Державне підприємство «Науковий центр превентивної токсикології, харчової та хімічної безпеки імені академіка Л.І. Медведя Міністерства охорони здоров’я України», м. Київ, Україна
РЕЗЮМЕ. У науковій літературі є значна кількість робіт щодо нелінійних («парадоксальних») ефектів, але їх токсикологічна значимість для організму ще недостатньо з’ясована. Регулятори росту рослин є біологічно активними речовинами на рівні низьких і наднизьких доз і концентрацій, вони масштабно застосовуються в сільському господарстві. На сьогодні недостатньо вивчено механізми їхньої токсичної і специфічної дії на організм, наявність «парадоксальних» ефектів на низькому рівні доз. Отже, актуальним є подальше поглиблене дослідження залежності «концентрація-час-ефект» за умов хронічного впливу на організм, що матиме важливе значення для розуміння загальнобіологічних процесів, розробки підходів щодо гігієнічного нормування та оцінки ризику для здоров’я людини і нецільових об’єктів навколишнього середовища.
Мета роботи. Визначити залежність “структура-токсичність”, „концентрація-час-ефект” регуляторів росту рослин – похідних N-оксид піридину за умов хронічного впливу на організм інфузорій Tetrahymenа pyriformis W.
Матеріали та методи . Об’єктом досліджень були комплекси метильних похідних N-оксид піридину з органічними кислотами та солями металів. Дослідження проведені на інфузоріях Tetrahymenapyriformis W у стаціонарній фазі росту. Хронічну дію регуляторів росту рослин на інфузорії вивчали в 96-годинному експерименті у діапазоні концентрацій від 1×10-2 М до 1×10-28 М. Початкова кількість інфузорій у пробі становила 20000 особин/мл культурального середовища. Проби інкубували у сухоповітряному термостаті при 25°С. Через 24, 48, 72, 96 годин визначали чисельність інфузорій у різних фазах росту. Експерименти проведені в чотирьох повторностях. Результати досліджень піддавали математичній обробці методами варіаційної статистики з використанням стандартного пакету програмного забезпечення Microsoft® Office Excell 2010.
Результати. Показано, що в концентрації 1×10-2 М досліджені комплекси метильних похідних N-оксидпіридину з солями металів є більш токсичними, ніж з органічними кислотами. У діапазоні концентрацій від 1×10-4 М до 1×10-28 М залежності «концентрація-час-ефект» не виявлено. Незалежно від концентрації і часу дії спостерігалось як інгібування, так й індукція росту популяції інфузорій. Зміна спрямованості ефекту спостерігалась на рівні високих, низьких і наднизьких концентрацій.
Висновки. 1. За умов хронічного впливу на організм популяції інфузорій Tetrahymenapyriformis W, за показником пригнічення росту в концентрації 1×10-2 М, досліджені комплекси ДГ-377 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпіридину з ZnCl2), ДГ-380 (N-оксид-2,6-диметилпіридину з ZnI2), ДГ-387 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпіридину з СoСl2), ДГ-480 (N-оксид-2-метил піридину з CoCl2), ДГ-471 (Ди-N-оксид-2-метилпіридину з CoI2) є більш токсичними, ніж аналогічні комплекси з органічними кислотами – ДГ-361а (N-оксид-2,6-диметилпіридину з бурштиновою кислотою), ДГ-361 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпіридину з бурштиновою кислотою), ДГ-362 (Ди-N-оксид-2,6-диметилпіридину з малеїновою кислотою), ДГ-349а (Nоксид-2-метилпіридину з бурштиновою кислотою). 2. У діапазоні концентрацій від 1×10-4 М до 1×10-28 М, незалежно від концентрації і часу дії спостерігається як інгібування, так й індукція росту популяції інфузорій. Зміна спрямованості ефекту спостерігалась на рівні високих, низьких і наднизьких концентрацій. Ріст популяції інфузорій залежно від концентрацій досліджених речовин і часу впливу, мав полімодальний характер. 3. За спрямованістю і виразністю ефекту на ріст популяції інфузорій для ДГ-361а, ДГ-361, ДГ-377, ДГ-387, ДГ-349а і ДГ-480 характерним є переважно інгібуючий ефект. Стимулюючий ефект спостерігався в окремих фазах росту і був помірно або слабко вираженим. Для ДГ-362, ДГ-380 і ДГ-471 характерним є переважно виражена стимуляція росту популяції інфузорій.
Ключові слова: Метильні похідні N-оксидпіридину, інфузорії, «структура-токсичність», «концентрація-час-ефект».
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