Оценка подострой токсичности наночастиц оксида свинца при ингаляционной экспозиции (экспериментальное исследование)

Введение. В ходе высокотемпературных технологических процессов на многих добывающих и обрабатывающих предприятиях образуются наночастицы различных элементов, в том числе свинца. Попадая в атмосферу, такие наночастицы, как правило, окисляются до наночастиц оксида свинца. Широкая распространённость такого загрязнения рабочих помещений и прилегающих к промпредприятиям территорий, а также их общепризнанная токсичность обусловливают важность экспериментального исследования токсичности наночастиц свинца.
Цель исследования – экспериментальное изучение токсичности наночастиц оксида свинца на крысах в условиях подострой ингаляционной экспозиции.
Материал и методы. Генерацию наночастиц свинца осуществляли путем электрического искрения из чистого свинцового стержня. Поток наночастиц смешивался с воздухом для окисления до оксида свинца и подавался в экспозиционную башню «только нос». Крысы-самки опытной группы («НЧ PbO») подвергались воздействию нанооксида свинца в концентрации 0,215 мг/м3 по 4 ч, 5 раз в неделю, в течение 3 нед. Вторая группа была контрольной и дышала чистым нефильтрованным воздухом
в аналогичной установке. После завершения эксперимента у крыс определяли показатели состояния организма: гематологических и биохимических параметров крови и мочи, а также поведенческие тесты: «Приподнятый крестообразный лабиринт», «Открытое поле» и «Лабиринт Барнса», оценивали суммационно-пороговый показатель. Оценку различий между выборками осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента. Различия считали значимыми при p < 0,05.
Результаты. Подострое ингаляционное воздействие аэрозоля наночастиц оксида свинца приводило к развитию воспалительной реакции у крыс, которая проявилась в виде лейкоцитоза. При этом не было зафиксировано у них изменений со стороны порфиринового обмена и поведенческих реакций.
Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением показателей общетоксического действия в экспериментальном исследовании при подостром воздействии наночастиц оксида свинца на крыс-самок с использованием только одной дозы.
Заключение. Полученные результаты подчеркивают необходимость комплексной оценки наночастиц, особенно тех, которые имеют промышленное значение.

наночастицы, свинец, оксид свинца, токсичность, ингаляционная экспозиция, эксперимент

1. Hossain N., Mobarak M.H., Mimona M.A., Islam M.A., Hossain A., Zohura F.T., et al. Advances and significances of nanoparticles in semiconductor applications – A review. Results in Engineering, 2023; 18: 101347. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101347

2. Saidi A.K.A.A., Baek A., Liu S., Mengesha T.T., Ahmad M.Y., Zhao D., et al. Lead oxide nanoparticles as X-ray contrast agents for in vitro and in vivo imaging. ACS Applied Nano Materials. 2023; 6(21): 20129–38. https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03928

3. Khan I., Saeed K., Khan I. Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arabian Journal of Chemistry. 2019; 12: 908–31. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.05.011

4. Уланова Т.С., Антипьева М.В., Забирова М.И., Волкова М.В. Определение частиц нанодиапазона в воздухе рабочей зоны металлургического производства. Анализ риска здоровью. 2015; (1): 77–81. https://doi.org/10.21668/health.risk/2015.1.10

5. Ghugal S.G., Umare S.S., Sasikala R. A stable, efficient and reusable CdS–SnO2 heterostructured photocatalyst for the mineralization of Acid Violet 7 dye. Applied Catalysis A: General. 2015; 496: 25–31. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.02.035

6. Shimizu K., Horie M., Tabei Y., Kashiwada S. Proinflammatory response caused by lead nanoparticles triggered by engulfed nanoparticles. Environmental Toxicology. 2021; 36(10): 2040–50. https://doi.org/10.1002/tox.23321

7. Srinivas A., Rao P.J., Selvam G., Murthy P.B., Reddy P.N. Acute inhalation toxicity of cerium oxide nanoparticles in rats. Toxicology Letters. 2011; 205(2): 105–15. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2011.05.1027

8. Elgharabawy R.M., Alhowail A.H., Emara A.M., Aldubayan M.A., Ahmed A.S. The impact of chicory (Cichoriumintybus L.) on hemodynamic functions and oxidative stress in cardiac toxicity induced by lead oxide nanoparticles in male rats. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2021; 137: 111324. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.111324

9. Rocha A., Trujillo K.A. Neurotoxicity of low-level lead exposure: History, mechanisms of action, and behavioral effects in humans and preclinical models. Neurotoxicology. 2019; 73: 58–80. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2019.02.021

10. Dobrakowski M., Pawlas N., Kasperczyk A., Kozłowska A., Olewińska E., Machoń-Grecka A., et al. Oxidative DNA damage and oxidative stress in lead-exposed workers. Human & Experimental Toxicology. 2017; 36(7): 744–54. https://doi.org/10.1177/0960327116665674

11. Bláhová L., Nováková Z., Večeřa Z., Vrlíková L., Dočekal B., Dumková J., et al. The effects of nano-sized PbO on biomarkers of mem-brane disruption and DNA damage in a sub-chronic inhalation study on mice. Nanotoxicology. 2020; 14(2): 214–31. https://doi.org/10.1080/17435390.2019.1685696

12. Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Chernyshov I.N., Klinova S.V., Gurvich V.B., Shur V.Ya., et al. Manifestation of systemic toxicity in rats after a short-time inhalation of lead oxide nanoparticles. International Journal of Molecular Sciences. 2020; 21(3): 690. https://doi.org/10.3390/ijms21030690

13. Khusainov D.R., Korenyuk I.I., Shakhmatova V.I., Tumanyants K.N., Tribrat K.N., Khorolskaya E.D., et al. Features of cognitive processes in rats in a moderate hypomagnetic environment. Biofizika. 2020; 65(5): 102533. https://doi.org/10.31857/S000630292005021X (in Russian)

14. Willard M.D., Tvedten H. Small Animal Clinical Diagnosis by Laboratory Methods. 5th ed. Saunders; 2012. https://doi.org/10.1016/C2009-0-59996-5

15. Christopher M.M., Harvey J.W. Specialized hematology tests. Seminars in Veterinary Medicine and Surgery. 1992; 7(4): 301–10.

16. Lumley T., Diehr P., Emerson S., Chen L. The importance of the normality assumption in large public health data sets. Annual Review of Public Health. 2002; 23: 151–69. https://doi.org/10.1146/annurev.publhealth.23.100901.140546

17. Smutná T., Dumková J., Kristeková D., Laštovičková M., Jedličková A., Vrlíková L., et al. Macrophage-mediated tissue response evoked by subchronic inhalation of lead oxide nanoparticles is associated with the alteration of phospholipases C and cholesterol transporters. Particle and Fibre Toxicology. 2022; 19(1): 52. https://doi.org/10.1186/s12989-022-00494-7

18. Farkhondeh T., Boskabady M.H., Kohi M.K., Sadeghi-Hashjin G., Moin M. Lead exposure affects inflammatory mediators, total and differential white blood cells in sensitized guinea pigs during and after sensitization. Drug and Chemical Toxicology. 2014; 37(3): 329–35. https://doi.org/10.3109/01480545.2013.866133

19. Lopes A.C., Peixe T.S., Mesas A.E., Paoliello M.M.. Lead exposure and oxidative stress: A systematic review. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 2016; 236: 193–238. https://doi.org/10.1007/978-3-319-20013-2_3

20. Mauzerall D., Granick S. The occurrence and determination of delta-amino-levulinic acid and porphobilinogen in urine. Journal of Biological Chemistry. 1956; 219(1): 435–46.

21. Li X., Li X., Xiang C., Ye F. Lead exposure represses mitochondrial metabolism by activation of heme-binding protein BACH1 in differentiated SH-SY5Y cell. Science of the Total Environment. 2022; 853: 158665. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158665

22. Tomokuni K., Ichiba M., Hirai Y. Species difference of urinary excretion of delta-aminolevulinic acid and coproporphyrin in mice and rats exposed to lead. Toxicology Letters. 1988; 41(3): 255–9. https://doi.org/10.1016/0378-4274(88)90062-8

23. Oszlánczi G., Papp A., Szabó A., Nagymajtényi L., Sápi A., Kónya Z., et al. Nervous system effects in rats on subacute exposure by lead-containing nanoparticles via the airways. Inhalation Toxicology. 2011; 23(4): 173–81. https://doi.org/10.3109/08958378.2011.553248

24. Minigaliyeva I.A., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Bushueva T.V., Klinova S.V., Solovyeva S.N., et al. An overview of experiments with lead-containing nanoparticles performed by the Ekaterinburg nanotoxicological research team. Nanotoxicology. 2020; 14(6): 788–806. https://doi.org/10.1080/17435390.2020.1762132

25. Lebedová J., Nováková Z., Večeřa Z., Buchtová M., Dumková J., Dočekal B., et al. Impact of acute and subchronic inhalation exposure to PbO nanoparticles on mice. Nanotoxicology. 2018; 12(4): 290–304. https://doi.org/10.1080/17435390.2018.1438679