Эффекты влияния меди и цинка на живые организмы (обзор литературы)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Несмотря на то что биологическое значение ионов меди и цинка в организме основательно изучается в течение многих лет учёными разных стран, в том числе в государственных лабораториях, значение нехватки или избытка указанных металлов и их соединений в организме для здоровья в значительной степени остаётся недооцененным.

Цель работы – изучить патогенез травматической болезни, возникающей на фоне дисбаланса меди и цинка в организме.

В работе использованы библиосемантические и аналитические методы. Был проведён поиск литературы по следующим запросам: «цинк, медь, тяжёлые металлы, негативное влияние». Поиск проведён по базам данных PubMed, Scopus, Web of Science и Google Scholar для различных статей. Все публикации были проанализированы и включены в этот обзор.

Важность недостатка или избытка этих металлов и их соединений в организме остаётся в значительной степени недооценённой. Особенности патогенеза многих заболеваний, возникающих на фоне дисбаланса меди и цинка в организме, также не изучены. Травматическое заболевание не было исключением, так как это не учитывалось в экспериментальной и клинической медицине.

Заключение. Из анализа доступной научной литературе не найдено сообщений об особенностях течения травматической болезни в условиях избыточного поступления ионов меди и цинка в организм. Можно только предположить, что нарушение функциональной способности печени, лёгких, мозга и других органов, которое возникает на фоне поражения ионами тяжёлых металлов, создаёт неблагоприятный фон для протекания тяжёлой травмы.

Об авторах

Александра Евгеньевна Копач

ТНМУ Тернопольский национальный медицинский университет им. И.Я. Горбачевского МОЗ Украины

Автор, ответственный за переписку.
Email: kopachole@tdmu.edu.ua
ORCID iD: 0000-0003-3403-6477

Доцент кафедры общей гигиены и экологии Тернопольского национального медицинского университета им. И.Я. Горбачевского, 46000, Тернополь, Украина.

e-mail: kopachole@tdmu.edu.ua

Украина

О. Е. Федорив

ТНМУ Тернопольский национальный медицинский университет им. И.Я. Горбачевского МОЗ Украины

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-9860-4889
Украина

Н. А. Мельник

ТНМУ Тернопольский национальный медицинский университет им. И.Я. Горбачевского МОЗ Украины

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-7357-7551
Украина

Список литературы

  1. Valko M., Morris H., Cronin M.T.D. Metals, toxicity and oxidative stress. Curr. Med. Chem. 2005; 12(10): 1161-208. https://doi.org/10.2174/0929867053764635
  2. Fedoriv O.E., Kopach О.Е., Melnyk N.A., Lototska O.V., Lototskyy V.V. Influence of nanoparticles of lead on the organizm of suspicious animals when using water with content of sodium and sunpate stearates. World Med. Biol. 2019; 68(2): 203-8. https://doi.org/10.26724/2079-8334-2019-2-68-203-208
  3. Bondarenko O., Juganson K., Ivask A., Kasemets K., Mortimer M., Kahru A. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanoparticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro: a critical review. Arch. Toxicol. 2013; 87(7): 1181-200. https://doi.org/10.1007/s00204-013-1079-4
  4. Palytsya L.M., Korda M.M., Mudra A.Ye., Fedoniuk L.Ya. C60 fullerenes exacerbate the toxic effect of toluene on the state of the xenobiotic biotransformation enzyme system. Ukr. Biochem. J. 2019; 67(1): 178-81. (in Ukrainian)
  5. Peralta-Videa J.R., Hernandez-Viezcas J.A., Montes M.O., Keller A.A., Gardea-Torresdey J.L. Microscopic and spectroscopic methods applied to the measurements of nanoparticles in the environment. Appl. Spectrosc. Rev. 2012; 47(3): 180-206. https://doi.org/10.1080/05704928.2011.637186
  6. Bystrzejewska-Piotrowska G., Golimowski J., Urban P.L. Nanoparticles: their potential toxicity, waste and environmental management. Waste Manag. 2009; 29(9): 2587-95. https://doi.org/10.1016/waisman.2009.04.001
  7. Yu L.P., Fang T., Xiong D.W., Zhu W.T., Sima X.F. Comparative toxicity of nano-ZnO and bulk ZnO suspensions to zebrafish and the effects of sedimentation, ˙OH production and particle dissolution in distilled water. J. Environ. Monit. 2011; 13(7): 1975-82. https://doi.org/10.1039/c1em10197h
  8. Ma H., Kabengi N.J., Bertsch P.M., Unrine J.M., Glenn T.C., Williams P.L. Comparative phototoxicity of nanoparticulate and bulk ZnO to a free-living nematode Caenorhabditis elegans: the importance of illumination mode and primary particle size. Environ. Pollut. 2011; 159(6): 1473-80. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2011.03.013
  9. Borkow G., Zatcoff R.C., Gabbay J. Reducing the risk of skin pathologies in diabetics by using copper impregnated socks. Med. Hypotheses. 2009; 73(6): 883-6. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2009.02.050
  10. Borkow G., Gabbay J., Dardik R., Eidelman A., Lavie Y., Grunfeld Y., et al. Molecular mechanisms of enhanced wound healing by copper oxide-impregnated dressings. Wound Repair. Regen. 2010; 18(2): 266-75. https://doi.org/10.1111/j.1524-475X.2010.00573.x
  11. Bondarenko O., Ivask A., Käkinen A., Kahru A. Sub-toxic effects of CuO nanoparticles on bacteria: kinetics, role of Cu ions and possible mechanisms of action. Environ. Pollut. 2012; 169: 81-9. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2012.05.009
  12. Ansari M.A., Khan H.M., Khan A.A., Sultan A., Azam A. Characterization of clinical strains of MSSA, MRSA and MRSE isolated from skin and soft tissue infections and the antibacterial activity of ZnO nanoparticles. World J. Microbiol. Biotechnol. 2012; 28(4): 1605-13. https://doi.org/10.1007/s11274-011-0966-1
  13. Baker J., Sitthisak S., Sengupta M., Johnson M., Jayaswal R.K., Morrissey J.A. Copper stress induces a global stress response in Staphylococcus aureus and represses sae and agr expression and biofilm formation. Appl. Environ. Microbiol. 2010; 76(1): 150-60. https://doi.org/10.1128/AEM.02268-09
  14. Emami-Karvani Z., Chehrazi P. Antibacterial activity of ZnO nanoparticle on grampositive and gram-negative bacteria. Afr. J. Microbiol. Res. 2011; 5(12): 1368-73. https://doi.org/10.5897/AJMR10.159
  15. Alsop D., Wood C.M. Metal uptake and acute toxicity in zebrafish: common mechanisms across multiple metals. Aquat. Toxicol. 2011; 105(3-4): 385-93. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2011.07.010
  16. Bao V.W., Leung K.M., Qiu J.W., Lam M.H. Acute toxicities of five commonly used antifouling booster biocides to selected subtropical and cosmopolitan marine species. Mar. Pollut. Bull. 2011; 62(5): 1147-51. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.02.041
  17. Ebrahimpour M., Alipour H., Rakhshah S. Influence of water hardness on acute toxicity of copper and zinc on fish. Toxicol. Ind. Health. 2010; 26(6): 361-5. https://doi.org/10.1177/0748233710369123
  18. Cao B., Zheng Y., Xi T., Zhang C., Song W., Burugapalli K., et al. Concentration-dependent cytotoxicity of copper ions on mouse fibroblasts in vitro: effects of copper ion release from TCu380A vs TCu220C intra-uterine devices. Biomed. Microdevices. 2012; 14(4): 709-20. https://doi.org/10.1007/s10544-012-9651-x
  19. Zhang J., Song W., Guo J., Zhang J., Sun Z., Ding F., et al. Toxic effect of different ZnO particles on mouse alveolar macrophages. J. Hazard Mater. 2012; 219-220: 148-55. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.03.069
  20. Contreras R.G., Sakagami H., Nakajima H., Shimada J. Type of cell death induced by various metal cations in cultured human gingival fibroblasts. In Vivo. 2010; 24(4): 513-7.
  21. Ahamed M., Siddiqui M.A., Akhtar M.J., Ahmad I., Pant A.B., Alhadlaq H.A. Genotoxic potential of copper oxide nanoparticles in human lung epithelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010; 396(2): 578-83. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2010.04.156
  22. Dua P., Chaudhari K.N., Lee C.H. Evaluation of toxicity and gene expression changes triggered by oxide nanoparticles. Bull. Korean Chem. Soc. 2011; 32(6): 2051-7. https://doi.org/10.5012/bkcs.2011.32.6.2051
  23. Aruoja V., Dubourguier H.C., Kasemets K., Kahru A. Toxicity of nanoparticles of CuO, ZnO and TiO2 to microalgae Pseudokirchneriella subcapitata. Sci. Total Environ. 2009; 407(4): 1461-8. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.10.053
  24. Patra P., Mitra S., Debnath N., Goswami A. Biochemical-, biophysical-, and microarray-based antifungal evaluation of the buffer-mediated synthesized nano zinc oxide: an in vivo and in vitro toxicity study. Langmuir. 2012; 28(49): 16966-78. https://doi.org/10.1021/la304120k
  25. Hassan M.S., Amna T., Yang O.B., El-Newehy M.H., Al-Deyab S.S., Khil M.S. Smart copper oxide nanocrystals: synthesis, characterization, electrochemical and potent antibacterial activity. Colloids Surf. B. Bioinerfaces. 2012; 97: 201-6. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.04.032
  26. Majzlik P., Strasky A., Adam V., Nemec M., Trnkova L., Zehnalek J., et al. Influence of zinc(II) and copper(II) ions on Streptomyces bacteria revealed by electrochemistry. Int. J. Electrochem. Sci. 2011; 6(1): 2171-91.
  27. Harrington J.M., Boyd W.A., Smith M.V., Rice J.R., Freedman J.H., Crumbliss A.L. Amelioration of metal-induced toxicity in Caenorhabditis elegans: utility of chelating agents in the bioremediation of metals. Toxicol. Sci. 2012; 129(1): 49-56. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfs191
  28. Mortimer M., Kasemets K., Heinlaan M., Kurvet I, Kahru A. High throughput kinetic Vibrio fischeri bioluminescence inhibition assay for study of toxic effects of nanoparticles. Toxicol. In Vitro. 2008; 22(5): 1412-7. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2008.02.011
  29. Liu Y., He L., Mustapha A., Li H., Hu Z.Q., Lin M. Antibacterial activities of zinc oxide nanoparticles against Escherichia coli O157:H7. J. Appl. Microbiol. 2009; 107(4): 1193-201. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04303.x
  30. Xie Y., He Y., Irwin P.L., Jin T., Shi X. Antibacterial activity and mechanism of action of zinc oxide nanoparticles against Campylobacter jejuni. Appl. Environ. Microb. 2011; 77(7): 2325-31. https://doi.org/10.1128/AEM.02149-10
  31. Mirhosseini M., Firouzabadi F.B. Antibacterial activity of zinc oxide nanoparticle suspensions on food-borne pathogens. Int. J. Dairy Technol. 2013; 66(2): 291-5. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12015
  32. He L., Liu Y., Mustapha A., Lin M. Antifungal activity of zinc oxide nanoparticles against Botrytis cinerea and Penicillium expansum. Microbiol. Res. 2011; 166(3): 207-15. https://doi.org/10.1016/j.micres.2010.03.003
  33. Lipovsky A., Nitzan Y., Gedanken A., Lubart R. Antifungal activity of ZnO nanoparticles-the role of ROS mediated cell injury. Nanotechnology. 2011; 22(10): 105101. https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/10/105101
  34. Hoheisel S.M., Diamond S., Mount D. Comparison of nanosilver and ionic silver toxicity in Daphnia magna and Pimephales promelas. Environ. Toxicol. Chem. 2012; 31(11): 2557-63. https://doi.org/10.1002/etc.1978
  35. Mortimer M., Kasemets K., Kahru A. Toxicity of ZnO and CuO nanoparticles to ciliated protozoa Tetrahymena thermophila. Toxicology. 2010; 269(2-3): 182-9. https://doi.org/10.1016/j.tox.2009.07.007
  36. Kasemets K., Ivask A., Dubourguier H.C., Kahru A. Toxicity of nanoparticles of ZnO, CuO and TiO2 to yeast Saccharomyces cerevisiae. Toxicol. In Vitro. 2009; 23(6): 1116-22. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2009.05.015
  37. Smith S.R. A critical review of the bioavailability and impacts of heavy metals in municipal solid waste composts compared to sewage sludge. Environ. Int. 2009; 35(1): 142-56. https://doi.org/10.1016/j.envint
  38. Poynton H.C., Lazorchak J.M., Impellitteri C.A., Smith M.E., Rogers K., Patra M., et al. Differential gene expression in Daphnia magna suggests distinct modes of action and bioavailability for ZnO nanoparticles and Zn ions. Environ. Sci. Technol. 2011; 45(2): 762-8. https://doi.org/10.1021/es102501z
  39. Stolyar O.B., Zin’kovs’ka N.Z., Mudra A.Y. The role of low weight proteins and thiols of hepatopancreas in the protection of carp organs from copper uptake. In: Metals and Cell Symposium. Canterbury; 2001.
  40. Käkinen A., Bondarenko O., Ivask A., Kahru A. The effect of composition of different ecotoxicological test media on free and bioavailable copper from CuSO4 and CuO nanoparticles: comparative evidence from a Cu-selective electrode and a Cu-biosensor Sensors. 2011; 11(11): 10502-21. https://doi.org/10.3390/s111110502
  41. Wang P., Lutton A., Olesik J., Vali H., Li X. A novel iron- and copper-binding protein in the Lyme disease spirochaete. Mol. Microbiol. 2012; 86(6): 1441-51. https://doi.org/10.1111/mmi.12068
  42. Valls M., Bofill R., Gonzales-Duarte R. A new insight into metallothionein (MT) classification and evolution. J. Biol. Chem. 2001; 35(276): 32835-43. https://doi.org/10.1074/jbc.m102151200
  43. Riggio M., Filosa S., Parisi E., Scudiero R. Changes in zinc, copper and metallothionein contents during oocyte growth and early development of the teleost Danio rerio (zebrafish). Comp. Biochem. Physiol. 2003; 135(2): 191-6. https://doi.org/10.1016/s1532-0456(03)00107-8
  44. Kim Y.H., Fazlollahi F., Kennedy I.M., Yacobi N.R., Hamm-Alvarez S.F., Borok Z., et al. Alveolar epithelial cell injury due to zinc oxide nanoparticle exposure. Am J. Respir. Crit. Care. Med. 2010; 182(11): 1398-409. https://doi.org/10.1164/rccm.201002-0185OC
  45. Lin W., Xu Y., Huang C.C., Yinfa Ma, Shannon K.B., Chen D.R., et al. Toxicity of nano and micro-sized ZnO particles in human lung epithelial cells. J. Nanopart. Res. 2009; 11(1): 25-39. https://doi.org/10.1007/s11051-008-9419-7
  46. Wu J., Wang L., He J., Zhu C. In vitro cytotoxicity of Cu2+, Zn2+, Ag+ and their mixtures on primary human endometrial epithelial cells. Contraception. 2012; 85(5): 509-18. https://doi.org/10.1016/j.contraception.2011.09.016
  47. Li J., Liu X., Zhang Y., Tian F.F., Zhao G.Y., Yu Q.L.Y., et al. Toxicol. Res. 2012; 1(2): 137-44. https://doi.org/10.1039/c2tx20016c
  48. Kasemets K., Suppi S., Künnis-Beres K., Kahru A. Toxicity of CuO nanoparticles to yeast Saccharomyces cerevisiae BY4741 wild-type and its nine isogenic single-gene deletion mutants. Chem. Res. Toxicol. 2013; 26(3): 356-67. https://doi.org/10.1021/tx300467d
  49. Manusadžianas L., Caillet C., Fachetti L., Gylytė B., Grigutytė R., Jurkonienė S., et al. Toxicity of copper oxide nanoparticle suspensions to aquatic biota. Environ. Toxicol. Chem. 2012; 31(1): 108-14. https://doi.org/10.1002/etc.715
  50. Mortimer M., Kasemets K., Vodovnik M., Marinsek-Logar R., Kahru A. Exposure to CuO nanoparticles changes the fatty acid composition of protozoa Tetrahymena thermophila. Environ. Sci. Technol. 2011; 45(15): 6617-24. https://doi.org/10.1021/es201524q
  51. Ma H., Bertsch P.M., Glenn T.C., Kabengi N.J., Williams P.L. Toxicity of manufactured zinc oxide nanoparticles in the nematode Caenorhabditis elegans. Environ. Toxicol. Chem. 2009; 28(6): 1324-30. https://doi.org/10.1897/08-262.1
  52. Naddafi K., Zare M.R., Nazmara S. Investigating potential toxicity of phenanthrene adsorbed to nano-ZnO using Daphnia magna. Toxicol. Environ. Chem. 2011; 93(4): 729-37. https://doi.org/10.1080/02772248.2011.552505
  53. Kawahara M., Sadakane Y., Koyama H., Konoha K., Ohkawara S. D-histidine and L-histidine attenuate zinc-induced neuronal death in GT1-7 cells. Metallomics. 2013; 5(5): 453-60. https://doi.org/10.1039/c3mt20264j
  54. Song W., Zhang J., Guo J., Zhang J., Ding F., Li L., et al. Role of the dissolved zinc ion and reactive oxygen species in cytotoxicity of ZnO nanoparticles. Toxicol. Lett. 2010; 199(3): 389-97. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2010.10.003
  55. Wang W.X., Guan R. Subcellular distribution of zinc in Daphnia magna and implication for toxicity. Environ. Toxicol. Chem. 2010; 29(8): 1841-8. https://doi.org/10.1002/etc.229
  56. Pavlica S., Gaunitz F., Gebhardt R. Comparative in vitro toxicity of seven zinc-salts towards neuronal PC12 cells. Toxicol. Іn Vitro. 2009; 23(4): 653-9. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2009.03.003
  57. Hsieh C.Y., Tsai M.H., Ryan David K., Pancorbo O.C. Toxicity of the 13 priority pollutant metals to Vibrio fisheri in the Microtox chronic toxicity test. Sci. Total Environ. 2004; 320(1): 37-50. https://doi.org/10.1016/s0048-9697(03)00451-0

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Копач А.Е., Федорив О.Е., Мельник Н.А., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.