doi: 10.15389/agrobiology.2016.4.524rus

УДК 615.9:546.47-022.532]:57.084.1

Работа проведена в рамках проекта Российского научного фонда  № 14-36-00023. Гематологические исследования выполнены по стандартизированным методикам в лаборатории «Агроэкология техногенных наноматериалов» и Испытательном центре ФГБНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства (аттестат аккредитации RA. RU.21ПФ59 от 02.12.15). Анализ образцов ткани экспериментальных животных на содержание химических элементов проводили в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (аттестат аккредитации ГСЭН.RU.ЦАО.311, Регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU. 0001.513118).

 

ГЕПАТОТОКСИЧЕСКИЕ, ГЕМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС У БЕРЕМЕННЫХ КРЫС ЛИНИИ Wistar
ПРИ ДЕЙСТВИИ НАНОЧАСТИЦ Zn И ZnO

Е.А. РУСАКОВА1, Е.А. СИЗОВА1,2, С.А. МИРОШНИКОВ2,
О.Ю. СИПАЙЛОВА1, Ш.А. МАКАЕВ2

Наночастицы цинка (Zn НЧ) и оксида цинка (ZnO НЧ) рассматриваются как материалы с низкой токсичностью, поскольку Zn — один из важнейших микроэлементов в организме человека, он обычно присутствует в пищевых продуктах и используется в качестве пищевой добавки. В настоящее время наносоединения на основе цинка относятся к наиболее применяемым, однако данных, позволяющих оценить степень опасности наноматериалов (НМ) для млекопитающих, включая человека (в том числе эмбриотоксические эффекты), пока что явно недостаточно. Целью настоящей работы было изучение потенциально негативных последствий воздействия положительно заряженных наночастиц цинка (Zn НЧ) и оксида цинка (ZnO НЧ) размерностью 90 и 95 нм на метаболические процессы в организме крыс линии Wistar в период беременности и на развитие плода. Оценивали морфологические и биохимические показатели крови, морфофункциональное состояние печени, содержание эссенциальных макро- и микроэлементов в тканях, течение и исход беременности. Содержание эритроцитов (×1012/л), лейкоцитов (×109/л), гемоглобина (г/л), гематокрит (%) определяли на 21-е сут эксперимента с использованием автоматического анализатора URIT-2900 Vet Plus («URIT MedicalElectronicGroup Co., Ltd», Китай), активность аланинаминотрансферазы (АлАТ), аспартатаминотрансферазы (АсАТ) и лактатдегидрогеназы (ЛДГ) — на автоматическом биохимическом анализаторе CS-T240 («DIRUI Industrial Co., Ltd», Китай) с применением коммерческих биохимических наборов для ветеринарии ДиаВетТест (Россия). Содержание макро- и микроэлементов оценивали методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с использованием масс-спектрометра Elan 9000 и атомно-эмиссионного спектрометра Optima 2000V («Perkin Elmer», США). В эксперименте не были выявлены эмбрио-фетальные патологии. Отмечалось достоверное повышение содержания эритроцитов и гемоглобина при введении Zn НЧ. Поступление ZnО НЧ приводило к развитию умеренного лейкоцитоза. Рост активности  ферментов (АлАТ, АсАТ, ЛДГ) указывал на развивающиеся деструктивные процессы в ткани печени, интенсивность которых прямо зависела от дозы и вида наночастиц. Биохимические исследования крови подтвердили потенциальный гепатотоксический эффект Zn НЧ и ZnO НЧ, о котором также свидетельствовала микроструктурная реорганизация печени, отражающая, с одной стороны, процессы дистрофии и цитолиза, с другой — регенерацию и функциональную активизацию органа, что можно рассматривать как компенсаторные (адаптационные) реакции на токсическое действие указанных наночастиц. По степени выраженности этих явлений, учитывая сопоставимые дозы, ZnО НЧ следует отнести к наиболее токсичным по сравнению с Zn НЧ. Введение Zn НЧ и ZnO НЧ в оцениваемых дозировках не приводило к критическим изменениям общего пула макро- и микроэлементов, а также содержания Zn в печени крыс и тканях плода. Происходило накопление некоторых эссенциальных элементов, что, однако, не влияло на течение и исход беременности.

Ключевые слова: крысы, наночастицы цинка, кровь, печень, беременность, плод, химические элементы.

 

Полный текст

 

STUDY OF POTENTIAL TOXICITY OF ZINC AND ITS OXIDE NANOPARTICLES ON BLOOD PARAMETERS, MORPHOLOGICAL AND FUNCTIONAL STATE OF LIVER AND ELEMENT STATUS OF PREGNANT WISTAR RATS AND FETUS

E.A. Rusakova1, Е.А. Sizova1,2, S.А. Miroshnikov2, О.Yu. Sipailova1,
Sh.А. Makaev2

Nanoparticles of zinc (Zn NPs) and zinc oxide (ZnO NPs) are considered as materials of low toxicity, as Zn is the most important trace element in human body usually found in food and used as a food additive. Currently, there is a serious lack of information about the potential dangers of nanomaterials (NMs) for mammals, and particularly for human. Moreover, there is not enough information about their potential hazard for reproductive health. The aim of this study is to investigate the potential negative effects of positively charged 90 and 95 nm nanoparticles of zinc (Zn NPs) and zinc oxide (ZnO NPs) on metabolic processes during pregnancy according to morphological and biochemical blood indices, morphofunctional structure of liver and element status in Wistar rats and fetuses. Blood was collected from 21-day old animals. Of blood morphological indices, concentration of erythrocytes (1012/l), white blood cells (109/l), hemoglobin (g/l), hematocrit (%) was estimated. In blood serum ALT (U/l), AST (U/l) and LDH (U/l) activity was assessed. Tissue samples were analyzed on a mass spectrometer Elan 9000 and atomic emission spectrometer Optima 2000 V (Perkin Elmer, USA). We did not observe embryo-fetal pathology in rats in the experiment. The concentration of red blood cells and hemoglobin increased when Zn NPs injected. ZnO NPs application led to the development of mild leukocytosis. Increasing activity of enzymes (ALT, AST, LDH) demonstrates the destructive process in hepatocytes of mother rats, which depends directly on the dose and type of the nanoparticles. Generally, the blood parameters confirm a potentially hepatotoxic effect of Zn NPs and ZnO NPs which was shown histologically. Microstructural changes of liver tissue (degeneration and cytolysis along with regeneration and functional activation of the body) may be considered as compensatory (adaptive) response to the toxic effects of the nanoparticles. According to the severity of these phenomena and given comparable doses, the ZnO NPs can be attributed to more toxic NPs than Zn NPs. Zn NPs and ZnO NPs did not lead to critical changes in the pool of macro- and microelements and Zn level in liver of mother rats and fetal tissues. There was an accumulation of essential elements, though it had no notable influence on the course and outcome of pregnancy in the rats. The most expressed biological effect of nanoparticles was observed in the rats at the maximum doses of Zn NPs and ZnO NPs.

Keywords: rats, Zn NPs, ZnO NPs, blood, liver, pregnancy, fetus, chemical elements.

 

1ФГБОУ Оренбургский государственный университет,
460018 Россия, г. Оренбург, просп. Победы, 13,
e-mail: elenka_rs@mail.ru, osipaylova@mail.ru;
2ФГБНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства,
460000 Россия, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29,
e-mail: sizova-l78@ya.ru, vniims.or@mail.ru

Потупила
в редакцию
5 июня 2016 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало