— лёгкий способ обсуждать сложные вещи

Исследование и оценка токсичности наноматериалов используемых в пищевой промышленности на примере многократного перорального поступления в организм оксидов алюминия и магния

You are here

Аннотация: 

Проведено сравнительное исследование токсичности наноматериалов, используемых в пищевой промышленности, на примере наночастиц оксида алюминия и оксида магния при многократном пероральном поступлении. Значения LD50 при многократной экспозиции для наночастиц оксидов алюминия и магния составили 21895 и 5825 мг/кг массы тела соответственно. Бионакопление наноразмерного оксида алюминия отмечено в головном мозге, печени и крови с увеличением концентрации алюминия относительно контроля в 4,40, 1,23 и 1,48 раза соответственно. При экспозиции наноразмерным оксидом магния зафиксировано увеличение концентрации магния относительно контрольного значения только в крови (в 1,30 раза). Больший перечень органов накопления при действии наноразмерного оксида алюминия может свидетельствовать о его более выраженной материальной кумуляции сравнительно с наноразмерным оксидом магния. При экспозиции наночастицами оксида алюминия патоморфологические изменения тканей отмечены в печени, желудке и тонком кишечнике, в то время, как после экспозиции наночастицами оксида магния изменения зафиксированы в тканях головного мозга, печени, почек, желудка, тонкого и толстого отделов кишечника. Больший перечень поражаемых органов при экспозиции наночастицами оксида магния может указывать на большую степень повреждающего действия данного наноматериала в сравнении с наночастицами оксида алюминия.

Ключевые слова: 
наночастицы, оксид алюминия, оксид магния, кумуляция, токсичность, пероральная экспозиция
Comments - 7

Вопросы к докладчику.
1. Скажите, наблюдались ли Вами у животных, получавших MgO, специфические признаки отравления избытком соединений магния, включая падение АД, атаксию (слабость), судороги и диарею?
2. Как Вы полагаете, в какой форме наночастицы MgO могут оказывать воздействие на организм? Как известно, наночастицы оксида магния крайне нестойки в биологических средах, в частности, они легко растворяются в кислой среде желудка. В этом случае, на организм будут оказывать действие уже не наночастицы, а ионы Mg2+, основным механизмом токсического действия которых является избыточная вазодилатация и конкуренция за биологические центры связывания с другими биологически активными двухвалентными катионами, особенно, кальцием и цинком?
3. Можно ли в таком случае говорить о бионакоплении частиц MgO во внутренних органах, или всё-таки накапливаются соединения магния (такие, как фосфат магния)?
4. Есть ли данные о влиянии избытка Mg на кальциево-фосфорный обмен, и можно ли в свете этого объяснить установленное токсическое действие MgO?
5. Как соотносится использованная Вами доза Mg с физиологической потребностью в этом элементе (порядка 50 мг/кг массы тела для мелких животных?)?
6. Как Вы полагаете, в каких отраслях производства пищевой продукции мог бы быть использован Al2O3 в наноформе?

И.Гмошинский, ФИЦ питания и биотехнологии.

Здравствуйте! Спасибо за весьма интересные вопросы.
1. При действии наноразмерного оксида магния не установлено судорог, диареи, атаксии, давление не измеряли. Однако, отмечено снижение двигательной активности.
2. Вероятно, наночастицы оксида магния могут оказывать как прямое воздействие на организм, например, проникая в мембрану тромбоцитов, что в дальнейшем приводит к их агрегации, так и через продуцирование ионов, в случае растворения наночастиц.
3. В таком случае справедливо говорить о накоплении как наночастиц оксида магния, так и различных соединений, содержащих магний.
4. В научной литературе есть данные о том, что повышенное потребление магния не влияет на баланс кальция и фосфора. В связи с этим, установленное токсическое действие наночастиц оксида магния вероятнее всего не связано с нарушением кальциево-фосфорного обмена.
5. Выбор дозы основывается на значении LD50 оксида магния, физиологические потребности при этом не учитывались.
6. С учётом того, что наночастицы оксида алюминия используются в составе упаковочных материалов для защиты продуктов питания от бактерий, то применение данного наноматериала перспективно практически в любой отрасли пищевой промышленности.

Уважаемый Марк Сергеевич! Спасибо за обстоятельный ответ. Ваша работа нас очень заинтересовала. Для нас представляет большой интерес как перспективная тема исследования, использование MgO в наноформе как источника магния в специализированных продуктах и БАД-ах. Эта форма разрешена официально в ТР ТС, но неясно, есть ли у нее конкурентные перспективы по сравнению с другими формами этого элемента (хлоридом, карбонатом, хелатными органическими комплексами)? Когда (и если) у Вас появятся более развернутые публикации по этой теме в хороших журналах, мы готовы их изучать и охотно цитировать. Мой e-mail для связи gmosh@ion.ru Мы также можем направить Вам оттиски наших работ по сходной тематике (мы не занимались магнием, у нас были работы на животных по железу и цинку).
С уважением,
И.Гмошинский

Марк Сергеевич, спасибо за доклад, ответьте на вопросы:
1. При получении суспензии порошка наноматериалов в бидистиллированной воде, после ультразвуковой обработки, как Вы подтверждали, что у Вас суспензия содержит наночастицы?
2. Каков механизм проникновения в организм через пищеварительный тракт исследуемых наноматериалов?
3. Есть ли отличия в механизме проникновения нанодисперсных AlO3, MgO? Возможно, что их токсичность связана с разностью проникновения и распределения в организме?
4.Проверяли ли Вы действие этих веществ не в наноформе, а в другой? Ионной, или более крупных частиц?
5. Введенные концентрации достаточно большие, при каких естественных условиях можно получить такую дозу?
6. Возможно ли, что смерть животных произошла не от характера частиц (наночастиц), а от токсического шока?

Марина Владимировна, спасибо за проявленный интерес!
1. Чтобы подтвердить наличие наночастиц в полученной суспензии использовали метод динамического лазерного светорассеяния.
2. Скорее всего исследуемые наночастицы преодолевают барьеры ЖКТ по механизму всасывания.
3. В научной литературе не представлено данных о различиях механизмов проникновения данных наноматериалов через ЖКТ, в связи с чем нельзя однозначно сказать насколько сильно влияет данный аспект на токсичность.
4. Проводили исследования с микроразмерными аналогами данных веществ.
5. Такие дозы можно получить при многократном контакте с наноматериалами в течение длительного срока.
6. Гибель животных вероятнее всего связана с физическими свойствами наноматериалов, т.к. при аналогичном действии данных веществ в микроразмерной форме бионакопление и повреждающее действие менее выражены, соответственно и летальность при экспозиции микроразмерными аналогами ниже.

Глубокоуважаемый Марк Сергеевич!
По результатам оценки бионакопления у экспонированных наночастицами магния животных концентрация магния значительно ниже в тканях, чем в группе не получавших магний, как это можно объяснить? После того, как Вы довели вводимую дозу оксида алюминия почти до 700 мг, мыши у Вас погибли на 2-й день. Не связана ли летальность с большим объемом суспензии, а не с эффектом наноаэрозоля? По Вашему мнению механизм повреждающего действия наночастиц - увеличение количества и агрегация тромбоцитов. Это предположение или подкрепленный Вашими исследованиями вывод? Недавние исследования группы ученых-химиков из Санкт-Петербурга (университет ИТМО) свидетельствуют об обратном - они нашли способ, как растворить тромбы и не навредить организму разместив тканевый активатор плазминогена внутри пористых наночастиц из оксида алюминия. Спасибо.

Олег Владимирович, спасибо за вопросы!
1) Различия в значениях концентраций магния у животных контрольной и экспонированной групп в большей части исследованных тканей не являются статистически достоверными, поэтому, как мне кажется, в данных случаях нельзя говорить о значительной разнице.
2) На вторые сутки гибель отмечена при воздействии наноразмерного оксида магния (ежедневно вводимая доза - 200 мг/кг; суммарная доза, полученная животными - 400 мг/кг), при действии наноразмерного оксида алюминия первая гибель зафиксирована на 6 сутки (ежедневно вводимая доза - 2265 мг/кг; суммарная доза, полученная животными - 12835 мг/кг массы тела). Объём введения суспензии в каждый день эксперимента составлял 0,2 мл, что не превышает допустимого уровня и не может вызвать гибель.
3) Механизм повреждающего действия через увеличение числа и агрегацию тромбоцитов является предположением, основанным на данных зарубежных исследователей, в которых говорится об обладании данным свойством металлическими наночастицами.