Экспериментальное изучение сочетанного действия бензола и физической нагрузки на крыс

Введение. Трудовой процесс на промышленных предприятиях зачастую сопряжён как с действием химических поллютантов, так и с физической нагрузкой, которая может по-разному повлиять на реализацию токсического действия.

Цель исследования – изучение в эксперименте на крысах реакций организма на сочетанное действие физической нагрузки и бензола.

Материалы и методы. Исследование проводилось на крысах-самцах Wistar, по 10 животных в каждой группе: «Контроль», «Бег», «Бензол», «Бензол + бег». Интоксикация моделировалась путём внутрижелудочного введения бензола 3 раза в неделю в течение 4 нед, разовая доза – 100 мг/кг м. т., физическая нагрузка – с помощью вынужденного бега 5 раз в неделю в течение 4 нед, скорость – 25 м/мин по 10 мин. По окончании эксперимента оценивали биохимические и гематологические показатели крыс, долю клеток разных типов в мазках-отпечатках органов. Статистическая обработка осуществлялась с применением t-критерия Стьюдента, p < 0,05. Для математического моделирования сочетанного действия факторов использовался Response Surface Method (RSM) с построением изобол Лёве.

Результаты. При воздействии на организм животных только мышечной нагрузки статистически значимые изменения были единичными, в подавляющем большинстве не имели диагностической значимости, при воздействии бензола были зафиксированы сдвиги в системе крови, нарушения свёртываемости и антиоксидантной системы. Физическая нагрузка неоднозначно влияла на эффекты, обусловленные экспозицией к бензолу: в 15,6% случаев выявлена неблагоприятная для организма возможность аддитивного действия или даже потенцирование.

Ограничения исследования. Экстраполяцию результатов исследования на человека следует проводить с осторожностью, поскольку сочетанное действие изучено только при субхронической экспозиции с использованием животных одного вида и пола.

Заключение. Выявленная аддитивность по ряду показателей токсического действия даёт важную информацию для понимания и прогнозирования воздействия на организм органических загрязнителей на фоне физической нагрузки.

Соблюдение этических стандартов. Экспериментальное исследование было одобрено локальной комиссией по биоэтике ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 2 от 11.01.2024 г.).

Участие авторов:
Минигалиева И.А. – концепция и дизайн исследования, редактирование;
Шабардина Л.В. – сбор материала, обработка данных, написание текста;
Рябова Ю.В. – написание текста, редактирование;
Никогосян К.М. – сбор материала;
Панов В.Г. – обработка данных;
Сутункова М.П. – редактирование; концепция и дизайн исследования;
Сахаутдинова Р.Р. – сбор материала и обработка данных.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 23.04.2024 / Поступила после доработки: 21.05.2024 / Принята к печати: 19.06.2024 / Опубликована: 31.01.2025

1. ATSDR. Agency for Toxic Substances and Disease Registry; 2024. Available at: https://atsdr.cdc.gov/index.html

2. IARC. International Agency for Research on Cancer. IARC Monographs Volume 120: Benzene; 2018. Available at: https://iarc.who.int/news-events/iarc-monographs-volume-120-benzene/

3. Arnold S.M., Angerer J., Boogaard P.J., Hughes M.F., O’Lone R.B., Robison S.H., et al. The use of biomonitoring data in exposure and human health risk assessment: benzene case study. Crit. Rev. Toxicol. 2013; 43(2): 119–53. https://doi.org/10.3109/10408444.2012.756455

4. Snyder R. Leukemia and benzene. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2012; 9(8): 2875–93. https://doi.org/10.3390/ijerph9082875

5. Sun R., Xu K., Ji S., Pu Y., Yu L., Yin L., et al. Toxicity in hematopoietic stem cells from bone marrow and peripheral blood in mice after benzene exposure: Single-cell transcriptome sequencing analysis. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2021; 207: 111490. https://doi.org/j.ecoenv.2020.111490

6. Klinova S.V., Minigalieva I.A., Protsenko Y.L., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Ryabova J.V., et al. Changes in the cardiotoxic effects of lead intoxication in rats induced by muscular exercise. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(8): 4417. https://doi.org/10.3390/ijms23084417

7. Maynar-Mariño M., Llerena F., Bartolomé I., Crespo C., Muñoz D., Robles M.C., et al. Effect of long-term aerobic, anaerobic and aerobic-anaerobic physical training in seric toxic minerals concentrations. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 45: 136–41. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.10.007

8. Русин М.Н., Амиров Н.Х., Сибгатуллин А.С., Краснощекова В.Н. Состояние здоровья электротехнического персонала, работающего в сочетании с электромагнитными полями частотой 50 Гц и химическими веществами. Гигиена и санитария. 2015; 94(3): 52–5. https://elibrary.ru/twelxp

9. Panov V.G., Varaksin A.N. Identification of combined action types in experiments with two toxicants: a response surface linear model with a cross term. Toxicol. Mech. Methods. 2016; 26(2): 139–50. https://doi.org/10.3109/15376516.2016.1139023

10. Кутафина Н.В., Медведев И.Н. Влияние физических нагрузок на систему гемостаза. Вестник Сургутского государственного педагогического университета. 2014; (3): 87–91. https://elibrary.ru/zbknkx

11. Калинкин Л.А., Стаценко Е.А., Пономарева А.Г., Морозов В.Н., Кутняхова Л.В., Кривощапов М.В. и др. Окислительный стресс при занятиях физической культурой: методы диагностики и коррекции антиоксидантного статуса. Вестник спортивной науки. 2014; (1): 31–5. https://elibrary.ru/szxsqt

12. Сахаутдинова Р.Р., Рябова Ю.В., Панов В.Г., Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Бушуева Т.В. Применение оттискной цитологии в оценке иммунологических эффектов изолированного и комбинированного действия наночастиц селена и меди. Гигиена и санитария. 2021; 100(12): 1502–7. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-12-1502-1507 https://elibrary.ru/hyppyr

13. Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Valamina I.E., Makeyev O.H., et al. Toxic effects of low-level long-term inhalation exposures of rats to nickel oxide nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2019; 20(7): 1778. https://doi.org/10.3390/ijms20071778

14. Оруджов Р.А., Джафарова Р.Э. Изменение состояния нервной системы и показателей периферической крови на фоне интоксикации бензолом в эксперименте. Анализ риска здоровью. 2017; (4): 108–16. https://doi.org/10.21668/health.risk/2017.4.12 https://elibrary.ru/yltywu

15. Sun R., Zhang J., Wei H., Meng X., Ding Q., Sun F., et al. Acetyl-l-carnitine partially prevents benzene-induced hematotoxicity and oxidative stress in C3H/He mice. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2017; 51: 108–13. https://doi.org/10.1016/j.etap.2017.02.013

16. Cui Y., Mo Z., Ji P., Zhong J., Li Z., Li D., et al. Benzene exposure leads to lipodystrophy and alters endocrine activity in vivo and in vitro. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022; 13: 937281. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.937281

17. Шарапова Н.В., Петрова А.А., Карманова Д.С., Красиков С.И. Влияние нетоксических доз бензола на липидный спектр крови в эксперименте. Вестник новых медицинских технологий. 2019; 26(1): 104–7. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2019-16332 https://elibrary.ru/vxdkbj

18. Wang J., Guo X., Chen Y., Zhang W., Ren J., Gao A. Association between benzene exposure, serum levels of cytokines and hematological measures in Chinese workers: A cross-sectional study. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2021; 207: 111562. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111562

19. Schlosser P.M., Bond J.A., Medinsky M.A. Benzene and phenol metabolism by mouse and rat liver microsomes. Carcinogenesis. 1993; 14(12): 2477–86. https://doi.org/10.1093/carcin/14.12.2477

20. Михайлова И.В., Смолягин А.И., Красиков С.И., Караулов А.В. Влияние бензола на иммунную систему и некоторые механизмы его действия. Иммунология. 2014; 35(1): 51–6. https://elibrary.ru/ryxxbb

21. Neghab M., Hosseinzadeh K., Hassanzadeh J. Early liver and kidney dysfunction associated with occupational exposure to sub-threshold limit value levels of benzene, toluene, and xylenes in unleaded petrol. Saf. Health Work. 2015; 6(4): 312–6. https://doi.org/10.1016/j.shaw.2015.07.008

22. Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Shur V.Y., 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/ijms1903083