Оценка состояния организма и токсичности веществ по биохимическим показателям

Александр Львович Рабинович; Римма Ульяновна Высоцкая; Alexander Lyubartsev; Nick Quirke; Vladimir Lobaskin; Aleksandr Rabinovich; Rimma Vysotskaya; Александр Павлович Любарцев; Квёрк Ник; Владимир Анатольевич Лобаскин

doi:10.17076/eco634

Оценка состояния организма и токсичности веществ по биохимическим показателям

Александр Львович Рабинович, Римма Ульяновна Высоцкая, Alexander Lyubartsev, Nick Quirke, Vladimir Lobaskin, Aleksandr Rabinovich, Rimma Vysotskaya, Александр Павлович Любарцев, Квёрк Ник, Владимир Анатольевич Лобаскин

Аннотация

Предложен подход для количественного описания состояния организма в разных условиях с использованием некоторой совокупности измеряемых биохимических показателей (признаков, свойств). Все признаки организма приводятся к безразмерной форме относительно своих контрольных значений; это позволяет объединить признаки различной природы и размерности в единый составной индикатор, показывающий относительное, по сравнению с контрольными значениями, изменение в процентах, усредненное по всем признакам. Использование данного составного индикатора целесообразно при сравнении результатов разных экспериментов. Если для каждого признака известен диапазон нормальной изменчивости (референтный интервал), то предложено вычислять также второй составной индикатор: усредненное по всем признакам приведенное относительное значение их отклонений от середин своих референтных интервалов, отнесенных к полуширине интервалов (в процентах). Расчет проводится таким образом, что диапазон 0 – 100% этих отклонений для каждого признака соответствует референтному интервалу (где 0 отвечает середине интервала, 100% - его нижнему или верхнему пределу), тогда как величины, превышающие 100%, - переходу в область патологии. Усредненное по всем признакам значение приведенных относительных отклонений от середин референтных интервалов дает количественную оценку состояния организма (по данному набору признаков) по отношению к диапазону нормальной изменчивости. Использование предложенного подхода продемонстрировано на примере обработки данных одного из токсикологических экспериментов.

Ключевые слова

экологическая биохимия; токсиканты; референтные интервалы; методы описания состояния организма

Полный текст:

PDF

Литература

Биохимические методы в экологических и токсикологических исследованиях. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 1993. 234 с.

Высоцкая Р. У. Лизосомальные ферменты у рыб и влияние на них природных, антропогенных и патогенных факторов; Автореф. дис. … докт. биол. наук. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1999. 42 с.

Немова Н. Н. Внутриклеточные протеолитические ферменты у рыб. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1996. 106 с.

Немова Н. Н., Высоцкая Р. У. Биохимическая индикация состояния рыб. М.: Наука, 2004. 215 с.

Сидоров В. С. Экологическая биохимия рыб. Липиды. М.: Наука, 1983. 240 с.

Сидоров В. С., Лизенко Е. И., Болгова О. М. // Типовые методики исследования продуктивности видов рыб в пределах их ареалов. Ч.4. Вильнюс, 1981. С. 58-68.

Сидоров В. С., Высоцкая Р. У. , Смирнов Л. П., Гурьянова С. Д. Сравнительная биохимия гельминтов рыб. Аминокислоты, белки, липиды. Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1989. 152 с.

Сидоров В. С., Немова Н. Н., Высоцкая Р. У., Феклов Ю. А. Использование интегрального биохимического индекса при определении предельно допустимых концентраций промышленных токсикантов // Прикл. биохимия и микробиол. 2002. Т. 38, № 3. С.345-350.

Сидоров В. С., Немова Н. Н., Высоцкая Р. У., Такшеев С. А. Вариабельность интегрального биохимического индекса у рыб под влиянием техногенных вод горно-обогатительного комбината // Экология. 2003. № 4. С. 274-280.

Araújo F., Shrestha N., Granja P. L., Hirvonen J., Santos H. A., Sarmento B. Safety and toxicity concerns of orally delivered nanoparticles as drug carriers // Expert. Opin. Drug Metabol. Toxicol. 2015. Vol. 11, N 3. P. 381-393. DOI: 10.1517/17425255.2015.992781.

Clinical and Laboratory Standards Institute. How to define and determine reference intervals in the clinical laboratory: approved guideline – second ed. CLSI document C28-A2. Wayne, PA, USA: CLSI; 2000.

Compendium of reference intervals. Bulletin No.44. Chris Higgins and Radiometer Medical ApS, 2700 Brønshøj, Denmark, 2011.

Djurišić A. B., Leung Y. H., Ng A. M. C., Xu X. Y., Lee P. K. H., Degger N., Wu R. S. S. Toxicity of Metal Oxide Nanoparticles: Mechanisms, Characterization, and Avoiding Experimental Artefacts // Small. 2015. Vol. 11, N 1. P. 26 - 44. DOI: 10.1002/smll.201303947.

Dong J., Ma Q. Advances in mechanisms and signaling pathways of carbon nanotube toxicity // Nanotoxicology. 2015. Vol. 9, N 5. P. 658 - 676. DOI: 10.3109/17435390.2015.1009187.

Fiorino C., Maggiulli E., Broggi S., Liberini S., Cattaneo G. M., Dell’Oca, Faggiano E., Di Muzio N., Calandrino R., Rizzo G. Introducing the Jacobian-volume-histogram of deforming organs: application to parotid shrinkage evaluation // Phys. Medicine Biol. 2011. Vol. 56. P. 3301-3312. DOI: 10.1088/0031-9155/56/11/008.

Friedberg R. C., Souers R., Wagar E. A., Stankovic A. K., Valenstein P. N. The origin of reference intervals - A college of American pathologists Q-probes study of "normal ranges" used in 163 clinical laboratories // Archives of Pathology & Laboratory Medicine. 2007. Vol. 131, N 3. P.348-357.

Gironés X., Carbó-Dorca R. Modelling toxicity using molecular quantum similarity measures // QSAR & Combinational Sci. 2006. Vol. 25, N 7. P. 579-589. DOI: 10.1002/qsar.200530128.

Greil P. Perspectives of nano-carbon based engineering materials // Advanced Engineering Materials. 2015. Vol. 17, N 2. P. 124 - 137. DOI: 10.1002/adem.201400110.

Grillo R., Rosa A. H., Fraceto L. F. Engineered nanoparticles and organic matter: A review of the state-of-the-art // Chemosphere. 2015. Vol. 119. P. 608 - 619. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.07.049.

Henny J., Petitclerc C., Fuentes-Arderiu X., Petersen P. H., Queraltó J. M., Schiele F., Siest G. Need for revisiting the concept of reference values // Clin. Chem. Lab. Med. 2000. Vol. 38, N 7. P. 589-595. DOI: 10.1515/CCLM.2000.085.

Jones G., Barker A. Reference Intervals // Clin. Biochem. Rev. 2008. Vol. 29. Suppl 1. S93-S97.

Khadikar P. V., Karmarkar S., Singh S., Shrivastava A. Use of the PI index in predicting toxicity of nitrobenzene derivatives // Bioorg. Med. Chem. 2002. Vol. 10, N 10. P. 3163-3170. DOI: 10.1016/S0968-0896(02)00211-0.

Li Y., Zhang Y., Yan B. Nanotoxicity Overview: Nano-Threat to Susceptible Populations // Int. J. Molec. Sci. 2014. Vol. 15. P. 3671 - 3697. DOI: 10.3390/ijms15033671.

Magdolenova Z., Collins A., Kumar A., Dhawan A., Stone V., Dusinska M. Mechanisms of genotoxicity. A review of in vitro and in vivo studies with engineered nanoparticles // Nanotoxicology. 2014. Vol. 8, N 3. P. 233 - 278. DOI: 10.3109/17435390.2013.773464.

Nel A., Xia T., Mädler L., Li N. Toxic Potential of Materials at the Nanolevel // Science 2006. Vol. 311, N 5761. P. 622 - 627. DOI: 10.1126/science.1114397.

Nigsch F., Macaluso N. J., Mitchell J. B., Zmuidinavicius D. Computational toxicology: an overview of the sources of data and of modelling methods // Expert. Opin Drug Metab. Toxicol. 2009. Vol. 5, N 1. P. 1-14. DOI: 10.1517/17425250802660467.

Péry A. R. R., Ducrot V., Mons R., Garric J. Modelling toxicity and mode of action of chemicals to analyse growth and emergence tests with the midge Chironomus riparius // Aquatic Toxicol. 2003. Vol. 65. P. 281 - 292. DOI: 10.1016/S0166-445X(03)00151-6.

Sanderson P., Delgado-Saborit J. M., Harrison R. M. A review of chemical and physical characterisation of atmospheric metallic nanoparticles // Atmosph. Environ. 2014. Vol. 94. P. 353-365. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2014.05.023.

Seabra A. B., Durán N. Nanotoxicology of Metal Oxide Nanoparticles // Metals. 2015. Vol. 5. P. 934-975. DOI: 10.3390/met5020934.

Srivastava V., Gusain D., Sharma Y. C. Critical Review on the Toxicity of Some Widely Used Engineered Nanoparticles // Industrial and Engineering Chem. Res. 2015. Vol. 54. P. 6209 - 6233. DOI: 10.1021/acs.iecr.5b01610.

Tantra R., Oksel C., Puzyn T., Wang J., Robinson K. N., Wang X. Z., Ma C. Y., Wilkins T. Nano(Q)SAR: Challenges, pitfalls and perspectives // Nanotoxicol. 2015. Vol. 9, N 5. P. 636-642. DOI: 10.3109/17435390.2014.952698.

Yuan Y., Yin G. Bayesian dose finding by jointly modelling toxicity and efficacy as time-to-event outcomes // J. Royal Stat. Soc. C. 2009. Vol. 58, N 5. P. 719 - 736. DOI: 10.1111/j.1467-9876.2009.00674.x

Valerio L. G., Jr. In silico toxicology for the pharmaceutical sciences // Toxicol. & Appl. Pharmacol. 2009. Vol. 241, N 3. P. 356-370. DOI: 10.1016/j.taap.2009.08.022.

Wegner K. D., Hildebrandt N. Quantum dots: bright and versatile in vitro and in vivo fluorescence imaging biosensors // Chem. Soc. Rev. 2015. Vol. 44. P. 4792 - 4834. DOI: 10.1039/c4cs00532e.

Zhang Y., Bai Y., Jia J., Gao N., Li Y., Zhang R., Jiang G., Yan B. Perturbation of physiological systems by nanoparticles // Chem. Soc. Rev. 2014. Vol. 43. P. 3762 - 3809. DOI: 10.1039/c3cs60338e.

==========================================

Biohimicheskie metody v ekologocheskih i toksikologicheskih issledovaniyah (Biochemical methods for ecological and toxicological studies). Petrozavodsk: Karelian Research Centre of Russian Academy of Sciences. 1993. 234 p.

Vysotskaya R. U. Lizosomalnye fermenty u ryb i vliyanie na nih prirodnyh, antropogennyh i patogennyh faktorov (Lysosomal enzymes of fish and influences of natural, anthropogenic and pathogenic factors on these enzymes); Abstract of Dr. Sci. Thesis in biology. Petrozavodsk: Karelian Research Centre of Russian Academy of Sciences. 1999. 42 p.

Nemova N. N. Vnutrikletochnye proteoliticheskie fermenty u ryb (Intracellular proteolytic enzymes of fish). Petrozavodsk: Karelian Research Centre of Russian Academy of Sciences. 1996. 106 p.

Nemova N. N., Vysotskaya R. U. Biohimicheskaya indikaciya sosotoyaniya ryb (Biochemical indication of fish state). Moscow: Nauka, 2004. 215 c.

Sidorov V. S. Ekologicheskaya biohimiya ryb. Lipidy (Ecological biochemistry of fish. Lipids). Moscow: Nauka, 1983. 240 p.

Sidorov V. S., Lizenko Ye. I., Bolgova O. M. // Tipovye metodiki issledovaniya produktivnosti vidov ryb v predelah ih arealov (Standard methods for study of fish species productivity in the range of their natural habitats). Part 4. Vilnyus, 1981. P. 58-68.

Sidorov V. S., Vysotskaya R. U., Smirnov L. P., Guryanova S.D. Sravnitelnaya biohimiya gelmintob ryb. Aminokisloty, belki, lipidy (Comparative biochemistry of fish helminthes. Aminoacids, proteins, lipids). Leningrad: Nauka, Leningradskoe otdelenie, 1989. 152 p.

Sidorov V. S., Nemova N. N., Vysotskaya R. U., Feklov Yu. A. Determination of Maximum Permissible Concentrations of Industrial Toxicants Using the Integral Biochemical Index // Applied Biochem. Microbiol. 2002. Vol. 38. P. 298-302.

Sidorov V. S., Nemova N. N., Vysotskaya R. U., Taksheev S. A. Variability of the Integrated Biochemical Index in Fish Exposed to Technogenic Water of Mining and Ore-Processing Works // Russian Journal of Ecology. 2003. Vol. 34. P. 242-247.