sredobЗдоровье населения и среда обитания – ЗНиСОPublic Health and Life Environment – PH&LE2219-52382619-0788ФБУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзора10.35627/2219-5238/2023-31-9-58-63sredob-1655Research ArticleМЕДИЦИНА ТРУДАOCCUPATIONAL MEDICINEСравнительный анализ собственных экспериментальных данных по изменению поведенческих реакций крыс после субхронического воздействия различных наночастицComparative Analysis of Own Experimental Data on Changes in Rat Behavioral Responses Following Subchronic Exposure to Various Nanoparticleshttps://orcid.org/0000-0002-0097-7845МинигалиеваИ. А.MinigalievaI. A.

Минигалиева Ильзира Амировна – д.б.н., заведующий отделом токсикологии и биопрофилактики

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Ilzira A. Minigalieva, Dr. Sci. (Biol.), Head of the Department of Toxicology and Bioprophylaxis

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

ilzira@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМ. П.SutunkovaM. P.

Сутункова Марина Петровна – д.м.н., директор

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Marina P. Sutunkova, Dr. Sci. (Med.), Director

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

sutunkova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2677-0479РябоваЮ. В.RyabovaYu. V.

Рябова Юлия Владимировна – научный сотрудник, заведующий лабораторией научных основ биологической профилактики отдела токсикологии и биопрофилактики

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Yuliya V. Ryabova, Researcher, Head of the Laboratory of Scientific Fundamentals of Biological Prophylaxis, Department of Toxicology and Bioprophylaxis

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

ryabova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8284-0008ШабардинаЛ. В.ShabardinaL. V.

Шабардина Лада Владимировна – младший научный сотрудник отдела токсикологии и биопрофилактики

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Lada V. Shabardina, Junior Researcher, Department of Toxicology and Bioprophylaxis

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

lada.shabardina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4694-0175БатеневаВ. А.BatenevaV. A.

Батенева Влада Андреевна – лаборант отдела токсикологии и биопрофилактики

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Vlada A. Bateneva, Laboratory Assistant, Department of Toxicology and Bioprophylaxis

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

bateneva@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9871-9712БутаковаИ. В.ButakovaI. V.

Бутакова Инна Владимировна – младший научный сотрудник НПО Клиники терапии и диагностики профессиональных заболеваний

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Inna V. Butakova, Junior Researcher, Clinic for Occupational Disease Diagnosis and Therapy

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

butakovaiv@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1442-6737ПриваловаЛ. И.PrivalovaL. I.

Привалова Лариса Ивановна – д.м.н., профессор, главный научный сотрудник отдела токсикологии и биопрофилактики

ул. Попова, д. 30, г. Екатеринбург, 620014

Larisa I. Privalova, Dr. Sci. (Med.), Professor, Chief Researcher, Department of Toxicology and Bioprophylaxis

30 Popov Street, Yekaterinburg, 620014

privalovali@yahoo.comФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Indus-trial WorkersRussian Federation2023051020233195863Copyright © Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Рябова Ю.В., Шабардина Л.В., Батенева В.А., Бутакова И.В., Привалова Л.И., 20232023Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Рябова Ю.В., Шабардина Л.В., Батенева В.А., Бутакова И.В., Привалова Л.И.Minigalieva I.A., Sutunkova M.P., Ryabova Y.V., Shabardina L.V., Bateneva V.A., Butakova I.V., Privalova L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zniso.fcgie.ru/jour/article/view/1655

Введение. Загрязнение воздуха наночастицами различной химической природы встречается повсеместно. Вместе с набирающим обороты использованием нанотехнологической продукции это обуславливает серьезную опасность для здоровья человека, в том числе для нервной системы.Целью настоящей работы является проведение сравнительного анализа изменений функций ЦНС у крыс после субхронического внутрибрюшинного воздействия на них наночастиц оксидов Ni, Mn, Cu, Zn, Pb, Si, Ti по результатам поведенческих тестов.Материалы и методы. Проведен обобщающий анализ данных собственных субхронических экспериментальных исследований, направленных на изучение токсичности НЧ оксидов Ni, Mn, Cu, Zn, Pb, Si, Ti с особым вниманием к поведенческим реакциям.Результаты. В ходе сравнительного анализа было выявлено изменение показателей поведенческих тестов у крыс в различной степени выраженности при субхроническом внутрибрюшинном воздействии НЧ оксидов элементов Mn, Ni, Si, Cu, Zn, Ti, Pb в однократной дозе, равной 2,5 мг/кг массы тела: снижалась исследовательская активность крыс, статистически значимо – у животных, подвергшихся воздействию НЧ Mn3О4, NiO и PbО; изменялся суммацион- но-пороговый показатель, статистически значимо повышаясь у животных, подвергшихся воздействию НЧ CuO, ZnO.Заключение. Проведенный анализ данных по выявлению изменений в поведенческих реакциях крыс после внутрибрюшинного введения им наночастиц расширит представления о нейротоксическом действии НЧ, что позволит провести более углубленную и надежную оценку риска здоровью человека.

Introduction: Air pollution with nanoparticles (NPs) of different chemical composition is registered almost everywhere and, along with the growing use of nanotechnology products, poses serious human health risks related to NP exposure, included those for the nervous system.Objective: To compare changes in functioning of the central nervous system in rats following subchronic intraperitoneal exposure to nickel, manganese, copper, zinc, lead, silicon, and titanium oxide nanoparticles based on the results of behavioral tests.Materials and methods: We compared findings of our own subchronic toxicity studies of Ni, Mn, Cu, Zn, Pb, Si, and Ti oxide nanoparticles with a focus on behavioural responses.Results: The comparison showed differences in severity of rat behavioral responses observed after subchronic intraperitoneal instillation of metal oxide nanoparticles at a single dose of 2.5 mg/kg of body weight. We observed a decrease in exploratory activity of rats that was statistically significant in the group of rodents exposed to Mn3O4, NiO, and PbO NPs, and a change in the summation threshold index that increased statistically in the CuO and ZnO nanoparticle exposure groups.Conclusion: Our findings contribute to understanding of neurotoxic effects of nanoparticles and facilitate a more profound and trustworthy assessment of human health risks.

наночастицыэкспериментальные данныеповеденческие реакциинейротоксичностьnanoparticlesexperimental databehavioral responsesneurotoxicityReferencesLachowicz JI, Lecca LI, Meloni F, Campagna M. Metals and metal-nanoparticles in human pathologies: From exposure to therapy. Molecules. 2021;26(21):6639. doi: 10.3390/molecules26216639Lachowicz JI, Lecca LI, Meloni F, Campagna M. Metals and metal-nanoparticles in human pathologies: From exposure to therapy. Molecules. 2021;26(21):6639. doi: 10.3390/molecules26216639Selmani A, Kovačević D, Bohinc K. Nanoparticles: From synthesis to applications and beyond. Adv Colloid Interface Sci. 2022; 303:102640. doi: 10.1016/j.cis.2022.102640.Selmani A, Kovačević D, Bohinc K. Nanoparticles: From synthesis to applications and beyond. Adv Colloid Interface Sci. 2022; 303:102640. doi: 10.1016/j.cis.2022.102640.Win-Shwe TT, Fujimaki H. Nanoparticles and neurotoxicity. Int J Mol Sci. 2011;12(9):6267-6280. doi: 10.3390/ijms12096267Win-Shwe TT, Fujimaki H. Nanoparticles and neurotoxicity. Int J Mol Sci. 2011;12(9):6267-6280. doi: 10.3390/ijms12096267Czajka M, Sawicki K, Sikorska K, Popek S, Kruszewski M, Kapka-Skrzypczak L. Toxicity of titanium dioxide nanoparticles in central nervous system. Toxicol in Vitro. 2015;29(5):1042-1052. doi: 10.1016/j.tiv.2015.04.004Czajka M, Sawicki K, Sikorska K, Popek S, Kruszewski M, Kapka-Skrzypczak L. Toxicity of titanium dioxide nanoparticles in central nervous system. Toxicol in Vitro. 2015;29(5):1042-1052. doi: 10.1016/j.tiv.2015.04.004Mushtaq G, Khan JA, Joseph E, Kamal MA. Nanoparticles, neurotoxicity and neurodegenerative diseases. Curr Drug Metab. 2015;16(8):676-684. doi: 10.2174/1389200216666150812122302Mushtaq G, Khan JA, Joseph E, Kamal MA. Nanoparticles, neurotoxicity and neurodegenerative diseases. Curr Drug Metab. 2015;16(8):676-684. doi: 10.2174/1389200216666150812122302Шарафутдинова Л.А., Федорова А.М., Башкатов С.А., Синельников К.Н., Валиуллин В.В. Нейротоксические эффекты наночастиц диоксида титана // Вестник уральской медицинской академической науки. 2018. Т. 15. № 1. С. 87–95. doi: 10.22138/2500-0918-2018-15-1-87-95Sharafutdinova LA, Fedorova AM, Bashkatov SA, Sinelnikov KN, Valiullin VV. Neurotoxic effects of the titanium dioxide nanoparticles. Vestnik Ural’skoy Meditsinskoy Akademicheskoy Nauki. 2018;15(1):87–95. (In Russ.) doi: 10.22138/2500-0918-2018-15-1-87-95Зайцева Н.В., Землянова М.А., Звездин В.Н., Акафьева Т.И., Мазунина Д.Л., Довбыш А.А. Эффекты субхронической экспозиции наночастиц оксида марганца на центральную нервную систему, перекисное окисление липидов и ферменты антиоксидантной системы крыс // Анализ риска здоровью. 2014. № 4. С. 66–77.Zaitseva NV, Zemlyanova MA, Zvezdin VN, Akafyeva TI, Mazunina DL, Dovbish AA. Effects of subchronic exposure manganese oxide nanoparticles on the central nervous system, lipid peroxidation and antioxidant enzymes in rats. Health Risk Analysis. 2014;(4):53-62.Сутункова М.П., Соловьёва С.Н., Чернышов И.Н. и др. Проявления подострой системной токсичности наночастиц оксида свинца при ингаляционной экспозиции крыс // Токсикологический вестник. 2020. № 6. С. 3-13. doi: 10.36946/0869-7922-2020-6-3-13Sutunkova MP, Solovyeva SN, Chernyshov IN, et al. Manifestations of subacute systemic toxicity of lead oxide nanoparticles in rats after an inhalation exposure. Toksikologicheskiy Vestnik. 2020;(6(165)):3-13. (In Russ.) doi: 10.36946/0869-7922-2020-6-3-13Быстрова М.Н., Демидова М.А., Панина Г.А. и др. Влияние извлечений седативного сбора на ориентировочно-исследовательское поведение мышей // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6. С. 16.Bystrova MN, Demidova MA, Panina GA, Zholobov IS, Galchinskaya IL. The influence of sedative gathering preparations on roughly-research behavior of mice. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya. 2011;(6):16. (In Russ.)Сперанский С.В. О преимуществах использования нарастающего тока при использовании способности белых мышей к суммации подпороговых импульсов // Фармакология и токсикология. 1965. № 1. С. 123–124.Speransky SV. [On advantages of applying a rising current when using the ability of white mice to sum subthreshold pulses.] Farmakologiya i Toksikologiya. 1965;(1):123–124. (In Russ.)Erlich JC, Bialek M, Brody CD. A cortical substrate for memory-guided orienting in the rat. Neuron. 2011;72(2):330-343. doi: 10.1016/j.neuron.2011.07.010Erlich JC, Bialek M, Brody CD. A cortical substrate for memory-guided orienting in the rat. Neuron. 2011;72(2):330-343. doi: 10.1016/j.neuron.2011.07.010Pisula W, Modlinska K, Goncikowska K, Chrzanowska A. Can the hole-board test predict a rat’s exploratory behavior in a free-exploration test? Animals (Basel). 2021;11(4):1068. doi: 10.3390/ani11041068Pisula W, Modlinska K, Goncikowska K, Chrzanowska A. Can the hole-board test predict a rat’s exploratory behavior in a free-exploration test? Animals (Basel). 2021;11(4):1068. doi: 10.3390/ani11041068Симонов П.В. Высшая нервная деятельность человека. Мотивационно-эмоциональные аспекты. М.: Ленанд, 2021. 176 с.Simonov PV. [Human Higher Nervous Activity. Motivational and Emotional Aspects.] Moscow: Lenand Publ.; 2021. (In Russ.)Шарафутдинова Л.А., Юсупов А. Федорова А.М. Влияние наночастиц диоксида титана на уровни тревожности и депрессивности крыс // Современная нейробиология: достижения, закономерности, проблемы, инновации, технологии: материалы Всероссийской конференции, Уфа, 22–23 октября 2015 г. Под ред. Хисматуллиной З.Р. Уфа: РИЦ БашГУ, 2015. С. 125–131. https:// xn--90aeenbcqllcbs7r.xn--80abvyzg.xn--p1ai/neuroufa_sourcebook.pdf (дата обращения: 21.07.2023 г.)Sharafutdinova LA, Yusupov AR, Fedorova AM. [Impact of titanium dioxide nanoparticles on the levels of anxiety and depression in rats.] In: Khismatullina ZR, ed. Modern Neurobiology: Achievements, Patterns, Problems, Innovations, Technologies: Proceedings of the Russian Conference, Ufa, October 22–23, 2015. Ufa: Editorial and Publishing Center of the Bashkir State University Publ.; 2015:125-131. (In Russ.) Accessed July 21, 2023. https://xn--90aeenbcqllcbs7r.xn--80abvyzg.xn--p1ai/neuroufa_sourcebook.pdfПоворинский А.Г., Заболотных В.А. Пособие по клинической электроэнцефалографии. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1987. 64 с.Povorinsky AG, Zabolotnykh VA. [A Manual on Clinical Electroencephalography.] Leningrad: Leningrad Branch of Nauka Publ.; 1987. (In Russ.)Гостюхина А.А., Замощина Т.А., Светлик М.В., Жукова О.Б., Зайцев К.В., Абдулкина Н.Г. Поведенческая активность крыс в «открытом поле» после световой или темновой деприваций и физического переутомления // Бюллетень сибирской медицины. 2016. Т. 15. № 3. С. 16–23.Gostyukhina AA, Zamoshchina TA, Svetlik MV, Zhukova OB, Zaitsev KV, Abdulkina NG. Bahavioral activity of rats in the “open field” after the light and dark deprivation and physical exhaustion. Bulleten’ Sibirskoy Meditsiny. 2016;15(3):16–23. (In Russ.) doi: 10.20538/1682-0363-2016-3-16-23Маркель А.Л. К оценке основных характеристик поведения крыс в тесте «открытого поля» // Журнал высшей нервной деятельности. 1981. Т. 31. № 2. С. 301–307.Markel AL. [On evaluation of the main characteristics of rats’ behavior in the open field test.] Zhurnal Vysshey Nervnoy Deyatel’nosti. 1981;31(2):301–307. (In Russ.)Sutunkova MP, Solovyeva SN, Chernyshov IN, et al. Manifestation of systemic toxicity in rats after a short-time inhalation of lead oxide nanoparticles. Int J Mol Sci. 2020;21(3):690. doi: 10.3390/ijms21030690Sutunkova MP, Solovyeva SN, Chernyshov IN, et al. Manifestation of systemic toxicity in rats after a short-time inhalation of lead oxide nanoparticles. Int J Mol Sci. 2020;21(3):690. doi: 10.3390/ijms21030690Амромина А.М., Шаихова Д.Р., Берёза И.А. и др. Влияние наночастиц свинца на экспрессию генов глутаматного рецептора NMDA и поведенческие реакции у крыс породы Wistar // Гигиена и санитария. 2022. Т. 101. № 12. С. 1581–1587. doi: 10.47470/0016-9900-2022-101-12-1581-1587Amromina AM, Shaikhova DR, Bereza IA, et al. Some neurotoxic effects of lead nanoparticles on NMDA glutamate receptor gene expression and behavioral responses in Wistar rats. Gigiena i Sanitariya. 2022;101(12):1581-1587. (In Russ.) doi: 10.47470/0016-9900-2022-101-12-1581-1587Minigalieva IA, Ryabova YV, Shelomencev IG, et al. Analysis of experimental data on changes in various structures and functions of the rat brain following intranasal administration of Fe2O3 nanoparticles. Int J Mol Sci. 2023;24(4):3572. doi: 10.3390/ijms24043572Minigalieva IA, Ryabova YV, Shelomencev IG, et al. Analysis of experimental data on changes in various structures and functions of the rat brain following intranasal administration of Fe2O3 nanoparticles. Int J Mol Sci. 2023;24(4):3572. doi: 10.3390/ijms24043572Dąbrowska-Bouta B, Zięba M, Orzelska-Górka J, et al. Influence of a low dose of silver nanoparticles on cerebral myelin and behavior of adult rats. Toxicology. 2016;363-364:29-36. doi: 10.1016/j.tox.2016.07.007Dąbrowska-Bouta B, Zięba M, Orzelska-Górka J, et al. Influence of a low dose of silver nanoparticles on cerebral myelin and behavior of adult rats. Toxicology. 2016;363-364:29-36. doi: 10.1016/j.tox.2016.07.

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