Влияние нано- и микрочастиц цеолитов на морфологические параметры почек мыши домашней Mus musculus

Киселев Николай Николаевич, соискатель

Паничев Александр Михайлович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии и охраны животных

Никифоров Павел Александрович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологии металлов и металловедения

Ведягин Алексей Анатольевич, кандидат химических наук, ученый секретарь, старший научный сотрудник

Мишаков Илья Владимирович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Памирский Игорь Эдуардович, кандидат биологических наук, ассистент кафедры биологической химии с курсом биоорганической химии

Гульков Александр Нефедович, доктор технических наук, профессор, директор Института нефти и газа

Цель данного исследования: изучение особенностей гистологического строения почек при пероральном введении цеолитов разных месторождений и при трех видах измельчения.

Материалы и методы. Исследования проводились на базе НОЦ «Природные и синтетические наноматериалы» (создан совместно Дальневосточным государственным техническим университетом и Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН). В эксперимент были взяты цеолиты Люльинского, Вангинского, Куликовского, Холинского и Шивертуйского месторождений. Все минералы, согласно нашей методике [19], измельчались в дробилке ВКДМ-6 (Вибротехника, Россия) (фракция от 20-50 мкм до 1 мм), в ультразвуковом гомогенизаторе Bandelin Sonopuls 3400 (Bandelin, Италия) (до фракции около 5-10 мкм) и в планетарной мельнице Fritch Pulverisette 4 (Fritch, Германия) (до размеров от 100 нм до 1 мкм). Мыши получали цеолит перорально в дозировке 3-5% от массы тела. Животные были разделены на 16 экспериментальных групп по 8 штук в каждой, в том числе: «Контроль» – животные, которые не получали цеолит; «Куликов-м», «Куликов-у», «Куликов-н» – мыши, которые получали цеолиты Куликовского месторождения после механической, ультразвуковой и планетарной обработки соответственно; «Вангин-м», «Вангин-у», «Вангин-н» – получали цеолиты Вангинского месторождения с аналогичной обработкой; «Люльин-м», «Люльин-у», «Люльин-н» – получали цеолиты Люльинского месторождения с аналогичной обработкой; «Шивертуй-м», «Шивертуй-у», «Шивертуй-н» – получали цеолиты Шивертуйского месторождения с аналогичной обработкой; «Холин-м», «Хо-лин-у», «Холин-н» – получали Холинские цеолиты с аналогичной обработкой.

После опытных мероприятий забирался материал для исследования в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» от 12.08.77. Из собранного материала делались полутонкие срезы ткани почек, которые окрашивались гематок-силин-эозином. Фотографирование препаратов проводилось на микроскопе Zeiss Axio Imager A1 (Zeiss, Германия). Статистическая обработка велась с использованием программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel. Оценку достоверности различий определяли по t-критерию Стьюдента.

Результаты и обсуждение. Морфометрия эпителиоцитов почечных канальцев в группах животных с механическим и ультразвуковым измельчениями цеолитов не выявила достоверных изменений по сравнению с нормой. Выраженные изменения в паренхиме почек наблюдаются в группах с измельчением цеолитов в планетарной мельнице до нанодиапозона. Так, в группе «Шивертуй-н» в структуре почек наблюдается некротические изменения и повышенная вакуолизация эпителиоцитов по сравнению с нормой.

Рис. 1. Гистологическое строение паренхимы почек при введении цеолитов Шивертуйского месторождения в нанодиапозоне. Видны некротические изменения ткани. Увеличение x1000.

Стоит отметить, что в паренхиме почек при введении наночастиц цеолитов Шивертуйского месторождения нами были обнаружены формирующиеся конкременты неустановленного состава. Мы предполагаем, что нам удалось зафиксировать стадии процесса биоминералогенеза органоминерального агрегата (рис. 2А и Б). На рис. 2А видны кристаллические структуры с выраженной абиогенной геометрией. Маловероятно, что два образования, указанные стрелками на рис. 2Б, имеющие размеры 16,52 и 14,73 мкм проникли в почечную ткань из кровеносного русла. Морфометрические параметры эпителиоцитов в группах «Контроль» и группах с наноиз-мельченными цеолитами приводится в таблице.

А

Б

Рис. 2. А) Стадия начального образования органоминерального агрегата (показано стрелками) в паренхиме почек у животных, получавших наночастицы цеолитов Шивертуйского месторождения.

Увеличение x1000. Б) Сформировавшиеся конкременты (показано стрелками) в паренхиме почек у животных, получавших наночастицы цеолитов Шивертуйского месторождения. Увеличение x1000.

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 12, №4(3), 2010

Данные морфометрии говорят о токсическом поражении мочевыводящей системы вследствие прямого действия наночастиц всех месторождений, предположительно из-за повышенного содержания в крови продуктов перекисного окисления липидов, как основного механизма токсичности наночастиц [3, 4, 8, 9]. Стоит особо отметить обнаружение свободных наночастиц цеолитов в паренхиме почек (рис. 3А и Б).

Таблица. Морфометрические параметры эпителиоцитов почечных канальцев в разных экспериментальных группах

Группа/ параметр	Длина ядра, мкм	Ширина ядра, мкм	Площадь ядра, мкм2	Длина клетки, мкм	Ширина клетки, мкм	Площадь клетки, мкм2
Контроль	4,92±0,41	5,34±0,52	20,75±2,26	8,99±0,97	10,16±0,82	80,25±5,43
Шивертуй-н	3,99±0,25	3,23±0,36	14,14±1,54	8,34±0,77	7,44±0,87	66,67±6,23
Люльин-н	3,87±0,12	3,73±0,23	11,98±1,24	10,82±1,09	9,23±0,86	72,29±4,44
Куликов-н	4,03±0,37	3,36±0,28	13,59±1,22	7,22±0,68	7,38±0,73	54,16±4,67
Вангин-н	4,92±0,33	4,35±0,32	19,65±2,21	8,57±0,82	9,78±0,77	73,34±4,12
Холин-н	4,66±0,32	3,14±0,27	12,96±1,44	9,26±0,87	6,63±0,54	58,68±3,98

А                               Б

Рис. 3. А) Наночастицы цеолитов (отмечены стрелками) Люльинского месторождения в паренхиме почек. Увеличение x1000. Б) Наночастицы цеолитов Холинского месторождения (отмечены стрелками) в паренхиме почек. Видны некротические изменения ткани. Увеличение x1000.

Средние размеры, обнаруженных в паренхиме почек частиц цеолитов от 0,2 до 2,5 мкм. Стоит особо отметить, что по данным морфометрии, наночастицы цеолитов Куликовского и Холинского месторождения показали наибольшую токсичность (некрозы на рис. 3Б), а наночастицы Люльинского месторождения наименьшую среди всех опробованных нами. Образцы наноминералов Вангинского и Шивертуйского месторождений были умеренно токсичны.

Выводы: наиболее реакционной активностью, вплоть до токсического поражения, обладают частицы цеолитов в нанодиапозоне. Судя по полученным результатам размер частиц обратно пропорционален токсическому действию (чем мельче, тем токсичнее). Выявленные свойства частичек цеолита можно объяснить меняющимися при измельчении их физико-химическими свойствами, в частности, изменением на поверхности кристаллической решетки электрического заряда, который при измельчении до нано-диапозона возрастает до критических значений

[20, 21, 23-25]. Можно сделать также предварительный вывод о том, что наночастицы цеолитов разных месторождений обладают разным токсическим действием.

Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научнотехнической сфере (программа У.М.Н.И.К.), грантов СО РАН ПСО-10 №114 и ДВО РАН 09-II-СО-05-002.