sredobЗдоровье населения и среда обитания – ЗНиСОPublic Health and Life Environment – PH&LE2219-52382619-0788ФБУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзора10.35627/2219-5238/2020-332-11-62-66sredob-285Research ArticleГИГИЕНА ТРУДАOCCUPATIONAL HEALTHПовышение устойчивости организма к вредному цитотоксическому действию наночастиц аморфного диоксида кремнияIncreasing the resistance of the body to adverse cytotoxic effects of amorphous silicon dioxide nanoparticleshttps://orcid.org/0000-0001-8580-403XСоловьеваС. Н.SolovyevaS. N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМ. П.SutunkovaM. P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1871-8593МинигалиеваИ. А.MinigalievaI. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2018-5386ЧернышовИ. Н.ChernyshovI. N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6475-7753ГурвичВ. Б.GurvichV. B.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8750-9624КацнельсонБ. А.KatsnelsonB. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1442-6737ПриваловаЛариса ИвановнаPrivalovaLarisa I.privalovali@yahoo.comФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian Federation2020140420210116266Copyright © Соловьева С.Н., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Чернышов И.Н., Гурвич В.Б., Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., 20212021Соловьева С.Н., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Чернышов И.Н., Гурвич В.Б., Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И.Solovyeva S.N., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Chernyshov I.N., Gurvich V.B., Katsnelson B.A., 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/285

Введение. Наночастицы аморфного диоксида кремния (НЧ АДК) являются одним из наиболее широко распространенных наноматериалов. Кроме того, промышленные аэрозоли конденсации, содержащие значительную долю НЧ АДК, спонтанно образуются при ряде пирометаллургических и сварочных технологий. Поэтому значительное число лиц подвергается воздействию частиц НЧ АДК в производственных условиях или через среду обитания, загрязняемую этими производствами, а также при применении этого наноматериала. Целью исследования стала разработка способа профилактики, основанного на повышении устойчивости организма к вредному цитотоксическому действию наночастиц аморфного диоксида кремния. Материалы и методы. Белые лабораторные крысы получали в течение месяца курс специально разработанного биопрофилактического комплекса (БПК) перед однократным интратрахеальным введением суспензии НЧ АДК в концентрации 0,5 мг/мл. Суспензия исследуемых НЧ АДК была получена с помощью лазерной абляции из тонких листовых мишеней соответствующего материала 99,99 % чистоты в стерильной деионизированной воде. Средний диаметр использованных НЧ АДК составил 43 ± 11 нм. Через 24 часа после введения суспензии оценивались цитологические (количество бронхоальвеолярных макрофагов и нейтрофилов и их отношение) и цитохимические показатели жидкости лаважа (БАЛЖ) (щелочная фосфатаза, аланинаминотрансфераза, гамма-глутамилтранспептидаза, амилаза, лактатдегидрогеназа). Биопрофилактический комплекс вводился животным вместе с кормом и питьём. В состав БПК были включены глютамат натрия, рыбий жир, богатый полиненасыщенными жирными кислотами класса омега-3, йод и антиоксидантный комплекс (селен, кверцетин в виде рутина и витамины А, Е, С). Заключение. Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о том, что изменения как цитологических, так и биохимических показателей бронхоальвеолярного лаважа свидетельствуют о благоприятном эффекте снижения цитотоксичности под влиянием проведенного курса биологической профилактики при действии наночастиц аморфного диоксида кремния.

Introduction: Amorphous silicon dioxide nanoparticles of (SiNPs) are among the most common nanomaterials today. Besides, industrial aerosols formed by condensation and containing a significant proportion of SiNPs are spontaneously produced by a number of pyrometallurgical and welding processes. A significant number of individuals are therefore exposed to SiNPs in the occupational setting or polluted ambient air and while using this nanomaterial. The purpose of our experimental study was to develop a preventive method promoting the resistance of the organism to adverse cytotoxic effects of amorphous silicon dioxide nanoparticles. Materials and methods: White laboratory rats received a monthly course of a specially developed bioprophylactic complex (BPC) before a single intratracheal instillation of a SiNPs suspension at a concentration of 0.5 mg/mL. The suspension was obtained by laser ablation of thin sheet targets of the appropriate material of 99.99 % purity in sterile deionized water. The average diameter of SiNPs was 43 ± 11 nm. Cytological (the number of bronchoalveolar macrophages and neutrophils and their ratio) and cytochemical indices of the bronchoalveolar lavage (BAL) fluid (alkaline phosphatase, alanine aminotransferase, gamma-glutamyl transpeptidase, amylase, and lactate dehydrogenase) were evaluated at 24 hours after the injection. The bioprophylactic complex was administered to the animals with feed and drink and included monosodium glutamate, fish oil rich in omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs), iodine, and an antioxidant complex of selenium, quercetin (rutoside), and vitamins A, E, and C. Conclusions: Our findings show that changes in both cytological and biochemical BAL parameters proved a positive health effect of premedication that helped reduce cytotoxicity of SiNPs exposure.

наночастицы аморфного диоксида кремнияцитотоксичностьбиопрофилактикаamorphous silicon dioxide nanoparticlescytotoxicitybioprophylaxisReferencesСутункова М.П., Соловьева С.Н., Кацнельсон Б.А. и др. Некоторые особенности реакции организма на хроническую ингаляцию ЗЮ2-содержащих субмикронных (преимущественно наноразмерных) частиц реального промышленного аэрозоля // Токсикологический вестник. 2017. № 3 (144). С. 17-26.Сутункова М.П., Соловьева С.Н., Кацнельсон Б.А. и др. Некоторые особенности реакции организма на хроническую ингаляцию ЗЮ2-содержащих субмикронных (преимущественно наноразмерных) частиц реального промышленного аэрозоля // Токсикологический вестник. 2017. № 3 (144). С. 17-26.Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., Сутункова М.П. и др. Биопрофилактика в системе управления профессиональными рисками, связанными с воздействием металлсодержащих наночастиц // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 12. С. 1187-1191.Кацнельсон Б.А., Привалова Л.И., Сутункова М.П. и др. Биопрофилактика в системе управления профессиональными рисками, связанными с воздействием металлсодержащих наночастиц // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 12. С. 1187-1191.Кацнельсон Б.А., Алексеева О.Г., Привалова Л.И. и др. Пневмокониозы: патогенез и биологическая профилактика. Екатеринбург: Издательство УрО РАН, 1995. 326 с.Кацнельсон Б.А., Алексеева О.Г., Привалова Л.И. и др. Пневмокониозы: патогенез и биологическая профилактика. Екатеринбург: Издательство УрО РАН, 1995. 326 с.Кацнельсон Б.А., Дегтярева Т.Д., Привалова Л.И. Принципы биологической профилактики профессиональной и экологически обусловленной патологии от воздействия неорганических веществ. Екатеринбург: МНЦПиОЗРП, 1999. 107 с.Кацнельсон Б.А., Дегтярева Т.Д., Привалова Л.И. Принципы биологической профилактики профессиональной и экологически обусловленной патологии от воздействия неорганических веществ. Екатеринбург: МНЦПиОЗРП, 1999. 107 с.Пластилина Ю.В., Привалова Л.И., Терешин Ю.С. и др. Тормозящее действие йода на развитие экспериментального силикоза при перкутанном воздействии // Медицина труда и пром. экология. 1996. № 7. С. 16-20.Пластилина Ю.В., Привалова Л.И., Терешин Ю.С. и др. Тормозящее действие йода на развитие экспериментального силикоза при перкутанном воздействии // Медицина труда и пром. экология. 1996. № 7. С. 16-20.Капелько В.И. Активные формы кислорода, антиоксиданты и профилактика заболеваний // Российский медицинский журнал. 2003. № 21. С. 1185-1189.Капелько В.И. Активные формы кислорода, антиоксиданты и профилактика заболеваний // Российский медицинский журнал. 2003. № 21. С. 1185-1189.Денисенко С.А, Леканова С.С., Домнин С.Г и др. Прогнозирование действия пылевых частиц различных форм кремнезема на организм с учетом их физико-химических свойств. Пособие для врачей. Екатеринбург, 2003. 23 с.Денисенко С.А, Леканова С.С., Домнин С.Г и др. Прогнозирование действия пылевых частиц различных форм кремнезема на организм с учетом их физико-химических свойств. Пособие для врачей. Екатеринбург, 2003. 23 с.Шапиро Н.А Цитологическая диагностика заболеваний легких. М.: Ретроцентр, 2005. 245 с.Шапиро Н.А Цитологическая диагностика заболеваний легких. М.: Ретроцентр, 2005. 245 с.Добрых В.А., Мун И.Е., Ковалева О.А. и др. Диагностическое значение цитологического исследования секрета нижних дыхательных путей // Дальневосточный медицинский журнал. 2013. № 1. С. 125-129.Добрых В.А., Мун И.Е., Ковалева О.А. и др. Диагностическое значение цитологического исследования секрета нижних дыхательных путей // Дальневосточный медицинский журнал. 2013. № 1. С. 125-129.Napierska D, Thomassen L, Lison D, et al. The nanosilica hazard: another variable entity. Part Fibre Toxicol. 2010; 7, 39. DOI: https://doi.org/10.1186/1743-8977-7-39Napierska D, Thomassen L, Lison D, et al. The nanosilica hazard: another variable entity. Part Fibre Toxicol. 2010; 7, 39. DOI: https://doi.org/10.1186/1743-8977-7-39Vance ME, Kuiken T, Vejerano EP, et al. Nanotechnology in the real world: Redeveloping the nanomaterial consumer products inventory. Beilstein J Nanotechnol. 2015; 6:1769-1780. DOI: https://doi.org/10.3762/ bjnano.6.181Vance ME, Kuiken T, Vejerano EP, et al. Nanotechnology in the real world: Redeveloping the nanomaterial consumer products inventory. Beilstein J Nanotechnol. 2015; 6:1769-1780. DOI: https://doi.org/10.3762/ bjnano.6.181Thakkar A, Raval A, Chandra S, et al. A comprehensive review of the application of nano-silica in oil well cementing. Petroleum. 2019; 6(2):123-129. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.petlm.2019.06.005Thakkar A, Raval A, Chandra S, et al. A comprehensive review of the application of nano-silica in oil well cementing. Petroleum. 2019; 6(2):123-129. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.petlm.2019.06.005Shin-Woo Ha, Weiss D, Weitzmann M, et al. Applications of silica-based nanomaterials in dental and skeletal biology. In: Nanobiomaterials in Clinical Dentistry (Second Edition). Subramani K, Ahmed W, editors. Elsevier; 2019. P. 77-112. DOI: https://doi.org/10.1016/C2017-0-03524-3Shin-Woo Ha, Weiss D, Weitzmann M, et al. Applications of silica-based nanomaterials in dental and skeletal biology. In: Nanobiomaterials in Clinical Dentistry (Second Edition). Subramani K, Ahmed W, editors. Elsevier; 2019. P. 77-112. DOI: https://doi.org/10.1016/C2017-0-03524-3Du Z, Zhao D, Jing L, et al. Cardiovascular toxicity of different sizes amorphous silica nanoparticles in rats after intratracheal instillation. Cardiovasc Toxicol. 2013; 13(3):194-207. DOI: https://doi.org/10.1007/s12012-013-9198-yDu Z, Zhao D, Jing L, et al. Cardiovascular toxicity of different sizes amorphous silica nanoparticles in rats after intratracheal instillation. Cardiovasc Toxicol. 2013; 13(3):194-207. DOI: https://doi.org/10.1007/s12012-013-9198-yGuo C, Yang M, Jing L, et al. Amorphous silica nanoparticles trigger vascular endothelial cell injury through apoptosis and autophagy via reactive oxygen species-mediated MAPK/Bcl-2 and PI3K/Akt/mTOR signaling. Int J Nanomedicine. 2016; 11:5257-5276. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S112030Guo C, Yang M, Jing L, et al. Amorphous silica nanoparticles trigger vascular endothelial cell injury through apoptosis and autophagy via reactive oxygen species-mediated MAPK/Bcl-2 and PI3K/Akt/mTOR signaling. Int J Nanomedicine. 2016; 11:5257-5276. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S112030Park EJ, Park K. Oxidative stress and pro-inflammatory responses induced by silica nanoparticles in vivo and in vitro. Toxicol Lett. 2009; 184(1):18-25. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.toxlet.2008.10.012Park EJ, Park K. Oxidative stress and pro-inflammatory responses induced by silica nanoparticles in vivo and in vitro. Toxicol Lett. 2009; 184(1):18-25. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.toxlet.2008.10.012Petrick L, Rosenblat M, Paland N, et al. Silicon dioxide nanoparticles increase macrophage atherogenicity: Stimulation of cellular cytotoxicity, oxidative stress, and triglycerides accumulation. Environ Toxicol. 2016; 31(6):713-723. DOI: https://doi.org/10.1002/tox.22084Petrick L, Rosenblat M, Paland N, et al. Silicon dioxide nanoparticles increase macrophage atherogenicity: Stimulation of cellular cytotoxicity, oxidative stress, and triglycerides accumulation. Environ Toxicol. 2016; 31(6):713-723. DOI: https://doi.org/10.1002/tox.22084Sergent JA, Paget V, Chevillard S. Toxicity and genotoxicity of nano-SiO2 on human epithelial intestinal HT-29 cell line. Ann Occup Hyg. 2012; 56(5):622-630. DOI: https://doi.org/10.1093/annhyg/mes005Sergent JA, Paget V, Chevillard S. Toxicity and genotoxicity of nano-SiO2 on human epithelial intestinal HT-29 cell line. Ann Occup Hyg. 2012; 56(5):622-630. DOI: https://doi.org/10.1093/annhyg/mes005Privalova LI, Katsnelson BA, Sutunkova MP, et al. Looking for biological protectors against adverse health effects of some nanoparticles that can pollute workplace and ambient air (a summary of authors’ experimental results). J Environ Prot. 2017; 8(8):844-866. DOI: https:// doi.org/10.4236/jep.2017.88053Privalova LI, Katsnelson BA, Sutunkova MP, et al. Looking for biological protectors against adverse health effects of some nanoparticles that can pollute workplace and ambient air (a summary of authors’ experimental results). J Environ Prot. 2017; 8(8):844-866. DOI: https:// doi.org/10.4236/jep.2017.88053Katsnelson BA, Privalova LI, Sutunkova MP, et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of engineered nanoparticles. Yan B, Zhou H, Gardea-Torresdey J, editors. Springer, 2017. Ch. 11. P. 259-319. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-5864-6Katsnelson BA, Privalova LI, Sutunkova MP, et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of engineered nanoparticles. Yan B, Zhou H, Gardea-Torresdey J, editors. Springer, 2017. Ch. 11. P. 259-319. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-5864-6Katsnelson BA, Morosova KI, Velichkovski BT, et al. Anti-silikotische Wirkung von Glutamat. Arbeitsmed. Sozialmed. Praventivmed. 1984; 19(7):153-156. (In German).Katsnelson BA, Morosova KI, Velichkovski BT, et al. Anti-silikotische Wirkung von Glutamat. Arbeitsmed. Sozialmed. Praventivmed. 1984; 19(7):153-156. (In German).Morosova KI, Katsnelson BA, Rotenberg YuS, et al. A further experimental study of the antisilicotic effect of glutamate. Br J Ind Med. 1984; 41(4):518-525.Morosova KI, Katsnelson BA, Rotenberg YuS, et al. A further experimental study of the antisilicotic effect of glutamate. Br J Ind Med. 1984; 41(4):518-525.Katsnelson BA, Polzik EV, Privalova LI. Some aspects of the problem of individual predisposition to silicosis. Environ Health Perspect. 1986; 68:175-185.Katsnelson BA, Polzik EV, Privalova LI. Some aspects of the problem of individual predisposition to silicosis. Environ Health Perspect. 1986; 68:175-185.Katsnelson BA, Polzik EV, Morosova KI, et al. Trends and perspectives of the biological prophylaxis of silicosis. Environ Health Pespect. 1989; 82:311-321.Katsnelson BA, Polzik EV, Morosova KI, et al. Trends and perspectives of the biological prophylaxis of silicosis. Environ Health Pespect. 1989; 82:311-321.Li X, Jin Q, Yao Q, et al. The flavonoid quercetin ameliorates liver inflammation and fibrosis by regulating hepatic macrophages activation and polarization in mice. Front Pharmacol. 2018; 9:72. DOI: https://doi. org/10.3389/fphar.2018.00072Li X, Jin Q, Yao Q, et al. The flavonoid quercetin ameliorates liver inflammation and fibrosis by regulating hepatic macrophages activation and polarization in mice. Front Pharmacol. 2018; 9:72. DOI: https://doi. org/10.3389/fphar.2018.00072

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