https://doi.org/10.1039/c3nr05041f

17. Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Шур В.Я. и др. Сравнительная и комбинированная токсичность наночастиц оксидов алюминия, титана и кремния и её ослабление комплексом биопротекторов. Токсикологический вестник. 2018; (2): 18–27. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2018-2-18-27 https://www.elibrary.ru/yxbefu

18. Вяткина П., ред. Анализы. Полный медицинский справочник. М.: Эксмо; 2013.

19. Хиггинс К. Расшифровка клинических лабораторных анализов. Пер. с англ. М.: БИНОМ; 2011.

20. Lee T.Y., Liu M.S., Huang L.J., Lue S.I., Lin L.C., Kwan A.L., et al. Bioenergetic failure correlates with autophagy and apoptosis in rat liver following silver nanoparticle intraperitoneally administration. Part. Fibre Toxicol. 2013; 10: 40. https://doi.org/10.1186/1743-8977-10-40

21. Рослый О.Ф., Рослая Н.А., Слышкина Т.В., Федорук А.А. Медицина труда при производстве и обработке сплавов цветных металлов. Екатеринбург; 2012. https://www.elibrary.ru/tjggbx