Toxicological ReviewToxicological ReviewТоксикологический вестник0869-7922Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman64124310.36946/0869-7922-2020-6-3-13ArticlesСтатьиMANIFESTATIONS OF SUBACUTE SYSTEMIC TOXICITY OF LEAD OXIDE NANOPARTICLES IN RATS AFTER AN INHALATION EXPOSUREПРОЯВЛЕНИЯ ПОДОСТРОЙ СИСТЕМНОЙ ТОКСИЧНОСТИ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА СВИНЦА ПРИ ИНГАЛЯЦИОННОЙ ЭКСПОЗИЦИИ КРЫСSutunkovaM. Р.СутунковаМ. П.
Russian Federation

Sutunkova Marina Petrovna

620014, Yekaterinburg

Сутункова Марина Петровна, доктор медицинских наук, директор 

620014, г. Екатеринбург

marinasutunkova@yandex.ruSolovyevaS. N.СоловьёваС Н.
Russian Federation

Solovyeva Svetlana Nikolaevna

620014, Yekaterinburg

Соловьева Светлана Николаевна, научный сотрудник лаборатории токсикологии среды обитания 

620014, г. Екатеринбург

solovyevasn@ymrc.ruChernyshovI. N.ЧернышовИ. Н.
Russian Federation

Chernyshov Ivan Nikolaevich

620014, Yekaterinburg

Чернышов Иван Николаевич, младший научный сотрудник лаборатории токсикологии среды обитания

620014, г. Екатеринбург

chernishov@ymrc.ruKlinovaS. V.КлиноваС. В.
Russian Federation

Klinova Svetlana Vladislavovna

620014, Yekaterinburg

Клинова Светлана Владиславовна, научный сотрудник лаборатории промышленной токсикологии 

620014, г. Екатеринбург

klinova.svetlana@gmail.comGurvichV. B.ГурвичВ. Б.
Russian Federation

Gurvich Vladimir Borisovich

620014, Yekaterinburg

Гурвич Владимир Борисович, доктор медицинских наук, научный руководитель центра 

620014, г. Екатеринбург

gurvich@ymrc.ruShurV. Ya.ШурВ. Я.
Russian Federation

Shur Vladimir Yakovlevich

620000, Yekaterinburg

Шур Владимир Яковлевич, доктор физико-математических наук, профессор, директор, Уральский центр коллективного пользования «Современные нанотехнологии», Институт естественных наук и математики

620000, г. Екатеринбург

vladimir.shur@urfu.ruShishkinaE. V.ШишкинаЕ. В.
Russian Federation

Shishkina Ekaterina Vladimirovna

620000, Yekaterinburg

Шишкина Екатерина Владимировна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии», Институт естественных наук и математики

620000, Екатеринбург

ekaterina.shishkina@labfer.usu.ruZubarevI. V.ЗубаревИ. В.
Russian Federation

Zubarev Ilya Vladimirovich

620000, Yekaterinburg

Зубарев Илья Владимирович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник института естественных наук и математики ременные нанотехнологии», Институт естественных наук и математики

620000, Екатеринбург

ilyamitozubarev@gmail.comPrivalovaL. IПриваловаЛ. И.
Russian Federation

Privalova Larisa Ivanovna

620014, Yekaterinburg

Привалова Лариса Ивановна, доктор медицинских наук, профессор, зав. лабораторией научных основ биологической профилактики отдела токсикологии и биопрофилактики стественных наук и математики

620014, г. Екатеринбург

Privalova@ymrc.ruKatsnelsonB. A.КацнельсонБ. А.
Russian Federation

Katsnelson Boris Alexandrovich

620014, Yekaterinburg

Кацнельсон Борис Александрович (Katsnelson Boris Alexandrovich), доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, и.о. зав. отделом токсикологии и биопрофилактики 

620014, г. Екатеринбург

bkaznelson@etel.ruYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораInstitute of Natural Sciences, Ural Federal UniversityИнститут естественных наук и математики, ФГАОУ ВО «Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»05012021631304112024Copyright ©; 2021, Sutunkova M.Р., Solovyeva S.N., Chernyshov I.N., Klinova S.V., Gurvich V.B., Shur V.Y., Shishkina E.V., Zubarev I.V., Privalova L.I., Katsnelson B.A.Copyright ©; 2021, Сутункова М.П., Соловьёва С.Н., Чернышов И.Н., Клинова С.В., Гурвич В.Б., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Зубарев И.В., Привалова Л.И., Кацнельсон Б.А.2021Sutunkova M.Р., Solovyeva S.N., Chernyshov I.N., Klinova S.V., Gurvich V.B., Shur V.Y., Shishkina E.V., Zubarev I.V., Privalova L.I., Katsnelson B.A.Сутункова М.П., Соловьёва С.Н., Чернышов И.Н., Клинова С.В., Гурвич В.Б., Шур В.Я., Шишкина Е.В., Зубарев И.В., Привалова Л.И., Кацнельсон Б.А.https://journals.eco-vector.com/0869-7922/article/view/641243

Outbred white female rats were exposed to an aerosol of lead oxide nanoparticles in a nose-only inhalation setup at an average concentration of 1.30 ± 0.10 mg / m3 during 5 days for 4 hours a day. In parallel, the control group of rats was subjected to sham exposure under similar conditions. The deposition of nanoparticles in the lungs and in the olfactory region of the brain was detected using transmission electron microscopy. Some disorders of the body state were detected in the exposed group, some of which can be considered as the result of a lead-specific toxic effect (an increase in the proportion of reticulocytes and in urinary excretion of δ-aminolevulinic acid), and others - the result of nanoparticles circumventing the blood-brain barrier (axon demyelination, vacuolization of the neurons’ cytoplasm).

Белые аутбредные крысы-самки подвергались воздействию аэрозоля наночастиц оксида свинца в ингаляционной установке типа «только нос» при средней концентрации 1,30 ± 0,10 мг / м3 на протяжении 5 дней по 4 часа в день. Контрольную группу крыс параллельно подвергали псевдо-экспозиции в аналогичных условиях. Была обнаружена задержка наночастиц в легких и обонятельных луковицах головного мозга, продемонстрированная с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Был выявлен ряд нарушений состояния организма в группе, подвергшейся воздействию, некоторые из которых можно считать показателями токсического действия, специфичными для свинца (увеличение доли ретикулоцитов, экскреции мочи с δ-аминолевулиновой кислотой), а другие – результатом проникновения наночастиц в мозг минуя гематоэнцефалический барьер (демиелинизация аксонов, вакуолизация цитоплазмы нейронов).

nanoparticleslead oxideinhalation exposuretoxicityнаночастицыоксид свинцаингаляционная экспозициятоксичностьKatsnelson, B.A.; Privalova, L.I.; Sutunkova, M.P.; Minigalieva, I.A.; Gurvich, V.B.; Shur, V.Ya.; Shishkina, E.V.; Makeyev, O.H.; Valamina, I.E.; Varaksin, A.N.; et al. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo. In Bioactivity of Engineered Nanoparticles; Yan, B., Zhou, H., Gardea-Torresdey, J., Eds.; Springer: Springer Nature Switzerland AG, 2017; Chapter 11, pp. 259–319.Dumková, J.; Smutná, T.; Vrlíková, L.; Le Coustumer, P.; Večeřa, Z.; Dočekal, B.; Mikuška, P.; Čapka, L.; Fictum, P.; Hampl, A.; et al. Sub-chronic inhalation of lead oxide nanoparticles revealed their broad distribution and tissue-specific subcellular localization in target organs. Part. Fibre Toxicol. 2017, 14, 55.Oberdörster, G.; Sharp, Z.; Atudore, V.; Elder, A.; Gelein, R.; Kreylin, W. Translocation of inhaled ultrafine particle to the brain. Inhal. Toxicol. 2004, 16, 437–445.Elder, A.; Gelein, R.; Silva, V.; Feikert, T.; Opanashuk, L.; Carter, J.; Potter, R.; Maynard, A.; Ito, Y.; Finkelstein, J.; et al. Translocation of inhaled ultrafine manganese oxide particles to the central nervous system. Environ. Health Perspect. 2006, 114, 1172–1178.Kao, Y.-Y.; Cheng, T.-J.; Yang, D.-M.; Liu, P.-S. Demonstration of an olfactory bulb–brain translocation pathway for ZnO nanoparticles in rodent ells in vitro and in vivo. J. Mol. Neurosci. 2012, 48, 464–471.Sutunkova, M.P.; Katsnelson, B.A.; Privalova, L.I.; Gurvich, V.B.; Konysheva, L.K.; Shur, V.Y.; Shishkina, E.V.; Minigalieva, I.A.; Solovjeva, S.N.; Grebenkina, S.V.; et al. On the contribution of the phagocytosis and the solubilization to the iron oxide nanoparticles retention in and elimination from lungs under long-term inhalation exposure. Toxicology 2016, 363–364, 19–28.Sutunkova, M.P.; Solovyeva, S.N.; Katsnelson, B.A.; Gurvich, V.B.; Privalova, L.I.; Minigalieva, I.A.; Slyshkina, T.V.; Valamina, I.E.; Shur, V.Y.; Zubarev, I.V.; et al. A paradoxical rat organism’s response to a long-term inhalation of silica-containing submicron (predominantly, nanoscale) particles of an actual industrial aerosol at realistic exposure levels. Toxicology 2017, 384, 59–68.Sutunkova, M.; Solovyeva, S.; Minigalieva, I.; Gurvich, V.; Valamina, I.; Makeyev, O.; Shur, V.; Shishkina, E.; Zubarev, I.; Saatkhudinova, R.; et al. Toxic Effects of Low-Level Long-Term Inhalation Exposures of Rats to Nickel Oxide Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 1778.Minigalieva, I.A.; Katsnelson, B.A.; Panov, V.G.; Privalova, L.I.; Varaksin, A.N.; Gurvich, V.B.; Sutunkova, M.P.; Shur, V.Y.; Shishkina, E.V.; Valamina, I.E.; et al. In vivo toxicity of copper oxide, lead oxide and zinc oxide nanoparticles acting in different combinations and its attenuation with a complex of innocuous bio-protectors. Toxicology 2017, 380, 72–93.Bushueva, T.; Minigalieva, I.; Panov, V.; Kuznetsova, A.; Naumova, A.; Shur, V.; Shishkina, E.; Gurviсh, V.; Privalova, L.; Katsnelson, B. More data on in vitro assessment of comparative and combined toxicity of metal oxide nanoparticles. Food Chem. Toxicol. 2019, 133, 110753.Burgio, L.; Clark, R.J.H. Library of FT-Raman spectra of pigments, minerals, pigment media and varnishes, and supplement to existing library of Raman spectra of pigments with visible excitation. Spectrochim. Acta A 2001, 57, 1491–1521.Katsnelson, B.A.; Privalova, L.I.; Degtyareva, T.D.; Sutunkova, M.P.; Minigalieva, I.A.; Kireyeva, E.P.; Khodos, M.Y.; Kozitsina, A.N.; Shur, V.Y.; Nikolaeva, E.V.; et al. Experimental estimates of the toxicity of Iron oxide Fe3O4 (Magnetite) nanoparticles. Cent. Eur. J. Occup. Environ. Med. 2010, 16, 47–63.Katsnelson, B.A.; Privalova, L.I.; Sutunkova, M.P.; Tulakina, L.G.; Pichugova, S.V.; Beykin, J.B.; Khodos, M.J. The “in vivo” interaction between iron oxide Fe3O4 nanoparticles and alveolar macrophages. J. Bull. Exp. Biol. Med. 2012, 152, 627–631.Katsnelson, B.A.; Privalova, L.I.; Gurvich, V.B.; Makeyev, O.H.; Shur, V.Y.; Beikin, Y.B.; Sutunkova, M.P.; Kireyeva, E.P.; Minigalieva, I.A.; Loginova, N.V.; et al. Comparative in vivo assessment of some adverse bioeffects of equidimensional gold and silver nanoparticles and the attenuation of nanosilver’s effects with a complex of innocuous bioprotectors. Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 2449–2483.Sutunkova, M.P.; Privalova, L.I.; Minigalieva, I.A.; Gurvich, V.B.; Panov, V.G.; Katsnelson, B.A. The most important inferences from the Ekaterinburg nanotoxicology team’s animal experiments assessing adverse health effects of metallic and metal oxide nanoparticles. Toxicol. Rep. 2018, 5, 363–376.Morosova, K.I.; Aronova, G.V.; Katsnelson, B.A.; Velichkovsski, B.T.; Genkin, A.M.; Elnichnyh, L.N.; Privalova, L.I. On the defensive action of glutamate against the cytotoxicity and fibrogenicity of quartz dust. Br. J. Ind. Med. 1982, 39, 244–252.Katsnelson, B.A.; Konysheva, L.K.; Privalova, L.I.; Sharapova, N.Y. Quartz dust retention in rat lungs under chronic exposure simulated by a multicompartmental model: Further evidence of the key role of the cytotoxicity of quartz particles. Inhal. Toxicol. 1997, 9, 703–715Mugahi, M.N.; Heidari, Z.; Mahmoudzadeh-Sagheb, H.; Barbarestani, M. Effects of chronic lead acetate intoxication on blood indices of male adult rat. DARU 2003, 11, 147–151.Al Momen, A. Thrombocytosis secondary to chronic lead poisoning. Platelets 2010, 21, 297–299.Farkhondeh, T.; Boskabady, M.H.; Kohi, M.K.; Sadeghi-Hashjin, G.; Moin, M. Lead exposure affects inflammatory mediators, total and differential white blood cells in sensitized guinea pigs during and after sensitization. Drug Chem. Toxicol. 2014, 37, 329–335.Protsenko, Y.L.; Katsnelson, B.A.; Klinova, S.V.; Lookin, O.N.; Balakin, A.A.; Nikitina, L.V.; Gerzen, O.P.; Minigalieva, I.A.; Privalova, L.I.; Gurvich, V.B.; et al. Effects of subchronic lead intoxication of rats on the myocardium contractility. Food Chem. Toxicol. 2018, 120, 378–389.Klinova, S.V.; Minigalieva, I.A.; Privalova, L.I.; Valamina, I.E.; Makeyev, O.H.; Shuman, E.A.; Korotkov, A.A.; Panov, V.G.; Sutunkova, M.P.; Riabova, J.V.; et al. Further verification of some postulates of the combined toxicity theory: New animal experimental data on separate and joint adverse effects of lead and cadmium. Food Chem. Toxicol. 2019, 125, 233–241.IPCS. Principles and methods for the assessment of nephrotoxicity associated with exposure to chemicals; International Programme on Chemical Safety. Environmental Health Criteria 119; World Health Organization: Geneva, Switzerland, 1991.IPCS. Inorganic lead; International Programme on Chemical Safety. Environmental Health Criteria 165; World Health Organization: Geneva, Switzerland, 1995.Varaksin, A.N.; Katsnelson, B.A.; Panov, V.G.; Privalova, L.I.; Kireyeva, E.P.; Valamina, I.E.; Beresneva, O.Y. Some considerations concerning the theory of combined toxicity: A case study of subchronic experimental intoxication with cadmium and lead. Food Chem. Toxicol. 2014, 64, 144–156.Glenn, B.S.; Stewart, W.F.; Schwartz, B.S.; Bressler, J. Relation of alleles of the sodium-potassium adenosine triphosphatase alpha 2 gene with blood pressure and lead exposure. Am. J. Epidemiol. 2001, 153, 537–545.Glenn, B.S.; Stewart, W.F.; Links, J.M.; Todd, A.C.; Schwartz, B.S. The longitudinal association of lead with blood pressure. Epidemiology 2003, 14, 30–36.Glenn, B.S.; Bandeen-Roche, K.; Lee, B.K.; Weaver, V.M.; Todd, A.C.; Schwartz, B.S. Changes in systolic blood pressure associated with lead in blood and bone. Epidemiology 2006, 17, 538–544.Navas-Acien, A.; Guallar, E.; Silbergeld, E.K.; Rothenberg, S.J. Lead exposure and cardiovascular disease–a systematic review. Environ. Health Perspect. 2007, 115, 472–482.Fiorim, J.; Ribeiro, R.F.; Silveira, E.A.; Padilha, A.S.; Vescovi, M.V.; de Jesus, H.C.; Stefanon, I.; Salaices, M.; Vassallo, D.V. Low-level lead exposure increases systolic arterial pressure and endothelium-derived vasodilator factors in rat aortas. PLoS ONE 2011, 6, e17117.Carmignani, M.; Boscolo, P.; Poma, A.; Volpe, A.R. Kininergic system and arterial hypertension following chronic exposure to inorganic lead. Immunopharmacology 1999, 44, 105–110.Carmignani, M.; Volpe, A.R.; Boscolo, P.; Qiao, N.; Di Gioacchino, M.; Grilli, A.; Felaco, M. Catcholamine and nitric oxide systems as targets of chronic lead exposure in inducing selective functional impairment. Life Sci. 2000, 68, 401–415.Simões, M.R.; Ribeiro Júnior, R.F.; Vescovi, M.V.; de Jesus, H.C.; Padilha, A.S.; Stefanon, I.; Vassallo, D.V.; Salaices, M.; Fioresi, M. Acute lead exposure increases arterial pressure: Role of the reninangiotensin system. PLoS ONE 2011, 6, e18730.Vaziri, N.D.; Norris, K. Lipid disorders and their relevance to outcomes in chronic kidney disease. Blood Purif. 2011, 31, 189–196.Silveira, E.A.; Siman, F.D.; de Oliveira, F.T.; Vescovi, M.V.; Furieri, L.B.; Lizardo, J.H.; Stefanon, I.; Padilha, A.S.; Vassallo, D.V. Low-dose chronic lead exposure increases systolic arterial pressure and vascular reactivity of rat aortas. Free Radic. Biol. Med. 2014, 67, 366–376.Gidlow, D.A. Lead toxicity. Occup. Med. 2015, 65, 348–356.