Статья журнала

DOI: 10.47026/2413-4864-2022-4-108-120

Григорьева Е.А., Гордова В.С., Сергеева В.Е.

Влияние наночастиц кремния и водорастворимых силикатов на печень (сравнение результатов собственных исследований с литературным данными)

Ключевые слова: кремний, аморфный диоксид кремния, кремнезем, силикаты, силикозы, печень, питьевая вода

В настоящем обзоре литературы объединены данные о влиянии на организм соединений кремния – наночастиц кремния и водорастворимых силикатов, полученные отечественными и зарубежными исследователями в течение последнего десятилетия. Широкое использование аморфного диоксида кремния в современной промышленности, а также пересмотр нормативных документов по содержанию кремния в питьевой воде в Российской Федерации придают данному аспекту особую актуальность. Повышенное внимание уделяется сравнению собственных результатов многолетних экспериментов по поступлению кремния с питьевой водой в организм лабораторных животных с литературными данными. Показано, что морфологические изменения в печени, вызываемые воздействием водорастворимых силикатов и наночастиц, являются сходными. Таким образом, вопросы о биологической инертности кремния, контроле использования кремния в производстве, корректировке его предельно допустимой концентрации в питьевой воде требуют дальнейшего изучения.

Литература

  1. COVID-19: первый опыт. 2020 / М.А. Аксельров, М.М. Алимова, А.А. Барадулин, Д.И. Боечко и др. Тюмень: ВекторБук, 2021. 463 с.
  2. Влияние наночастиц диоксида кремния на морфологию внутренних органов у крыс при пероральном введении / Н.В. Зайцева, М.А. Землянова, В.Н. Звездин, А.А. Довбыш и др.// Анализ риска здоровью. 2016. № 4. С. 80–94. DOI: 10.21668/health.risk/2016.4.10.
  3. Гордова В.С., Григорьева Е.А., Сергеева В.Е., Смородченко А.Т. Особенности реакции макрофагов печени на действие водорастворимого соединения кремния в эксперименте // Медицинская иммунология. 2017. T. 19. C. 23–24.
  4. Гордова В.С., Сапожников С.П., Сергеева В.Е., Карышев П.Б. Основы биосилификации // Вестник Чувашского университета. 2013. № 3. C. 401–409.
  5. Гордова В.С., Сергеева В.Е., Сапожников С.П. Морфологическая адаптация внутренних органов к поступлению в организм водорастворимого соединения кремния. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2021. 208 с.
  6. Григорьева Е.А., Гордова В.С., Сергеева В.Е. Реакция иммунокомпетентных клеток печени на длительное воздействие соединений кремния // Медико-биологические, клинические и социальные вопросы здоровья и патологии человека: материалы IV Всерос. науч. конф. студентов и молодых ученых с международным участием и XIV областного фестиваля «Молодые ученые – развитию ивановской области» (Иваново, 09–12 апреля 2018 г.). Иваново: Ивановская гос. мед. академия, 2018. С. 6–7.
  7. Григорьева Е.А. Морфологические особенности печени при воздействии водорастворимого соединения кремния // Медицинский академический журнал. 2016. T. 16, № 4. C. 71–72.
  8. Григорьева Е.А., Гордова В.С., Сергеева В.Е., Смородченко А.Т. Реакция CD68-позитивных клеток печени и селезенки крыс на поступление кремния с питьевой водой // Acta medica Eurasica. 2021. № 2. С. 34–43. URL:http://acta-medica-eurasica.ru/single/2021/2/5/.
  9. Козлов В.А., Сапожников С.П. Быстрое образование амилоида и тромбообразование при COVID-19 (краткий обзор литературы) // Acta Medica Eurasica. 2021. № 3. С. 1–9.
  10. О гигиеническом нормировании соединений кремния в питьевой воде (обзор литературы) / Ю.А. Рахманин, Н.А. Егорова, Р.И. Михайлова и др.// Гигиена и санитария. 2021. Т. 100, № 10. С. 1077–1083.
  11. Сапожников С.П., Гордова В.С., Сергеева В.Е., Козлов В.А. Соединения кремния и атерогенез (обзор)// Микроэлементы в медицине. 2022. Т. 23, № 1. С. 4–13.
  12. Скрипникова И.А., Гурьев А.В. Микроэлементы в профилактике остеопороза: фокус на кремний // Остеопороз и остеопатии. 2014. № С. 36–40.
  13. Сусликов В.Л., Шевницына О.Ю., Козлов В.А. Изучение влияния химических веществ, используемых в производстве кремнийорганических соединений, на состояние работающих // Российский медицинский журнал. 2003. № 6. С. 30–31.
  14. Athinarayanan J., Alshatwi A.A., Periasamy V.S., Al-Warthan A.A. Identification of nanoscale ingredients in commercial food products and their induction of mitochondrially mediated cytotoxic effects on human mesenchymal stem cells. J Food Sci, 2015, vol. 80, no. 2, pp. 459–464.
  15. Athinarayanan J., Periasamy V.S., Alsaif M.A., Al-Warthan A.A., Alshatwi A.A. Presence of nanosilica (E551) in commercial food products: TNF-mediated oxidative stress and altered cell cycle progression in human lung fibroblast cells. Cell Biol Toxicol, 2014, vol. 30, no. 2, pp. 89–100.
  16. Aureli F., Ciprotti M., D’Amato M. et al. Determination of total silicon and SiO2particles using an ICP-MS based analytical platform for toxicokinetic studies of synthetic amorphous silica. Nanomaterials (Basel), 2020, vol. 10, no. 5, p. 888.
  17. Barahona F., Ojea-Jimenez I., Geiss O., Gilliland D., Barrero-Moreno J. Multimethod approach for the detection and characterisation of food-grade synthetic amorphous silica nanoparticles. J Chromatogr A, 2016, vol. 1432, pp. 92–100.
  18. Boudard D., Aureli F., Laurent B., Sturm N. et al. Chronic Oral Exposure to Synthetic Amorphous Silica (NM-200) Results in Renal and Liver Lesions in Mice. Kidney Int. Rep, 2019, vol. 4, pp. 1463–1471.
  19. Calomme M., Vanden Berghe D.Supplementation of calves with stabilized orthosilicic acid: Effect on the Si, Ca, Mg, and P concentrations in serum and the collagen concentration in skin and cartilage. Biol Trace Elem Res, 1997, vol. 56, pp. 153–165.
  20. Choi M.K., Kim M.H. Dietary Silicon intake of Korean young adult males and its relation to their bone status. Biol Trace Elem Res, 2017, vol. 176, no. 1, pp. 89–104.
  21. Cornu R., Chrétien C., Pellequer Y., Martin H., Béduneau A. Small silica nanoparticles transiently modulate the intestinal permeability by actin cytoskeleton disruption in both Caco-2 and Caco-2/HT29-MTX models. Arch Toxicol, 2020, vol. 94, no. 4, pp. 1191–1202.
  22. Dai C., Huang Y., Zhou Y. Research progress about the relationship between nanoparticles silicon dioxide and lung cancer. Zhongguo Fei Ai Za Zhi, 2014, vol. 17, no. 10, pp. 760–764.
  23. Dekkers S., Krystek P., Peters R.J., Lankveld D.P., Bokkers B.G et al. Presence and risks of nanosilica in food products. Nanotoxicology, 2011; vol. 5, pp. 393–405.
  24. Diao J., Xia Y., Jiang X., Qiu J. et al. Silicon dioxide nanoparticles induced neurobehavioral impairments by disrupting microbiota-gut-brain axis. J Nanobiotechnology, 2021, vol. 19, no. 1, p. 174.
  25. Dijkman Henry B.P.M., Slaats I., Bult P. Assessment of Silicone Particle Migration Among Women Undergoing Removal or Revision of Silicone Breast Implants in the Netherlands. JAMA Netw Open, 2021, vol. 4, no. 9, e2125381.
  26. Domagk G. Untersuchungen über die Bedeutung des retikuloendothelial Systems für die Entstehung d. Amyloids. Virchows Archiv, 1924, vol. 253, pp. 594–638.
  27. González-Muñoz M.J., Garcimartán A., Meseguer I., Mateos-Vega C.J. et al. Silicic acid and beer consumption reverses the metal imbalance and the prooxidant status induced by aluminum nitrate in mouse brain. J Alzheimers Dis, 2017, vol. 56, no. 3, pp. 917–927.
  28. Grigoreva E.A., Gordova V., Khlupina A., Reznik E. Inflammaging: the silicates seem to be the reason of this process in spleen. Virchows Archiv-European Journal of Pathology, 2021, vol. 479, no. S1, p. 151.
  29. Hofmann T., Schneider S., Wolterbeek A., van de Sandt H. et al. Prenatal toxicity of synthetic amorphous silica nanomaterial in rats. Reproductive Toxicology, 2015, vol. 56, pp. 141–146.
  30. Jarrar B., Al-Doaiss A., Shati A., Al-Kahtani M., Jarrar Q. Behavioural alterations induced by chronic exposure to 10 nm silicon dioxide nanoparticles. IET Nanobiotechnol, 2021, vol. 15, no. 2, pp. 221–235.
  31. Jugdaohsingh R., Anderson S.H., Tucker K.L., Elliott H. et al. Dietary silicon intake and absorption. Am J Clin Nutr, 2002, vol. 75, no. 5, pp. 887–893.
  32. Jugdaohsingh R., Watson A.I.E., Pedro L.D., Powell J.J. the decrease in silicon concentration of the connective tissues with age in rats is a marker of connective tissue turnover. Bone, 2015, vol. 75, pp. 40–48.
  33. Kim Y.Y., Kim M.H., Choi M.K. Relationship between dietary intake and Urinary Excretion of Silicon in Free-Living Korean Adult Men and Women. Biol Trace Elem Res, 2019, vol. 191, no. 2, pp. 286–293.
  34. Lee J.A., Kim M.K., Song J.H., Jo M.R. et al. Biokinetics of food additive silica nanoparticles and their interactions with food components. Colloids Surf B Biointerfaces, 2017, vol. 150, pp. 384–392.
  35. Lidsky TI. Is the Aluminum Hypothesis dead? J Occup Environ Med, 2014, vol. 56, no. 5, pp. 73–79.
  36. Lotfipour F., Shahi S., Farjami A., Salatin S., Mahmoudian M., Dizaj S.M. Safety and Toxicity Issues of Therapeutically Used Nanoparticles from the Oral Route. Biomed Res Int, 2021, e9322282.
  37. Martin K.R. Silicon: the health benefits of a metalloid. in Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases, 2013, vol. 6, pp. 451–473.
  38. Meenakshi A. Cell culture media: a review. Mater Methods, 2013, vol. 3, pp. 175–203.
  39. Murugadoss S., Lison D., Godderis L., Van Den Brule S. et al. Toxicology of silica nanoparticles: an update. Arch Toxicol, 2017, vol. 91, no. 9, pp. 2967–3010.
  40. Peters R., Kramer E., Oomen A.G., Rivera Z.E. et al. Presence of nano-sized silica during in vitro digestion of foods containing silica as a food additive. ACS Nano, 2012, vol. 6, no. 3, pp. 2441–2451.
  41. Prescha A., Zabłocka-Słowińska K., Grajeta H. Dietary silicon and its impact on plasma silicon levels in the Polish Population. Nutrients, 2019, vol. 11, no. 5, p. 980.
  42. Pritchard A., Nielsen B.D., Robison C., Manfredi J.M. Low dietary silicon supplementation may not affect bone and cartilage in mature, sedentary horses. J Anim Sci, 2020, vol. 98, no. 12, skaa377.
  43. Pritchard A., Robison C., Nguyen T., Nielsen B.D. Silicon supplementation affects mineral metabolism but not bone density or strength in male broilers. PLoS One, 2020, vol. 15, no. 12, e0243007.
  44. Radovanovic Z., Djindjic B., Dzopalic T., Veljkovic A. et al. Effect of silicon-rich water intake on the systemic and peritoneal inflammation of rats with chronic low levels of aluminum ingestion. J Trace Elem Med Biol, 2018, vol. 46, pp. 96–102.
  45. Robberecht H., Van Cauwenbergh R., Van Vlaslaer V., Hermans N. Dietary silicon intake in Belgium: Sources, availability from foods, and human serum levels. Sci Total Environ, 2009, vol. 407, no. 16, p. 4777–4782.
  46. Rondanelli M., Faliva M.A., Peroni G., Gasparri C. et al. Silicon: a neglected micronutrient essential for bone health. Exp Biol Med (Maywood), 2021, vol. 246, no. 13, pp. 1500–1511.
  47. Sadek S.A., Soliman A.M., Marzouk M. Ameliorative effect of Allolobophora caliginosa extract on hepatotoxicity induced by silicon dioxide nanoparticles. Toxicol Ind Health, 2016, vol. 32, no. 8, pp. 1358–1372.
  48. Sripanyakorn S., Jugdaohsingh R., Dissayabutr W., Anderson S.H. et al. the comparative absorption of silicon from different foods and food supplements. Br J Nutr, 2009, vol. 102, no. 6, pp. 825–834.
  49. Tassinari R., Di Felice G., Butteroni C., Barletta B. et al. Hazard identification of pyrogenic synthetic amorphous silica (NM-203) after sub-chronic oral exposure in rat: a multitarget approach. Food Chem Toxicol, 2020, vol. 137, e111168.
  50. Tassinari R., Martinelli A., Valeri M., Maranghi F. Amorphous silica nanoparticles induced spleen and liver toxicity after acute intravenous exposure in male and female rats. Toxicol Ind Health, 2021, vol. 37, no. 6, pp. 328–335.
  51. van der Zande M., Vandebriel R.J., Groot M.J., Kramer E. et al. Sub-chronic toxicity study in rats orally exposed to nanostructured silica. Part Fibre Toxicol, 2014, vol. 11, p. 8. DOI: 1186/1743-8977-11-8.
  52. van Kesteren P.C., Cubadda F., Bouwmeester H., van Eijkeren J.C. et al. Novel insights into the risk assessment of the nanomaterial synthetic amorphous silica, additive E551, in food. Nanotoxicology, 2015, vol. 9, pp. 442–452.
  53. Wolterbeek A., Oosterwijk T., Schneider S., Landsiedel R. et al. Oral two-generation reproduction toxicity study with NM-200 synthetic amorphous silica in Wistar rats. Reproductive Toxicology, 2015, vol. 56, pp. 147–154.
  54. Yang X., He C., Li J. et al. Uptake of silica nanoparticles: neurotoxicity and Alzheimer-like pathology in human SK-N-SH and mouse neuro2a neuroblastoma cells. Toxicol Lett, 2014, vol. 229, pp. 240–249.
  55. Ye Y., Hui L., Lakpa K.L., Xing Y., Wollenzien H. et al. Effects of silica nanoparticles on endolysosome function in primary cultured neurons. Can J Physiol Pharmacol, 2019, vol. 97, no. 4, pp. 297–305.
  56. Yoo N.K., Jeon Y.R., Choi S.J. Determination of two differently manufactured silicon dioxide nanoparticles by cloud point extraction approach in intestinal cells, intestinal barriers and tissues. Int J Mol Sci, 2021, vol. 22, no. 13, e7035.
  57. Yu Y., Duan J., Li Y., Li Y. et al. Silica nanoparticles induce liver fibrosis via TGF-β1/Smad3 pathway in ICR mice. Int J Nanomedicine, 2017, vol. 12, pp. 6045–6057.
  58. Yu Y., Li Y., Wang W., Jin M. et al. Acute toxicity of amorphous silica nanoparticles in intravenously exposed ICR mice. PLoS One, 2013, vol. 8, no. 4, e61346.

Сведения об авторах

Григорьева Евгения Александровна
аспирантка кафедры медицинской биологии с курсом микробиологии и вирусологии, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (shgrev@yandex.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3626-2750)
Гордова Валентина Сергеевна
кандидат медицинских наук, доцент кафедры фундаментальной медицины, Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта, Россия, Калининград (crataegi@rambler.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5109-9862)
Сергеева Валентина Ефремовна
доктор биологических наук, профессор кафедры медицинской биологии с курсом микробиологии и вирусологии, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (kaf-biology@yandex.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3471-5226)

Ссылка на статью

Григорьева Е.А., Гордова В.С., Сергеева В.Е. Влияние наночастиц кремния и водорастворимых силикатов на печень (сравнение результатов собственных исследований с литературным данными) [Электронный ресурс] // Acta medica Eurasica. – 2022. – №4. – С. 108-120. – URL: https://acta-medica-eurasica.ru/single/2022/4/13/. DOI: 10.47026/2413-4864-2022-4-108-120.