Оценка бионакопления и токсического действия наночастиц кобальт (ii) алюмината для задач обеспечения гигиенической безопасности

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2024-3-12.pdf
УДК: 
613.632.2; 615.916; 661.862.277.3
DOI: 
10.21668/health.risk/2024.3.12
Авторы: 

М.А. Землянова1,2, М.С. Степанков1, О.В. Пустовалова1, А.В. Недошитова1

Организация: 

1Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, Российская Федерация, 614045, г. Пермь, ул. Монастырская, 82
2Пермский государственный национальный исследовательский университет, Российская Федерация, 614068, г. Пермь, ул. Букирева, 15

Аннотация: 

Гигиенические основы безопасности играют важную роль в профилактике нарушений здоровья населения в условиях воздействия химических факторов. Базовым при этом является гигиеническое регламентирование содержания существующих и новых веществ в объектах окружающей среды, осуществляемое в рамках экспериментальных исследований их токсических свойств. Типичным примером нового материала являются наночастицы кобальт (II) алюмината (НЧ CoAl2O4), предположительно обладающие большим потенциалом токсического действия при пероральном пути поступления в сравнении с микрочастицами (МЧ). В связи с этим для разработки гигиенических нормативов актуальным является выявление отличных от МЧ особенностей негативного воздействия НЧ CoAl2O4 при пероральной экспозиции.

Исследование проводили на крысах линии Wistar, экспонированных перорально НЧ и МЧ в течение 20 суток в суммарной дозе 10 550 мг/кг массы тела.
НЧ имеют сходный с МЧ химический состав, меньший размер (в 87,11 раза) и большую удельную площадь поверхности (в 1,74 раза). НЧ обладают более выраженной степенью бионакопления в сердце, легких, печени и почках относительно МЧ (до 7,54 раза). При экспозиции НЧ отмечены более выраженные (до 3,60 раза) изменения показателей крови, ассоциированные с развитием окислительно-восстановительного дисбаланса, цитотоксического эффекта, нарушения функции печени, поджелудочной железы и почек, воспалительного процесса, тромбоцитопении. НЧ вызывают геморрагические инфаркты и отек легких, не установленные при экспозиции МЧ. Расчетная величина ориентировочно-допустимых уровней содержания НЧ в питьевой воде составила 0,02 мг/дм3, что в 10 раз меньше, чем величина для МЧ.

Таким образом, НЧ CoAl2O4 при пероральной экспозиции в течение 20 суток в дозе 10 550 мг/кг массы тела относительно МЧ обладают более выраженным бионакоплением, что обусловливает развитие более выраженных негативных эффектов, отмеченных по изменению показателей крови и развитию патоморфологических изменений. Полученные результаты позволяют повысить точность и объективность разработки гигиенических нормативов содержания НЧ CoAl2O4 в пищевой продукции и питьевой воде для решения задач обеспечения гигиенической без-опасности населения.

Ключевые слова: 
гигиеническая безопасность, кобальт (II) алюминат, наночастицы, микрочастицы, пероральная экспозиция, бионакопление, морфофункциональные нарушения, крысы
Оценка бионакопления и токсического действия наночастиц кобальт (II) алюмината для задач обеспечения гигиенической безопасности / М.А. Землянова, М.С. Степанков, О.В. Пустовалова, А.В. Недошитова // Анализ риска здоровью. – 2024. – № 3. – С. 113–122. DOI: 10.21668/health.risk/2024.3.12
Список литературы: 
  1. Bright blue hallosite/CoAl2O4 hybrid pigments: preparation, characterization and application in water based painting / A. Zhang, B. Mu, Z. Luo, A. Wang // Dyes and Pigments. – 2017. – Vol. 139. – P. 473–481. DOI: 10.1016/j.dyepig.2016.12.055
  2. Photocatalytic study of cobalt aluminate nano-particles synthesised by solution combustion method / N. Babu, D. Devadathan, A. Sebasian, B. Vidhya // Materials Today Proceedings. – 2023. DOI: 10.1016/j.matpr.2023.05.641
  3. Production of copper and cobalt aluminate spinel and their application as supports for inulinase immobilization / E.R. Abaide, C.G. Anchieta, V.S. Foletto, B. Reinehra, L. Ferreira Nunesa, R.C. Kuhna, M.A. Mazuttia, E.L. Foletto // Materials Research. – 2015. – Vol. 18, № 5. – P. 1062–1069. DOI: 10.1590/1516-1439.031415
  4. Waste cooking oil processing over cobalt aluminate nanoparticles for liquid biofuel hydrocarbons production / M.A. Ibrahim, R. El-Araby, E. Abdelkader, M. El Saied, A.M. Abdelsalam, E.H. Ismail // Sci. Rep. – 2023. – Vol. 13, № 1. – P. 3876. DOI: 10.1038/s41598-023-30828-0
  5. Nanoscale aluminum oxide – bioaccumulation and toxicological features based on alimentary intake / N.V. Zaitseva, M.A. Zemlyanova, M.S. Stepankov, A.M. Ignatova // Nanobiotechnology Reports. – 2021. – Vol. 16, № 2. – P. 246–252. DOI: 10.1134/s263516762102018x
  6. Shaikh S.M., Desai P.V. Effect of CoO nanoparticles on the enzyme activities and neurotransmitters of the brain of the mice “Mus musculus” // Curr. Trends Clin. Toxicol. – 2018. – Vol. 1. – 8 p. DOI: 10.29011/CTT-103.100003
  7. Research on the fate of polymeric nanoparticles in the process of the intestinal absorbtion based on model nanoparticles with various characteristics: size, surface charge and pro-hydrofobics / S. Guo, Y. Liang, L. Liu, M. Yin, A. Wang, K. Sun, Y. Li, Y. Shi // J. Nanobiotechnology. – 2021. – Vol. 19, № 1. – P. 32. DOI: 10.1186/s12951-021-00770-2
  8. Dependence of nanoparticle toxicity on their physical and chemical properties / A. Sukhanova, S. Bozrova, P. Sokolov, M. Berestovoy, A. Karaulov, I. Nabiev // Nanoscale Res. Lett. – 2018. – Vol. 13, № 1. – P. 44. DOI: 10.1186/s11671-018-2457-x
  9. Lison D., Brule S., Van Maele-Fabry G. Cobalt and its compounds update on genotoxic and carcinogenic activities // Crit. Rev. Toxicol. – 2018. – Vol. 48, № 7. – P. 522–539. DOI: 10.1080/10408444.2018.1491023
  10. Toxicity of Nanoparticles and an Overview of Current Experimental Models / H. Bahadar, F. Maqbool, K. Niaz, M. Abdollahi // Iran. Biomed. J. – 2016. – Vol. 20, № 1. – P. 1–11. DOI: 10.7508/ibj.2016.01.001
  11. Manufactured Aluminum Oxide Nanoparticles Decrease Expression of Tight Junction Proteins in Brain Vasculature / L. Chen, R.A. Yokel, B. Hennig, M. Toborek // J. Neuroimmune Pharmacol. – 2008. – Vol. 3, № 4. – P. 286–295. DOI: 10.1007/s11481-008-9131-5
  12. Toxicological assessment of CoO and La2O3 metal oxide nanoparticles in human small airway epithelial cells / J.D. Sisler, S.V. Pirela, J. Shaffer, A.L. Mihalchik, W.P. Chisholm, M.E. Andrew, D. Schwegler-Berry, V. Castranova [et al.] // Toxicol. Sci. – 2016. – Vol. 150, № 2. – P. 418–428. DOI: 10.1093/toxsci/kfw005
  13. Xie Y., Zhuang Z.X. Chromium (VI) -induced production of reactive oxygen species, change of plasma membrane potential and dissipation of mitochondria membrane potential in Chinese hamster lung cell cultures // Biomed. Environ. Sci. – 2001. – Vol. 14, № 3. – P. 199–206.
  14. Mohamed H.R.H., Hussein N.A. Amelioration of cobalt oxide nanoparticles induced genomic and mitochondrial DNA damage and oxidative stress by omega-3 co-administration in mice // Caryologia. – 2018. – Vol. 71, № 4. – P. 357–364. DOI: 10.1080/00087114.2018.1473943
  15. Bhatti J.S., Bhatti G.K., Reddy P.H. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in metabolic disorders – a step towards mitochondria based therapeutic strategies // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Basis Dis. – 2017. – Vol. 1863, № 5. – P. 1066–1077. DOI: 10.1016/j.bbadis.2016.11.010
  16. Cytotoxicity, permeability, and inflammation of metal oxide nanoparticles in human cardiac microvascular endothelial cells: cytotoxicity, permeability, and inflammation of metal oxide nanoparticles / J. Sun, S. Wang, D. Zhao, F.H. Hun, L. Weng, H. Liu // Cell Biol. Toxicol. – 2011. – Vol. 27, № 5. – P. 333–342. DOI: 10.1007/s10565-011-9191-9
  17. Antagonistic efficacy of luteolin against lead acetate exposure-associated with hepatotoxicity is mediated via antioxidant, anti-inflammatory, and anti-apoptotic activities / W.A. Al-Megrin, A.F. Alkhuriji, A.O.S. Yousef, D.M. Metwally, O.A. Habotta, R.B. Kassab, A.E. Abdel Moneim, M.F. El-Khadragy // Antioxidants (Basel). – 2019. – Vol. 9, № 1. – P. 10. DOI: 10.3390/antiox9010010
  18. Curcumin ameliorates lead-induced hepatotoxicity by suppressing oxidative stress and inflammation, and modulating Akt/GSK-3β signaling pathway / A. Alhusaini, L. Fadda, I.H. Hasan, E. Zakaria, A.M. Alenazi, A.M. Mahmoud // Biomolecules. – 2019. – Vol. 9, № 11. – P. 703. DOI: 10.3390/biom9110703
  19. Lead exposure-induced changes in hematology and biomarkers of hepatic injury: protective role of Trévo™ supplement / O.B. Ilesanmi, E.F. Adeogun, T.T. Odewale, B. Chikere // Environ. Anal. Health Toxicol. – 2022. – Vol. 37, № 2. – P. e2022007-0. DOI: 10.5620/eaht.2022007
  20. Biomarkers of hepatic toxicity: an overview / S. Thakur, V. Kumar, R. Das, V. Sharma, D.K. Mehta // Curr. Ther. Res. Clin. Exp. – 2024. – Vol. 100. – P. 100737. DOI: 10.1016/j.curtheres.2024.100737
  21. Karakas D., Xu M., Ni H. GPIbα is the driving force of hepatic thrombopoietin generation // Res. Pract. Thromb. Haemost. – 2021. – Vol. 5, № 4. – P. e12506. DOI: 10.1002/rth2.12506
  22. Overview of the mechanisms of oxidative stress: impact in inflammation of the airway diseases / G.D. Albano, R.P. Gagliardo, A.M. Montalbano, M. Profita // Antioxidants (Basel). – 2022. – Vol. 11, № 11. – P. 2237. DOI: 10.3390/antiox11112237
  23. Cai Y., Yang F., Huang X. Oxidative stress and acute pancreatitis (Review) // Biomed. Rep. – 2024. – Vol. 21, № 2. – P. 124. DOI: 10.3892/br.2024.1812
  24. Kruse P., Anderson M.E., Loft S. Minor role of oxidative stress during intermediate phase of acute pancreatitis in rats // Free Radic. Biol. Med. – 2001. – Vol. 30, № 3. – P. 309–317. DOI: 10.1016/S0891-5849 (00) 00472-X
  25. The role of oxidative stress in kidney injury / N. Piko, S. Bevc, R. Hojs, R. Ekart // Antioxidants (Basel). – 2023. – Vol. 12, № 9. – P. 1772. DOI: 10.3390/antiox12091772
  26. Pulmonary infarction in acute pulmonary embolism / F.H.J. Kaptein, L.J.M. Kroft, G. Hammerschlag, M.K. Ninaber, M.P. Bauer, M.V. Huisman, F.A. Klok // Thromb. Res. – 2021. – Vol. 202. – P. 162–169. DOI: 10.1016/j.thromres.2021.03.022
  27. Lentsch A.B., Ward P.A. Regulation of inflammatory vascular damage // J. Pathol. – 2000. – Vol. 190, № 3. – P. 343–348. DOI: 10.1002/(SICI)1096-9896(200002)190:33.0.CO;2-M
Получена: 
07.05.2024
Одобрена: 
14.09.2024
Принята к публикации: 
26.09.2024

Вы здесь

Главная