Металлсодержащие наночастицы как факторы риска патоморфологических изменений в тканях внутренних органов в эксперименте

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2021-2-11.pdf
УДК: 
615.9
DOI: 
10.21668/health.risk/2021.2.11
Авторы: 

Н.В. Зайцева1, М.А. Землянова1, А.М. Игнатова1,2, М.С. Степанков1, Ю.В. Кольдибекова1

Организация: 

1Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 614045, Россия, г. Пермь, ул. Монастырская, 82
2Институт механики сплошных сред УрО РАН – филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, 614013, Россия, г. Пермь, ул. Академика Королёва, 1

Аннотация: 

Оценка и прогнозирование изменений тканей внутренних органов при воздействии металлсодержащих наночастиц, являющихся факторами риска развития негативных эффектов со стороны критических органов и систем, представляются актуальными. Это диктует необходимость выявления объективных методов количественной оценки риска развития патологических изменений тканей, имеющих в настоящее время только качественные характеристики.
Цель исследования – количественная оценка риска развития заболеваний легких крыс при экспозиции металлсодержащих наночастиц (на примере наноразмерного CuO) с использованием методов анализа изображений.
Исследования токсического действия выполнены на примере нанодисперсного CuO (45,86 нм) в условиях ингаляционной (однократно и в течение 14 дней) и пероральной (в течение 20 дней) экспозиции на крысах-самцах линии Wistar (60 особей). Животных для экспозиции разделили на 5 групп по 12 особей (группа № 1 – ингаляционно однократно; группа № 2 – ингаляционно многократно; группа № 3 – перорально многократно; группы № 4 и № 5 – бидистиллированная вода аналогичными путями). При анализе ткани методами анализа изображений оценивали элементы первого, второго, третьего порядков. Статистическую значимость различий оценивали методом определения U-критерия Манна-Уитни. Количественную оценку риска (R) проводили с учетом вероятности (p) и тяжести (q) развития патоморфологических нарушений в ткани.
Установлена вероятность развития патоморфологических нарушений в ткани легких с учетом идентификации всех элементов изображений во всех экспериментальных группах, которая составила от 0,16 до 1,2. Суммарный уровень риска развития заболеваний легких составил при однократном ингаляционном воздействии в концентрации 0,001СL50 составил 1,0⋅10-3 (средний риск), при многократном ингаляционном воздействии – 8,1⋅10-3 (высокий риск), при пероральном воздействии в дозе 0,1LD50 - 2,5⋅10-2 (высокий риск).
Таким образом. в условиях воздействия металлсодержащих наночастиц применение методов анализа изображений позволяет, выполнить количественную оценку риска развития заболеваний со стороны критических органов и систем.

Ключевые слова: 
металлсодержащие наночастицы, факторы риска здоровью, оксид меди, ингаляционная экспозиция, органы-мишени, альвеолярный рисунок, дендритная геометрия, повреждения легких, микроскопия, анализ изображений
Металлсодержащие наночастицы как факторы риска патоморфологических изменений в тканях внутренних органов в эксперименте / Н.В. Зайцева, М.А. Землянова, А.М. Игнатова, М.С. Степанков, Ю.В. Кольдибекова // Анализ риска здоровью. – 2021. – № 2. – С. 114–122. DOI: 10.21668/health.risk/2021.2.11
Список литературы: 
  1. Benefits and Applications [Электронный ресурс] // Official website of the United States National Nanotechnology Initiative. – URL: https://www.nano.gov/you/nanotechnology-benefits (дата обращения: 21.05.2021).
  2. Dependence of Nanoparticle Toxicity on Their Physical and Chemical Properties / A. Sukhanova, S. Bozrova, P. Sokolov, M. Berestovoy, A. Karaulov, I. Nabiev // Nanoscale Research Letters. – 2018. – Vol. 13, № 44. – 21 p. DOI: 10.1186/s11671-018-2457-x
  3. An ecological perspective on nanomaterial impacts in the environment / E.S. Bernhardt, B.P. Colman, M.F. Hochella, B.J. Cardinale, R.M. Nisbet, C.J. Richardson, L. Yin // Journal of Environmental Quality. – 2010. – Vol. 39, № 6. – P. 54–65. DOI: 10.2134/jeq2009.0479
  4. Effects of copper, cadmium, and zinc on the hatching success of brine shrimp (Artemia franciscana) / K.V. Brix, R.M. Gerdes, W.J. Adams, M. Grosell // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. – 2006. – Vol. 51, № 4. – P. 580–583. DOI: 10.1007/s00244-005-0244-z
  5. Failla M.L. Trace elements and host defense: recent advances and continuing challenges // Journal of Nutrition. – 2003. – Vol. 133, № 5 (1). – P. 1443S–1447S. DOI: 10.1093/jn/133.5.1443S
  6. Ameh T., Sayes C.M. The potential exposure and hazards of copper nanoparticles: A review // Environmental Toxicology and Pharmacology. – 2019. – № 71. – P. 103220. DOI: 10.1016/j.etap.2019.103220
  7. Сутункова М.П. Экспериментальное изучение токсического действия металлосодержащих наночастиц на предприятиях чёрной и цветной металлургии и оценка риска для здоровья работающих // Гигиена и санитария. – 2017. – Т. 96, № 12. – С. 1182–1187.
  8. О влиянии наночастиц оксидов металлов на физиологию живых организмов / О.А. Зейналов, С.П. Комбарова, Д.В. Багров, М.А. Петросян, Г.Х. Толибова, А.В. Феофанов, К.В. Шайтан // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. – 2016. – № 3. – С. 24–33.
  9. An exposure-response curve for copper excess and deficiency / A. Chambers, D. Krewski, N. Birkett, L. Plunkett, R. Hertzberg, R. Danzeisen, P.J. Aggett, T.B. Starr [et al.] // Journal of Toxicology and Environmental Health Part B. – 2010. – Vol. 13, № 7–8. – P. 546–578. DOI: 10.1080/10937404.2010.538657
  10. Copper and human health: biochemistry, genetics, and strategies for modeling dose-response relationships / B.R. Stern, M. Solioz, D. Krewski, P. Aggett, T.-C. Aw, S. Baker, K. Crump, M. Dourson [et al.] // Journal of Toxicology and Environmental Health Part B. – 2007. – Vol. 10, № 3. – P. 157–222. DOI: 10.1080/10937400600755911
  11. Копытенкова О.И., Леванчук А.В., Турсунов З.Ш. Оценка риска для здоровья при воздействии мелкодисперсной пыли в производственных условиях // Медицина труда и промышленная экология. – 2019. – Т. 59, № 8. – С. 458–462.
  12. Материалы, производимые по нанотехнологиям: потенциальный риск при получении и использовании / Г.Б. Андреев, В.М. Минашкин, И.А. Невский, А.В. Путилов // Российский химический журнал. – 2008. – Т. 52, № 5. – С. 32–38.
  13. Каркищенко Н.Н. Нанобезопасность: новые подходы к оценке рисков и токсичности наноматериалов // Биомедицина. – 2009. – № 1. – С. 5–27.
  14. Токсикологическое исследование металлических и металлооксидных наночастиц / И.И. Томилина, В.А. Гремячих, Л.П. Гребенюк, Е.И. Головкина, Т.Р. Клевлеева // Труды Института биологии внутренних вод РАН. – 2017. – № 77 (80). – C. 45–57.
  15. Copper oxide nanoparticles aggravate airway inflammation and mucus production in asthmatic mice via MAPK signaling / J.W. Park, I.-C. Lee, N.-R. Shin, C.-M. Jeon, O.-K. Kwon, J.-W. Ko, J.-C. Kim, S.-R. Oh // Nanotoxicology. – 2016. – № 10. – P. 445–452. DOI: 10.3109/17435390.2015.1078851
  16. Kevin H., Stewart W. Acute, Sub-Acute, Sub-Chronic and Chronic General Toxicity Testing for Preclinical Drug Development // A Comprehensive Guide to Toxicology in Preclinical Drug Development. – 2013. – Chapter 5. – P. 87–105.
  17. Morphological changes in lung tissues of mice caused by exposure to nano-sized particles of nickel oxide / N.V. Zaitseva, M.A. Zemlyanova, A.M. Ignatova, M.S. Stepankov // Nanotechnologies in Russia. – 2018. – № 7–8. – P. 393–399. DOI: 10.1134/S199507801804016X
  18. Великородная Ю.И., Почепцов А.Я. Наночастицы как потенциальный источник неблагоприятного воздействия на окружающую среду // Медицина экстремальных ситуаций. – 2015. – № 3 (53). – С. 73–77.
  19. Ashburner J. A fast-diffeomorphic image registration algorithm // Neuroimage. – 2007. – Vol. 5, № 38 (1). – P. 95–113. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2007.07.007
  20. Roto-translation covariant convolutional networks for medical image analysis / E.J. Bekkers, M.W. Lafarge, M. Veta, K.A. Eppenhof, J.P. Pluim, R. Duits // Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention. – 2018. – № 1. – P. 440–448.
Получена: 
21.04.2021
Принята: 
09.06.2021
Опубликована: 
30.06.2021

Вы здесь

Главная