toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0869-7922-2022-30-3-182-190toxreview-614Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESНовые биомаркеры несимметричного диметилгидразинаNew biomarkers for 1,1-dimethylhydrazinehttps://orcid.org/0000-0002-2911-1260УколовАнтон ИгоревичUkolovAnton Igorevich

Кандидат хим. наук, заместитель заведующего отделом токсикологии ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: AntonUkolov@gmail.com

PhD, deputy head of toxicological department FSUE 'Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology", FMBA of Russia, g.p. Kuzmolovskii, 188663, Leningrad region, Russian Federation.

e-mail: AntonUkolov@gmail.com

Scopus Author ID: 25321116600, Researcher ID: S-2545-2016 

antonukolov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3960-3058ЛаптевДенис СергеевичLaptevDenis Sergeevich

Кандидат биол. наук, заведующий лабораторией экстремальной физиологии ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: lapden@mail.ru

lapden@mail.ruКармановЕвгений ЮрьевичKarmanovEvgeny Yurievich

Научный сотрудник лаборатории общей токсикологии и гигиенического регламентирования ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: karmanov@gpech.ru

karmanov@gpech.ruКаракашевГеоргий ВасильевичKarakashevGeorgy Vasilyevich

Кандидат биол. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории аналитической токсикологии ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: karakashev@gpech.ru

karakashev@gpech.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6077-2534КриворотовДенис ВикторовичKrivorotovDenis Viktorovich

Кандидат хим. наук, заведующий лабораторией химического моделирования ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: krivorotov.dv@gpech.ru

krivorotov.dv@gpech.ruБогаченковА. С.BogachenkovA. S.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7151-7240НечайкинаОльга ВалерьевнаNechaikinaOlga Valeryevna

Старший научный сотрудник лаборатории экстремальной физиологии ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: olga2278@mail.ru

olga2278@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1823-4361БобковДмитрий ВладимировичBobkovDmitry Vladimirovich

Старший научный сотрудник лаборатории экстремальной физиологии ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: bdv21@yandex.ru

bdv21@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6781-8315ПетуновСергей ГервасиевичPetunovSergey Gervasievich

Кандидат мед. наук, доцент, заведующий научно-организационным отделом ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, Российская Федерация.

e-mail: sergey-petunov@mail.ru

sergey-petunov@mail.ruФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентстваРоссияFSUE «Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology» FMBA of RussiaRussian Federation202220062022303182190Copyright © Уколов А.И., Лаптев Д.С., Карманов Е.Ю., Каракашев Г.В., Криворотов Д.В., Богаченков А.С., Нечайкина О.В., Бобков Д.В., Петунов С.Г., 20222022Уколов А.И., Лаптев Д.С., Карманов Е.Ю., Каракашев Г.В., Криворотов Д.В., Богаченков А.С., Нечайкина О.В., Бобков Д.В., Петунов С.Г.Ukolov A.I., Laptev D.S., Karmanov E.Y., Karakashev G.V., Krivorotov D.V., Bogachenkov A.S., Nechaikina O.V., Bobkov D.V., Petunov S.G.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/614Введение

Введение. Несмотря на масштабное использование несимметричного диметилгидразина (далее — НДМГ) в отечественной ракетно-космической отрасли, до сих пор не были описаны его биомаркеры экспозиции в плазме крови и моче, а также биомаркеры кардиотоксических эффектов.

Материал и методы

Материал и методы. Проведено исследование образцов крови и мочи крыс после однократного введения 10 мг/кг НДМГ (1/16 DL50) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-селективным детектированием высокого разрешения (ВЭЖХ-МС). Определение неметаболизированной формы НДМГ проводили также с использованием метода газовой хроматографии с масс-селективным детектированием с предварительной дериватизацией 4-пиридинкарбоксиальдегидом. Проведена оценка кардиотоксического действия НДМГ на модели изолированного сердца крысы при субхроническом внутрижелудочном введении в течение 28 дней в дозах 0,02; 0,2; 2,0 мг/кг.

Результаты

Результаты. Установлено, что основными метаболитами НДМГ являются диметилгидразоны пиридоксаля (витамина B6) и пировиноградной кислоты (пирувата). Показана возможность определения неметаболизированной формы НДМГ в крови и моче методом ВЭЖХ-МС, концентрации достигают 10–60 нг/мл плазмы крови и 200–2000 нг/мл. Применение НДМГ приводит к увеличению массового коэффициента сердца в дозе 2,0 мг/кг. В экспериментах ex vivo на сердце крысы показано кардиотоксическое действие НДМГ при субхроническом применении в дозе 0,2 мг/кг и выше, выражающееся в значительной дилатации коронарного русла и левого желудочка, развитии выраженного отрицательного инотропного и хронотропного эффектов, снижении максимальной скорости сокращения и расслабления левого желудочка, отражающее угнетение энергетического метаболизма миокарда.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. В работе проведено обнаружение биомаркеров после однократного внутрижелудочного введения НДМГ, токсикокинетические характеристики биомаркеров и их ретроспективность не оценивались.

Заключение

Заключение. Основными метаболитами НДМГ при внутрижелудочном введении 1/16 DL50 являются диметилгидразоны пиридоксаля (витамина B6) и пировиноградной кислоты (пирувата). При субхроническом введении НДМГ обладает кардиотоксичностью в дозе 0,02 мг/кг и выше.

Introduction

Introduction. Despite the large-scale use of asymmetric dimethylhydrazine (UDMH) in the domestic rocket and space industry, its biomarkers of exposure in blood plasma and urine, as well as biomarkers of cardiotoxic effects, have not yet been described.

Material and methods

Material and methods. The study of blood and urine samples of rats after a single injection of 10 mg/kg UDMH (1/16 LD50) was carried out by HPLC-MS. The determination of the non-metabolized form of UDMH was also carried out using the method of gas chromatography with mass-selective detection with preliminary derivatization with 4-pyridinecarboxyaldehyde. The cardiotoxic effect of UDMH was assessed on a model of an isolated rat heart with subchronic intragastric administration for 28 days at doses of 0,02; 0,2; 2,0 mg/kg.

Results

Results. It has been established that the main metabolites of UDMH are dimethylhydrazones of pyridoxal (vitamin B6) and pyruvic acid (pyruvate). The possibility of determining the non-metabolized form of UDMH in blood and urine by HPLC-MS was shown, concentrations reach 10–60 ng/ml of blood plasma and 200–2000 ng/ml. The use of UDMH leads to an increase in the mass coefficient of the heart at a dose of 2,0 mg/kg. In ex vivo experiments on the rat heart, the cardiotoxic effect of UDMH was shown at subchronic use at a dose of 0,2 mg/kg and above, expressed in significant dilatation of the coronary bloodstream and left ventricle, the development of pronounced negative inotropic and chronotropic effects, and a decrease in the maximum rate of contraction and relaxation of the left ventricle. ventricle, reflecting the inhibition of myocardial energy metabolism.

Limitations

Limitations. In the work, biomarkers were detected after a single intragastric injection of NDMG, the toxicokinetic characteristics of biomarkers and their retrospectivity were not evaluated. 

Conclusion

Conclusion. The main metabolites of UDMH with intravenous administration of 1/16 DL50 are dimethylhydrazones of pyridoxal (vitamin B6) and pyruvic acid (pyruvate). With subchronic administration, UDMH has cardiotoxicity at a dose of 0,02 mg/kg and above.

несимметричный диметилгидразинНДМГГХ-МСВЭЖХ-МСбиомаркеризолированное сердцеunsymmetric dimethylhydrazineUDMHGC-MSHPLC-MSbiomarkerisolated heartReferencesИванов С.Д., Колбасов С.Е., Ямшанов В.А., Кованько Е.Г., Монахов А.С., Мелихова М.В. и др. Экспрессная оценка токсикогеномных эффектов несимметричного диметилгидразина. Токсикологический вестник. 2009; 3(96): 11-7.Ivanov S.D., Kolbasov S.E., Yamshanov V.A., Kovan’ko E.G., Monahov A.S., Melihova M.V. et al. Express assessment of toxicogenomic effects of asymmetric dimethylhydrazine. Toksikologicheskij vestnik. 2009; 3(96): 11–7. (in Russian)Бугаев П.А., Антушевич А.Е., Рейнюк В.Л., Башарин В.А., Зацепин В.В. Гидразин и его производные: токсикологическая характеристика. Современные проблемы науки и образования. 2017; 4: 31.Bugaev P.A., Antushevich A.E., Rejnyuk V.L., Basharin V.A., Zacepin V.V. Hydrazine and its derivatives: toxicological characteristics. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2017; 4: 31. (in Russian)U.S. Environmental Protection Agency. Health and Environmental Effects Profile for 1,1-Dimethylhydrazine. EPA/600/x-84/134. Environmental Criteria and Assessment Office, Office of Health and Environmental Assessment, Office of Research and Development, Cincinnati, OH. 1984.U.S. Environmental Protection Agency. Health and Environmental Effects Profile for 1,1-Dimethylhydrazine. Environmental Criteria and Assessment Office, Office of Health and Environmental Assessment, Office of Research and Development, Cincinnati, OH. EPA/600/x-84/134.1984.Антушевич А.Е., Башарин В.А., Рейнюк В.Л., Бугаев П.А. Эффективность инозина глицил-цистеинил-глутамата динатрия и пиридоксина гидрохлорида при остром отравлении несимметричным диметилгидразином. Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2018; 1(61): 164-7.Antushevich A.E., Basharin V.A., Rejnyuk V.L., Bugaev P.A. Efficacy of inosine glycyl-cysteinyl-glutamate disodium and pyridoxine hydrochloride in acute poisoning with asymmetric dimethylhydrazine. Vestnik Rossijskoj Voenno-medicinskoj akademii. 2018; 1(61): 164–7. (in Russian).Гигиенические критерии состояния окружающей среды: совмест. изд. Программы ООН по окружающей среде, Междунар. орг. труда и ВОЗ. 155: Биомаркеры и оценка риска: концепции и принципы [пер. с англ.]. Москва; 1996.Environmental health criteria 155. Biomarkers and Risk Assessment: Concepts and Principles. Moscow; 1996.Ягужинский Л.С., Манухов И.В., Вагапова Э.Р. Экспериментальные исследования влияния низких концентраций гептила и продуктов его гидролиза на воду и биологические объекты. Междисциплинарный Центр Фундаментальных Исследований (МФТИ), г. Долгопрудный; 2016.Yаguzhinskij L.S., Manuhov I.V., Vagapova E.R. Experimental studies of the effect of low concentrations of heptyl and its hydrolysis products on water and biological objects [Experimentalnye issledovaniya vliyaniya nnizkikh konzentratsii geptila I produktov ego gidroliza na vodu I biologicheskie ob’tkty]. Mezhdisciplinarnyj Centr Fundamental’nyh Issledovanij (MFTI), g. Dolgoprudny. 2016. (in Russian)Лаптев Д.С., Петунов С.Г., Бобков Д.В., Радилов А.С. Влияние β-эндорфина на функциональную активность изолированного сердца крысы. Роль δ-опиоидных рецепторов. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2015; 3(55): 66-71.Laptev D.S, Petunov S.G, Bobkov D.V, Radilov A.S. The influence of β-endorphin on the functional activity of the isolated heart of rat. The role δ-opioid receptors. Regionarnoe Krovoobrashhenie i Mikrocirkuljacija. 2015; 3(55): 66–71. (in Russian)Зенкевич И.Г., Уколов А.И., Кушакова А.С., Густылева Л.К. Возможности идентификации изомерных алкиларенов с использованием аддитивных схем оценки газохроматографических индексов удерживания. Журнал аналитической химии. 2011; 66(12): 1282-9.Zenkevich I.G., Ukolov A.I., Kushakova A.S., Gustyleva L.K. Identification of isomeric alkylarenes with the use of additive relations for the evaluation of gas-chromatographic retention indices. Zhurnal Аnaliticheskoj Himii. 2011; 66(12): 1165–72. (in Russian)Зенкевич И.Г., Уколов А.И. Кодирование особенностей структуры органических соединений для оценки хроматографических индексов удерживания с использованием аддитивных схем. Журнал структурной химии. 2010; 51(4): 671-81.Zenkevich I.G., Ukolov A.I. Coding of the structural features of organic compounds for the estimation of chromatographic retention indices with the use of additive schemes. Zhurnal Strukturnoy Himii. 2010; 51(4): 642–51. (in Russian)Уколов А.И., Радилов А.С. Определение гидроксиламина в плазме крови и моче методом газовой хроматомасс-спектрометрии. Вестник СПбГУ. Физика и химия. 2017; 4(62): 337-45.Ukolov A.I., Radilov A.S. Determination of hydroxylamine in blood plasma and urine by gas chromatography mass spectrometry. Vestnik SPbGU. Fizika i himiya. 2017; 4(62): 337–45. (in Russian)Уколов А.И., Радилов А.С. Токсикометаболомика гидроксиламина Медицина экстремальных ситуаций. 2019; 21(1): 184-92.Ukolov A.I., Radilov A.S. Toxic metabolomics of hydroxylamine. Medicina ekstremal’nyh situacij. 2019; 21(1): 184–92. (in Russian)Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб.: Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова; 2002.Kucenko S.A. Basics of toxicology [Osnovy toxikologii]. SPb.: Voenno-medicinskaya akademiya im. S.M. Kirova; 2002. (in Russian)Минасян С.М., Галагудза М.М., Сонин Д.Л., Боброва Е.А., Зверев Д.А., Королев Д.В. и др. Методика перфузии изолированного сердца крысы. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009; 4(32): 54-9.Minasyan S.M., Galagudza M.M., Sonin D.L., Bobrova E.A., Zverev D.A., Korolev D.V. et al. Perfusion technique of isolated rat heart. Regionarnoe Krovoobrashchenie i Mikrocirkulyaciya. 2009; 4(32): 54–9. (in Russian)

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