sredobЗдоровье населения и среда обитания – ЗНиСОPublic Health and Life Environment – PH&LE2219-52382619-0788ФБУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзора10.35627/2219-5238/2021-336-3-47-51sredob-583Research ArticleКОММУНАЛЬНАЯ ГИГИЕНАCOMMUNAL HYGIENEОценка нейроэндокринных и иммунологических параметров у животных при хроническом комбинированном воздействии ксенобиотиковEvaluation of Neuroendocrine and Immunological Parameters in Animals Following Chronic Combined Exposure to Xenobioticshttps://orcid.org/0000-0001-5573-6646СмолягинА. И.SmolyaginA. I.

Смолягин Александр Иванович – д.м.н., профессор кафедры клинической лабораторной диагностики

ул. Советская, 6, Оренбург, 460000

Alexander I. Smolyagin, D.M.Sc., Professor, Department of Clinical Laboratory Diagnostics

6 Sovetskaya Street, Orenburg, 460000

probllab.orenburg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4465-0887МихайловаИ. В.MikhaylovaI. V.

Михайлова Ирина Валерьевна – д.б.н., доцент, заведующий кафедрой фармацевтической химии

ул. Советская, 6, Оренбург, 460000

Irina V. Mikhaylova, Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Pharmaceutical Chemistry

6 Sovetskaya Street, Orenburg, 460000

michaylova74@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1554-3943ЕрмолинаЕ. В.ErmolinaE. V.

Ермолина Евгения Вячеславовна – к.б.н., с.н.с. проблемной научно-исследовательской лаборатории

ул. Советская, 6, Оренбург, 460000

Evgeniya V. Ermolina, Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Problem Research Laboratory

6 Sovetskaya Street, Orenburg, 460000

probllab.orenburg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6107-0534СтадниковА. А.StadnikovA. A.

Стадников Александр Абрамович – д.б.н., профессор заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Советская, 6, Оренбург, 460000

Alexander A. Stadnikov, Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Department of Histology, Cytology and Embryology

6 Sovetskaya Street, Orenburg, 460000

k_histology@orgma.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3684-1149БоевВ. М.BoevV. M.

Боев Виктор Михайлович – д.м.н., профессор, заведующий кафедрой общей и коммунальной гигиены

ул. Советская, 6, Оренбург, 460000

Viktor M. Boev, D.M.Sc., Professor, Head of the Department of General and Communal Hygiene

6 Sovetskaya Street, Orenburg, 460000

k_com.gig@orgma.ruФГБОУ ВО «Оренбургский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияOrenburg State Medical University of the Russian Ministry of HealthRussian Federation202120072021034751Copyright © Смолягин А.И., Михайлова И.В., Ермолина Е.В., Стадников А.А., Боев В.М., 20212021Смолягин А.И., Михайлова И.В., Ермолина Е.В., Стадников А.А., Боев В.М.Smolyagin A.I., Mikhaylova I.V., Ermolina E.V., Stadnikov A.A., Boev V.M.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/583Введение

Введение. Широкая распространенность соединений хрома и бензола в окружающей среде, связанная с работой автотранспорта и промышленности, обусловливает интерес к исследованию данных ксенобиотиков в ус­ловиях длительного эксперимента.

Цель работы – анализ хронического воздействия комбинации хрома и бензола на гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальную (ГГАКС) и иммунную системы крыс-самцов Вистар. Объект ис­следования: 80 крыс-самцов Вистар.

Методы и подходы

Методы и подходы. Крысы на протяжении 135 суток вместе с питьевой водой получали комбинацию бихромата калия и бензола в дозах, соответствующих одной ПДК. Проведено исследование гипоталамуса, гипофиза, надпочечников, тимуса, селезенки с использованием морфометрических, гистологических и электронно-микроскопических методов. Для определения экспрессии проапоптотического белка р53 и антиапоп­тотического белка bcl2 использовали стрептавидин-биотиновый пероксидазный метод. У животных исследовали массу тела, тимуса и селезенки, содержание ядросодержащих клеток в тимусе, селезенке, костном мозге и оценивали клеточный состав селезенки и костного мозга, а также спонтанную и индуцированную конканавалином А секре­цию спленоцитами цитокинов ИФНγ, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10.

Результаты

Результаты. Установлен негативный эффект на функцию ГГАКС, выражающийся в активации ее секреторной деятельности, блокировании высвобождения гипоталамических нейропептидов на уровне нейрогипофиза и приводящий к ультраструктурным повреждениям нейросекретор­ных клеток гипоталамуса, аденоцитов гипофиза и клеток коркового вещества надпочечников, а также в увеличении программированной гибели тимоцитов. У крыс, подвергнутых данному воздействию, отмечено снижение массы тимуса, количества тимоцитов и комплекс структурно-функциональных изменений, свидетельствующих о статусе акцидентальной инволюции. Выявлено снижение количества спленоцитов у крыс опытной группы, которое сопро­вождалось увеличением размеров белой пульпы селезенки. Установлено увеличение индуцированной продукции спленоцитами главных иммунорегуляторных цитокинов ИФНγ и ИЛ-4.

Выводы

Выводы. Полученные результаты могут быть использованы для анализа нарушений ГГАКС и иммунной системы при профессиональной хронической интокси­кации у лиц, работающих с бензолом и соединениями хрома, и совместном присутствии данных веществ в произ­водственной среде.

Background

Background. A high prevalence of chromium and benzene compounds in the environment associated with motor vehicle and industrial operations arouses interest in the study of these xenobiotics in a long-term experiment. The objective of this work was to analyze effects of a chronic combined exposure to chromium and benzene on the hypothalamic-pitu­itary-adrenocortical (HPA) and immune systems of male Wistar rats.

Materials and methods

Materials and methods. Eighty male Wistar rats were administered potassium dichromate and benzene with drinking water in doses equaling one maximum permissible concen­tration (MPC) during 135 days. The hypothalamus, pituitary gland, adrenal glands, thymus, and spleen were then studied using morphometric, histological, and electron microscopy methods. The streptavidin-biotin peroxidase method was used to determine the expression of pro-apoptotic protein p53 and anti-apoptotic protein bcl2. We also measured the body, thymus and spleen weights of animals, nucleated cell counts in the thymus, spleen, and bone marrow and evaluated the cellular composition of the spleen and bone marrow as well as spontaneous and concanavalin A-induced secretion of interferon gamma (IFN-γ), IL-4, IL-6, and IL-10 cytokines by splenocytes.

Results

Results. We established an adverse effect of the exposure on the HPA function expressed in the activation of its secretory activity, blocking the release of hypothalamic neuropeptides at the level of the neurohypophysis and leading to ultrastructural damage to the neurosecretory cells of the hypothalamus, pituitary adenocytes and adrenal cortical cells, as well as in an increase in the programmed death of thymocytes. We also ob­served a decrease in the thymus weight and thymocyte counts and a complex of structural and functional changes indicating the status of its accidental involution in the exposed rats. The revealed decrease in the splenocyte count in the experimental group was accompanied by an increase in the size of the white spleen pulp. An increase in the induced production of the main immunoregulatory cytokines IFN-γ and IL-4 by splenocytes was found.

Conclusion

Conclusion. Our findings can be used to ana­lyze impairments of the HPA and immune systems in workers with a chronic combined exposure to benzene and chromium compounds in the occupational setting.

бензолхромкрысыгипоталамо-гипофизарно-адренокортикальная и иммунная системыbenzenechromiumratshypothalamic-pituitary-adrenocortical and immune systemsReferencesСмолягин А.И., Михайлова И.В., Ермолина Е.В., и др. Влияние бихромата калия на морфологические и иммунологические параметры крыс Вистар // Токсикологический вестник. 2015. № 2 (131). С. 40–44.Smolyagin АI, Mikhaylova IV, Ermolina EV, et al. Influence of potassium bichromate on morphological and immunological characteristics of Wistar rats. Toksikologicheskiy Vestnik. 2015; (2(131)):40-44. (In Russian).Ланин Д.В. Анализ корегуляции иммунной и нейроэндокринной систем в условиях воздействия факторов риска. Анализ риска здоровью. 2013. № 1. С. 73–81.Lanin DV. The analysis of the co-regulation between the immune and neuroendocrine systems under exposure to risk factors. Health Risk Analysis. 2013; (1):73-81. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.21668/health.risk/2013.1.10.Snyder R. Benzene’s toxicity: a consolidated short review of human and animal studies by HA Khan. Hum Exp Toxicol. 2007; 26(9):687-96. DOI: https://doi.org/10.1177/0960327107083975Snyder R. Benzene’s toxicity: a consolidated short review of human and animal studies by HA Khan. Hum Exp Toxicol. 2007; 26(9):687-96. DOI: https://doi.org/10.1177/0960327107083975Karaulov AV, Renieri EA, Smolyagin AI, et al. Long-term effects of chromium on morphological and immunological parameters of Wistar rats. Food Chem Toxicol. 2019; 133:110748. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fct.2019.110748Karaulov AV, Renieri EA, Smolyagin AI, et al. Long-term effects of chromium on morphological and immunological parameters of Wistar rats. Food Chem Toxicol. 2019; 133:110748. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fct.2019.110748Karaulov AV, Mikhaylova IV, Smolyagin AI, et al. The immunotoxicological pattern of subchronic and chronic benzene exposure in rats. Toxicol Lett. 2017; 275:1–5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2017.04.006Karaulov AV, Mikhaylova IV, Smolyagin AI, et al. The immunotoxicological pattern of subchronic and chronic benzene exposure in rats. Toxicol Lett. 2017; 275:1–5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2017.04.006Самотруева М.А., Ясенявская А.Л., Цибизова А.А., и др. Нейроиммуноэндокринология: современные представления о молекулярных механизмах // Иммунология. 2017. Т. 38. № 1. С. 49–59.Samotrueva MА, Yasenyavskaya АL, Tsibizova АА, et al. Neuroimmunoendocrinology: modern concepts of molecular mechanisms. Immunologiya. 2017; 38(1):49-59. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.18821/0206-4952-2017-38-1-49-59Волчегорский И.А., Долгушин И.И., Колесников О.Л. и др. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма. Челябинск: ЧГПУ, 2000. 167 с.Volchegorskiy IA, Dolgushin II, Kolesnikov OL, et al. [Experimental Modeling and Laboratory Evaluation of Adaptive Reactions of the Organism.] Chelyabinsk: ChGPU Publ., 2000. 167 p. (In Russian).Стадников А.А., Бухарин О.В. Гипоталамическая нейросекреция и структурно-функциональный гомеостаз про- и эукариот (морфологические основы реактивности, пластичности и регенерации). Оренбург: ОрГМА, 2012. 296 с.Stadnikov AA, Bukharin OV. [Hypothalamic Neurosecretion, Structural and Functional Homeostasis of Pro-and Eukaryotes (Morphological Bases of Reactivity, Plasticity and Regeneration).] Orenburg: OrGMA Publ., 2012. 296 p. (In Russian).Jomova К, Valko M. Advances in metal-induced oxidative stress and human disease. Toxicology. 2011; 283(2–3):65–87. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2011.03.001Jomova К, Valko M. Advances in metal-induced oxidative stress and human disease. Toxicology. 2011; 283(2–3):65–87. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2011.03.001Lee MH, Chung SW, Kang BY, et al. Hydroquinone, a reactive metabolite of benzene, enhances interleukin-4 production in CD4+ T cells and increases immunoglobulin E levels in antigen-primed mice. Immunology. 2002; 106(4):496-502. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2567.2002.01451.xLee MH, Chung SW, Kang BY, et al. Hydroquinone, a reactive metabolite of benzene, enhances interleukin-4 production in CD4+ T cells and increases immunoglobulin E levels in antigen-primed mice. Immunology. 2002; 106(4):496-502. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2567.2002.01451.xBagchi D, Bagchi M, Stohs SJ. Chromium (VI)-induced oxidative stress, apoptotic cell death and modulation of p53 tumor suppressor gene. Mol Cell Biochem. 2001; 222(1–2):149–158.Bagchi D, Bagchi M, Stohs SJ. Chromium (VI)-induced oxidative stress, apoptotic cell death and modulation of p53 tumor suppressor gene. Mol Cell Biochem. 2001; 222(1–2):149–158.Snyder R. Benzene and leukemia. Crit Rev Toxicol. 2002; 32(3):155-210. DOI: https://doi.org/10.1080/20024091064219Snyder R. Benzene and leukemia. Crit Rev Toxicol. 2002; 32(3):155-210. DOI: https://doi.org/10.1080/20024091064219DesMarais TL, Costa M. Mechanisms of chromium-induced toxicity. Curr Opin Toxicol. 2019; 14:1–7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cotox.2019.05.003DesMarais TL, Costa M. Mechanisms of chromium-induced toxicity. Curr Opin Toxicol. 2019; 14:1–7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cotox.2019.05.003Gillis B, Gavin IM, Arbieva Z, et al. Identification of human cell responses to benzene and benzene metabolites. Genomics. 2007; 90(3):324-333. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2007.05.003Gillis B, Gavin IM, Arbieva Z, et al. Identification of human cell responses to benzene and benzene metabolites. Genomics. 2007; 90(3):324-333. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2007.05.003Baumann S, Krueger A, Kirchhoff S, et al. Regulation of T cell apoptosis during the immune response. Curr Mol Med. 2002; 2(3):257-272. DOI: https://doi.org/10.2174/1566524024605671Baumann S, Krueger A, Kirchhoff S, et al. Regulation of T cell apoptosis during the immune response. Curr Mol Med. 2002; 2(3):257-272. DOI: https://doi.org/10.2174/1566524024605671Smith MT, Zhang L, Jeng M, et al. Hydroquinone, a benzene metabolite, increases the level of aneusomy of chromosomes 7 and 8 in human CD34-positive blood progenitor cells. Carcinogenesis. 2000; 21(8):1485-1490.Smith MT, Zhang L, Jeng M, et al. Hydroquinone, a benzene metabolite, increases the level of aneusomy of chromosomes 7 and 8 in human CD34-positive blood progenitor cells. Carcinogenesis. 2000; 21(8):1485-1490.Засорин Б.В., Сабыр К.К., Искаков А.Ж. Риски здоровью населения от воздействия факторов среды обитания урбанизированных территорий. Актобе. 2009. 148 с.Zasorin BV, Sabyr KK, Iskakov AZh. [Health Risks from Exposure to Urban Environmental Factors.] Aktobe, 2009. 148 p. (In Russian).Мамырбаев А.А. Токсикология хрома и его соединений. Актобе, 2012. 284 с.Mamyrbaev AA. [Toxicology of Chromium and Its Compounds.] Aktobe, 2012. 284 p. (In Russian).

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