Механизмы физиологического и токсического действия солей лития на организм (обзор литературы)

Изучение влияния различных химических элементов на организм человека является актуальным направлением, поскольку позволяет определять закономерности распределения и миграции этих элементов в тканях, а также их роль в развитии специфических патологий. Среди неорганических химических соединений особое место занимают литиевые соли, которые широко применяются в промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Поиск и отбор литературных источников для выявления физиологических эффектов и особенностей токсического действия солей лития на организм человека и экспериментальных животных осуществлён с использованием библиографических баз данных Scopus, MedLine, Web of Science, PubMed, The Cochrane Library, РИНЦ, Cyberleninka. Анализ данных показал, что соли лития относятся к умеренно опасным веществам (III класс опасности) и в высоких концентрациях оказывают повреждающее действие на функции нервной системы, почек, щитовидной и паращитовидных желёз.

Участие авторов:
Горохова Л.Г. — концепция исследования, сбор материала, написание текста;
Жукова А.Г. — сбор материала, написание текста;
Михайлова Н.Н. — редактирование;
Корсакова Т.Г. — сбор материала.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 15.12.2023 / Поступила после доработки: 11.03.2024 / Принята к печати: 09.04.2024 / Опубликована: 08.05.2024

1. Зайчик В.E., Агаджанян И.А. Некоторые методологические вопросы медицинской элементологии. Вестник восстановительной медицины. 2004; (3): 19–23. https://elibrary.ru/sfqqsb

2. Рихванов Л.П., Барановская Н.В., Игнатова Т.Н., Судыко А.Ф., Сандимирова Г.П., Пахомова Н.Н. Химический элементный состав органов и тканей человека и его экологическое значение. Геохимия. 2011; (7): 779–84. https://elibrary.ru/nyfvyh

3. Рихванов Л.П., Барановская Н.В., Судыко А.Ф. Химические элементы в организме человека как основа для реализации идей медицинской геологии. Горный журнал. 2013; (3): 37–42. https://elibrary.ru/qajqcl

4. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Биогенные свойства солей лития. Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана. 2012; 209: 151–6. https://elibrary.ru/oxzjkx

5. Любимов Б.И., Яворский А.Н., Горянов О.А. О патогенезе литиевой полиурии. Фармакология и токсикология. 1977; 40(1): 76–9. https://elibrary.ru/zykpaf

6. Любимов Б.И., Пентюк А.А., Самойлов Н.Н. Сравнительное изучение действия лития хлорида и лития оксибутирата на углеводный обмен у кроликов и крыс. Фармакология и токсикология. 1981; 44(5): 531–3.

7. Галенко-Ярошевский П.А., Столярчук А.А., Любимов Б.И., Шейх-Заде Ю.Р., Тихонов А.В., Лампика Т.Г. Влияние солей лития на деятельность сердца. Фармакология и токсикология. 1986; 49(5): 115–7.

8. Крыжановский Г.Н., Заводская И.С., Морева Е.В. Эффекты солей лития на экспериментальные нейрогенные повреждения желудка и сердца. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1984; 97(6): 653–5. https://elibrary.ru/rfkcpz

9. Won E., Kim Y.K. An oldie but goodie: lithium in the treatment of bipolar disorder through neuroprotective and neurotrophic mechanisms. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(12): 2679. https://doi.org/10.3390/ijms18122679

10. Machado-Vieira R., Manji H.K., Zarate C.A. Jr. The role of lithium in the treatment of bipolar disorder: convergent evidence for neurotrophic effects as a unifying hypothesis. Bipolar Disord. 2009; 11(Suppl. 2): 92–109. https://doi.org/10.1111/j.1399-5618.2009.00714.x

11. Machado-Vieira R. Lithium, stress, and resilience in bipolar disorder: deciphering this key homeostatic synaptic plasticity regulator. J. Affect. Disord. 2018; 233: 92–9. https://doi.org/10.1016/j.jad.2017.12.026

12. Wood G.E., Young L.T., Reagan L.P., Chen B., McEwen B.S. Stress-induced structural remodeling in hippocampus: prevention by lithium treatment. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004; 101(11): 3973–8. https://doi.org/10.1073/pnas.0400208101

13. Gray J.D., McEwen B.S. Lithium’s role in neural plasticity and its implications for mood disorders. Acta Psychiatr. Scand. 2013; 128(5): 347–61. https://doi.org/10.1111/acps.12139

14. Плотников Е.Ю., Силачев Д.Н., Зорова Л.Д., Певзнер И.Б., Янкаускас С.С., Зоров С.Д. и др. Соли лития – простые, но магические (обзор). Биохимия. 2014; 79(8): 932–43. https://elibrary.ru/snebdz

15. 橋本 亮太, 藤巻 康一郎, Jeong M.R., Senatorov V.V., Christ L., Leeds P., et al. リチウムの神経保護作用. 掲載誌 精神神経学雑誌. Psychiatria et neurologia Japonica. 2003; 105(1): 81–6.

16. Zorrilla Zubilete M. Mechanism of action of lithium: intracellular signaling pathways. Vertex. 2003; 14(51): 45–52. (in Spanish)

17. Silverstone P.H., McGrath B.M., Kim H. Bipolar disorder and myo-inositol: a review of the magnetic resonance spectroscopy findings. Bipolar Disord. 2005; 7(1): 1–10. https://doi.org/10.1111/j.1399-5618.2004.00174.x

18. Haimovich A., Eliav U., Goldbourt A. Determination of the lithium binding site in inositol monophosphatase, the putative target for lithium therapy, by magic-angle-spinning solid-state NMR. J. Am. Chem. Soc. 2012; 134(12): 5647–51. https://doi.org/10.1021/ja211794x

19. Albayrak A., Halici Z., Polat B., Karakus E., Cadirci E., Bayir Y., et al. Protective effects of lithium: a new look at an old drug with potential antioxidative and anti-inflammatory effects in an animal model of sepsis. Int. Immunopharmacol. 2013; 16(1): 35–40. https://doi.org/10.1016/j.intimp.2013.03.018

20. Quiroz J.A., Gould T.D., Manji H.K. Molecular effects of lithium. Mol. Interv. 2004; 4(5): 259–72. https://doi.org/10.1124/mi.4.5.6

21. Singh N., Halliday A.C., Thomas J.M., Kuznetsova O.V., Baldwin R., Woon E.C., et al. A safe lithium mimetic for bipolar disorder. Nat. Commun. 2013; 4: 1332. https://doi.org/10.1038/ncomms2320

22. McKnight R.F., Adida M., Budge K., Stockton S., Goodwin G.M., Geddes J.R. Lithium toxicity profile: a systematic review and meta-analysis. Lancet. 2012; 379(9817): 721–8. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(11)61516-X

23. Bschor T., Bauer M. Side effects and risk profile of lithium: critical assessment of a systematic review and meta-analysis. Nervenarzt. 2013; 84(7): 860–3. https://doi.org/10.1007/s00115-013-3766-z (in German)

24. Nokhbatolfoghahai M., Parivar K. Teratogenic effect of lithium carbonate in early development of BALB/c mouse. Anat. Rec. (Hoboken). 2008; 291(9): 1088–96. https://doi.org/10.1002/ar.20730

25. Бачинская В.М., Преображенский С.М. Изучение острой токсичности лития карбоната для бройлеров и крыс. Ветеринарная медицина. 2009; (3): 32–4. https://elibrary.ru/ncprbl

26. Ferron G., Debray M., Buneaux F., Baud F.J., Scherrmann J.M. Pharmacokinetics of lithium in plasma and red blood cells in acute and chronic intoxicated patients. Int. J. Clin. Pharmacol. Ther. 1995; 33(6): 351–5.

27. Eyer F., Pfab R., Felgenhauer N., Lutz J., Heemann U., Steimer W., et al. Lithium poisoning: pharmacokinetics and clearance during different therapeutic measures. J. Clin. Psychopharmacol. 2006; 26(3): 325–30. https://doi.org/10.1097/01.jcp.0000218405.02738.b3

28. Barbosa F. Jr. Toxicology of metals and metalloids: Promising issues for future studies in environmental health and toxicology. J. Toxicol. Environ. Health A. 2017; 80(3): 137–44. https://doi.org/10.1080/15287394.2016.1259475

29. Tredget J., Kirov A., Kirov G. Effects of chronic lithium treatment on renal function. J. Affect. Disord. 2010; 126(3): 436–40. https://doi.org/10.1016/j.jad.2010.04.018

30. Simard M., Gumbiner B., Lee A., Lewis H., Norman D. Lithium carbonate intoxication. A case report and review of the literature. Arch. Intern. Med. 1989; 149(1): 36–46. https://doi.org/10.1001/archinte.149.1.36

31. Kishore B.K., Ecelbarger C.M. Lithium: a versatile tool for understanding renal physiology. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2013; 304(9): F1139–49. https://doi.org/10.1152/ajprenal.00718.2012

32. Aral H., Vecchio-Sadus A. Toxicity of lithium to humans and the environment – a literature review. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008; 70(3): 349–56. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2008.02.026

33. Shakoor N., Adeel M., Ahmad M.A., Zain M., Waheed U., Javaid R.A., et al. Reimagining safe lithium applications in the living environment and its impacts on human, animal, and plant system. Environ. Sci. Ecotechnol. 2023; 15: 100252. https://doi.org/10.1016/j.ese.2023.100252

34. Hanak A.S., Chevillard L., Lebeau R., Risède P., Laplanche J.L., Benturquia N., et al. Neurobehavioral effects of lithium in the rat: Investigation of the effect/concentration relationships and the contribution of the poisoning pattern. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 2017; 76: 124–33. https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2017.03.005

35. Zarnescu O., Zamfirescu G. Effects of lithium carbonate on rat seminiferous tubules: an ultrastructural study. Int. J. Androl. 2006; 29(6): 576–82. https://doi.org/10.1111/j.1365-2605.2006.00697.x

36. Ida S., Yokota M., Ueoka M., Kiyoi K., Takiguchi Y. Mild to severe lithium-induced nephropathy models and urine N-acetyl-beta-D-glucosaminidase in rats. Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol. 2001; 23(8): 445–8. https://doi.org/10.1358/mf.2001.23.8.662132

37. Allagui M.S., Hfaiedh N., Vincent C., Guermazi F., Murat J.C., Croute F., et al. Changes in growth rate and thyroid- and sex-hormones blood levels in rats under sub-chronic lithium treatment. Hum. Exp. Toxicol. 2006; 25(5): 243–50. https://doi.org/10.1191/0960327106ht620oa

38. Tandon A., Bhalla P., Nagpaul J.P., Dhawan D.K. Effect of lithium on rat cerebrum under different dietary protein regimens. Drug Chem. Toxicol. 2006; 29(4): 333–44. https://doi.org/10.1080/01480540600820122

39. Marathe M.R., Thomas G.P. Embryotoxicity and teratogenicity of lithium carbonate in Wistar rat. Toxicol. Lett. 1986; 34(1): 115–20. https://doi.org/10.1016/0378-4274(86)90153-0

40. Thakur S.C., Thakur S.S., Chaube S.K., Singh S.P. Subchronic supplementation of lithium carbonate induces reproductive system toxicity in male rat. Reprod. Toxicol. 2003; 17(6): 683–90. https://doi.org/10.1016/s0890-6238(03)00107-2

41. Rapaport M.H., Manji H.K. The effects of lithium on ex vivo cytokine production. Biol. Psychiatry. 2001; 50(3): 217–24. https://doi.org/10.1016/s0006-3223(01)01144-1

42. Waller D.G., Edwards J.G. Investigation of renal tubular function during treatment with lithium. Neuropharmacology. 1984; 23(2B): 277–9. https://doi.org/10.1016/0028-3908(84)90071-6

43. Sidiropoulou-Skokou S.A., Issidorides M.R. Lithium carbonate and the problem of kidney damage. Intracellular effects in rat kidney slices. Arch. Pathol. Lab. Med. 1983; 107(5): 270–3.

44. Walker R.G., Escott M., Birchall I., Dowling J.P., Kincaid-Smith P. Chronic progressive renal lesions induced by lithium. Kidney Int. 1986; 29(4): 875–81. https://doi.org/10.1038/ki.1986.80

45. Harvey B.M., Eschbach M., Glynn E.A., Kotha S., Darre M., Adams D.J., et al. Effect of daily lithium chloride administration on bone mass and strength in growing broiler chickens. Poult. Sci. 2015; 94(2): 296–301. https://doi.org/10.3382/ps/peu079

46. Fleming R.H. Nutritional factors affecting poultry bone health. Proc. Nutr. Soc. 2008; 67(2): 177–83. https://doi.org/10.1017/S0029665108007015

47. Anke M., Arnhold W., Schäfer U., Müller R. Recent progress in exploring the essentiality of the ultratrace element lithium to the nutrition of animals and man. Biomed Res Trace Elem. 2005; 16(3): 169–76. https://doi.org/10.11299/brte.16.169

48. Ott M., Stegmayr B., Salander Renberg E., Werneke U. Lithium intoxication: Incidence, clinical course and renal function – a population-based retrospective cohort study. J. Psychopharmacol. 2016; 30(10): 1008–19. https://doi.org/10.1177/0269881116652577

49. O’Brien W.T., Klein P.S. Validating GSK3 as an in vivo target of lithium action. Biochem. Soc. Trans. 2009; 37(Pt. 5): 1133–8. https://doi.org/10.1042/BST0371133

50. Li Q., Li H., Roughton K., Wang X., Kroemer G., Blomgren K., et al. Lithium reduces apoptosis and autophagy after neonatal hypoxia-ischemia. Cell Death Dis. 2010; 1(7): e56. https://doi.org/10.1038/cddis.2010.33

51. Snitow M.E., Bhansali R.S., Klein P.S. Lithium and therapeutic targeting of GSK-3. Cells. 2021; 10(2): 255. https://doi.org/10.3390/cells10020255

52. Xu J., Culman J., Blume A., Brecht S., Gohlke P. Chronic treatment with a low dose of lithium protects the brain against ischemic injury by reducing apoptotic death. Stroke. 2003; 34(5): 1287–92. https://doi.org/10.1161/01.STR.0000066308.25088.64

53. Wang Z.F., Fessler E.B., Chuang D.M. Beneficial effects of mood stabilizers lithium, valproate and lamotrigine in experimental stroke models. Acta Pharmacol. Sin. 2011; 32(12): 1433–45. https://doi.org/10.1038/aps.2011.140

54. Malhi G.S., Tanious M., Das P., Coulston C.M., Berk M. Potential mechanisms of action of lithium in bipolar disorder. Current understanding. CNS Drugs. 2013; 27(2): 135–53. https://doi.org/10.1007/s40263-013-0039-0

55. Chiu C.T., Wang Z., Hunsberger J.G., Chuang D.M. Therapeutic potential of mood stabilizers lithium and valproic acid: beyond bipolar disorder. Pharmacol. Rev. 2013; 65(1): 105–42. https://doi.org/10.1124/pr.111.005512

56. Nicolay J.P., Gatz S., Lang F., Lang U.E. Lithium-induced suicidal erythrocyte death. J. Psychopharmacol. 2010; 24(10): 1533–9. https://doi.org/10.1177/0269881109102631

57. Menshanov P.N., Bannova A.V., Dygalo N.N. Toxic Effects of Lithium Chloride during Early Neonatal Period of Rat Development. Bull. Exp. Biol. Med. 2016; 160(4): 459–61. https://doi.org/10.1007/s10517-016-3196-6

58. Гребенчиков О.А., Кузовлев А.Н., Баева А.А. О перспективах применения лития хлорида при новой коронавирусной инфекции COVID-19. Анестезиология и реаниматология (Медиа Сфера). 2020; (6–2): 40–4. https://doi.org/10.17116/anaesthesiology202006240 https://elibrary.ru/rygnek

59. National Center for Biotechnology Information. Lithium Chloride. Available at: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Lithium-Chloride

60. Johansson A., Camner P., Curstedt T., Jarstrand C., Robertson B., Urban T. Rabbit lung after inhalation of lithium chloride. J. Appl. Toxicol. 1988; 8(5): 373–5. https://doi.org/10.1002/jat.2550080507

61. Christensson T.A. Letter: Lithium, hypercalcaemia, and hyperparathyroidism. Lancet. 1976; 2(7977): 144. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(76)92867-1

62. Mroczka D.L., Hoff K.M., Goodrich C.A., Baker P.C. Effect of lithium on reproduction and postnatal growth of mice. Biol. Neonate. 1983; 43(5-6): 287–96. https://doi.org/10.1159/000241657

63. Messiha F.S. Maternally-mediated developmental lithium toxicity in the mouse. Gen. Pharmacol. 1993; 24(1): 9–15. https://doi.org/10.1016/0306-3623(93)90004-h

64. Leeds P.R., Yu F., Wang Z., Chiu C.T., Zhang Y., Leng Y., et al. A new avenue for lithium: intervention in traumatic brain injury. ACS Chem. Neurosci. 2014; 5(6): 422–33. https://doi.org/10.1021/cn500040g

65. Chuang D.M., Wang Z., Chiu C.T. GSK-3 as a target for lithium-induced neuroprotection against excitotoxicity in neuronal cultures and animal models of ischemic stroke. Front. Mol. Neurosci. 2011; 4: 15. https://doi.org/10.3389/fnmol.2011.00015

66. Munteanu C., Rotariu M., Turnea M., Tătăranu L.G., Dogaru G., Popescu C., et al. Lithium biological action mechanisms after ischemic stroke. Life (Basel). 2022; 12(11): 1680. https://doi.org/10.3390/life12111680

67. Liu A., Fang H., Dahmen U., Dirsch O. Chronic lithium treatment protects against liver ischemia/reperfusion injury in rats. Liver Transpl. 2013; 19(7): 762–72. https://doi.org/10.1002/lt.23666

68. González Arbeláez L.F., Pérez Núñez I.A., Mosca S.M. Gsk-3β inhibitors mimic the cardioprotection mediated by ischemic pre- and postconditioning in hypertensive rats. Biomed. Res. Int. 2013; 2013: 317456. https://doi.org/10.1155/2013/317456