<<
>>

Обзор современных токсикологических данных по токсичности НЧ серебра, титана, цинка

В настоящее время НЧ серебра принадлежит лидерство по применению

в потребительской продукции. Коллоидное серебро (КС) используется в промышленности как дезинфицирующее, антимикробное, антисептическое средство.

Им обрабатываются медицинские перевязочные материалы, изделия для ухода за больными, отдельные предметы одежды, различные виды бытовой посуды и инструментов, упаковки (в том числе для пищевой продукции и т.п.). Таким образом, оценка токсичности и опасности КС для здоровья человека является необходимой и своевременной.

При введении мышам НЧ серебра в дозе 125 мг/кг массы тела в день в течение 90 дней было выявлено незначительное снижение массы тела, изменение активности щелочной фосфатазы и уровня холестерина плазмы крови. Грубых морфологических нарушений со стороны печени не отмечалось, не было выявлено негативного влияния на микрофлору кишечника и желудка [93].

Введение НЧ серебра животным в течение 28 дней в дозе 0,1 мг/кг массы тела не приводило к неблагоприятным изменениям роста животных,

интегральных, гематологических, биохимических показателей, состояния систем детоксикации ксенобиотиков и антиоксидантной защиты, уровня основных популяций нормальной и транзиторной микрофлоры толстого кишечника [84].

Исследования Смирновой В.В., изучавшей приоритетные наноматериалы используемые в упаковке пищевых продуктов (серебро, диоксид титана, диоксид кремния и наноглина) показали, что наибольшее влияние на организм лабораторных животных оказывали наночастицы серебра. Количество наночастиц серебра, мигрировавших из упаковочных материалов зависело также от состава модельных сред и составляло от 2,46 мкг/кг (50% спиртовой раствор) до 331 мкг/кг (растительное масло) [46].

При изучении ингаляционной токсичности НЧ серебра размером 19,8– 64,9 нм в течение 28 дней на крысах в концентрациях: 1,73·104, 1,27·105 и 1,32·106 частиц/см3 было обнаружено достоверное увеличение γ глутамилтрансферазы, нейтрофилов и эозинофилов в сыворотке крови у женских особей при вдыхании концентрации 1,73·104частиц/см3.

При воздействии концентрации 1,27·105 частиц/см3 отмечалось увеличение гемоглобина в сыворотке крови у женских особей, а концентрация 1,32·106 частиц/см3 вызывала повышение уровня кальция и общего белка в сыворотке крови крыс обоего пола. НЧ серебра обладали способностью осаждаться в печени, а также проникать в результате аксонального транспорта в обонятельную луковицу головного мозга [6]. Была установлена высокая стабильность НЧ серебра в окружающей среде, а также способность сохранять свои токсические свойства на протяжении длительного времени [58,100,141,157].

Из литературы известно о выраженном бактерицидном и бактериостатическом действии препаратов серебра на различные микроорганизмы. Согласно данным многих исследований, проведенных in vitro на различных культурах клеток млекопитающих и человека,

цитотоксический эффект НЧ Ag с размерами от 5 до 50 нм наблюдался при их концентрациях в культуральной среде 5 мкг/мл [59,143].

По данным Hussain S.M., et al. [84] НЧ КС размером 15 и 100 нм оказывались высокотоксичными для клеток печени крысы линии BRL 3A. Токсический эффект отмечался при воздействии вещества в концентрациях 5-50 мкг/мл и проявлялся нарушением функции митохондрий, увеличением лактатдегидрогеназы, накоплением перекисных соединений и снижением концентрации свободных тиолов (GSH). В другом исследовании этого же коллектива авторов Braydich-Stolle L., Hussain S., et al. была показана токсичность КС для стволовых клеток сперматид крысы [65]. Совсем недавно Мельник Е.А. и авт. получили данные о возможности проникновения НЧ серебра через фетоплацентарный барьер и от матери к потомству с грудным молоком [29].

Таким образом, результаты исследований токсичности наноразмерных частиц серебра, полученные различными авторами свидетельствует об их выраженном общетоксическом действии на организм, а также бактерицидном и бактериостатическом воздействии на многие микроорганизмы.

НЧ титана (TiO2) производятся в больших объемах и широко используются ввиду высокой стабильности, антикоррозионных и фотокаталитических свойств. Около 4 миллионов тонн этого пигмента потребляется ежегодно в мире. Наноразмерные частицы титана используется в производстве косметики и зубной пасты, в стоматологии в качестве компонента для формирования протезных имплантатов и суставов, лекарственных средств, продуктов питания, красок, шпатлевок, пластмассы, бумаги.

Основные пути воздействия НЧ TiO2 , имеющие токсикологическую значимость - это ингаляционное воздействие, поступление через кожу и желудочно-кишечный тракт. Исследования Baan и его группы из

Международного агентства по исследованию рака (IARC) показали, что НЧ TiO2 могут обладать канцерогенным действием [61].

В экспериментах in vivo при воздействии НЧ TiO2 размером 80 нм

наблюдали увеличение массы печени и некроз гепатоцитов, а также длительный период их полувыведения, поскольку они практически не выводились почками. Oberdorster et al., отмечают, что период полувыведения из легких крыс составляет от 117 до 541 дня в зависимости от размера НЧ (250–25 нм соответственно) [119].

По данным ряда исследователей [63,73,82,162] ингаляционное поступление НЧ TiO2 приводит к повышению числа нейтрофилов и фагоцитов в бронхоальвеолярных смывах и распределению НЧ в легких.

При ингаляционной экспозиции ультратонкими частицами TiO2 (0,8 мкм, 10 мг/м3) в течение 1 года отмечаются снижение продолжительности жизни и уменьшение массы тела животных, повышается

уровень нейтрофилов и фагоцитов в бронхоальвеолярных смывах, наблюдаются воспалительные изменения в виде эпителиальной пролиферации и фибропролиферативного повреждения легких [63,162].

Следует отметить, что в Российской Федерации установлен среднесменный ОБУВ в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м3 для пыли НЧ диоксида титана (с размером частиц 5-50 нм в пределах 10-90 перцентиля).

В 2005 году Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH) США предложил предел воздействия для НЧ TiO2 - 0,3 мг/м3, промышленная

организация (NEDO) в Японии рекомендовала - 1,2 мг/м3 в качестве ПДК для

8 ч рабочего дня и 40 ч рабочей недели.

Исследования по изучению проникновения НЧ титана через кожу показали, что НЧ TiO2 не проникают через неповрежденную кожу человека [75,117]. Наблюдение с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показало что, несмотря на то, что часть НЧ TiO2 находились в волосяных фолликулах, проникновения их в дерму не отмечалось и жизнеспособность эпидермиса не нарушалась [75].

При однократном внутрижелудочном введении НЧ TiO2 DL50 составляет более 12000 мг/кг. НЧ диоксида титана (40±3 нм, смесь рутила и анатаза) и их макроаналог при длительном внутрижелудочном введении крысам самцам в дозе 100 мг/кг/день оказывали общетоксический эффект не вызывая явных признаков интоксикации и грубых патоморфологических нарушений. В сравнении с крупноразмерным аналогом воздействие НЧ титана на индивидуальное поведение и метаболизм крыс, экспонированных внутрижелудочно в субхроническом режиме (2 месяца) носило менее выраженный характер [95].

Было установлено, что НЧ диоксида титана в дозе до 100 мг/кг способны проникать через барьер желудочно-кишечного тракта и накапливатся в печени, при этом проницаемость кишечного барьера зависела не только от дозы, но и от формы НЧ титана диоксида, которая может быть сферической, в виде цилиндра или параллелепипеда [38].

При интраназальном введении мышам 500 мкг/мл НЧ TiO2 (80 нм рутила, 155 нм анатаз) в течение 2, 10, 20, и 30 дней отмечалось их поступление в мозг через обонятельные нервы [158].

При исследовании раздражающего действия и местного анализа лимфатических узлов было обнаружено, что в концентрациях 5%, 25%, 50%, 100% НЧ TiO2 (80/20 анатазный/рутил) не обладали раздражающим и сенсибилизирующим действием [163].

Исследования влияния НЧ TiO2 (в концентрациях 1000, 2150, 4640, и 10000 мг/кг массы тела) также не выявили значительного раздражающего действия на слизистые оболочки глаза и влагалища через 1, 24 или 48 часов после контакта [105].

В последних научных исследованиях было показано, что НЧ TiO2 ухудшают способность клетки к репарации ДНК путем дезактивации нуклеотидов и нарушением репарации, оказывают цитотоксические и генотоксические эффекты на человеческие эпителиальные клетки [134]. При исследовании человеческих лимфоцитов и фибробластов было обнаружено,

что даже в низких дозах НЧ TiO2 оказывают генотоксический эффект [76, 140].

Таким образом, большинство данных свидетельствуют о том, что НЧ TiO2 относятся к малоопасным веществам при однократном внутрижелудочном и накожном пути поступления, не вызывая гибели животных (DL более 5000 и 2500 мг/кг соответственно), но вызывают настороженность при ингаляционном пути поступления (ОБУВ в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м3), а также обладают цитотоксическими и генотоксическими свойствами.

НЧ цинка используют для борьбы с грибками в составе дезинфицирующих средств, в пищевой, фармацевтической, парфюмерно- косметической промышленности, изделиях медицинского назначения, текстиле, лакокрасочной продукции (в согласованно установленном порядке), применяют при оцинковке поверхностей конструкционных материалов и покрытий для придания им антикоррозионных свойств.

По величине острой токсичности НЧ оксида цинка относятся к малоопасным веществам (IV класс опасности), DL50 для них составляет 10000 мг/кг. НЧ цинка эффективно всасываются в тонкой кишке, распределяются по органам и тканям и проникают через гематоэнцефалический барьер.

В ходе субхронических экспериментов, по данным Shrivastava R., Raza S., Yadav A. et al. [144], при введении мышам дозы 500 мг/кг (15 мг/ на одно животное) отмечались признаки окислительного стресса в виде повышения уровня активных форм кислорода (АФК) и антиоксидантых ферментов, дофамина и норадреналина в мозговой коре головного мозга. Анализ результатов трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ) выявил присутствие наночастиц цинка в цитоплазме и ядре клеток печени и мозга.

В эксперименте по определению значимости дозы путем сравнения острой оральной токсичности (в дозах 5, 50, 300, 1000 и 2000 мг/кг массы

тела) НЧ цинка (20 нм) и оксида цинка с последующей оценкой биохимических, гематологических и гистологических показателей был выявлен эффект обратного дозозависимого эффекта. Уровень АСТ, АЛТ, а также степень микроскопических поражений в печени, поджелудочной железе, сердце и желудке были гораздо выше при введении более низких доз НЧ цинка [120]. Полученные результаты вызывают тревогу и доказывают необходимость продолжения исследований по оценке токсичности НЧ цинка.

В исследованиях Распопова Р.В. была выявлена высокая биодоступность НЧ цинка и его распределение в органах и тканях [38].

В последние годы появилось много работ по изучению цитотоксичности НЧ цинка на опухолевых клетках. В ряде исследований имеются данные об изучении цитотоксичности НЧ оксида цинка (71 нм) в опытах in vitro на культурах клеток бронхоальвеолярной карциномы человека. Полученные результаты продемонстрировали снижение жизнеспособности клеток и наличие дозозависимого эффекта при воздействии концентраций 10–14 мкг/мл в течение 24 ч. Количественными индикаторами оксидативного стресса и цитотоксичности являлись уровень глутатиона, малонового диальдегида и лактатдегидрогеназы. При проведении электрофореза одиночных клеток в геле была установлена способность НЧ цинка повреждать ДНК [130]. НЧ цинка независимо от размеров оказывали дозозависимое токсическое действие на клетки гепатокарциномы человека (HepG2) [92]. При изучении воздействия на раковые клетки меланомы мыши (Cloudman S91) было выявлено уменьшение количества опухолевых клеток, наблюдался эффект их апоптоза [155].

В научной литературе последних лет появились публикации о наличии активности НЧ цинка в отношении золотистого стафилококка и микобактерий туберкулёза за счёт нарушения бактериальной целостности клеточных мембран и снижения транскрипции генов стресс-резистентности бактерий [121].

При исследовании генотоксических эффектов НЧ цинка четырёх видов: 20 нм и 70 нм, положительно и отрицательно заряженных по методикам OECD TG 471—474 в опытах in vivo и in vitro признаков генотоксичности не было выявлено [97].

Таким образом, анализ имеющихся научных данных свидетельствует о том, что НЧ цинка относятся к малоопасным веществам при однократном внутрижелудочном пути поступления (IV класс опасности, DL50 более 5000 мг/кг), обладают цитостатическими свойствами и способны оказывать общетоксическое действие при воздействии более низких доз в условиях длительных экспериментов.

Несмотря на то, что в настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал относительно токсичности некоторых НМ для живых организмов, большинство исследований выполнено с помощью разнообразных методик и тест систем, причём полученные при этом результаты часто не сопоставимы. Тем не менее, среди существующих разнообразных методик и тест-систем необходимо выбрать такие, которые были бы наиболее информативны, стандартизованы, имели объективную цифровую оценку результатов и хорошо коррелировали с данными, полученными на животных.

Следует также обратить внимание, что в доступной литературе отсутствуют данные о сравнительной оценке токсичности наноразмерных частиц серебра, титана и цинка в опытах in vivo и in vitro.

Сравнительная оценка общетоксического и раздражающего действия наноразмерных частиц серебра, титана и цинка в экспериментах in vivo и in vitro представляет большой интерес, т.к. позволяет оценить эффективность применения экспресс-методов и возможность их использования в качестве скрининговых методов для оценки токсичности наноразмерных веществ.

<< | >>
Источник: Гуськова Оксана Альбертовна. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОМАТЕРИАЛОВ. ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА МЕДИЦИНСКИХ НАУК. Москва - 2014.

Еще по теме Обзор современных токсикологических данных по токсичности НЧ серебра, титана, цинка:

  1. Характеристика тестируемых образцов серебра, титана, цинка
  2. Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ЭНДОМЕТРИОЗЕ ЯИЧНИКОВ (Обзор литературы)
  3. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БРОНХОЛЕГОЧНОЙ ДИСПЛАЗИИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
  4. Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
  5. Глава 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛЕЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОГО ВАГИНОЗА: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
  6. ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ ОБРАЩЕНИЯ С МЕДИЦИНСКИМИ ОТХОДАМИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
  7. ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ЭТИОПАТОГЕНЕЗЕ И ЛЕЧЕНИИ АТОПИЧЕСКОГО ДЕРМАТИТА
  8. Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ТРАНЗИТОРНОЙ ИШЕМИИ МИОКАРДА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
  9. ГЛАВА 1. РАЗРАБОТКА СОВРЕМЕННЫХ ТАКТИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ДИАГНОСТИКЕ АДЕНОМИОЗА: ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ РЕШЕНИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
  10. ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СТЕНТИРОВАНИЯ КОРОНАРНЫХ АРТЕРИЙ: КЛИНИЧЕСКИЕ И МЕДИКО­СОЦИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ
  11. ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СТЕНТИРОВАНИЯ КОРОНАРНЫХ АРТЕРИЙ: КЛИНИЧЕСКИЕ И МЕДИКО- СОЦИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ
  12. Глава 3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОБЩЕТОКСИЧЕСКОГО И РАЗДРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ НЧ СЕРЕБРА IN VIVO и IN VITRO
  13. ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОБЩЕТОКСИЧЕСКОГО И РАЗДРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ЦИНКА В ЭКСПЕРИМЕНТАХ IN VIVO И IN VITRO