Метаболомные изменения в крови крыс, вызванные острым отравлением метаванадатом натрия

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. Уровень содержания метаболитов в крови животных был определён полуколичественно.

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:
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. Исследование не имело финансовой поддержки.

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

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

1. Lee 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.2021.02.065

2. Чурилов 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.

3. 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.2020.126508

4. Rehder D. Perspectives for vanadium in health issues. Future Med. Chem. 2016; 8(3): 325–38. https://doi.org/10.4155/fmc.15.187

5. 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/

6. 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/10665/42365

7. Ghosh S.K., Saha R., Saha B. Toxicity of inorganic vanadium compounds. Res. Chem. Intermed. 2015; 41: 4873–97. https://doi.org/10.1007/s11164-014-1573-1

8. Штабский 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.

9. 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)90131-0

10. Adachi 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.46.59

11. Wishart 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/gkab1062

12. Conroy 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/gkad896

13. KEGG PATHWAY Database. https://www.kegg.jp/kegg/pathway.html

14. Korbecki 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/s12011-014-0176-4

15. Hayamizu 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/b978-0-12-805413-0.00021-1

16. Tsujishita 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.91.14.6274

17. Сидорова 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/probl10093

18. Cuvillier O. Sphingosine in apoptosis signaling. Biochim. Biophys. Acta. 2002; 1585(2-3): 153–62. https://doi.org/10.1016/s1388-1981(02)00336-0

19. Mendelson K., Evans T., Hla T. Sphingosine 1-phosphate signalling. Development. 2014; 141(1): 5–9. https://doi.org/10.1242/dev.094805

20. Nasr 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/AJPP2017.4842

21. Aureliano 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/ijms24065382

22. Tell 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/10.2174/138161209789058174

23. Wagener 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