zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2025-65-3-195-201xlywvtzurniimtpe-3745Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF REPORTSМетаболомные изменения в крови крыс, вызванные острым отравлением метаванадатом натрияMetabolomic changes in rat blood caused by acute poisoning with sodium metavanadatehttps://orcid.org/0000-0002-5576-365XУнесихинаМария СергеевнаUnesikhinaMaria S.

Младший научный сотрудник отдела молекулярной биологии и электронной микроскопии ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора

e-mail: unesihinams@ymrc.ru

Junior Researcher, Department of Molecular Biology and Electron Microscopy, Yekaterinburg Medical Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers

e-mail: unesihinams@ymrc.ru

unesihinams@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6167-7347ЧемезовАлексей ИгоревичChemezovAleksei I.

Научный сотрудник отдела молекулярной биологии и электронной микроскопии ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора

e-mail: chemezov@ymrc.ru

Researcher, Department of Molecular Biology and Electron Microscopy, Yekaterinburg Medical Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers

e-mail: chemezov@ymrc.ru

chemezov@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМарина ПетровнаSutunkovaMarina P.

Директор ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; доцент, заведующий кафедрой гигиены и медицины труда, ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России, д-р мед. наук

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

Director of Ekaterinburg Medical Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers; Associate Professor, Head of the Department of Occupational Hygiene and Medicine, Ural State Medical University, Dr. of Sci. (Med.)

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

sutunkova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1871-8593МинигалиеваИльзира АмировнаMinigalievaIlzira A.

Зав. отделом токсикологии и биопрофилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, д-р биол. наук

e-mail: ilzira@ymrc.ru

Head of the Department of Toxicology and Bioprophylaxis, Ekaterinburg Medical Scientific Center for Prevention and Health Protection of Industrial Workers, Dr. of Sci. (Biol.)

e-mail: ilzira@ymrc.ru

ilzira@ymrc.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian FederationФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers; Ural State Medical UniversityRussian Federation202510042025653195201Copyright © Унесихина М.С., Чемезов А.И., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., 20252025Унесихина М.С., Чемезов А.И., Сутункова М.П., Минигалиева И.А.Unesikhina M.S., Chemezov A.I., Sutunkova M.P., Minigalieva I.A.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/3745

Широкое распространение ванадия и его соединений в разных областях промышленности вызывает увеличение его выбросов в окружающую среду. Наиболее подверженными его влиянию оказываются рабочие металлургических предприятий и жители близлежащих территорий. Несмотря на известные его терапевтические эффекты, сообщения о негативных его проявлениях требуют более детального изучения токсикодинамических свойств ванадия. При этом изменения метаболома крови, вызванные поступлением ванадия, ранее в литературе не описывались. Результаты данного исследования послужат отправной точкой в создании диагностического метода выявления нарушений, вызванных воздействием соединений ванадия.

Цель исследования — выявление метаболомных изменений крови крыс в остром токсикологическом эксперименте с однократным интраперитониальным введением метаванадата натрия.

Исследование проведено на 22 самцах крыс породы Wistar, разделённых на три группы: крысы, которым вводили раствор NaVO3 в концентрации 11,61 мг/кг (n=8); крысы, которым вводили раствор NaVO3 в концентрации 18,40 мг/­кг (n=8); контрольная группа (n=6). Полуколичественный метаболомный анализ крови проводился с помощью жидкостной хроматомасс-спектрометрии.

Метаболомное исследование крови показало влияние ванадия на обмен липидов, среди которых в группах с воздействием NaVO3 было обнаружено снижение уровня для 3 глицерофосфолипидов, 1 ацилкарнитина с короткой цепью, 1 сфинголипида, 1 глицеролипида и повышение содержания 2 ацилкарнитинов с длинной цепью, тогда как среди тетрапирролов было обнаружено увеличение содержания билирубина.

Результаты метаболомного исследования крови крыс после однократного воздействия пятивалентного ванадия в виде раствора NaVO3 в концентрациях 11,61 и 18,40 мг/кг указывают на наличие изменений в организме животных, связанных с обменом липидов и тетрапирролов. Исходя из них, при действии ванадия имеют место гепатотоксичность: активация процессов липолиза и нарушение энергетического обмена за счёт изменений в процессе β-окислении.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Уровень содержания метаболитов в крови животных был определён полуколичественно.

Этика

Этика. Исследование одобрено на заседании Локального этического комитета ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий» Роспотребнадзора (Протокол № 1/2 от 09.06.2022).

Участие авторов

Участие авторов:Унесихина М.С. — сбор и обработка данных, написание текста, редактирование;Чемезов А.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста, редактирование;Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, редактирование;Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Дата поступления

Дата поступления: 23.01.2025 / Дата принятия к печати: 26.02.2025 / Дата публикации: 07.04.2025

The widespread use of vanadium and its compounds in various fields of industry causes an increase in its emissions into the environment. Workers of metallurgical enterprises and residents of nearby territories are the most susceptible to its influence. Despite its known therapeutic effects, reports of its negative effects require a more detailed study of the toxicodynamic properties of vanadium. At the same time, changes in the blood metabolome caused by the intake of vanadium have not previously been described in the literature. The results of this study will serve as a starting point in the creation of a diagnostic method for detecting disorders caused by exposure to vanadium compounds.

The study aims to identify metabolic changes in rat blood in an acute toxicological experiment with a single intraperitoneal administration of sodium metavanadate.

The scientists conducted a study on 22 male Wistar rats divided into three groups: rats injected with NaVO3 solution at a concentration of 11.61 mg/kg (n=8); rats injected with NaVO3 solution at a concentration of 18.40 mg/kg (n=8); control group (n=6). A semi-quantitative metabolomic blood test was performed using liquid chromatography mass spectrometry.

A metabolomic blood test showed the effect of vanadium on lipid metabolism, among which in the groups exposed to NaVO3, the authors found a decrease in the level of 3 glycerophospholipids, 1 short-chain acylcarnitine, 1 sphingolipid, 1 glycerolipid and an increase in the content of 2 long-chain acylcarnitines, while among tetrapyrroles they found an increase in bilirubin.

The results of a metabolic study of rat blood after a single exposure to pentavalent vanadium in the form of a NaVO3 solution at concentrations of 11.61 and 18.40 mg/kg indicate the presence of changes in the animal body associated with the metabolism of lipids and tetrapyrroles. Based on them, under the action of vanadium, hepatotoxicity occurs: activation of lipolysis processes and disruption of energy metabolism due to changes in the process of β-oxidation.

Limitations

Limitations. The level of metabolites in the blood of animals was determined semi-quantitatively.

Ethics

Ethics. The study was approved at a meeting of the Local Ethics Committee of the Yekaterinburg Medical and Scientific Center for the Prevention and Health Protection of Industrial Workers of Rospotrebnadzor (Protocol No. 1/2 dated 06/09/2022).

Contributions

Contributions:Unesikhina M.S. — data collection and processing, text writing, editing;Chemezov A.I. — research concept and design, data collection and processing, text writing, editing;Sutunkova M.P. — research concept and design, editing;Minigalieva I.A. — concept and design of research, editing.

Funding

Funding. The study had no funding.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflicts of interest.

Received

Received: 23.01.2025 / Accepted: 26.02.2025 / Published: 07.04.2025

метаванадат натрияметаболитытоксичность ванадияsodium metavanadatemetabolitesvanadium toxicityReferencesLee J.C., Kurniawan, Kim E.Y., Chung K.W., Kim R., Jeon H.S. A review on the metallurgical recycling of vanadium from slags: towards a sustainable vanadium production. J. Mater. Res. Technol. 2021; 12: 343–64. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.02.065Lee J.C., Kurniawan, Kim E.Y., Chung K.W., Kim R., Jeon H.S. A review on the metallurgical recycling of vanadium from slags: towards a sustainable vanadium production. J. Mater. Res. Technol. 2021; 12: 343–64. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.02.065Чурилов А.Е., Мукаев Е.Г., Горбунова А.В. Ванадийсодержащие ресурсы и химические способы их переработки. Теория и технология металлургического производства. 2017; 3(22): 30–33.Churilov A.E., Mukaev E.G., Gorbunova A.V. Vanadium-containing resources and chemical methods of their processing. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva [Theory and Technology of Metallurgical Production]. 2017; 3(22): 30–3 (in Russian).Ścibior A., Pietrzyk Ł., Plewa Z., Skiba A. Vanadium: risks and possible benefits in the light of a comprehensive overview of its pharmacotoxicological mechanisms and multi-applications with a summary of further research trends. J. Trace Elem. Med. Biol. 2020; 61: 126508. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126508Ścibior A., Pietrzyk Ł., Plewa Z., Skiba A. Vanadium: risks and possible benefits in the light of a comprehensive overview of its pharmacotoxicological mechanisms and multi-applications with a summary of further research trends. J. Trace Elem. Med. Biol. 2020; 61: 126508. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2020.126508Rehder D. Perspectives for vanadium in health issues. Future Med. Chem. 2016; 8(3): 325–38. https://doi.org/10.4155/fmc.15.187Rehder D. Perspectives for vanadium in health issues. Future Med. Chem. 2016; 8(3): 325–38. https://doi.org/10.4155/fmc.15.187Crans D.C., Yang L., Haase A., Yang X. Health benefits of vanadium and its potential as an anticancer agent. Met. Ions Life Sci. 2018. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29394028/Crans D.C., Yang L., Haase A., Yang X. Health benefits of vanadium and its potential as an anticancer agent. Met. Ions Life Sci. 2018. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29394028/Costigan M., Cary R., Dobson S. World Health Organization & International Programme on Chemical Safety. Vanadium Pentoxide and Other Inorganic Vanadium Compounds. Geneva: WHO; 2001. https://iris.who.int/handle/10665/42365Costigan M., Cary R., Dobson S. World Health Organization & International Programme on Chemical Safety. Vanadium Pentoxide and Other Inorganic Vanadium Compounds. Geneva: WHO; 2001. https://iris.who.int/handle/10665/42365Ghosh S.K., Saha R., Saha B. Toxicity of inorganic vanadium compounds. Res. Chem. Intermed. 2015; 41: 4873–97. https://doi.org/10.1007/s11164-014-1573-1Ghosh S.K., Saha R., Saha B. Toxicity of inorganic vanadium compounds. Res. Chem. Intermed. 2015; 41: 4873–97. https://doi.org/10.1007/s11164-014-1573-1Штабский Б.М., Гжегоцкий М.И., Гжегоцкий М.Р., Кудрина В.Н., Маненко А.К., Федоренко В.И. К методике определения среднесмертельных доз и концентраций химических веществ. Гигиена и санитария. 1980; 10: 51–53.Shtabskiy B.M., Gzhegotskiy M.I., Gzhegotskiy M.R., Kudrina V.N., Manenko A.K., Fedorenko V.I. To the methodology for determining the average lethal doses and concentrations of chemicals. Gigiena i sanitariya. 1980; 10: 51–53 (in Russian).Llobet J.M., Domingo J.L. Acute toxicity of vanadium compounds in rats and mice. Toxicol Lett. 1984; 23(2): 227–231. https://doi.org/10.1016/0378-4274(84)90131-0Llobet J.M., Domingo J.L. Acute toxicity of vanadium compounds in rats and mice. Toxicol Lett. 1984; 23(2): 227–231. https://doi.org/10.1016/0378-4274(84)90131-0Adachi A., Ogawa K., Tsushi Y., Nagao N., Okano T. Balance, Excretion and Tissue Distribution of Vanadium in Rats after Short-Term Ingestion. Journal of health science. 2000; 46(1): 59–62. https://doi.org/10.1248/jhs.46.59Adachi A., Ogawa K., Tsushi Y., Nagao N., Okano T. Balance, Excretion and Tissue Distribution of Vanadium in Rats after Short-Term Ingestion. Journal of health science. 2000; 46(1): 59–62. https://doi.org/10.1248/jhs.46.59Wishart D.S., Guo A., Oler E., Wang F., Anjum A., Peters H., et al. HMDB 5.0: the Human Metabolome Database for 2022. Nucleic Acids Res. 2022; 50(D1): D622–D631. https://doi.org/10.1093/nar/gkab1062Wishart D.S., Guo A., Oler E., Wang F., Anjum A., Peters H., et al. HMDB 5.0: the Human Metabolome Database for 2022. Nucleic Acids Res. 2022; 50(D1): D622–D631. https://doi.org/10.1093/nar/gkab1062Conroy M.J., Andrews R.M., Andrews S., Cockayne L., Dennis E.A., Fahy E., et al. LIPID MAPS: update to databases and tools for the lipidomics community. Nucleic Acids Res. 2024; 52(D1): D1677–D1682. https://doi.org/10.1093/nar/gkad896Conroy M.J., Andrews R.M., Andrews S., Cockayne L., Dennis E.A., Fahy E., et al. LIPID MAPS: update to databases and tools for the lipidomics community. Nucleic Acids Res. 2024; 52(D1): D1677–D1682. https://doi.org/10.1093/nar/gkad896KEGG PATHWAY Database. https://www.kegg.jp/kegg/pathway.htmlKEGG PATHWAY Database. https://www.kegg.jp/kegg/pathway.htmlKorbecki J., Baranowska-Bosiacka I., Gutowska I., Piotrowska K., Chlubek D. Cyclooxygenase-1 as the main source of proinflammatory factors after sodium orthovanadate treatment. Biol. Trace Elem. Res. 2015; 163(1–2): 103–11. https://doi.org/10.1007/s12011-014-0176-4Korbecki J., Baranowska-Bosiacka I., Gutowska I., Piotrowska K., Chlubek D. Cyclooxygenase-1 as the main source of proinflammatory factors after sodium orthovanadate treatment. Biol. Trace Elem. Res. 2015; 163(1–2): 103–11. https://doi.org/10.1007/s12011-014-0176-4Hayamizu K. Amino acids and energy metabolism: an overview. In: Bagchi D., ed. Sustained Energy for Enhanced Human Functions and Activity. Academic Press; 2017: 339–49. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-805413-0.00021-1Hayamizu K. Amino acids and energy metabolism: an overview. In: Bagchi D., ed. Sustained Energy for Enhanced Human Functions and Activity. Academic Press; 2017: 339–49. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-805413-0.00021-1Tsujishita Y., Asaoka Y., Nishizuka Y. Regulation of phospholipase A2 in human leukemia cell lines: its implication for intracellular signaling. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994; 91(14): 6274–8. https://doi.org/10.1073/pnas.91.14.6274Tsujishita Y., Asaoka Y., Nishizuka Y. Regulation of phospholipase A2 in human leukemia cell lines: its implication for intracellular signaling. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994; 91(14): 6274–8. https://doi.org/10.1073/pnas.91.14.6274Сидорова Ю.С., Скальная М.Г., Тиньков А.А., Мазо В.К. Влияние соединений ванадия на нарушения углеводного и жирового обмена. Проблемы эндокринологии. 2019; 65(3): 184–190. https://doi.org/10.14341/probl10093Sidorova Yu.S., Skalnaya M.G., Tinkov A.A., Mazo V.K. The effect of vanadium compounds on carbohydrate and lipid metabolism disorders. Problemy Endokrinologii [Problems of Endocrinology]. 2019; 65(3): 184–90. https://doi.org/10.14341/probl10093 (in Russian).Cuvillier O. Sphingosine in apoptosis signaling. Biochim. Biophys. Acta. 2002; 1585(2-3): 153–62. https://doi.org/10.1016/s1388-1981(02)00336-0Cuvillier O. Sphingosine in apoptosis signaling. Biochim. Biophys. Acta. 2002; 1585(2-3): 153–62. https://doi.org/10.1016/s1388-1981(02)00336-0Mendelson K., Evans T., Hla T. Sphingosine 1-phosphate signalling. Development. 2014; 141(1): 5–9. https://doi.org/10.1242/dev.094805Mendelson K., Evans T., Hla T. Sphingosine 1-phosphate signalling. Development. 2014; 141(1): 5–9. https://doi.org/10.1242/dev.094805Nasr L.R., Saber M.E., Hussam B., Salma A.R., Muzaffar I. The effect of vanadium on rat hypercholesterolemia in the presence and absence of statins. Afr. J. Pharm. Pharmacol. 2017; 11(39): 509–16. https://doi.org/10.5897/AJPP2017.4842Nasr L.R., Saber M.E., Hussam B., Salma A.R., Muzaffar I. The effect of vanadium on rat hypercholesterolemia in the presence and absence of statins. Afr. J. Pharm. Pharmacol. 2017; 11(39): 509–16. https://doi.org/10.5897/AJPP2017.4842Aureliano M., De Sousa-Coelho A.L., Dolan C.C., Roess D.A., Crans D.C. Biological consequences of vanadium effects on formation of reactive oxygen species and lipid peroxidation. Int. J. Mol. Sci. 2023; 24(6): 5382. https://doi.org/10.3390/ijms24065382Aureliano M., De Sousa-Coelho A.L., Dolan C.C., Roess D.A., Crans D.C. Biological consequences of vanadium effects on formation of reactive oxygen species and lipid peroxidation. Int. J. Mol. Sci. 2023; 24(6): 5382. https://doi.org/10.3390/ijms24065382Tell G., Gustincich S. Redox state, oxidative stress, and molecular mechanisms of protective and toxic effects of bilirubin on cells. Curr. Pharm. Des. 2009; 15(25): 2908–14. https://doi.org/10.2174/138161209789058174Tell G., Gustincich S. Redox state, oxidative stress, and molecular mechanisms of protective and toxic effects of bilirubin on cells. Curr. Pharm. Des. 2009; 15(25): 2908–14. https://doi.org/10.2174/138161209789058174Wagener F.A., Volk H.D., Willis D., Abraham N.G., Soares M.P., Adema G.J., et al. Different faces of the heme–heme oxygenase system in inflammation. Pharmacol. Rev. 2003; 55(3): 551–71. https://doi.org/10.1124/pr.55.3.5Wagener F.A., Volk H.D., Willis D., Abraham N.G., Soares M.P., Adema G.J., et al. Different faces of the heme–heme oxygenase system in inflammation. Pharmacol. Rev. 2003; 55(3): 551–71. https://doi.org/10.1124/pr.55.3.5

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