Хроническая токсичность новых производных n-оксид пиридина для инфузорий Tetrahymenа Pyriformis W, определение зависимости «структура-токсичность», «концентрация-время-эффект»

  • Авторы: О.П. Васецкая
  • УДК: 615.9+547.823+593.17+591.16
  • DOI: 10.33273/2663-4570-2021-91-2-41-53
Скачать вложения:

Государственное предприятие «Научный центр превентивной токсикологии, пищевой и химической безопасности имени академика Л.И. Медведя Министерства здравоохранения Украины», г. Киев, Украина

 

РЕЗЮМЕ. Несмотря на то, что в научной литературе имеется значительное количество работ о нелинейных («парадоксальных») эффектах, их токсикологическая значимость для организма еще недостаточно выяснена. Поскольку регуляторы роста растений являются биологически активными веществами на уровне низких и сверхнизких доз и концентраций, а также учитывая их масштабность применения в сельском хозяйстве, недостаточную изученность механизмов их токсического и специфического действия на организм, наличие «парадоксальных» эффектов на низком уровне доз, актуальным является дальнейшее углубленное исследование зависимости «концентрация-время-эффект» в условиях хронического воздействия на организм, что будет иметь важное значение для понимания общебиологических процессов, разработки подходов к гигиеническому нормированию и оценке риска для здоровья человека и нецелевых объектов окружающей среды.

Цель работы. Определить зависимость «структура-токсичность», «концентрация-время-эффект» регуляторов роста растений – производных N-оксид пиридина в условиях хронического воздействия на организм инфузорий Tetrahymenа pyriformis W.

Материалы и методы. Объектом исследований были комплексы метильных производных N-оксид пиридина с органическими кислотами и солями металлов. Исследования проведены на инфузориях Tetrahymena pyriformis W в стационарной фазе роста. Хроническое действие регуляторов роста растений на инфузории изучали в 96-часовом эксперименте в диапазоне концентраций от 1×10-2 М до 1×10 -28 М. Начальное количество инфузорий в пробе составляла 20000 особей/мл культуральной среды. Пробы инкубировали в суховоздушном термостате при 25°С. Через 24, 48, 72, 96 часов определяли численность инфузорий в различных фазах роста. Эксперименты проведены в четырех повторностях. Результаты исследований подвергали математической обработке методами вариационной статистики с помощью Microsoft® Office Excell 2010.

Результаты. Показано, что в концентрации 1×10-2 М исследованные комплексы метильных производных N-оксидпиридина с солями металлов являются более токсичными, чем с органическими кислотами. В диапазоне концентраций от 1×10 -4 М до 1×10-28 М зависимости «концентрация-время-эффект» не обнаружено. Независимо от концентрации и времени воздействия наблюдалось как ингибирование, так и индукция роста популяции инфузорий. Изменение направленности эффекта наблюдалось на уровне высоких, низких и сверхнизких концентраций.

Выводы. 1. В условиях хронического воздействия на организм популяции инфузорий Tetrahymena pyriformis W, по показателю подавления роста в концентрации 1×10-2 М, исследованные комплексы ДГ-377 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпиридина с ZnCl2), ДГ-380 (N-оксид-2,6-диметилпиридина с ZnI2), ДГ-387 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпиридина с СoСl2), ДГ-480 (N-оксид-2-метил пиридина с CoCl2), ДГ-471 (Ди-N-оксид-2-метилпиридина с CoI2) более токсичны, чем аналогичные комплексы с органическими кислотами – ДГ-триста шестьдесят первой (N-оксид-2,6-диметилпиридина с янтарной кислотой), ДГ-361 (Ди-N -оксид-2,6-диметилпиридина с янтарной кислотой), ДГ-362 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпиридина с малеиновой кислотой), ДГ-триста сорок девятом (N-оксид-2-метилпиридина с янтарной кислотой). 2. В диапазоне концентраций от 1×10-4 М до 1×10-28 М, независимо от концентрации и времени воздействия наблюдается как ингибирование, так и индукция роста популяции инфузорий. Изменение направленности эффекта наблюдалось на уровне высоких, низких и сверхнизких концентраций. Рост популяции инфузорий, в зависимости от концентраций исследованных веществ и времени воздействия, имел полимодальный характер. 3. По направленности и выразительности эффекта на рост популяции инфузорий для ДГ-361а, ДГ-361, ДГ-377, ДГ-387, ДГ-349а и ДГ-480 характерно преимущественно ингибирующий эффект. Стимулирующий эффект наблюдался в отдельных фазах роста и был умеренно или слабо выраженным. Для ДГ-362, ДГ-380 и ДГ-471 характерным является преимущественно выраженная стимуляция роста популяции инфузорий.

Ключевые слова. Метильные производные N-оксидпиридина, инфузории, «структура-токсичность», «концентрациявремя-эффект».

 

REFERENCES

1. Burlakova YeB. Effekt sverkhmalykh doz. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk. 1994;64(5):425–31.

2. Burlakova YeB, Goloshchapov AN, Gorbunova NV. Osobennosti biologicheskogo deystviya malykh doz oblucheniya. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya. 1996;36(4):610–31.

3. Belov VV, Mal'tseva EL, Pal'mina NP. Vliianie alphatokoferola v shirokom spektre kontsentratsiĭ na strukturnye kharakteristiki membran éndoplazmaticheskogo retikuluma kletok pecheni mysheĭ in vitro [The effect of alphatocopherol in a wide range of concentrations on the structural features of the lipid bilayer regions of endoplasmic reticulum membranes in the mouse liver cells in vitro]. Radiats Biol Radioecol. 2003 May-Jun; 43(3): 306–9. Russian. PMID: 12881984.

4. Zhernovkov VYe, Bogdanova NG, Lelekova TV, Pal'mina NP. Strukturnyye izmeneniya v membranakh endoplazmaticheskogo retikuluma pri deystvii sverkhmalykh doz tiroliberina in vitro. Biologicheskiye membrany. 2005;22(5):388–95.

5. Shafran LM, Mokyenko AV, Petrenko NF, Gozhenko AI, Nasibullin B.A. K obosnovaniyu gormezisa kak fundamental'noy biomeditsinskoy paradigmy (obzor literatury I rezul'tatov sobstvennykh issledovaniy). Sovremennye problemy toksykolohyy. 2010:2–3:13–23. Russian

6. Martynov AI, Golubeva NN, Zelenova ZV. Vliyaniye antropogennykh faktorov khimicheskoy prirody na immunnuyu sistemu cheloveka i zhivotnykh. [Influence of anthropogenic chemical agents on human and animal immune system]. Medytsyna ekstremal’nykh sytuatsyj. 2013;1(43):50-75. Russian

7. Vasetska OP, Zhminko PG. «Paradoksalʹnye» éffekty v toksykolohyy, mekhanyzmy y metodycheskye podkhody k ykh prohnozyrovanyyu (po dannym lyteratury y sobstvennykh yssledovanyy) ["Paradoxical" effects in toxicology, mechanisms and methodological approaches to prediction (according to the literature and our own research)]. Suchasni problemy toksykolohiyi, kharchovoyi ta khimichnoyi bezpeky. 2015;1/2(68/69):54–66.

8. Zhuravskaia AN. Biologicheskiye effekty malykh doz ioniziruyushchikh izlucheniy (obzor). [Biological effects of small doses of ionizing radiation (Review)]. Nauka y obrazovanye. 2016;2:94–102. Russian

9. Yerofeyeva YeA. Nemonotonnoye izmeneniye fiziologobiokhimicheskikh pokazateley prorostkov pshenitsy pri deystvii svintsa v shirokom diapazone kontsentratsiy [Nonmonotonous changes in physiologcal and biochemical indicators of wheat seedlings at exposure to lead in a wide dose range]. Toxicological review. 2013;2(119):47–50. Russian

10. Erofeeva EA. Hormesis and paradoxical effects of pea (Pisum sativum L.) parameters upon exposure to formaldehyde in a wide range of doses Ecotoxicology. 2018 Jul;27(5):569–77. doi: 10.1007/s10646-018-1928-2.

11. Bogatyrenko TN, Redkozubova GP, Kondratov AA, Antonovskiy VL, Burlakova YeB.. Vliyaniye organicheskikh peroksidov na rost kul'tiviruyemykh kletok vysshikh rasteniy. Biofizika. 1989;34(2):327.

12. Ponomarenko SP. Regulyatory rosta rasteniy. Institut bioorganicheskoy khimii. Kiev, 2003. S 319.

13. Zhmínko OP, Prodanchuk MG. (2002). Vpliv deyakikh pokhídnikh N-oksid píridinu na ríst populyatsíí̈ ínfuzoríy Tetrahymena pyriformis W. [Influence of derivative Noxide pyridine on growth of infusorians population Tetrahymena pyriformis W]. Sovremennyye problemy toksikologii. 2002; 2:33-37.

14. Zhminko OP, Nadtochij OP, Prodanchuk MG. Vplyv ivinu na bilkovyj obmin schuriv pry subkhronichnomu nadkhodzhenni do organizmu. Sovremennyуe problemy toksykologii. 2003;2:85–90.

15. Zhminko OP. Vliyuvannya deyakykh vyrobnychykh Noksydnykh pirydyniv na membrany mitokhondriy pechenoho krysu pry subkhronichnomu peroralʹnomu vozdeystvyy. Sovremennyуe problemy toksykologii. 2003;1:50–4.

16. Lototska-Dudyk UB, Krupka NO. Paradoksalʹna toksychnistʹ yak aktualʹnyy napryamok suchasnoyi toksykolohiyi [Paradoxum toxicity as the actual tendency of modern toxicology]. Zbírnik Aktual'ní problemi profílaktichnoí̈ meditsini. 2018;1,2(15):8–14.

17. Helmut Sies. Oxidative Stress: Eustress and Distress in Redox Homeostasis. Stress: Physiology, Biochemistry, and Pathology, Handbook of Stress Series. 2019;3:153–63. DOI: 10.1016/B978-0-12-813146-6.00013-8

18. Szumiel I. Ionizing radiation-induced oxidative stress, epigenetic changes and genomic instability: the pivotal role of mitochondria. Int J Radiat Biol. 2015;91:1e12. DOI: 10.3109/09553002.2014.934929

19. Kim SA, Lee YM, Choi JY, Jacobs Jr DR, Lee DH. Evolutionarily adapted hormesis-inducing stressors can be a practical solution to mitigate harmful effects of chronic exposure to low dose chemical mixtures. Environ Pollut. 2017;233:725–34. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.10.124

20. Sies H, Feinendegen LE. Radiation Hormesis: the link to nanomolar hydrogen peroxide. Antioxid Redox Signal. 2017;27:596–8. DOI: 10.1089/ars.2017.7233

21. Davies KJ. Adaptive homeostasis. Mol Aspects Med. 2016;49:1–7. DOI: 10.1016/j.mam.2016.04.007

22. Kurvet I, Juganson K, Vija H, Sihtmäe M, Blinova I, Syvertsen-Wiig G, Kahru A. Toxicity of Nine (Doped) Rare Earth Metal Oxides and Respective Individual Metals to Aquatic Microorganisms Vibrio fischeri and Tetrahymena thermophila. Materials. 2017; 10(7):754. DOI: 10.3390/ma10070754

23. Maurya R, Dubey K, Singh D, Jain AK, Pandey AK. Effect of difenoconazole fungicide on physiological responses and ultrastructural modifications in model organism Tetrahymena pyriformis. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019; 182:109375. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.109375

24. Maurya R, Pandey AK. Importance of protozoa Tetrahymena in toxicological studies: A review. Science of The Total Environment. 2020;741:140058. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140058

25. Papa Daouda Mar, BouchraEl Khalfi, Abdelaziz Soukr. Protective effect of oregano and sage essentials oils against the effect of extracellular H2O2 and SNP in Tetrahymena thermophila and Tetrahymena pyriformis. Journal of King Saud University–Science. 2020;32(1):279–87. DOI: 10.1016/j.jksus.2018.05.005

26. Bogdan AS. Kompleksnaya biologicheskaya otsenka ob"yektov prirodnogo i iskusstvennogo proiskhozhdeniya na Tetrahymena pyriformis (metodicheskiye rekomendatsii), Minsk. 1996. 19p.

27. Vasetska ОP. Morpho-functional changes of Tetrahymena pyriformis W under the influence of plant growth regulators – N-oxide derivatives of pyridine. Ukranian journal of modern problems of toxicology. 2020;3(90):40–51.

 

Received 03/16/2021