Оценка биологического действия природного кремния при его поступлении в организм экспериментальных животных с питьевой водой. Часть 2

Введение. Исследовали влияние природного кремния (Si) на организм лабораторных животных на уровнях, соответствующих действующей предельно допустимой концентрации (ПДК) Si в питьевой воде. В первой части исследования выявлено положительное действие элемента на активность аспартат- и аланинаминотрансфераз, содержание общего белка, альбумина и креатинина в сыворотке крови. Во второй части исследования изучены проявления окислительного стресса и состояние системы антиоксидантной защиты у этих же животных.

Материалы и методы. Действие питьевых вод с содержанием природного Si на уровнях ПДК оценивали в трёхмесячном эксперименте на белых беспородных крысах-самцах (n = 80). Изучали биохимические показатели, характеризующие окислительный стресс и состояние антиоксидантной защиты: содержание малонового диальдегида (МДА); активность антиоксидантных ферментов супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КАТ), глутатионпероксидазы (ГПО), содержание альбумина в сыворотке крови.

Результаты. Поступление кремния в организм животных в концентрациях на уровнях 17 ± 3,4 и 20,5 ± 4,1 мг/л значимо повлияло на проявление окислительного стресса и состояние показателей антиоксидантной защиты. Зафиксировано снижение активности СОД, КАТ и ГПО параллельно со снижением содержания МДА в гемолизате крови и увеличение содержания альбумина в сыворотке крови.

Ограничения исследования. Ограничения исследования связаны с небольшой продолжительностью наблюдения и ограниченным числом точек определения биохимических показателей во времени.

Заключение. Природный кремний, содержащийся в питьевой воде в концентрациях, близких к ПДК, положительно влиял на баланс перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты, ослабляя окислительный стресс у лабораторных животных. Полученные в первой и второй частях исследования данные о положительных эффектах поступления природного кремния в организм лабораторных животных на уровнях ПДК нуждаются в подтверждении в более продолжительных и детализированных экспериментах. Одной из причин нарушений состояния здоровья населения кремниевой биогеохимической провинции Чувашии предположительно может быть невыявленное поступление нанокремния с питьевой водой.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России, проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей.

Участие авторов:
Егорова Н.А. – концепция и дизайн исследования, анализ материала, написание текста, редактирование;
Рахманин Ю.А. – концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;
Михайлова Р.И. – концепция и дизайн исследования, редактирование, ответственность за целостность всех частей статьи;
Хрипач Л.В. – биохимический анализ;
Алексеева А.В. – организация исследований;
Рыжова И.Н. – концепция и дизайн статьи, сбор и обработка материала;
Кочеткова М.Г. – сбор и обработка материала, ответственность за целостность всех частей статьи;
Князева Т.Д. – биохимический анализ.

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 08.04.2024 / Принята к печати: 19.06.2024 / Опубликована: 31.07.2024

1. Егорова Н.А., Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И., Хрипач Л.В., Алексеева А.В., Рыжова И.Н. и др. Оценка биологического действия природного кремния при его поступлении в организм экспериментальных животных с питьевой водой. Часть 1. Гигиена и санитария. 2024; 103(3): 190–7. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-3-190-197 https://elibrary.ru/cuhrlc

2. Луцкий М.А., Куксова Т.В., Смелянец М.А., Лушникова Ю.П. Свободнорадикальное окисление липидов и белков – универсальный процесс жизнедеятельности организма. Успехи современного естествознания. 2014; (12): 24–8. https://elibrary.ru/sztnxl

3. Чанчаева Е.А., Айзман Р.И., Герасев А.Д. Современное представление об антиоксидантной системе организма человека. Экология человека. 2014; (7): 50–8. https://elibrary.ru/qiyaor

4. Stocks J., Dormandy T.L. A direct thiobarbituric acid-reacting chromogen in human red blood cells. Clin. Chim. Acta. 1970; 27(1): 117–20. https://doi.org/10.1016/0009-8981(70)90383-9

5. Мокиенко А.В., Бабиенко В.В. Кремний как биологически активный компонент минеральных вод. Вісник морської медицини. 2021; 1(90): 74–81.

6. Jena A.B., Samal R.R., Bhol N.K., Duttaroy A.K. Cellular Red-Ox system in health and disease: The latest update. Biomed. Pharmacother. 2023; 162: 114606. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2023.114606

7. Eleutherio E.C.A., Silva Magalhães R.S., de Araújo Brasil A., Monteiro Neto J.R., de Holanda Paranhos L. SOD1, more than just an antioxidant. Arch. Biochem. Biophys. 2021; 697: 108701. https://doi.org/10.1016/j.abb.2020.108701

8. Zhao H., Zhang R., Yan X., Fan K. Superoxide dismutase nanozymes: an emerging star for anti-oxidation. J. Mater. Chem. B. 2021; 9(35): 6939–57. https://doi.org/10.1039/d1tb00720c

9. Волыхина В.Е., Шафрановская Е.В. Супероксиддисмутазы: структура и свойства. Вестник Воронежского государственного университета. 2009; 8(4): 1–18. https://elibrary.ru/latbtt

10. Безручко Н.В., Рубцов Г.К., Ганяева Н.Б., Козлова Г.А., Садовникова Д.Г. Каталаза биологических сред организма человека и её клинико-биохимическое значение в оценке эндотоксикоза. Вестник Томского государственного педагогического университета. 2012; 7(122): 94–9. https://elibrary.ru/pceufx

11. Gebicka L., Krych-Madej J. The role of catalases in the prevention/promotion of oxidative stress. J. Inorg. Biochem. 2019; 197: 110699. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2019.110699

12. Baker A., Lin C.C., Lett C., Karpinska B., Wright M.H., Foyer C.H. Catalase: A critical node in the regulation of cell fate. Free Radic. Biol. Med. 2023; 199: 56–66. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2023.02.009

13. Mohideen K., Jeddy N., Krithika C., Faizee S.H., Dhungel S., Ghosh S. Assessment of glutathione peroxidase enzyme response and total antioxidant status in oral cancer – Systematic review and meta-analysis. Cancer Rep. (Hoboken). 2023; 6(8): e1842. https://doi.org/10.1002/cnr2.1842

14. Gabryel B., Jarząbek K., Machnik G., Adamczyk J., Belowski D., Obuchowicz E., et al. Superoxide dismutase 1 and glutathione peroxidase 1 are involved in the protective effect of sulodexide on vascular endothelial cells exposed to oxygen-glucose deprivation. Microvasc. Res. 2016; 103: 26–35. https://doi.org/10.1016/j.mvr.2015.10.001

15. Chung J.W., Kim J.E., Nam Y.E., Kim W.S., Lee I., Yim S.V., et al. Eight-week supplementation of Aronia berry extract promoted the glutathione defence system against acute aerobic exercise-induced oxidative load immediately and 30 min post-exercise in healthy adults: a double-blind, randomised controlled trial. J. Hum. Nutr. Diet. 2023; 36(4): 1589–99. https://doi.org/10.1111/jhn.13150

16. Самыкина Л.Н., Дроздова Н.И., Сухачёва И.Ф., Сказкина О.Я. Состояние системы антиоксидантной защиты организма лабораторных животных при употреблении питьевой воды, йодированной йодным концентратом. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010; 12(1–7): 1774–7. https://elibrary.ru/ndygif

17. Ayala A., Muñoz M.F., Argüelles S. Lipid peroxidation: production, metabolism, and signaling mechanisms of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonenal. Oxid. Med. Cell Longev. 2014; 2014: 360438. https://doi.org/10.1155/2014/360438

18. Ermis H., Parlakpinar H., Elbe H., Vardi N., Polat A., Gulbas G. Effects of varenicline on lung tissue in the animal model. J. Bras. Pneumol. 2020; 46(2): e20180406. https://doi.org/10.36416/1806-3756/e20180406

19. Wu W.Y., Chou P.L., Yang J.C., Chien C.T. Silicon-containing water intake confers antioxidant effect, gastrointestinal protection, and gut microbiota modulation in the rodents. PLoS One. 2021; 16(3): e0248508. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248508

20. Толмачев О.А., Толмачев В.О., Тихонов С.Л., Тихонова Н.В. Оценка качества кремнийсодержащей воды «Ардви» и исследование ее влияния на развитие «окислительного стресса». Ползуновский вестник. 2017; (1): 19–23. https://elibrary.ru/yubodh

21. Ramesh T., Sureka C., Bhuvana S., Hazeena Begum V. Sesbania grandiflora diminishes oxidative stress and ameliorates antioxidant capacity in liver and kidney of rats exposed to cigarette smoke. J. Physiol. Pharmacol. 2010; 61(4): 467–76.

22. Xiang C., Yan Y., Zhang D. Alleviation of the doxorubicin-induced nephrotoxicity by fasudil in vivo and in vitro. J. Pharmacol. Sci. 2021; 145(1): 6–15. https://doi.org/10.1016/j.jphs.2020.10.002

23. Singh C.K., Chhabra G., Ndiaye M.A., Garcia-Peterson L.M., Mack N.J., Ahmad N. The role of sirtuins in antioxidant and redox signaling. Antioxid. Redox. Signal. 2018; 28(8): 643–61. https://doi.org/10.1089/ars.2017.7290

24. Shemesh N., Jubran J., Dror S., Simonovsky E., Basha O., Argov C., et al. The landscape of molecular chaperones across human tissues reveals a layered architecture of core and variable chaperones. Nat. Commun. 2021; 12(1): 2180. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22369-9

25. Szyller J., Bil-Lula I. Heat shock proteins in oxidative stress and ischemia/reperfusion injury and benefits from physical exercises: a review to the current knowledge. Oxid. Med. Cell Longev. 2021; 2021: 6678457. https://doi.org/10.1155/2021/6678457

26. Sun L., Yin H., Liu M., Xu G., Zhou X., Ge P., et al. Impaired albumin function: a novel potential indicator for liver function damage? Ann. Med. 2019; 51(7-8): 333–44. https://doi.org/10.1080/07853890.2019.1693056

27. De Simone G., di Masi A., Ascenzi P. Serum albumin: a multifaced enzyme. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(18): 10086. https://doi.org/10.3390/ijms221810086

28. Mishra V., Heath R.J. Structural and biochemical features of human serum albumin essential for eukaryotic cell culture. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(16): 8411. https://doi.org/10.3390/ijms22168411

29. Толмачева Н.В. Эколого-физиологическое обоснование оптимальных уровней макро- и микроэлементов в питьевой воде и пищевых рационах: Автореф. дисс. … д-ра мед. наук. М.; 2011. https://elibrary.ru/qflujn

30. Junnila S.K. Nanocolloidal amorphous silica in drinking water as an autoimmunity trigger in Finland. Med. Hypotheses. 2011; 77(5): 815–7. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2011.07.044

31. Junnila S.K. Type 1 diabetes epidemic in Finland is triggered by zinc-containing amorphous silica nanoparticles. Med. Hypotheses. 2015; 84(4): 336–40. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2015.01.021

32. Azouz R.A., Korany R.M.S., Noshy P.A. Silica nanoparticle-induced reproductive toxicity in male albino rats via testicular apoptosis and oxidative stress. Biol. Trace Elem. Res. 2023; 201(4): 1816–24. https://doi.org/10.1007/s12011-022-03280-w

33. Naji R.M., Bashandy M.A., Fathy A.H. Ameliorative effects of some natural antioxidants against blood and cardiovascular toxicity of oral subchronic exposure to silicon dioxide, aluminum oxide, or zinc oxide nanoparticles in Wistar rats. Int. J. Food Sci. 2023; 2023: 8373406. https://doi.org/10.1155/2023/8373406

34. Boudard D., Aureli F., Laurent B., Sturm N., Raggi A., Antier E., et al. Chronic oral exposure to synthetic amorphous silica (NM-200) results in renal and liver lesions in mice. Kidney Int. Rep. 2019; 4(10): 1463–71. https://doi.org/10.1016/j.ekir.2019.06.007

35. Ковалева Л.П. Состояние системы перекисное окисление липидов – антиокислительная активность у больных хроническим холециститом, пролеченных разными по продолжительности курсами на курорте «Аршан». Байкальский медицинский журнал. 2005; 52(3): 57–61. https://elibrary.ru/jpjbaz