toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0869-7922-2022-30-4-238-247toxreview-632Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESИзучение комбинированного действия наночастиц оксидов селена и меди в субхроническом эксперименте на крысахStudy of the selenium oxide and copper oxide nanoparticles combined action in a subchronic experiment on ratshttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845МинигалиеваИльзира АмировнаMinigalievaIlzira Amirovna

Зав. отделом токсикологии и биопрофилактики, ФБУН «ЕМНЦ ПОЗРПП» Роспотребнадзора, 620014, г. Екатеринбург, Российская Федерация.

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

Head of the Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers, 620014, Yekaterinburg, Russian Federation. 

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

ilzira-minigalieva@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2677-0479РябоваЮлия ВладимировнаRyabovaYu. V.ryabova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМарина ПетровнаSutunkovaMarina Petrovnasutunkova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6475-7753ГурвичВладимир БорисовичGurvichVladimir Borisovichgurvich@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1442-6737ПриваловаЛариса ИвановнаPrivalovaLarisa Ivanovnaprivalovali@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0001-6718-3217ПановВладимир ГригорьевичPanovVladimir Grigorievichvpanov@ecko.uran.ruТажигуловаАнастасия ВалерьевнаTazhigulovaAnastasiya Valeryevnatazhigulovaav@ymrc.ruСоловьеваСветлана НиколаевнаSolovievaSvetlana Nikolaevnasolovyevasn@ymrc.ruСутунковаЮлия МаксимовнаSutunkovaYulia Maksimovnasutunkovajulia@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8750-9624КацнельсонБорис АлександровичKatsnelsonBoris Aleksandrovichbkaznelson@ymrc.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский — научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияThe Yekaterinburg Medical and Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers of RospotrebnadzorRussian FederationФГБУН «Институт промышленной экологии» уральского отделения российской академии наукРоссияThe Institute of Industrial Ecology, the Urals Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202201092022304238247Copyright © Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Привалова Л.И., Панов В.Г., Тажигулова А.В., Соловьева С.Н., Сутункова Ю.М., Кацнельсон Б.А., 20222022Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Привалова Л.И., Панов В.Г., Тажигулова А.В., Соловьева С.Н., Сутункова Ю.М., Кацнельсон Б.А.Minigalieva I.A., Ryabova Y.V., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Privalova L.I., Panov V.G., Tazhigulova A.V., Solovieva S.N., Sutunkova Y.M., 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/632Введение

Введение. Экспозиция организма к наночастицам оксида селена, связанная с условиями труда, может сочетаться с экспозициями к наночастицам оксида меди. Характер такого комбинированного действия на организм ранее не изучался. 

Материал и методы

Материал и методы. Стабильные суспензии наночастиц оксида селена и меди (при разовой дозе 1 либо 2 мг/кг массы тела) или деионизированная вода (контроль) вводились крысам-самцам 3 раза в 1 нед в течение 6 нед. По завершении экспозиции состояние организма животных оценивалось по ряду общепризнанных критериев оценки токсического действия. Статистическая значимость межгрупповых различий средних значений оценивалась с помощью t-критерия Стьюдента. Для анализа закономерностей двухфакторной комбинированной токсичности использовали метод построения поверхности отклика (RSM-анализ). 

Результаты

Результаты. При комбинированной интоксикации наночастицами оксидов селена и меди наблюдалось повреждение печени, исходя из снижения альбумино-глобулинового индекса и содержания щелочной фосфатазы в сыворотке крови, увеличения числа дегенеративно изменённых гепатоцитов. О нарушении функции почек свидетельствуют снижение уровня мочевины и мочевой кислоты в моче, креатинина в сыворотке крови, увеличение дегенеративно изменённых клеток дистальных и проксимальных канальцев почек. Анализ изоболограмм, полученных с помощью построения поверхности отклика, выявил неоднозначность типа комбинированного действия наночастиц оксидов селена в зависимости от того, по какому эффекту и на каком уровне доз он оценивается.

Заключение

Заключение. Субхроническая токсичность наночастиц оксидов селена и меди характеризуется качественно сходными вредными эффектами. При этом комбинированное действие этих наночастиц на организм является типологически неоднозначным, варьируя от противонаправленности до синергизма.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с «International guiding principles for biomedical research involving animals» (the Council for International Organizations of Medical Sciences, the International Council For Laboratory Animal Science, 2012). Работа одобрена Локальным независимым этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора.

Участие авторов

Участие авторов: Кацнельсон Б.А., Гурвич В.Б., Минигалиева И.А., Привалова Л.И. — концепция и дизайн исследования; Рябова Ю.В. — концепция и дизайн исследования, проведение эксперимента, сбор и обработка материала; Панов В.Г. — сбор и обработка материала. Все соавторы — обсуждение результатов, редактирование статьи, утверждение окончательного варианта статьи. 

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарность

Благодарность. Исследование проведено за счёт бюджета ЕМНЦ ПОЗРПП.

Поступила в редакцию

Поступила в редакцию: 05.05.2022 / Принята в печать: 21.07.2022 / Опубликована: 30.08.2022 

Introduction

Introduction. Exposure to selenium oxide nanoparticles can be combined with exposure to copper oxide nanoparticles at working place. The type of this combined action has not been previously studied.

Material and methods

Material and methods. Stable suspensions of selenium oxide and copper oxide nanoparticles (at a single dose of 1 or 2 mg/kg of body weight) or deionized water (control) were administered to male rats 3 times a week for 6 weeks. At the end of the exposure, the toxic effect was evaluated by a large number of the animal organism indices. The statistical significance of intergroup differences was assessed using Student’s t-test. To analyze the patterns of two-factor combined toxicity, we used the Response Surface Methodology (RSM analysis).

Results

Results. Under combined intoxication with selenium oxide and copper oxide nanoparticles, liver damage was observed, assessed by a decrease in the albumin-globulin index and the content of alkaline phosphatase in the blood serum, an increase in the number of degenerated hepatocytes. Kidney function altered as indicated by a decrease in the level of urea and uric acid in the urine, creatinine in the blood serum, an increase in degenerated cells of proximal and distal tubules. The analysis of isobolograms obtained by RSM revealed the ambiguity of the type of selenium oxide and copper oxide nanoparticles combined action, depending on which effect and at which dose level it is estimated by.

Conclusion

Conclusion. The subchronic toxicity of selenium oxide and copper oxide nanoparticles is characterized by qualitatively similar harmful effects. At the same time, the combined action of these nanoparticles is typologically ambiguous, varying from contradirectionality to synergism.

Compliance with ethical standards. The study was carried out in accordance with the "International guiding principles for biomedical research involving animals" (the Council for International Organizations of Medical Sciences, the International Council For Laboratory Animal Science, 2012). The work was approved by the Local Independent Ethics Committee of the Federal State Budgetary Institution EMNC POSRPP of Rospotrebnadzor.

Autors contribution

Autors contribution: Katsnelson B.A., Gurvich V.B., Minigalieva I.A., Privalova L.I., Ryabova Yu.V. — the concept and design of the study; Klinova S.V., Ryabova Yu.V. — conducting experiments; Panov V.G., Sakhautdinova R.R., Ryabova Yu.V. — data obtaining and processing. All co-authors — discussing the draft paper, editing, and approving the final version of the article.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgments

Acknowledgments. Funded by the budget of the Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers.

Received

Received: May 05, 2022 / Accepted: July 21, 2022 / Published: August 30, 2022

наночастицыоксид селенаоксид медикомбинированное действиеизоболыметод поверхности откликаnanoparticlesselenium oxidecopper oxidecombined actionisobolesresponse surface methodReferencesКульчицкий Н.А., Наумов А.В. Современные оптоэлектронные приборы на основе селенида цинка. Наноинженерия. 2014; 1: 19-27.Kulchitsky N.A., Naumov A.V. Modern optoelectronic devices based on zinc selenide. Nanoengineriya. 2014; 1: 19–27. (in Russian)Лебедь А.Б., Набойченко C.С., Шунин В.А. Производство селена и теллура на ОАО «Уралэлектромедь»: учебное пособие. под общ. ред. С.С. Набойченко. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та; 2015.Lebed A.B., Naboychenko S.S., Shunin V.A. Production of selenium and tellurium at JSC “Uralelectromed”: a tutorial (Proizvodstvo selena i tellura na OAO «Uralelektromed»: uchebnoe posobie). edited by. S.S. Naboychenko. Yekaterinburg: Ural University Publishing House; 2015. (In Russian)Vrček. I.V. Selenium Nanoparticles: Biomedical Applications. Molecular and Integrative Toxicology. 2018: 393-412Vrček. I.V. Selenium Nanoparticles: Biomedical Applications. Molecular and Integrative Toxicology. 2018: 393–412.Мадарь И.И. Гидрометаллургическое извлечение селена из продуктов экстракционной переработки промывной кислоты медного производства. Автореф. дисс. канд. тех наук. Санкт-Петербург; 2015.Madar I.I. Hydrometallurgical extraction of selenium from products of extraction processing of washing acid of copper production. Dr. cand. tech. sci. St. Petersburg; 2015. (in Russian)Ляпищев Ю.Б. Современное состояние переработки электролитных шламов медного производства. Записки Горного института. 2006; 167(2): 245-7.Lyapishchev Yu.B. Modern state of processing of electrolytic slimes of copper production.Zapiski Gornogo Instituta. 2006; 167(2): 245–7. (in Russian)Гурвич В.Б., Кацнельсон Б.А., Рузаков В.О., Привалова Л.И., Бушуева Т.В., Гребёнкина С.В. Биохимические эффекты у рабочих, подвергающихся влиянию аэрозолей металлургического производства меди, содержащих наночастицы. В кн.: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные гигиенические аспекты нанотоксикологии: теоретические основы, идентификация опасности для здоровья и пути её снижения», Екатеринбург, 20-21 октября 2016 г. Екатеринбург: Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий; 2016: 21-3.Gurvich V.B., Katsnelson B.A., Ruzakov V.O., Privalova L.I., Bushueva T.V., Grebyonkina S.V. Biochemical effects in workers exposed to copper metallurgical production aerosols containing nanoparticles. Topics of current hygienic importance in nanotoxicology: theoretical premises, hazards identification and ways of their attenuation. In: Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference with international participation "Actual hygienic aspects of nanotoxicology: theoretical foundations, identification of health hazards and ways to reduce it", Yekaterinburg, October 20–21, 2016 [Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem «Aktual'nye gigienicheskie aspekty nanotoksikologii: teoreticheskie osnovy, identifikaciya opasnosti dlya zdorov'ya i puti eyo snizheniya», Ekaterinburg, 20–21 oktyabrya 2016 g.]. Yekaterinburg: Yekaterinburg Medical Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers; 2016: 21–23. (in Russian)Привалова Л.И., Кацнельсон Б.А., Логинова Н.В., Гурвич В.Б., Шур В.Я., Бейкин Я.Б., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Шишкина Е.В., Пичугова С.В., Тулакина Л.Г., Беляева С.В., Рузаков В.О. Цитологические и биохимические особенности жидкости, получаемой при бронхо-альвеолярном лаваже у крыс после интратрахеального введения наноразмерных меднооксидных частиц. Токсикологический вестник. 2014; 5(128): 8-15.Privalova L.I., Katsnelson B.A., Loginova N.V., Gurvich V.B., Shur V.Y., Beikin Y.B., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Shishkina E.V., Pichugova S.V., Tulakina L.G., Belayeva S.V., Rusakov V.O. Cytological and biochemical characteristics of bronchoalveolar lavage fluid in rats after intratracheal instillation of copper oxide nano-scale particles. Toxicologicheskii Vestnik. 2014; 5: 8–15. (in Russian)Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., Sutunkova M.P., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Valamina I.E., Zubarev I.V., Makeyev O.H., Meshtcheryakov E.Y., Klinova S.V. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicology. 2017; 380: 72-93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007Minigalieva I.A., Katsnelson B.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., Sutunkova M.P., Shur V.Ya., Shishkina E.V., Valamina I.E., Zubarev I.V., Makeyev O.H., Meshtcheryakov E.Y., Klinova S.V. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicology. 2017; 380: 72–93. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.02.007Ellman G., Lysko H. A precise method for the determination of whole blood and plasma sulfhydryl groups. Text. Anal. Biochem. 1979; 93(l): 98-102.Ellman G., Lysko H. A precise method for the determination of whole blood and plasma sulfhydryl groups. Text. Anal. Biochem. 1979; 93(l): 98–102.Меньшиков В.В., Делекторская Л.Н., Золотниицкая Р.П. Лабораторные методы исследования в клинике: Справочник. М.: Медицина; 1987: 368.Menshikov V.V., Delektorskaya L.N., Zolotniitskaya R.P. Laboratory research methods in the clinic: a Handbook [Laboratorny`e metody` issledovaniya v klinike: Spravochnik]. Moscow: Medicina; 1987. (in Russian)Нарциссов Р.П. Применение n-нитротетразоли фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1969; 5: 85-91.Narcissov R.P. Application of n-nitrotetrazole violet for quantitative cytochemistry of human lymphocyte dehydrogenases. Archive of anatomy, histology and embryology. 1969; 5: 85–91. (in Russian)Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., Sutunkova M.P., Shur V.Y., Shishkina E.V., Valamina I.E., Makeyev O.H. Some patterns of metallic nanoparticles’ combined subchronic toxicity as exemplified by a combination of nickel and manganese oxide nanoparticles. J. Food Chem. Toxicol. 2015; 86: 351-64.Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B., Sutunkova M.P., Shur V.Y., Shishkina E.V., Valamina I.E., Makeyev O.H. Some patterns of metallic nanoparticles’ combined subchronic toxicity as exemplified by a combination of nickel and manganese oxide nanoparticles. J. Food Chem. Toxicol. 2015; 86: 351–64.Tzagoloff A. Mitochondria. New York: Plenum Press; 1982.Tzagoloff A. Mitochondria. New York: Plenum Press; 1982.Ackrell B.A.C, Johnson M.K., Gunsalus R.P., Cecchini G. Structure and function of succinate dehydrogenase and fumarate reductase. F. Muller, ed. Chemistry and Biochemistry of Flavoproteins Boca Raton, FL: CRC Press 1992; 3: 229-97.Ackrell B.A.C, Johnson M.K., Gunsalus R.P., Cecchini G. Structure and function of succinate dehydrogenase and fumarate reductase. F. Muller, ed. Chemistry and Biochemistry of Flavoproteins Boca Raton, FL: CRC Press 1992; 3: 229–97.

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