N. Dmytrukha1, T. Korolenko1, I. Andrusyshyna1, L. Lehkostup1, L. Sharavara2, K. Kozlov1, O. Herasimova1
1State Enterprise Institute of Occupational Medicine named after Yu. I. Kundiiev, National Academy of Medical Sciences of Ukraine, Kyiv
2Zaporizhzhia State Medical and Pharmaceutical University, Zaporizhzhia, Ukraine
Introduction. Alloys of iron and manganese (ferroalloys) are traditionally used in metallurgy in the production of steel and various types of cast iron. One of the largest ferroalloy enterprises in Europe operates in Ukraine — the Nikopol Ferroalloy Plant, which produces more than 11% of the world volume of ferroalloys and employs more than 7,500 workers. Industrial production and use of ferroalloys contribute to the entry of their components into the production environment and affect the health of workers. It is known that asthenia, disorders of nervous system and cases of bronchial asthma were registered in workers engaged in ferromanganese melting. There are few data on the effect of ferrosilicomanganese on the human organism. Therefore, the study of the peculiarities of the toxic effect of ferroalloy powders — ferromanganese and ferrosilicomanganese on the organism is a relevant issue for occupational hygiene and industrial toxicology.
Aim. Investigation of the peculiarities of the toxic effect of ferromanganese and ferrosilicomanganese powders on the body of rats after a single intratracheal administration during dynamic observation.
Materials and Мethods. The experiment was performed on male Wistar rats with an initial body weight of 160–180 g. Suspensions of ferromanganese and ferrosilicomanganese powders in distilled water were administered once into the trachea of animals anesthetized with sodium thiopental at a dose of 50 mg of powder (1/100 LD50) per kg of rat body weight. Control rats were similarly administered 1 ml of distilled water. After administration (in one week, one month and three months), the content of iron, manganese and silicon in the blood of control and experimental rats was determined using the method of atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma with the Optima 2100 DV device. Biochemical parameters were determined in all groups of rats (activity of ALT, AST, ALP enzymes; glucose, uric acid, total cholesterol, triglycerides, iron content, serum total iron-binding capacity (TIBC) and percentage of serum iron saturation (TfS), indicators of non-specific natural immunity (phagocytic and bactericidal activity of blood neutrophils, the level of circulating immune complexes (CICs)). Statistical analysis of the data was performed using Microsoft Excel 2007.
Results. A single administration of a suspension of ferroalloy powders into the trachea of rats led to an increase in the content of Fe and Mn in the blood, in particular of the Fe content after the administration of ferromanganese and ferrosilicomanganese at all observation periods, while an increase in the level of Mn was detected after one month. The content of Si in the blood of rats of both experimental groups during the experiment was at the level of control values. It was established that an increase in the Fe content in the blood of experimental rats caused disruptions in its metabolism (a decrease in blood TIBC and an increase in the TfS percentage). 3 months after the administration of the powders, an increase in the activity of enzymes (ALT, AST, and ALP) was determined in the blood serum of both experimental groups of rats, as well as an increase in the content of uric acid, which may indicate damage to liver cells and the development of the inflammatory process. With the administration of both ferroalloys, a decrease in the phagocytic function of blood neutrophils and an increase in the formation of reactive oxygen species, an increase in the levels of low- and high-molecular weight CICs in the blood serum, especially one month after the administration, were determined, which indicates the activation of the humoral link of non-specific natural immunity against the background of a violation of the phagocytosis process.
Conclusion. The established changes in biochemical and immunological indicators testify to the existing toxic effect on the body of ferromanganese and ferrosilicomanganese powders after their single administration into the trachea, and are caused by an increase
in the content of Fe and Mn in the blood of experimental rats. The most pronounced changes were detected one month after the administration of both powders. More adverse effects on the body of experimental rats were caused by ferromanganese powder, the particles of which were smaller.
Keywords: ferromanganese, ferrosilicomanganese, ultra disperse particles, toxicity.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ/REFERENCES
1. Jørgensen RB, Kero IT, Blom А, Grove EE, Kristin von Hirsch Svendsen. Exposure to Ultrafine Particles in the Ferroalloy Industry Using a Logbook Method. Nanomaterials. 2020;10: 2546. DOI:10.3390/nano10122546.
2. Шаравара ЛП, Дмитруха НМ, Андрусишина ІМ. Професійні фактори ризику в процесі трудової діяльності працівників металургійного підприємства. Український журнал з проблем медицини праці.2023;19(4):15-19. DOI:10.33573/ujoh2023.04.277. [Sharavara LP, Dmytrukha NM, Andrusyshina IM. Professional risk factors in the labor process of employees of a metallurgical enterprise. Ukrainian Journal of Occupational Medicine Problems. 2023;19(4):15-9. DOI:10.33573/ujoh2023.04.277].
3. Шаравара ЛП. Ультрадисперсні частинки промислового аерозолю металургійного виробництва, оцінка впливу на здоров’я працюючих. М'ясоєдов ВВ, Щербань МГ, Мельник ОГ, редактори. Гігієна праці та професійних захворювань: минуле, сьогодення та майбутнє. 10 травня 2023; Харків. Харків; 2023. 110–4. http://dspace.zsmu.edu.ua/handle/123456789/19642. [Sharavara LP. Ultrafine particles of the industrial aerosol of metallurgical production, assessment of the impact on the health of workers. Myasoyedov VV, Shcherban MG, Melnyk OG, editors. Occupational hygiene and occupational diseases: past, present and future. May 10, 2023; Kharkiv. Kharkiv; 2023. 110–4. http://dspace.zsmu.edu.ua/handle/123456789/19642].
4. Шаравара ЛП. Дослідження вмісту ультрадисперсного аерозолю на робочому місці агломератника агломераційного цеху. Омельчук СТ, редактор. Екологічні та гігієнічні проблеми сфери життєдіяльності людини. Березень 2022. Київ. Київ; 2022. 215–7. [Sharavara LP. Study of the content of ultradispersed aerosol at the workplace of the sinter worker of the sintering plant. Omelchuk ST, editor. Ecological and hygienic problems in the field of human life. March 2022. Kyiv. Kyiv; 2022. 215–7].
5. Трахтенберг ІМ, Лубянова ІП, Дмитруха НМ, Луговський СП, Андрусишина ІМ, Лагутіна ОС. Нариси з токсикології важких металів. Випуск V. Залізо. Трахтенберг ІМ, редактор. Київ: ВД «Авіцена»; 2017. 88 с. ISBN 978-966-2144-96. [Trachtenberg IM, Lubyanova IP, Dmytrukha NM, Lugovskyi SP, Andrusyshina IM, Lagutina OS. Essays on toxicology of heavy metals. Issue V. Iron. IM Trachtenberg, editor. Kyiv: VD "Avicena"; 2017. 88 p. ISBN 978-966-2144-96].
6. Трахтенберг ІМ, Андрусишина ІМ, Голуб ІО, Лампека ОГ. Нариси з токсикології важких металів. Випуск ІV. Марганець, Хром. Трахтенберг ІМ, редактор. Київ: ВД «Авіцена»; 2017. 88 с. ISBN 978-617-7597-16-1. [Trachtenberg IM, Andrusyshina IM, Holub IO, Lampeka OG. Essays on toxicology of heavy metals. Issue IV. Manganese, Chromium. IM Trachtenberg, editor. Kyiv: VD "Avicena"; 2017. 88 p. ISBN 978-617-7597-16-1].
7. Kohgo Y, Ikuta K, Ohtake O, Torimoto Y, Kato J. Body iron metabolism and pathophysiology of iron overload. Int. J. Hematol. 2008;88(1):7-15. DOI: .10.1007/s12185-008-0120-5.
8. Лубянова ИП. Избыточное железо и патология у рабочих сварочных профессий: под общей редакцией академика ЮИ. Кундиева. К.:ВД «Авіцена»; 2013. 240 с. ISBN978-966-2144-59-8. [Lubyanova IP. Excess iron and pathology in welding workers: under the general editorship of Academician YuI. Kundieva. K.:VD "Avicena"; 2013. 240 p. ISBN978-966-2144-59-8].
9. Петринич ВВ, Петринич ОА. Марганець: токсикологічні та біологічні ефекти. Клінічна та експериментальна патологія. 2017;1(59):182-4. [Petrynich VV, Petrynich OA. Manganese: toxicological and biological effects. Clinical and experimental pathology. 2017;1(59):182-4].
10. Гапон ВО, Ященко АБ. Марганець у навколишньому середовищі та його вплив на організм. Довкілля та здоров’я. 2005;2:69–72. ISSN 2077-7485. [Gapon VO, Yashchenko AB. Manganese in the environment and its effect on the body. Environment and health. 2005;2:69– 72. ISSN 2077-7485].
11. Варивончик ДВ, Харківська СВ. Клінічні особливості виробничо-зумовлених змін в органах-мішенях у працівників марганцеворудної промисловості. Український журнал проблем медицини праці. 2014;4:20-27. DOI org/10.33573/ujoh2014.04.020. [Varyvonchyk DV, Kharkivska SV. Clinical features of production-induced changes in target organs in workers of the manganese ore industry. Ukrainian Journal of Problems of Occupational Medicine. 2014;4:20–7. DOI: org/10.33573/ujoh2014.04.020].
12. Halatek T, Sinczuk-Walczak H, Szymczak M, Rydzynski K. Neurological respiratory symptom sinship yard welders exposed to manganese. Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2005;18(3):265-74. DOI: 10.2478/S13382-012-0025-7.
13. Review of silicon. Expert Group on Vitamins and Minerals Secretariat. Food Standards Agency.Room 808C Aviation House. 125 Kingsway. London WC2B 6NH. May 2001.
14. Calvert GM, Rice FL, Boiano JM, Sheehy JW, Sanderson WT. Occupational silica exposure and risk of various diseases: an analysis using death certificates from 27 states of the United States. Occup. Environ. Med. 2003;60(2):122–9. DOI: /10.1136/oem.60.2.122.
15. Карта даних небезпечного фактора (Material Safety Data Sheet) № 334. Залізо марганець (Ferromanganese). Київ: МОЗ України, Комітет з питань гігієнічного регламентування, Держ. реєстр небезпечних факторів; 2004. 7 с. [Material Safety Data Sheet №. 334. Iron Manganese (Ferromanganese). Kyiv: Ministry of Health of Ukraine, Committee on Hygienic Regulation, Govt. register of dangerous factors; 2004. 7 p].
16. Карта даних небезпечного фактора (Material Safety Data Sheet) № 3342. Залізо кремній марганець (Ferrosilicomanganese). Київ: МОЗ України, Комітет з питань гігієнічного регламентування, Держ. реєстр небезпечних факторів; 2004. 7 с. [Material Safety Data Sheet №. 3342. Ferrosilicomanganese. Kyiv: Ministry of Health of Ukraine, Committee on Hygienic Regulation, Govt. register of dangerous factors; 2004. 7 p].
17. Энгель А, Клингеле Г. Растрова електронна мікроскопія. Довідник. М.: Металургія; 1986. 232 с. [Engel A, Klingele G. Raster electron microscopy. Directory. M.: Metallurgy; 1986. 232 p].
18. European Convention on Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientific Purposes. Strasbourg; 1986. http://conventions.coe.int/treaty/en/treaties/html/123.htm.
19. Демяченко ВФ, Андрусишина ІМ, Лампека ОГ, Голуб ІО. Атомно-абсорбційні методи визначення макро- та мікроелементів у біологічних середовищах при порушеннях їх обміну в організмі людини. Методичні рекомендації. 2010. 60 с. [Demyachenko VF, Andrusyshina IM, Lampeka OG, Holub IO. Atomic absorption methods for determining macro- and microelements in biological environments in the event of disturbances in their metabolism in the human body. Methodical recommendations. 2010. 60 p].
20. Беркало ЛВ, Бобович ОВ, Боброва НО. Методи клінічних та експериментальних досліджень в медицині. Кайдашев ІП, редактор. Полтава: Полімет; 2003. 320 с. [Berkalo LV, Bobovych OV, Bobrova NO. Methods of clinical and experimental research in medicine. Kaidashev IP, editor. Poltava: Polymet; 2003. 320 p].
21. Трахтенберг ІМ, Дмитруха НМ, Моложава ОС, Миронюк ЮМ. Порушення імунного статусу організму людини за дії хімічних чинників та методи їх визначення. Методичні рекомендації. Київ; 2007. 45 с. [Trachtenberg IM, Dmytrukha NM, Molozhava OS, Myronyuk YuM. Violation of the immune status of the human body due to the action of chemical factors and methods of their determination. Methodical recommendations. Kyiv; 2007. 45 p].
22. Антомонов МЮ. Математическая обработка и анализ медико-биологических данных. К.: ФМД; 2006. 558 с. [Antomonov MYu. Mathematical processing and analysis of medical and biological data. K.: FMD; 2006. 558 p].
23. Драннік ГМ, Прилуцький ОС, Бажора ЮІ. Кресюн ВЙ, Годзієва ІМ, Чоп'як ВВ, та ін. Клінічна імунологія та алергологія. Драннік ГМ. К.: Здоров’я; 2008. 888 с. [Drannik GM, Prylutskyi OS, Bazhora YuI. VY Kresyun, IM Godzieva, VV Chop'yak, and others. Clinical immunology and allergology. Drannik GM. K.: Health; 2008. 888 p].
Стаття надійшла до редакції 7 травня 2024 р.
The article was received by the editors on May 7, 2024.