Авторы

На материалах ранее проведенного исследования, выявившего зависимость вероятности субклинического поражения почек у детей от концентрации свинца и кадмия в моче, показано, что комбинированная нефротоксичность этих металлов является менее чем аддитивной (токсикологический антагонизм). Теоретический и методический интерес представляет показанное совпадение этой оценки типа комбинированной токсичности независимо от того, проводится ли она на базе парадигмы аддитивности эффектов или аддитивности доз.

Оксид никеля (II) и разнообразные химические формы марганца, включая оксид марганца (II, III), могут присутствовать вместе в субмикронной фракции сварочного дыма. Мы приготовили с помощью лазерной абляции в деионизированной воде металлических пластинок 99,99% чистоты суспензии наночастиц NiO со средним диаметром (± ) 30±12 нм и Mn3O4 32±10 нм. Эти суспензии вводились интратрахеально крысам одна немедленно после другой в чередующейся последовательности или же изолированно (при этом для второго введения использовалась вода), и через 24 часа мы получали жидкость бронхоальвеолярного лаважа (БАЛЖ). Увеличение общей клеточности БАЛЖ, числа альвеолярных макрофагов (АМ) и нейтрофильных лейкоцитов (НЛ), а особенно отношения НЛ/АМ (которое является надёжным сравнительным индексом цитотоксичности введенных частиц) было значительно выше при действии NiO, чем при действии Mn3O4. Полуконтактная атомно-силовая микроскопия топографии поверхности клеток продемонстрировала активный эндоцитоз наночастиц NiO и Mn3O4 лёгочными фагоцитами. Более высокая пульмонарная цитотоксичность наночастиц NiO по сравнению с наночастицами Mn3O4 была показана также по увеличению активности некоторых лизосомиальных энзимов в БАЛЖ. Математический анализ выявил субаддитивное комбинированное действие NiO и Mn3O4, судя по клеточным показателям, в то время как по разным биохимическим – аддитивность, субаддитивность либо синергизм. У крыс, которые в течение 4 недель перед введением NiO+Mn3O4 (по 0,25 мг каждого) получали перорально глютамат, глицин, ацетил-цистеин, иод и селенсодержащий поливитаминный препарат, наночастицы вызвали существенно менее выраженную мобилизацию НЛ, чем при такой же экспозиции без премедикации.

В статье критически рассматриваются некоторые постулаты теории и математического моделирования комбинированного токсического действия и предлагается дальнейшее их развитие. С этой целью были проанализированы результаты экспериментов на крысах, подвергавшихся повторным внутрибрюшинным введениям нескольких бинарных и одной трёхфакторной комбинации химических веществ, главным образом, солей токсичных металлов или металлсодержащих наночастиц. Интоксикации количественно характеризовались десятками функциональных, биохимических и морфометрических показателей. Для описания комбинированной токсичности мы опирались как на описательную статистику результатов, рассматриваемую с позиций обычной логики, так и на две математические модели, основанные на дисперсионном анализе (ANOVA) и на математической теории поверхности отклика, которые соотносятся с широко признанными парадигмами теории комбинированной токсичности: соответственно, аддитивности эффектов и аддитивности доз. Мы пришли к заключению, что названные парадигмы фактически взаимозаменяемы и должны бы рассматриваться скорее как разные методы моделирования комбинированной токсичности, чем как отражение фундаментально различающихся процессов. Мы отдаём предпочтение регрессионному построению поверхности отклика с учетом конкретного плана эксперимента, поскольку она инвариантна по отношению к этим парадигмам. В рамках математической модели существуют не только три традиционно обозначаемых типа комбинированной токсичности (аддитивность, субаддитивность и супераддитивность), но большое число вариантов её в зависимости от рассматриваемого эффекта, его уровня, а также от уровня доз и их соотношения. Особое внимание уделено моделированию противоположно направленных эффектов токсических веществ. Подчёркивается целесообразность выделения основного (определяющего) типа комбинированной токсичности и предложены критерии его выбора. Для характеристики трёхфакторной токсичности был предложен новый риск-ориентированный подход, сущность которого составляет классификация эффектов по признаку того, остаётся ли тип бинарной комбинированной токсичности по сути тем же самым или становится либо более, либо менее неблагоприятным, когда анализируется на фоне действия третьего токсичного вещества. Вкратце обсуждено значение вышеописанных заключений в рамках системы анализа и управления рисками для здоровья.

Три группы крыс получили на протяжении 6 недель 18 в/б инъекций фтористого натрия в дозе, эквивалентной 0,1 ЛД50. Две из них и две из трёх групп, получивших такие же инъекции физ. раствора, подвергались воздействию на всё тело постоянного магнитного поля (ПМП) с индукцией 25 мTл в течение 2 или 4 часов в день по 5 раз в неделю. После завершения экспозиций было оценено большое число функциональных и биохимических показателей, а также гистологическая картина бедренной кости с морфометрией. Математический анализ, основанный на модели поверхности отклика, показал, что в полном соответствии с ранее найденным для комбинированной токсичности разных химических веществ, сочетанное вредное действие химического и физического факторов характеризуется типологическим разнообразием в зависимости не только от того, по какому конкретному эффекту оно оценивается, но также от дозы и уровня эффекта. С этой точки зрения, все те показатели, по которым наблюдались статистически значимые эффекты хотя бы в одной группе крыс, определяли четыре типа действия: (I) преимущественно однофакторное; (II) однонаправленное аддитивное; (III) синергизм (однонаправленное супераддитивное); (IV) антагонизм, включая как однонаправленное субаддитивное, так и все количественные варианты противонаправленного.

Хотя токсикология смесей является научной базой оценки кумулятивных рисков для здоровья, связанных с широко встречающимся комбинированным действием двух или более металлов и их соединений, однако, полного соответствия между ними нет, причём некоторые противоречия являются фундаментальными. Такое положение дел может быть объяснено не только упрощёнными подходами, характерными для методологии оценки риска, но и крайней сложностью теории комбинированной токсичности, основные аспекты которой авторы рассматривают на основе литературных и, главным образом, собственных ранее опубликованных данных.

Сравнительная и комбинированная оценка повреждающего действия наночастиц NiO и Mn3O4 получена на культурах различных человеческих стабильных клеточных линий. Найдено, что добавление эмбриональной бычьей сыворотки крови (FBS) ко всем использованным культуральным средам делает эти металлооксидные наночастицы (MeO-НЧ), в особенности, Mn3O4-НЧ экспоненциально растворимыми, в то время как без FBS их растворимость крайне низка. Вместе с тем, присутствие FBS существенно замедляет седиментацию, связанную с агрегацией этих MeO-НЧ. Показана зависимость повреждения клеток от концентрации МеО-НЧ при более высокой цитотоксичности Mn3O4-НЧ по сравнению с NiO-НЧ. Таким образом, сравнительная оценка неспецифической токсичности, полученная ранее в экспериментах «ин виво», воспроизведена «in vitro». Однако по отношению к ранее обнаруженному марганец-специфичному повреждению головного мозга при субхронической интоксикации теми же наночастицами, нынешний эксперимент на нейронах «in vitro» показал лишь некоторое усиливающее влияние Mn3O4-НЧ в комбинации с NiO-НЧ, роль которых преобладала.

Изолированное и комбинированное повреждающее действие наночастиц (НЧ) PbO и CuO оценены на стабильной линии человеческих фибробластов с помощью трёх различных показателей цитотоксичности, основанных на снижении (а) дегидрогеназной активности клеток (МТТ-тест); (б) содержания АТФ (тест на жизнеспособность культуры по интенсивности люминесценции); (в) интегральной оценки клеточной пролиферации, распластывания и прикрепления к поверхности по электрическому импедансу («нормализованный клеточный индекс»). По всем этим показателям продемонстрирована для обоих видов метало-оксидных наночастиц чёткая зависимость повреждения клетки от их концентрации, адекватно описываемая гиперболической функцией, в то время как при одном и том же уровне воздействия количественные характеристики цитотоксичности PbO-НЧ в сравнении с CuO-НЧ схожи. Последнее ранее наблюдалось и в субхроническом эксперименте на крысах. Математически описанная с помощью методологии построения поверхности отклика комбинированная цитотоксичность наночастиц in vitro найдена неоднозначной, что также согласуется с выводами из эксперимента на крысах с теми же наночастицами.

Свинцово-кадмиевая интоксикация является фактором риска для здоровья рабочих медеплавильной промышленности и людей, проживающих на территориях, загрязняемых её эмиссиями. Субхроническая интоксикация моделировалась путем повторных внутрибрюшинных инъекций ацетата свинца и хлорида кадмия как изолированно, так и в комбинации, 3 раза в неделю в течение 6 недель. Найдено снижение частоты сердечных сокращений и показателей артериального давления при кадмиевой интоксикации, а также снижение скорости кровотока и повышение показателей артериального давления при свинцовой. На электрокардиограмме обнаружены увеличение длительности комплекса QRS при кадмиевой интоксикации, увеличение интервала QT и снижение изоэлектрической линии при комбинированном токсическом действии свинца и кадмия. Показаны уменьшение толщины кардиомиоцитов под влиянием кадмиевой интоксикации и увеличение – под влиянием свинцовой, а также уменьшение толщины внутренней оболочки стенки аорты при всех исследованных типах интоксикации. Любая токсическая экспозиция приводила к снижению числа ядер на единицу площади гистологического препарата миокарда.

Сферические наночастицы (НЧ) сульфидов кадмия и свинца (диаметр 37 ± 5 нм и 24 ± 4 нм соответственно) оказались цитотоксичными для кардиомиоцитов линии HL-1, о чем свидетельствует снижение АТФ-зависимой люминесценции. Было обнаружено, что наночастицы CdS оказывают гораздо большее цитотоксическое воздействие, чем наночастицы PbS. Учитывая одинаковый диапазон доз, CdS-НЧ уменьшал количество кальциевых пиков. Аналогичный эффект наблюдался и для малых доз PbS- НЧ. Помимо гипертрофии клеток под воздействием определенных доз CdS-НЧ и PbS-НЧ были выявлены дозы, вызывающие уменьшение размеров кардиомиоцитов. Для этих трех результатов мы получили как монотонные функции «доза-реакция» (хорошо аппроксимируемые гиперболической функцией), так и различные варианты немонотонных, для которых мы нашли адекватные математические выражения путем модификации некоторых моделей гормезиса, доступных в литературе. Анализ данных с использованием линейной модели поверхности отклика с перекрестным членом дал еще одно подтверждение ранее установленному постулату о том, что разнообразие типов комбинированного действия, характерных для одной и той же пары токсических веществ, является одним из важных утверждений в общей теории комбинированной токсичности.