You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Экспериментальное исследование влияния наночастиц оксида железа на организм крыс после однократного интратрахеального введения

Экспериментальное исследование влияния наночастиц оксида железа на организм крыс после однократного интратрахеального введения

ISSN 2223-6775 Украинский журнал по проблемам медицины труда Том.16, № 4, 2020

Экспериментальное исследование влияния наночастиц оксида железа на организм крыс после однократного интратрахеального введения

Трахтенберг И. М. , Дмитруха Н. Н., Короленко Т. К., Легкоступ Л. А., Лагутина О. С., Козлов К. П., Бакало Л. В.

https://doi.org/10.33573/ujoh2020.04.251

Государственное учреждение «Институт медицины труда имени Ю. И. Кундиева Национальной академии медицинских наук Украины», г. Киев

Full article (PDF), UKR

Введение. Оксиды железа (Fe2O3, Fe3O4) в виде наночастиц (НЧ) являются перспективным материалом для промышленности, медицины и фармации. НЧ оксида железа могут попадать в организм человека с воздухом, едой и лекарствами. Наличие особых физико-химических свойств для НЧ (ультрамалый размер, большая площадь поверхности, повышенная реактивность и биологическая активность) требуют проведения фундаментальных исследований по оценке их безопасности. Важным вопросом является исследование поведения НЧ, а именно: их транспорт, распределение в органах, влияние на работу органов и систем при кратковременном и длительном поступлении в организм.

Цель исследования – экспериментальное исследование влияния коллоидных растворов оксида железа Fe2O3 различной дисперсности на организм крыс после однократного интратрахеального введения.

Материалы и методы исследования. Исследование проведено на 24 крысах-самцах Wistar массой 220–260 г, распределенных на 2 опытные группы, которым однократно интратрахеально вводили коллоидные растворы Fe2O3 с частицами 19 нм и 400 нм в дозе по железу 10 мг/кг, контрольной группе животных тем же способом вводили 0,9 % физиологический раствор. На 21-е сутки эксперимента у крыс определяли массу тела, после эвтаназии под эфирным наркозом забирали кровь и органы, определяли гематологические показатели (общий анализ крови с подсчетом субпопуляций лейкоцитов, содержание цинкпротопорфирина), показатели коагулограммы, биохимические показатели, характеризующие состояние печени, почек, белкового и липидного обменов, неспецифического естественного иммунитета.

Результаты. Установлено, что однократное интратрахеальное введение крысам коллоидных растворов Fe2O3 не влияло на интегральные показатели – массу тела и органов. Введение раствора Fe2O3 с частицами 19 нм способствовало незначительному увеличению содержания железа в легких, тимусе и почках, а Fe2O3 с частицами 400 нм вызвало достоверное повышение концентрации железа в легких, печени, селезенке, тимусе и почках по сравнению с показателями в контрольной группе. Изменения гематологических показателей у крыс опытных групп характеризовались снижением уровня гемоглобина и количества эритроцитов, абсолютного количества лимфоцитов и гранулоцитов, увеличением уровня цинкпротопорфирина и процента моноцитов. Эти данные указывают на развитие анемии и активацию клеток неспецифического естественного иммунитета. Установленное увеличение количества тромбоцитов, фибриногена и протромбинового индекса, снижение тромбинового времени в опытных крыс свидетельствует о влиянии НЧ Fe2O3 на процесс свертывания крови. Установленные повышенные уровни С-реактивного белка и циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови крыс опытных групп могут быть признаками формирования воспалительного процесса.

Выводы. Накопление железа в органах (сердце, печень, селезенка, почки) крыс опытных групп после однократного интратрахеального введения раствора Fe2O3 с частицами 400 нм свидетельствует об их повышенной аккумуляционной способности. Установленные нарушения клеточного и белкового состава крови указывают на потенциальное гематотоксическое, провоспалительное и атерогенное действие, особенно НЧ Fe2O3 19 нм.

Ключевые слова: коллоидные растворы оксида железа (Fe2O3), интратрахеальное введение, токсичность, безопасность

Литература

  1. Нариси з токсикології важких металів. Випуск V – Залізо; за заг. ред. акад. НАМНУ І. М. Трахтенберга. Київ : ВД «Авіцена», 2017. 88 с. ISBN 978-966-2144-96-3.
  2. Albretsen Jay. The toxicity of iron, an essential element. Veterinary Medicine, 2006. V. 2. Р. 82–90.
  3. Лубянова И. П. Избыточное железо и патология у рабочих сварочных профессий: под общей ред. акад. Ю. И. Кундиева. Киев : ВД «Авіцена», 2013. 240 с. ISBN 978-966-2144-59-8.
  4. Patel R. R, Yi E. S., Ryu J. H. Systemic iron overload associated with Welder's siderosis. The American Journal of the Medical Sciences. 2009. V. 337 (1). Р. 57–59. https://doi.org/10.1097/01.MAJ.0000308933. 80112.49
  5. Ghio A. J. Disruption of iron homeostasis and lung disease. Biochim Biophys Acta. 2009. V. 1790 (7). Р. 731–739. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2008.11.004
  6. Дудченко Н. О. Магнітні наночастинки медикобіологічного призначення: методи синтезу, дос лідження властивостей, застосування. Нано системи, наноматеріали, нанотехнології. 2009. Т. 7, № 4. С. 1027–1059.
  7. Чехун В. Ф. Создание новых лекарственных форм на основе нанокомпозитных материалов для решения современных проблем онкологии. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: зб. наук. праць. Т. 9, вип. 1. Київ, 2011. С. 261–274.
  8. Трахтенберг І. М., Дмитруха Н. М. Наночастинки металів, методи отримання, сфери застосування, фізико-хімічні та токсичні властивості. Український журнал з проблем медицини праці. 2013. № 4 (37). С. 62–74. https://doi.org/10.33573/ujoh2013.04.062
  9. Toxicology studies of a superparamagnetic iron oxide nanoparticle in vivo. S. Y. Liu et al. Adv. Mater. Res. 2008. V. 47–50. Р. 1097–1100. https://doi.org/10.4028/ www.scientific.net/AMR.47-50.1097
  10. Экспериментальные данные к оценке пульмонотоксичности и резорбтивной токсичности частиц магнетита (Fe3O4) нано- и микрометрового диапазона. Б. А. Канцельсон, Л. И. Привалова, С. В. Кузьмин и др. Токсикологический вестник. 2010. № 2. С. 17–24.
  11. Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats. M. T. Zhu, W. Y. Feng, B. Wang et al. Toxicology. 2008. V. 247, Iss. 2–3. P. 102–111. https://doi.org/10.1016/j.tox.2008.02.011
  12. Морфофункціональні зміни у внутрішніх органах щурів при тривалому введенні у черевну порожнину наночастинок оксиду заліза (Fe2O3). С. П. Луговський, Н. М. Дмитруха, М. М. Діденко, Л. В. Бакало, О. С. Лагутіна та ін. Український журнал з проблем медицини праці. 2019. V.15, № 3. С. 228–239. https://doi.org/10.33573/ujoh2019.03.228
  13. European convention for the protection of vertebrate animal used for experimental and other scientific purposes. Counsul of Europe. Strasburg, 1986. 53 р.
  14. Методи клінічних та експериментальних досліджень в медицині. Л. В. Беркало, О. В. Бобович, Н. О. Боброва та ін.; за ред. І. П. Кайдашева. Полтава : Полімет, 2003. 320 с.
  15. Антамонов М. Ю. Математическая обработка и анализ медико-биологических данных. 2-е изд. Киев : 2017. 576 с.
  16. Профілактична токсикологія та медична екологія. Вибрані лекції для науковців, лікарів та студентів: за заг. ред. акад. НАМНУ І. М. Трахтенберга. Київ : ВД «Авіцена», 2010. 248 с. ISBN 978-966-2144-27-7.
  17. Мислицький В. Ф., Подолян С. К. Патологічні зміни тромбоцитарно-судинного та коагуляційного гемостазу під впливом хлористого свинцю та їх корекція за допомогою синтетичного аналога простацикліну. Фізіологічний журнал. 1999. № 4. С. 99–104.
  18. Влияние наночастиц оксида железа (ІІІ) на свертываемость крови по данным светорассеяния. М. Н. Кириченко, Н. А. Булычев, Л. Л. Чайков и др. XIII International Conference on pulsed lasers and laser applications A M P L -2 0 1 7 September 10–15, 2017, Tomsk, Russia. https://doi.org/10.1117/12.2303510
  19. Endothelial dysfunction and inflamation induced by iron oxide nanoparticle exposur: Risk factors for early atherosclerosis. M. T. Zhu, B. Wang, Y. Wang et al. Toxicol. Letter. 2011. V. 203 (2). Р. 162–171. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2011.03.021