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

Особливості та механізми кардіовазотоксичної дії сполук важких металів та їх наночастинок (аналітичний огляд літератури)

Особливості та механізми кардіовазотоксичної дії сполук важких металів та їх наночастинок (аналітичний огляд літератури)

ISSN 2223-6775 Український журнал з проблем медицини праці Том.18, №3, 2022


https://doi.org/10.33573/ujoh2022.03.237

Особливості та механізми кардіовазотоксичної дії сполук важких металів та їх наночастинок (аналітичний огляд літератури)

Трахтенберг І.М., Дмитруха Н.М., Козлов К.П.
Державна установа «Інститут медицини праці імені Ю.І. Кундієва Національної академії медичних наук України», м. Київ


 Повна стаття (PDF), УКР

Вступ. Патологія серцево-судинної системи серед причин захворюваності і смертності населення України займає чільне місце. Багато дослідників справедливо пов’язують її з впливом несприятливих факторів виробничого та навколишнього середовищ. Важкі метали та їх сполуки включено до комплексу „класичних” факторів ризику розвитку патології серця та судин. На сьогодні встановлено, що у повітрі робочої зони на окремих виробництвах можуть бути присутні важкі метали у вигляді ультрадисперсних частинок розміром <100 нм. Особливі фізико-хімічні властивості, що притаманні цим частинкам, сприяють подоланню ними біологічних бар'єрів та посилюють токсичну дію важких металів. Отже, дослідження особливостей та органів-мішеней токсичної дії сполук важких металів та їх наночастинок, як антропогенних забруднювачів, на організм працюючих і населення взагалі є актуальною проблемою для гігієни праці та промислової токсикології.

Мета дослідження. Вивчення та узагальнення даних світової і вітчизняної літератури стосовно впливу сполук важких металів, їх наночастинок (НЧ) на серцево-судинну систему, встановлення особливостей та механізмів кардіовазотоксичної дії, визначення подальших перспектив у питанні оцінки безпечності нанотехнологій та наноматеріалів.

Матеріали та методи дослідження. Аналітичний огляд сучасних наукових публікацій виконано з використанням інформаційних баз даних Portalnano, PubMed та Національної бібліотеки України ім. В.І. Вернадського за допомогою інтернет ресурсів.

Результати. У статті викладені дані літератури про особливості та механізми впливу сполук важких металів на серцево-судинну систему, а також представлено результати дослідження кардіовазотоксичної дії наночастинок металів. Дані експериментальних, клінічних та епідеміологічних досліджень переконливо доводять, що важкі метали, такі як свинець, кадмій, залізо, відіграють важливу, а нерідко і провідну роль у патогенезі серцево-судинних захворювань у працюючих, зокрема розвитку артеріальної гіпертензії, атеросклерозу, цереброваскулярної патології, захворювань периферичних судин. При цьому НЧ металів мають більшу кумулятивну та токсичну активність відносно клітин серця та судин, що є причиною їх загибелі та порушення функції.

Висновки. Отримані дані дозволяють дійти висновку, що в основі кардіотоксичної дії як важких металів, так і їх наночастинок лежать два основні механізми: вплив на структуру і цілісність тканини серця та на провідну систему - ендотелій судин. Сполуки металів у вигляді наночастинок у порівнянні з їх мікро- та іонними формами, легше долають біобар’єри, накопичуються в тканині серця, стимулюють оксидативний стрес і апоптоз клітин. Домінуючим механізмом у розвитку серцево-судинних захворювань вважається їх цито- та генотоксична дія на кардіоміоцити та ендотеліоцити.

Ключові слова: важкі метали, наночастинки металів, серцево-судинна система, токсичність.

Література

  1. Кундиев Ю.И., Трахтенберг И.М. Химическая безопасность в Украине: ежегодные чтения, посвященные памяти Евгения Игнатьевича Гончарука (полный текст доклада). Киев: Авиценна, 2007. 71 с.
  2. Зербіно Д.Д., Соломенчук Т.М., Скибчик В.А. Коронарна хвороба серця та інфаркт міокарда у хворих молодого віку: роль ксенобіотиків (факти, гіпотези, коментарі). Український кардіологічний журнал. 2003. № 1. С.14-21.
  3. Горбась І.М., Смирнова І.П. Фактори ризику та їх взаємозв’язок із серцево-судинними захворюваннями. URL: https://compendium.com.ua/uk/clinical-guidelines-uk/cardiology-uk/section-4-uk/glava-1-faktori-riziku-ta-yih-vzayemo-zv-yazok-iz-sertsevo-sudinnimi-zahvoryuvannyami/
  4. Трахтенберг И.М., Тычинин В.А. Проблема кардиовазотоксического действия экзогенных химических веществ. Український кардіологічний журнал. 2003. № 5. С. 108-114.
  5. Трахтенберг І.М., Апихтіна О.Л., Лубянова І.П. Роль металів як техногенних хімічних забруднювачів у патогенезі серцево-судинних захворювань. Український кардіологічний журнал. 2009. № 9. С. 12-19.
  6. Демецкая А.В., Кучерук Т.К., Сальникова Н.А. Возможная роль наночастиц твердой составляющей сварочных аэрозолей в развитии профессионально обусловленной патологи. Актуальні проблеми гігієни праці, професійної патології і медичної екології Донбасу: зб. статей. Донецьк: Каштан, 2005. С. 193-196.
  7. Севальнєв А.І., А.І. Шаравара А.І., Куцак А.В., Нефьодов О.О. та ін.. Наночастинки в повітрі робочої зони як фактор ризику здоров’я працюючих у різних галузях виробництва. Медичні перспективи. 2020. № 2(3). С. 169-176. https://doi.org/10.26641/2307-0404.2020.3.214859
  8. Кундієв Ю.І., Демецька О.В., Кучерук Т.К. та ін.. Біотехнологічна активність частинок нанодіапазону в залежності від їх розміру. Онкологія. 2008. № 10(2). С. 217-220.
  9. Трахтенберг І.М., Дмитруха Наночастинки металів, методи отримання, сфери застосування, фізико-хімічні та токсичні властивості. Український журнал з проблем медицини праці. 2013. № 4(37). С. 62-74.
  10. Яворовський О.П., Ткачишин В.С., Арустамян О.М., Костюченко А.М., Солоха Н.В. Наночастинки і наноматеріали: будова, фізико-хімічні властивості, вплив на організм працівників.Довкілля та здоров’я. 2016. № 3(79). С. 29-36. doi.org/10.32402/dovkil2016.03.029
  11. Hasan Badie Bostan, Ramin Rezaee, Mahmoud Gorji Valokala. Cardiotoxicity of nano- particles. Life Sciences. 2016. No. 165. P. 91-99. doi: 10.1016/j.lfs.2016.09.017.
  12. Mokhtar Ibrahim Yousef, Abdelsalam Abdalla Abuzreda, Maher Abdel-Nabi Kame Cardiotoxicity and lung toxicity in maile rats induced by long-term exposure to iron oxide and silver nanoparticles. Еxperimental and therapeutic medicine. 2019. No. 18. P.4329-4339. doi: 10.3892/etm.2019.8108.
  13. Mo Tao Zhu, Wei Yue Feng, Bing Wang, Tian Cheng Wang, Yi Qun Gu, Meng Wang, Yun Wang, Hong Ouyang, Yu Liang Zhao, Zhi Fang Chai Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats. Toxicology. 2008. No. 247(2-3). P. 102-111. doi: 10.1016/j.tox.2008.02.011.
  14. Профілактична токсикологія та медична екологія: вибрані лекції для науковців, лікарів та студентів / за заг. ред. акад. НАМН України І.М. Трахтенберга. Київ: Авіцена, 2010. 248 с. ISBN 978-966-2144-27-7
  15. Cardiovascular toxicology/ Ed. Ethard W. Van Stee. N.-Y, 1982. 388 p.
  16. Общая токсикология / под ред. Курляндского Б.А., Филова В.А. М.: Медицина, 2002. 608 с.
  17. Соломенчук Т.М. Артеріальна гіпертензія і фактори ризику її виникнення серед людей, які зазнають впливу промислових сполук свинцю. Український кардіологічний журнал. 1996. № 2. С. 56-58.
  18. Ахметзянова Э.Х., Бакиров А.Б. Роль свинца в формировании артериальной гипертензии (обзор литературы). Медицина труда и промышленная экология. 2006. № 5. С. 17-21.
  19. Boscolo P., Carmignani М. Neurohumoral blood pressure regulation in lead exposure. Environ Health Perspect. 1988. No. 78. P. 101-106. doi: 10.1289/ehp.8878101
  20. Нариси з токсикології важких металів. Випуск І – Свинець / за заг. ред.. акад. НАМН України І.М. Трахтенберга. Київ : Авіцена, 2016. 112 с. ISBN 978-966-2144-83-3
  21. Апихтіна О. Л. Вазотоксична дія свинцю: ендотеліальна дисфункція як наслідок порушень у системі ендогенного оксиду азоту. Журнал АМН України. 2009. № 15(2). С. 346-354.
  22. Апихтіна О.Л., Коцюруба А.В., Коркач Ю.П. та ін.. Вазотокчсична дія свинцю: роль порушень в системі оксиду азоту. Український журнал з проблем медицини праці. 2007. № 3(11).С. 56-62.
  23. Нариси з токсикології важких металів. Випуск ІІІ – Кадмій / за заг. ред.. акад. НАМН України І.М. Трахтенберга. Київ : Авіцена, 2017. 64 с. ISBN 978-966-2144-95-6
  24. Groneberg D.A., Godt J., Scheidig F., Grosse-Siestrup C.. The toxicity of cadmium and resulting hazards for human health. Journal of Occupational Medicine and Toxicology. 2006. No.1. C. 22-28. doi: 10.1186/1745-6673-1-22
  25. Jie Liu, Qu Wei, .B. Kadiisha Jxidative stress in cadmium toxisity and carcinogenesis. Toxicology and applied pharmacologe. 2009. No. 238(3). P. 209-214. doi:10.1016/j.taap.2009.01.029.
  26. Нариси з токсикології важких металів. Випуск V – Залізо / за заг. ред.. акад. НАМН України І.М. Трахтенберга. Київ : Авіцена, 2017. 88 с. ISBN 978-966-2144-96-3
  27. Лубянова И.П., Тимошина Д.П. Особенности формирования и диагностики профессиональной и производственно обусловленной патологии у рабочих сварочных профессий. Вестник гигиены и эпидемиологии. 2011. №. 15(1) C. 7-16.
  28. Лубянова И.П. Избыточное железо и патология у рабочих сварочных профессий / под общ. ред. акад. Ю.И. Кундиева. Киев : Авицена, 2013. 240 с.
  29. Gujja P., Rosing D.R., Tripodi D.J., Shizukuda Y.J. Iron overload cardiomyopathy: better understanding of an increasing disorder. J. Am. Coll Cardiol. 2010. No. 56(13). P. 1001-1012. doi: 10.1016/j.jacc.2010.03.083.
  30. Albrtsen Jay The toxicity of iron, an essential element. Veterynary Medicine. 2006. No. 101(2). P. 82-90. ISSN: 8750-7943,1939-1919
  31. Ching-Feng Cheng and Wei-Shiung Lian Prooxidant mechanisms in iron overload cardiomyopathy. BioMed Research International. 2013. 2013: 740573. Published online 2013 Nov 19. doi: 10.1155/2013/740573
  32. Yutaka Kohgo, Katsuya Ikuta , Takaaki Ohtake , Yoshihiro Torimoto, Junji Kato Вody iron metabolism and pathophysiology of iron overload. Int. J. Hematol. 2008. No. 88(1). P. 7-15. DOI: 10.1007/s12185-008-0120-5
  33. Vinchi F., Muckenthaler M. U., Da Silva M.C., Balla G., Balla J. Jeney V. Atherogenesis and iron: From epidemiology to cellular level. Front. Pharmacol. 2014. No. 5. P. 94. doi: 10.3389/fphar.2014.00094
  34. Basuli D., Stevens R.G., Torti F.M., Torti S.V. Epidemiological associations between iron and cardiovascular disease and diabetes. Front. Pharmacol. 2014. No. 5. P. 117. doi: 10.3389/fphar.2014.00117
  35. Habib A., Finn A.V. The role of iron metabolism as a mediator of macrophage inflammation and lipid handling in atherosclerosis. Front. Pharmacol. 2014. No.5. P. 195. DOI: 10.3389/fphar.2014.00195
  36. Gammella, E. Maccarinelli , F., Buratti, P., Recalcati S., Cairo G. The role of iron in anthracycline cardiotoxicity. Front. Pharmacol. 2014. No. 5. P. 25. doi: 10.3389/fphar.2014.00025
  37. Wenjing Xu , Tomasa Barrientos , Lan Mao , Howard A Rockman, Anthony A Sauve, Nancy C Andrews Lethal cardiomyopathy in mice lacking transferrin receptor in the heart. Cell Rep. 2015. No. 13. P. 533–545. doi: 10.1016/j.celrep.2015.09.023
  38. Hasan Badie Bostan , Ramin Rezaee , Mahmoud Gorji Valokala , Konstantinos Tsarouhas , Kirill Golokhvast , Aristidis M Tsatsakis , Gholamreza Karimi Cardiotoxicity of nanoparticles. Life Sciences. 2016. No. 165. P. 91-99. doi: 10.1016/j.lfs.2016.09.017
  39. Hadrup N., Lam H.R. Oral toxicity of silver ions, silver nanoparticles and colloidal silver – a review. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2014. No. 68(1). P.1–7. doi: 10.1016/j.yrtph.2013.11.002
  40. Yong Soon Kim, Moon Yong Song, Jung Duck Park, et al.. Subchronic oral toxicity of silver nanoparticles. Part. Fibre Toxicol. 2010. No. 7. P. 20. doi: 10.1186/1743-8977-7-20.
  41. Korani M., Rezayat S.M., S.M. Arbabi Bidgoli. Sub-chronic dermal toxicity of silver nanoparticles in guinea pig: special emphasis to heart, bone and kidney toxicities. Iran J. Pharm. Res. 2013. No. 12(3). P.511–519.
  42. Петрицкая Е.Н., Абаева Л.Ф., Рогаткин Д.А., и др.. Некоторые проявления кардиотоксичности наночастиц золота. Нанотехника.2014. №. 3. С.42.
  43. Surekha Pasupuleti, Srinivas Alapati, Selvam Ganapathy, Goparaju Anumolu, Neelakanta Reddy Pully, Balakrishna Murthy Prakhya Toxicity of zinc oxide nanoparticles through oral route. Toxicol. Ind. Health. 2012. No. 28(8). P.657–686. DOI: 10.1177/0748233711420473
  44. Vandebriel R.J., WH. De Jong A review of mammalian toxicity of ZnO nanoparticles. Nanotechnol. Scin. Appl.. 2012. No. 5. P. 61-71. DOI: 10.2147/NSA.S23932
  45. Hsiao-Chi Chuang, Hung-Tzu Juan, Chun-Nung Chang, Yuan-Horng Yan Cardiopulmonary toxicity of pulmonary exposure to occupationally relevant zinc oxide nanoparticles. Nanotoxicology. 2013. No. 8(6). P. 593-604. doi: 10.3109/17435390.2013.809809
  46. Baky N.A., Faddah L.M., Al-Rasheed N.M., Al-Rasheed N.M, Fatani A .J. Induction of inflammation, DNA damage and apoptosis in rat heart after oral exposure to zinc oxide nanoparticles and the cardioprotective role of alpha lipoic acid and vitamin E. Drug Research. 2013. No. 63(5). P. 228-236. doi: 10.1055/s-0033-1334923
  47. Jing Sun, Shaochuang Wang, Dong Zhao, Fei Han Hun, Lei Weng, Hui Liu. Cytotoxicity, permeability and inflammation of metal oxide nanoparticles in human cardiac microvascular endothelial cells.; Cell Biol. Toxicol. 2011. No. 27(5). P. 333-342. doi: 10.1007/s10565-011-9191-9
  48. Shiyuan Liu, Yu Han, Longping Yin, Ling Long, Rui Liu. Toxicology studies of a superparamagnetic iron oxide nanoparticle in vivo Adv. Mater. Res. 2008. No. 47-50. P. 1097-1100. doi: 10.1080/21691401.2019.1709855.
  49. Mahmoudi M., Hofmann H., Rothen-Rutishauser B., Petri-Fink A. . Assessing the in vitro and in vivo toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Chem. Rev. 2010. No. 112(4). P. 2323-2338. doi: 10.1021/cr2002596
  50. Seong Cheol Hong , Jong Ho Lee, Jaewook Lee, Hyeon Yong Kim et al.. Subtle cytitoxicity and genotoxicity differences in superparamagnetic iron nanoparticles coated with various functional groups. Int. Nanomedicine. 2011. No. 6. P. 3219-3231. doi: 10.2147/IJN.S26355
  51. Xinying Wu , Yanbin Tan, Hui Mao, Minming Zhang. Toxic effects of iron oxide nanoparticles on human umbilical vein endothelial cells. International Journal of Nanomedicine. 2010. No. 5. P. 385–399. doi: 10.2147/ijn.s10458
  52. Andrea Gojova , Bing Guo, Rama S Kota, John C Rutledge, Ian M Kennedy, Abdul I Barakat. Induction of inflammation in vascular endothelial cells by metal oxide nanoparticles: effect of particle composition. Environ Health Perspect. 2007. No. 115(3). Р. 403–409. doi: 10.1289/ehp.8497