toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.36946/0869-7922-2020-5-2-9toxreview-333Research ArticleСтатьиО СМЫСЛЕ ПОНЯТИЯ «ГОРМЕЗИС» И ЕГО МЕСТЕ В ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ЗАВИСИМОСТИ ОТВЕТА ОРГАНИЗМА НА ПОТЕНЦИАЛЬНО ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ОТ ЕГО СИЛЫON THE MEANING OF THE TERM «HORMESIS» AND ITS PLACE IN THE GENERAL THEORY OF THE DEPENDENCE OF THE BODY’S RESPONSE TO POTENTIALLY HARMFUL EFFECTS ON ITS STRENGTHПановВ. Г.PanovV. G.

Панов Владимир Григорьевич, к.ф.-м.н., зав. лабораторией математического моделирования в экологии и медицине Института промышленной экологии

620014, г. Екатеринбург

Panov Vladimir Grigoryevich

620014, Yekaterinburg

panov@ecko.uran.ruМинигалиеваИ. А.MinigalievaI. A.

Минигалиева Ильзира Амировна, к.б.н., старший научный сотрудник отдела токсикологии и биопрофилактики 

620014, г. Екатеринбург

Minigalieva Ilzira Amirovna

620014, Yekaterinburg

ilzira-minigalieva@yandex.ruБушуеваТ. В.BushuevaT. V.

Бушуева Татьяна Викторовна, кандидат медицинских наук, заведующий НПО Лабораторно-диагностических технологий 

620014, г. Екатеринбург

Bushueva Tatyana Victorovna

620014, Yekaterinburg

bushueva@ymrc.ruПриваловаЛ. И.PrivalovaL. I.

Привалова Лариса Иванова, д.м.н., профессор, заведующая лабораторией научных основ биопрофилактики

620014, г. Екатеринбург

Privalova Larisa Ivanovna

620014, Yekaterinburg

privalovali@yahoo.comКлиноваС. В.KlinovaS. V.

Клинова Светлана Владиславовна, научный сотрудник отдела токсикологии и биопрофилактики 

620014, г. Екатеринбург

Klinova Svetlana Vladislavovna

620014, Yekaterinburg

klinovasv@ymrc.ruГурвичВ. Б.GurviсhV. B.

Гурвич Владимир Борисович, д.м.н., научный руководитель 

620014, г. Екатеринбург

Gurvich Vladimir Borisovich

620014, Yekaterinburg

gurvich@ymrc.ruСутунковаМ. П.SutunkovaM. P.

Сутункова Марина Петровна, к.м.н. директор 

620014, г. Екатеринбург

Sutunkova Marina Petrovna

620014, Yekaterinburg

sutunkova@ymrc.ruКацнельсонБ. А.KatsnelsonB. A.

Кацнельсон Борис Александрович, д.м.н., профессор, заведующий отделом токсикологии и биопрофилактики 

620014, г. Екатеринбург

Katsnelson Boris Aleksandrovich

620014, Yekaterinburg

bkaznelson@etel.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian Federation2020041120200529Copyright © Панов В.Г., Минигалиева И.А., Бушуева Т.В., Привалова Л.И., Клинова С.В., Гурвич В.Б., Сутункова М.П., Кацнельсон Б.А., 20202020Панов В.Г., Минигалиева И.А., Бушуева Т.В., Привалова Л.И., Клинова С.В., Гурвич В.Б., Сутункова М.П., Кацнельсон Б.А.Panov V.G., Minigalieva I.A., Bushueva T.V., Privalova L.I., Klinova S.V., Gurviсh V.B., Sutunkova M.P., Katsnelson B.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.toxreview.ru/jour/article/view/333

Сферические наночастицы (НЧ) сульфидов кадмия и свинца (диаметр 37 ± 5 нм и 24 ± 4 нм соответственно) оказались цитотоксичными для кардиомиоцитов линии HL-1, о чем свидетельствует снижение АТФ-зависимой люминесценции. Было обнаружено, что наночастицы CdS оказывают гораздо большее цитотоксическое воздействие, чем наночастицы PbS. Учитывая одинаковый диапазон доз, CdS-НЧ уменьшал количество кальциевых пиков. Аналогичный эффект наблюдался и для малых доз PbS- НЧ. Помимо гипертрофии клеток под воздействием определенных доз CdS-НЧ и PbS-НЧ были выявлены дозы, вызывающие уменьшение размеров кардиомиоцитов. Для этих трех результатов мы получили как монотонные функции «доза-реакция» (хорошо аппроксимируемые гиперболической функцией), так и различные варианты немонотонных, для которых мы нашли адекватные математические выражения путем модификации некоторых моделей гормезиса, доступных в литературе. Анализ данных с использованием линейной модели поверхности отклика с перекрестным членом дал еще одно подтверждение ранее установленному постулату о том, что разнообразие типов комбинированного действия, характерных для одной и той же пары токсических веществ, является одним из важных утверждений в общей теории комбинированной токсичности.

Spherical nanoparticles (NP) of cadmium and lead sulfides (dia.37 ± 5 nm and 24 ± 4 nm, respectively) turned to be cytotoxic for HL-1 cardiomyocytes as illustrated by ATP-dependent luminescence reduction. It was revealed, that CdS-NP affect in a greater degree than PbS-NP. In view of the same dose range, CdS-NP decreased the amount of calcium spikes. Small PbS-NP doses showed the same effect. Besides cell hypertrophy due to certain CdS-NP and PbS-NP impact, doses leading to cardiomyocyte decrease were revealed. In order to correspond with the following three results, both monotonic «dose-response» functions (properly approximated by the hyperbolic function) as well as different variants of non-monotonic ones were deduced by us, for which adequate mathematical expressions through modifying certain hormesis models are to be had in literature. Evidence-based analysis involving response surface linear model as well as a cross term, acknowledged a new support to the formerly inflexible rule stating that the diversity kinds of combined action, typical for the same damaging agents’ pair is of the fundamental propositions in the general theory of combined toxicity.

доза-ответнаночастицыэксперимент «in vitro»математическая модельdose-responsenanoparticlesexperiment in vitromathematical modelReferencesГолубев А.А., Люблина Е.И., Толоконцев Н.А., Филов В.А. «Количественная токсикология», Л-д: «Медицина», 1973, 288 С.Golubev A. A., Lublin E. I., Tolokontsev N. A., Filov V. A. “Quantitative toxicology”, L-d: “Medicine”, 1973, 288 P. (in Russian)Курляндский Б.А. и Филов В. А. (ред.) «Общая токсикология», М.: «Медицина», 2002, 608 С.Kurlandsky B. A. and Filov V. A. (ed.) “General toxicology”, Moscow: “Medicine”, 2002, 608 P. (in Russian)Calabrese EJ. The Emergence of the Dose–Response Concept in Biology and Medicine. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17: 2034. DOI: 10.3390/ijms1712203.Calabrese EJ. The Emergence of the Dose–Response Concept in Biology and Medicine. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17: 2034. DOI: 10.3390/ijms1712203.Southam CM, Ehrlich J. Effects of extract of western red-cedar heartwood on certain wood-decaying fungi in culture. Phytopathology. 1943; 33: 517–524.Southam CM, Ehrlich J. Effects of extract of western red-cedar heartwood on certain wood-decaying fungi in culture. Phytopathology. 1943; 33: 517–524.Calabrese E.J. Hormesis: a revolution in toxicology, risk assessment and medicine. EMBO Rep. 2004 Oct; 5(Suppl 1): S37– S40.Calabrese E.J. Hormesis: a revolution in toxicology, risk assessment and medicine. EMBO Rep. 2004 Oct; 5(Suppl 1): S37– S40.Panov V.G, Minigalieva I.A., Bushueva T.V., Fröhlich E., Meindl C., Absenger-Novak M., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Gurviсh V. B., Privalova L.I., Katsnelson B.A. Some peculiarities in the dose-dependence of separate and combined in vitro cardiotoxicity effects induced by CdS and PbS nanoparticles with special attention to hormesis manifestations. Dose – Response, 2020 (in press).Panov V.G, Minigalieva I.A., Bushueva T.V., Fröhlich E., Meindl C., Absenger-Novak M., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Gurviсh V. B., Privalova L.I., Katsnelson B.A. Some peculiarities in the dose-dependence of separate and combined in vitro cardiotoxicity effects induced by CdS and PbS nanoparticles with special attention to hormesis manifestations. Dose – Response, 2020 (in press).Kendig E.L., Le H.H., Belcher S.M. Defining Hormesis: Evaluation of a Complex Concentration Response Phenomenon. Int. J. Toxicol. 2010; 29(3): 235–246. DOI: 10.1177/1091581810363012Kendig E.L., Le H.H., Belcher S.M. Defining Hormesis: Evaluation of a Complex Concentration Response Phenomenon. Int. J. Toxicol. 2010; 29(3): 235–246. DOI: 10.1177/1091581810363012.Choi VW, Yum EH, Konishi T, Oikawa M et al. Triphasic low-dose response in zebrafish embryos irradiated by microbeam protons. J Radiat Res. 2012;53(3):475-81.Choi VW, Yum EH, Konishi T, Oikawa M et al. Triphasic low-dose response in zebrafish embryos irradiated by microbeam protons. J Radiat Res. 2012;53(3):475-81.Kong EY, Cheng SH, Yu KN. Biphasic and triphasic dose responses in zebrafish embryos to low-dose 150 kV X-rays with different levels of hardness. J Radiat Research. 2016; 57(4): 363–369. DOI: 10.1093/jrr/rrw026.Kong EY, Cheng SH, Yu KN. Biphasic and triphasic dose responses in zebrafish embryos to low-dose 150 kV X-rays with different levels of hardness. J Radiat Research. 2016; 57(4): 363–369. DOI: 10.1093/jrr/rrw026.Tang S, Liang J, Xiang C et al. A general model of hormesis in biological systems and its application to pest management. J. R. Soc. Interface 16: 20190468. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2019.0468.Tang S, Liang J, Xiang C et al. A general model of hormesis in biological systems and its application to pest management. J. R. Soc. Interface 16: 20190468. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2019.0468.Belz RB, Piepho HP. Statistical modeling of the hormetic dose zone and the toxic potency completes the quantitative description of hormetic dose responses. Environ. Toxicol. Chem. 2014; 34(5): 1169–1177.Belz RB, Piepho HP. Statistical modeling of the hormetic dose zone and the toxic potency completes the quantitative description of hormetic dose responses. Environ. Toxicol. Chem. 2014; 34(5): 1169–1177.Radak Z, Ishihara K, Tekus E et al. Exercise, oxidants, and antioxidants change the shape of the bell-shaped hormesis curve. Redox Biology. 2017;(12): 285- 290. DOI: 10.1016/j.redox.2017.02.015.Radak Z, Ishihara K, Tekus E et al. Exercise, oxidants, and antioxidants change the shape of the bell-shaped hormesis curve. Redox Biology. 2017;(12): 285- 290. DOI: 10.1016/j.redox.2017.02.015.Nweke CO, Ogbonna CJ. Statistical models for biphasic dose-response relationships (hormesis) in toxicological studies. Ecotoxicol. Environ. Contam. 2017; 12(1): 39-55. DOI: 10.5132/eec.2017.01.06.Nweke CO, Ogbonna CJ. Statistical models for biphasic dose-response relationships (hormesis) in toxicological studies. Ecotoxicol. Environ. Contam. 2017; 12(1): 39-55. DOI: 10.5132/eec.2017.01.06.Huang YY, Sharma SK, Carroll J, Hamblin MR. Biphasic dose response in low level light therapy – an update. DoseResponse. 2011; 9:602–618.Huang YY, Sharma SK, Carroll J, Hamblin MR. Biphasic dose response in low level light therapy – an update. DoseResponse. 2011; 9:602–618.Brain P, Cousens R. An equation to describe dose responses where there is stimulation of growth at low doses. Weed Research. 1989; 29: 93–96.Brain P, Cousens R. An equation to describe dose responses where there is stimulation of growth at low doses. Weed Research. 1989; 29: 93–96.Cedergreen N, Ritz C, Streibig JC. Improved empirical models describing hormesis. Environ. Toxicol. Chem. 2005; 24(12): 3166–3172. DOI: 10.1897/05- 014.Cedergreen N, Ritz C, Streibig JC. Improved empirical models describing hormesis. Environ. Toxicol. Chem. 2005; 24(12): 3166–3172. DOI: 10.1897/05-014.Ritz C, Baty F, Streibig JC, Gerhard D. Dose-Response Analysis Using R. PLoS ONE. 2015; 10(12): e0146021. DOI:10.1371/journal.pone.0146021.Ritz C, Baty F, Streibig JC, Gerhard D. Dose-Response Analysis Using R. PLoS ONE. 2015; 10(12): e0146021. DOI:10.1371/journal.pone.0146021.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.