zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2019-2-86-91zurniimtpe-1298Research ArticleСтатьиОценка токсического действия наночастиц NiO при ингаляционном поступленииТhe experimental assessment of NiO nanoparticles toxicity in inxalation exposureСутунковаМ. П.SutunkovaM. P.

ул. Попова, 30, Екатеринбург,  620014.

30, Popova str., Ekaterinburg, 620014.

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора.РоссияEkaterinburg Medical Centre of Science Preventive Maintenance and Health Protection of Workers of the Industrial Enterprises.Russian Federation201912032019028691Copyright © Сутункова М.П., 20192019Сутункова М.П.Sutunkova M.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/1298Введение

Введение. Наночастицы NiO (НЧ NiO) загрязняют воздух рабочей зоны при металлургическом производстве никеля и легированных сталей (во время их использования при электросварке). Токсичность НЧ NiO изучена экспериментально в ряде исследований, однако вопрос о механизмах их токсического действия не может считаться решенным и требует расширения базы экспериментальных данных.

Цель исследования — изучить токсическое действие наночастиц оксида никеля при хронической ингаляционной экспозиции.

Материалы и методы

Материалы и методы. Аутбредные крысы-самки подвергались повторным низкоуровневым ингаляционным экспозициям к НЧ NiO 99,99% чистоты, размером 23±5 нм, по 4 часа в день, 5 раз в неделю, продолжительностью до 10 месяцев в установке типа «только нос» при концентрации 0,2±0,01 мг/м3. Для выбора этой концентрации предварительно был проведен пилотный эксперимент с 5-кратным воздействием при концентрации 1,00±0,12 мг/м3.

Результаты

Результаты. НЧ NiO как при краткосрочном, так и при хроническом ингаляционном поступлении оказывают влияние на перекисное окисление липидов, показатели красной крови, функцию печени и почек, окислительно-восстановительный баланс в организме; во все три срока хронического ингаляционного эксперимента вызывают активную реакцию альвеолярного фагоцитоза и обладают высокоцитотоксическим действием, судя по отношению нейтрофильных лейкоцитов к альвеолярным макрофагам и уровню ферментов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа.

Выводы

Выводы. Наночастицы NiO при ингаляционном поступлении в концентрации 0,2 мг/м3 оказывают умеренное токсическое действие на организм экспериментальных животных. 

Introduction

Introduction. Nanoparticles of NiO pollute air of workplace in metallurgic production of nickel and alloyed steel (during their use in electric welding). Toxicity of NiO nanoparticles was studied in some experiments, but mechanisms underlying their toxic eff ects are not understood and require wider base of experimental data.

Objective

Objective. To study toxic eff ects of NiO nanoparticles in chronic inhalation exposure.

Materials and methods

Materials and methods. Outbred female rats were subjected to repeated low-level inhalation exposure to NiO nanoparticles of 99.99% purity, measured 23±5 nm, 4 hours per day, 5 days per week, up to 10-month duration in an “only nose” device with concentration 0.2±0.01 mg/m3. To select this concentration, preliminary pilot experiment included 5-fold exposure with concentration 1.00±0.12 mg/m3.

Results

Results. NiO nanoparticles in short-term and chronic inhalation exposure aff ect lipids peroxidation, red blood parameters, liver and kidney functions, oxidation-reduction balance. All three terms of chronic inhalation experiment cause active alveolar phagocytosis reaction, and their high cytotoxicity is proved by relation of neutrophils to alveolar macrophages and by enzymes levels in bronchoalveolar lavage.

Conclusions

Conclusions. NiO nanoparticles if inhaled in concentration 0.2 mg/m3 cause moderate toxic eff ect in experimental animals.

ингаляционная экспозициянаночастицы никелятоксичностьцитотоксичностьinhalation exposurenickel nanoparticlestoxicitycytotoxicityReferencesAtes M., Demir V., Arslan Z., Camas M., Celik F. Toxicity of Engineered Nickel Oxide and Cobalt Oxide Nanoparticles to Artemia salina in Seawater. Water, Air, & Soil Pollution. 2016; 227: 70–8.Ates M., Demir V., Arslan Z., Camas M., Celik F. Toxicity of Engineered Nickel Oxide and Cobalt Oxide Nanoparticles to Artemia salina in Seawater. Water, Air, & Soil Pollution. 2016; 227: 70–8.Gonga N., Shaoc K., Lia G., Sun Y. Acute and chronic toxicity of nickel oxide nanoparticles to Daphnia magna: Th e infl uence of algal enrichment. NanoImpact. 2016; 3–4: 104–9.Gonga N., Shaoc K., Lia G., Sun Y. Acute and chronic toxicity of nickel oxide nanoparticles to Daphnia magna: Th e infl uence of algal enrichment. NanoImpact. 2016; 3–4: 104–9.Прощенко Д.А. Система тестов для оценки токсичности наночастиц оксида никеля (II) на культуре фибробластов человека. Новое слово в науке и практике: гипотезы и апробация результатов исследований. 2016; 23: 18–22.Protsenko D.A. A test package to evaluate nickel(II) oxide nanoparticles toxicity in human fi broblasts culture. Novoye slovo v nauke i praktike: gipotezy i aprobatsiya rezul’tatov issledovanij. 2016; 23: 18–22. (in Russian)Latvala S., Hedberg J., Di Bucchianico S., Möller L., Wallinder I., Elihn K. et al. Nickel Release, ROS Generation and Toxicity of Ni and NiO Micro- and Nanoparticles. PLoS One. 2016; 11 (7): e0159684.Latvala S., Hedberg J., Di Bucchianico S., Möller L., Wallinder I., Elihn K. et al. Nickel Release, ROS Generation and Toxicity of Ni and NiO Micro- and Nanoparticles. PLoS One. 2016; 11 (7): e0159684.Chang X.H., Zhu A., Liu F.F., Zou L.Y., Su L., Liu S.K. et al. Nickel oxide nanoparticles induced pulmonary fi brosis via TGF-в1 activation in rats. Human & Experimental Toxicology. 2016; 36 (8): 802–12.Chang X.H., Zhu A., Liu F.F., Zou L.Y., Su L., Liu S.K. et al. Nickel oxide nanoparticles induced pulmonary fi brosis via TGF-в1 activation in rats. Human & Experimental Toxicology. 2016; 36 (8): 802–12.Ogami A., Morimoto Y., Murakami M., Myojo T., Oyabu T., Tanaka I. Biological eff ects of nano-nickel in rat lungs aft er administration by inhalation and by intratracheal instillation. Journal of Physics: Conference Series. 2009; 151 (1).Ogami A., Morimoto Y., Murakami M., Myojo T., Oyabu T. Tanaka I. Biological eff ects of nano-nickel in rat lungs aft er administration by inhalation and by intratracheal instillation. Journal of Physics: Conference Series. 2009; 151 (1).Oyabu T., Ogami A., Morimoto Y., Shimada M., Lenggoro W., Okuyama K. et al. Biopersistence of inhaled nickel oxide nanoparticles in rat lung. Inhal Toxicol. 2007; 19 (Suppl 1): 55–8.Oyabu T., Ogami A., Morimoto Y., Shimada M., Lenggoro W., Okuyama K. et al. Biopersistence of inhaled nickel oxide nanoparticles in rat lung. Inhal Toxicol. 2007; 19 (Suppl 1): 55–8.Zaitseva N.V., Zemlyanova M.A., Zvezdin V.N., Dovbysh A.A., Ulanova T.S., Smirnov S.A. Comparative assessment of the eff ects of short-term inhalation exposure to Nickel oxide nanoparticles and microdispersed Nickel oxide. Nanotechnologies in Russia. 2016; 11 (9–10): 671–7.Zaitseva N.V., Zemlyanova M.A., Zvezdin V.N., Dovbysh A.A., Ulanova T.S., Smirnov S.A. Comparative assessment of the eff ects of short-term inhalation exposure to Nickel oxide nanoparticles and microdispersed Nickel oxide. Nanotechnologies in Russia. 2016; 11(9–10): 671–77.Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B. et al. Some patt erns of metallic nanoparticles’ combined subchronic toxicity as exemplifi ed by a combination of nickel and manganese oxide nanoparticles. Food and Chemical Toxicology. 2015; 86: 351–64.Katsnelson B.A., Minigaliyeva I.A., Panov V.G., Privalova L.I., Varaksin A.N., Gurvich V.B. et al. Some patt erns of metallic nanoparticles’ combined subchronic toxicity as exemplifi ed by a combination of nickel and manganese oxide nanoparticles. Food and Chemical Toxicology. 2015; 86: 351–64.Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев): СП 2.2.1.3218–14. М., 2014.Sanitarno-epidemiologicheskiye trebovaniya k ustrojstvu, oborudovaniyu i soderzhaniyu eksperimental’no-biologicheskikh klinik (vivariyev): SP 2.2.1.3218–14. M.; 2014 (in Russian).Sunderman F.W. Jr. A review of the metabolism and toxicology of nickel. Ann Clin. Lab. Sci. 1977; 5: 377–98.Sunderman F.W. Jr. A review of the metabolism and toxicology of nickel. Ann Clin. Lab. Sci. 1977; 5: 377–98.Ho V.T., Bunn H.F. Effects of transition metals on the expression of the erythropoietin gene: further evidence that the oxygen sensor is a heme protein. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996; 223: 175–80.Ho V.T., Bunn H.F. Effects of transition metals on the expression of the erythropoietin gene: further evidence that the oxygen sensor is a heme protein. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996; 223: 175–80.Tkeshelashvili L.K., Tsakadze K.J., Khulusauri O. Eff ect of some nickel compounds on erythrocyte characteristics. Biol. Trace Elem. Res. 1989; 21 (1): 337–42.Tkeshelashvili L.K., Tsakadze K.J., Khulusauri O. Eff ect of some nickel compounds on erythrocyte characteristics. Biol. Trace Elem. Res. 1989; 21 (1): 337–42.Рыжковский В.Л., Елфимова Е.В., Гусев М.И. Резорбтивное действие малых концентраций аэрозоля металлического никеля на организм. Гигиена и сан. 1974; 11: 8–13.Ryzhkovskij V.L., Yelfi mova Ye.V., Gusev M.I. Th e resorptive eff ects of low concentrations of metallic nickel aerosol on the organism. Gigiyena i sanitariya. 1974; 11: 8–13 (in Russian).Могилевская О.Я. Токсикология редких металлов. М., 1963; 151–64.Mogilevskaya O.Ya. Toxicology of rare-earth metals. М.; 1963 (in Russian).Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Shur V.Ya. et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of Engineered Nanoparticles. Springer. 2017; Ch. 11: 259–319.Katsnelson B.A., Privalova L.I., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Gurvich V.B., Shur V.Ya. et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In: Bioactivity of Engineered Nanoparticles. Springer, 2017; 11: 259–319.Katsnelson B.A., Privalova L.I. Recruitment of phagocytizing cells into the respiratory tract as a response to the cytotoxic action of deposited particles. Environ Health Perspect. 1984; 55: 313–25.Katsnelson B.A., Privalova L.I. Recruitment of phagocytizing cells into the respiratory tract as a response to the cytotoxic action of deposited particles. Environ Health Perspect. 1984; 55: 313–25.Privalova L.I., Katsnelson B.A., Osipenko A.B., Yushkov B.H., Babushkina L.G. Response of a phagocyte cell system to products of macrophage breakdown as a probable mechanism of alveolar phagocytosis adaptation to deposition of particles of diff erent cytotoxicity. Environ. Health Perspect. 1980; 35: 205–18.Privalova L.I., Katsnelson B.A., Osipenko A.B., Yushkov B.H., Babushkina L.G. Response of a phagocyte cell system to products of macrophage breakdown as a probable mechanism of alveolar phagocytosis adaptation to deposition of particles of diff erent cytotoxicity. Environ. Health Perspect. 1980; 35: 205–18.Кацнельсон Б.А., Алексеева О.Г., Привалова Л.И., Ползик Е.В. Пневмокониозы: патогенез и биологическая профилактика. Екатеринбург: УрО РАН; 1995.Katsnelson B.A., Alekseyeva O.G., Privalova L.I., Polzik Ye.V. Pneumoconioses: pathogenesis and biological prophylaxis. Yekaterinburg: UrO RA N; 1995 (in Russian).

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