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

Динаміка розподілу заліза та інших елементів у крові та органах щурів після введення розчину оксиду заліза з наночастинками різного розміру

ISSN 2223-6775 Український журнал з проблем медицини праці Том.19, №4, 2023


https://doi.org/10.33573/ujoh2023.04.256

Динаміка розподілу заліза та інших елементів у крові та органах щурів після введення розчину оксиду заліза з наночастинками різного розміру

Дмитруха Н.М., Андрусишина І.М., Легкоступ Л.А., Козлов К.П., Герасімова О.В.
Державна установа «Інститут медицини праці імені Ю. І. Кундієва Національної академії медичних наук України», м. Київ


Повна стаття (PDF), УКР

Вступ. Широке застосування наночастинок (НЧ) оксидів заліза в різних сферах промисловості, зокрема й у медицині, як от контрастна речовина для МРТ діагностики, для знищення пухлин за допомогою гіпертермії, а також адресної доставки ліків і протианемічного засобу передбачає безпосереднє їхнє надходження в організм людини. Нині є брак даних щодо особливостей кумуляції цих НЧ в організмі та механізму взаємодії з його біологічними структурами. Надлишок заліза (Fe) в організмі є суттєвим стимулятором оксидативного стресу, інших порушень метаболізму, які відіграють важливу роль у розвитку різноманітних патологічних станів, зокрема, атеросклерозу, серцево-судинних захворювань, дегенеративних змін нервової системи, пневмосклерозу.

Мета дослідження – визначити особливості накопичення та розподілення Fe в крові та внутрішніх органах після тривалого введення щурам колоїдних розчинів НЧ оксиду заліза (Fe2O3) з розмірами НЧ 19 нм і 75 нм, а також його вплив на баланс інших есенційних елементів [кальцію (Ca), цинку (Zn), міді (Cu), магнію (Mg)].

Матеріали та методи дослідження. Експериментальні дослідження з оцінки особливостей накопичення Fe та інших елементів (Ca, Zn, Cu, Mg) проведено в крові та внутрішніх органах щурів після введення колоїдних розчинів Fe2O3 з НЧ розміром 19 нм і 75 нм. Уміст металів визначали за допомогою оптико-емісійної спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою на приладі Optima 2100 DV фірми Perkin Elmer після 30 введень щурам розчинів Fe2O3 і через 30 діб постекспозиційного періоду.

Результати. Встановлено, що 30-разове введення колоїдних розчинів Fe2O3 з НЧ обох розмірів призвело до збільшення вмісту вільного Fe в цільній крові та внутрішніх органах дослідних щурів. Через 30 діб після припинення введення колоїдних розчинів НЧ Fe2O3 уміст заліза в крові та органах дослідних щурів в обох групах ще більше підвищився. Отримані дані свідчать про збільшення вмісту Fe в крові дослідних щурів, надходження й акумуляцію його в органах і повільне виведення з організму. Встановлено, що тривале надходження колоїдних розчинів Fe2O3 в організм щурів спричиняло порушення балансу есенційних металів (Ca, Zn, Сu, Mg) у крові та в органах, що проявлялося їхнім дефіцитом чи надлишком. Більш виражений дисбаланс елементів виявлено за введення НЧ Fe2O3 19 нм. Накопичення Fe може стимулювати оксидативний стрес, наслідком якого є розвиток таких захворювань, як цироз печінки, діабет 2 типу. Дисбаланс елементів Ca, Zn, Сu, Mg може сприяти розвитку мікроелементозів з порушенням функціональної активності металовмісних протеїнів і ферментів та обмінних процесів.

Висновки. Встановлені відмінності в накопиченні Fe в крові та в органах, а також виявлений дисбаланс важливих есенційних елементів можуть вказувати на потенційний негативний вплив на функціонування цих органів і металовмісних протеїнів і ферментів. Результати дослідження можуть послужити підґрунтям у підходах до застереження щодо застосування НЧ оксидів заліза в медицині, а також з метою профілактики та корекції мікроелементозів, що можуть виникнути за умови тривалого надходження НЧ в організм.

Ключові слова: оксид заліза, наночастинки, токсичність, дисбаланс, макро- і мікроелементи.

Література

  1. Чекман І. С. Наночастинки: властивості та перспективи застосування. Укр. біохімічний журнал. 2009. Т. 81, № 1. С. 122–129.
  2. Дудченко Н. О. Магнітні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтезу, дослідження властивостей, застосування. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2009. Т. 7. № 4. С. 1027–1059.
  3. Buzea C., Pacheco І., Robble К. Nanomaterial and nanoparticles: sources and toxicity. Biointerphases. 2007. Vol. 2 (4). P. 49–55. https://doi.org/10.1116/1.2815690.
  4. Toxic potential of materials at the nanolevel. A. Nel, T. Xia, L. Madler et al. Science. 2006. Vol. 311 (5761). P. 622–627. https://doi.org/10.1126/science.1114397.
  5. 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). C. 62–74.
  6. Леоненко Н. С., Демецька О. В., Леоненко О. Б. Особливості фізико-хімічних властивостей та токсичної дії наноматеріалів – до проблеми оцінки їхнього впливу на живі організми (огляд літератури). Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки. 2016. № 1. С. 64–76.
  7. Картель М. Т., Терещенко В. П. Концепція методології ідентифікації та токсикологічних досліджень наноматеріалів і оцінки ризику для людського організму та довкілля при їх виробництві і застосуванні. Химия, физика и технология поверхности: межвед. сборник научн. трудов. Киев : Наукова думка, 2008. Вып. 14. С. 565–583.
  8. Safety of ferumoxytol in patients with anemia and CKD. A. Singh, T. Patel, J. Hertel et al. Am. J. Kidney Dis. 2008. Vol. 52 (5). P. 907–915. https://doi.org/10.1053/j.ajkd.2008.08.001.
  9. Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats. M. T. Zhu, W. Y. Feng, B. Wanga et al. Toxicology. 2008. Vol. 247 (2–3). P. 102–111. https://doi.org/10.1016/j.tox.2008.02.011.
  10. Super paramagnetic iron oxide: pharmacokinetics and toxicity. R. Weissleder, D. D. Stark, B. L. Engelstad et al. AJR Am. J. Roentgenol. 1998. Vol. 152 (1). P. 167–173. https://doi.org/10.2214/ajr.152.1.167.
  11. Нариси з токсикології важких металів. Випуск V – Залізо; за заг. ред. акад. НАМН України І. М. Трахтенберга. Київ : ВД «Авіцена», 2017. 88 с.
  12. Huang X. Iron overload and its association with cancer risk in humans: evidence for iron as carcinogenic metal. Mutal research. 2003. Vol. 533 (1–2). P. 153–171. https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2003.08.023.
  13. Лубянова И. П. Избыточное железо и патология у рабочих сварочных профессий; под общ. ред. акад. Ю. И. Кундиева. Киев : Авиценна, 2013. 240 с.
  14. European convention for the protection of vertebrate animal used for experimental and other scientific purposes. Strasburg: Council of Europe, 1986. 53 р.
  15. Оцінка порушень мінерального обміну у професійних контингентів за допомогою методу атомно-емісійної спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою: метод. рекомендації (111)72.14/133.14. І. М. Андрусишина, О. Г. Лампека, І. О. Голуб та ін. Київ : ВД «Авіцена», 2014. 60 с.
  16. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПб. : Наука, 2008. 544 с.
  17. The effects of nanomaterials as endocrine disruptors. I. Iavicoli, L. Fontana, V. Leso, A. Bergamaschi. Int. J. Mol. Sci. 2013. Vol. 14. Р. 16732–16801. https://doi.org/10.3390/ijms140816732.
  18. Мокляк Є. В., Важнича О. М., Андрусишина І. М. Вплив композитних наночастинок магнетиту на вміст заліза в органах та плазмі крові щурів за умов гострої крововтрати. Фармакологія та лікарська токсикологія. 2014. № 6 (41). С. 51–58.
  19. Human and environmental impacts of nanoparticles: a scoping review of the current literature. E. A. Kumah, R. D. Fopa, S. Harati et al. BMC public health. 2023. Vol. 23. P. 1059. https://doi.org/10.1186/s12889-023-15958-4.
  20. The influence of lactoferrin on elemental homeostasis and actinity of metal-containing enzymes in rats with walker-256 carcinosarcoma. Yu. V. Lozovska, I. M. Andrusyshyna, N. Yu. Lukianova et al. Experimental oncology. 2019. Vol. 1 (41). P. 20–25. https://doi.org/10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-41-no-1.12471.
  21. Mineral status and superoxide dismutase enzyme activity in Alzheimer’s disease. G. P. Rodrigues, S. M. Cozzolino, M. D. Nascimento et al. J. Trace Elem. Med. Biol. 2017. Vol. 44. P. 83–87. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.06.005.