CC BY
93[2]. После возобновления оксигенации не происходит полного восстановления сократительной способности миокарда, что может быть следствием энергетического дефицита, снижения активности №-К-АТФазы и нарушением функции электрогенного насоса мембран. В нарушении электромеханического сопряжения и снижении сократительной функции миокарда при гипоксии немаловажное значение имеет внутриклеточный ацидоз, развивающийся при гипоксии вследствие активации анаэробного гликолиза и накопления лактата. Метаболические изменения в миокарде животных, подвергнутых воздействию энапа, вероятно, обусловлены энергетическим дефицитом вследствие разобщения окисления и фосфорилирования, ацидозом, повреждением мембран кардиомио-цитов, что проявилось увеличением выделения
1. 1уськова ТА. Токсикология лекарственных средств. - М.: МДВ, 2008. - 196 с.
2. Долгих В.Т Повреждение и защита сердца при острой смертельной кровопотере. - Омск, 2002. - 203 с.
3. Лужников Е.А. Клиническая токсикология. М.: Медицина, 1999. 416 с.
4. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Новая волна, 2000. С. 55-57.
5. Меерсон Ф.З. Адаптация сердца к большой нагрузке и сердечная недостаточность. - М.: Наука, 1975. - 264 с.
лактата и пирувата, неэффективным потреблением глюкозы и возрастанием выхода ферментов в коронарный проток. Выявленные метаболические нарушения оказались выраженными, реоксигенация усугубила нарушения метаболических процессов в миокарде, подвергнутом воздействию энапа.
Заключение. Таким образом, результаты исследований на изолированных сердцах позволяют утверждать, что энап при острых отравлениях нарушает энергетический метаболизм в миокарде, ингибирует активность транспортных АТФаз, повышает проницаемость мембран, что проявляется в угнетении сократительной функции миокарда, которое более отчетливо выражено в условиях предъявления сердцу повышенной нагрузки ритмом высокой частоты, гипоксической перфузии и реоксигенации.
6. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. - М.: Наука, 1981. - 278 с.
7. Keumerer D. Non-anion dap metabolic acidosis associatiated with acute on chronic topiramate ov erdose: [Annual meeting of North American Congress of clinical toxicology, Palm Springs, Calif., Sept. 24-29, 2002]. / J. Toxicol. Clin Toxicol. - 2002. - V 40, № 5. C. 691.
список литературы
Yatsinuk B.B.1, Dolguikh V.T.2, Brusin K.M.3 Cardiotoxic action of ENAP
Regional Psychiatric Hospital, Ural State Medical Academy, Ekatetinburg
1 Khanty-Mansiysk State Medial Institute
2 State Medical Academy
At a single intraperitoneal administration, ENAP at a dose of 12.5 mg/100g animal's body weight causes disturbances in strength and speed of isolated isovolumicly-contracting heart, inhibits energy metabolism in myocardium. The said changes manifest more expressively under conditions of high frequency cardiac stimulation, hypoxic perfusion and reperfusion.
Материал поступил в редакцию 05.10.2009 г.
Наночастицы диоксида титана в различных кристаллических формах в составе солнцезащитных кремов
Соколова О. С.
Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, г. Москва
УДК 546.824-31
Проводили исследование содержания на-ночастиц диоксида титана в косметических средствах от загара с установлением его кристаллической формы. Впервые показано, что солнцезащитные кремы содержат на-ночастицы диоксида титана в двух кристалли-
ческих формах - рутил и анатаз. Наночастицы анатаза имеют размеры менее 25 нм, что может потенциально оказывать токсическое действие на организм.
Ключевые слова: диоксид титана, электронная микроскопия, рутил, анатаз
Введение. Современные косметические сред- но-эмульсии и микровизикулы, а также разноо-
ства, парфюмерия, продукция бытовой химии, бразные наночастицы, например, серебро (Ag),
дезинфекционные средства могут содержать на- наноглины, оксид титана (ТЮ2), оксид цинка
(ZnO) [1]. Оксиды цинка и титана входят в состав кремов, предохраняющих от воздействия ультрафиолетовой радиации [2].
Диоксид титана TiO2 существует в природе в трех кристаллических формах - рутил, анатаз, букит [3]. Во всех трех формах Ti(IV) находится в октаэдрическом координационном окружении. Рутил образует столбчатые или игольчатые кристаллы, в то время как анатаз образует тетрагональные кристаллы. Рутил более атмосферосто-ек и примерно на 30% лучше рассеивает свет, чем анатаз, поэтому, как правило, используется для нужд промышленности (производство красок, пластмасс, бумаги).
В наноразмерном состоянии многие вещества приобретают новые свойства и становятся в биологическом отношении весьма активными [4]. Это, с одной стороны, открывает новые возможности использования наноматериалов в области биомедицины, фармакологии. С другой стороны, высокая биологическая активность наночастиц несет в себе и потенциальные риски возникновения нежелательных токсических эффектов [5-9]. В настоящее время не существует единого мнения относительно токсичности наночастиц диоксида титана, содержащихся в косметике [10]. С одной стороны, они задерживают значительную дозу ультрафиолетовой радиации, однако, избыток радиации может привести к накоплению активных форм кислорода, таких, как супероксидные радикалы, свободные карбоксильные радикалы и синглетный кислород. Эти активные формы могут привести к значительным повреждениям ДНК [4]. Под воздействием ультрафиолетового света, частицы диоксида титана угнетают рост опухолевых клеток в культуре из-за воздействия активных форм кислорода [7], а под воздействием солнечного света приводили к повреждениям ДНК как in vitro [5] так и in vivo [8]. Без воздействия света наночастицы диоксида титана вызывают хроническое воспаление легких у крыс [11], и in vitro оказывали провоспалитель-ный эффект на человеческие эндотелиальные клетки [12]. Стоит заметить, что мелкие нано-частицы анатаза (менее 25 нм) вызывают более выраженный токсический эффект, чем крупные (250 нм) частицы рутила, а также микрочастицы анатаза (до 0,5 мкм) [13]. Не вызывает сомнений факт, что агрегаты наночастиц имеют более выраженный токсический эффект, чем отдельные наночастицы [14,15]. Это свидетельствует о необходимости тщательного мониторинга свойств наночастиц, содержащихся в парфюмерной продукции, особенно предназначенной для детей.
В задачи данной работы входило тестирование доступных в розничной продаже образцов парфюмерно-косметической продукции на наличие в них наночастиц диоксида титана с установлением его кристаллической формы.
Объекты и методы исследования. Объекты
исследования. а) Детское солнцезащитное молочко Garnier Ambre solaire, (Польша). SPF 50+ б) Солнцезащитное молочко-экран для чувствительной кожи Garnier Ambre solaire (Франция). SPF 40
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ). К исследуемому образцу в соотношении по объему 1:1 (жидкая фаза) или 1:9 (твердая фаза) добавляли 96% этанол, встряхивали на вортексе до максимально полного растворения образца, в течение 1-2 мин. Образец откручивали в настольной центрифуге (Eppendorf, Германия) при 16000 об.мин. в течение 2 мин и супер-натант (образец I) наносили на медную сетку для электронной микроскопии, диаметром 3 мм, покрытую углеродной пленкой. Осадок (при его наличии) растворяли в объеме толуола, соответствующем объему этанола последовательно применяя процедуры, описанные выше (образец II). Сетки высушивали на воздухе в течение 1 мин и помещали в колонну электронного микроскопа JEOL 1011 (Япония) при ускоряющем напряжении 80кВ и увеличении х100000. Получали изображения наночастиц с использованием ПЗС камеры (Gatan, США).
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ). Для изучения образцов методом СЭМ использовали специально сконструированный про-бодержатель, изготовленный из дюралюминия с диаметром лунок 4 мм и объемом 20 мм3 (рис.1). В лунки исследуемые образцы наносили шпателем. Предварительно образцы не подвергались обработке. Для получения контрольных образцов исходные суспензии TiO2 (10%) и ZnO (10%) (Sigma, США) разводили дистиллированной водой и 20 мкл полученной суспензии наносили на двухсторонний углеродный скотч (SPI, США) в виде капли, диаметром около 4 мм. Подложка с нанесенным образцом помещалась в термостат при +50°С на не менее чем 12 час. После высыхания, образец покрывали тонким слоем углерода. Напыление производили с помощью прибора для напыления пленок углерода в вакууме (Emitech K950X, Великобритания) в вакууме не выше 4-10 мБар в течение 10-20 сек. Приготовленные таким способом образцы были исследованы на микроскопе JEOL JSM-6380 (Япония) при ускоряющем напряжении 25 кВ и увеличении 100х в режиме рентгеноструктурного микроанализа (РМА). Сканирование проводили по площади 1,2 мм2.
Статистическая обработка данных. Для проверки сходимости процедуры приготовления образца каждый образец готовился в трех повторностях. На каждом из образцов были исследованы три несоприкасающиеся области. Для оценки воспроизводимости результатов было рассчитано среднее значение для каждого образца. Случайная погрешность рассчитывалась с использованием критерия Стьюдента с 95% доверительным интервалом. Графики строили
Рис. 1. Наночастицы диоксида титана на формваровой подложке: а) анатаз. Масштабный отрезок - 100 нм.; б) рутил. Масштабный отрезок - 200 нм. Увеличение микроскопа - 100000 х
Рис. 2. а) наночастицы в образце I, полученном при растворении в этаноле детского солнцезащитного молочка; б) наночастицы в образце II, полученном при растворении в толуоле осадка от образца I; в) совмещение дифракционных картин от наночастиц в образце I и анатаза. г) совмещение дифракционных картин от наночастиц в образце II и рутила. Масштабный отрезок - 50 нм. Увеличение микроскопа - 100000 х
с использованием программ Microsoft Excel и STATISTICA 7.
Результаты и обсуждение. Одним из важнейших инструментов детекции и исследования
различных характеристик наночастиц является электронная микроскопия. Разрешающая способность современных методов электронной микроскопии позволяет детектировать и визу-
Таблица 1
Концентрация TiO. в исследуемых образцах по данным РМА:
Образец крема Концентрация, %
Солнцезащитное молочко для чувствительной кожи Garnier 0.6±0.13
Детское солнцезащитное молочко Garnier 0.31±0.01
ализировать многие типы наночастиц и характеризовать такие их параметры, как форма, размер, ультраструктура, дисперсность, агреги-рованность, массовая концентрация, а также осуществлять элементный анализ образца [16].
Для того, чтобы доказать, что исследуемые образцы косметики действительно содержат наночастицы, их изучали методом ПЭМ. Контрольные образцы, содержащие диоксид титана в двух кристаллических формах, были получены из НИИ питания РАМН. Контрольные образцы исследовали методом ПЭМ для определения среднего размера и кристаллической формы на-ночастиц. Наночастицы ТЮ2 имели вид неправильных многогранников с размерами от 5 до 55 нм (рис. 1а). Средний размер частицы: 22±9 нм. Методом дифракции электронов было дополнительно продемонстрировано, что изучаемый диоксид титана имеет кристаллическую решетку анатаза. Наночастицы ТЮ2 в кристаллической форме рутил в суспензии представляют собой игольчатые кристаллы неправильной формы. (рис. 1б). Средний размер частицы крупнее, чем у анатаза: 120±20 нм.
Образец I растворенного в этаноле, по описанной выше методике детского солнцезащитного молочка представлен на рис.2а. Поле зрения занимают наночастицы с различной морфологией. Наблюдали наночастицы в виде многогранников, с размерами 20-40 нм, а также вытянутые и заостренные наночастицы с длиной до 100 нм (рис.2б). Образец II, растворенный в толуоле, содержал в основном заостренные наночастицы. Изучение солнцезащитного молочка для чувствительной кожи методом ПЭМ показало аналогичные результаты (данные не приведены).
Для определения типа кристаллической решетки наночастиц проводили исследования в режиме дифракции. В качестве образцов сравнения использовали порошкообразный диоксид титана в кристаллической форме рутил (ТЮ2И.) и анатаз (ТЮ2А). На рис 2в показано совмещение дифракционных картин от частиц, представленных на рис.2а (красный) и анатаза (зеленый). На рис 2г показано совмещение дифракционных картин от заостренных частиц, представленных на рис.2б (красный) и рутила (зеленый).
Для определения суммарной концентрации диоксида титана в различных кристаллических
формах мы использовали метод рентгенострук-турного микроанализа (РМА). Этот метод позволяет регистрировать характеристическое рентгеновское излучение (РИ) и, таким образом, определить химический состав изучаемого объекта [15]. Спектрометрия РИ, испускаемого атомами вещества объекта, возбужденными электронной бомбардировкой, дает информацию об элементном составе поверхностного слоя и может использоваться для проведения локального элементного анализа. Поскольку энергия рентгеновских фотонов квантована, и каждый химический элемент имеет присущий только ему рентгеновский спектр, использование этого метода позволяет с высокой точностью и локальностью порядка 1 мкм анализировать состав микроструктур, наблюдаемых при помощи СЭМ. В данной работе метод РМА был впервые применен для количественного определения диоксида титана в составе образцов парфюмерно-косметической продукции.
Для определения элементного состава были приготовлены контрольные образцы с различным содержанием ТЮ2. Калибровочная кривая, полученная по результатам РМА контрольных образцов, имела линейный характер с коэффициентом корреляции более 0,99. По калибровочной прямой было рассчитано содержание диоксида титана в образцах косметики (таблица 1).
Метод РМА позволил также определить полный элементный состав исследуемых образцов солнцезащитного молочка для чувствительной кожи (рис.3а) и детского солнцезащитного молочка (рис. 3б). Показано, что в состав солнцезащитного молочка для чувствительной кожи кроме титана входят соединения алюминия, кремния, калия и фосфора. В состав детского солнцезащитного молочка входят соединения титана, серы и кремния. Содержание указанных элементов можно определить, если провести аналогичную работу по построению калибровочной кривой с соответствующими тестовыми образцами.
Выводы. В результате исследований мы впервые обнаружили, что солнцезащитные кремы содержат наночастицы диоксида титана в двух кристаллических формах - рутил и анатаз. Линейные размеры наночастиц в форме анатаза в исследованных образцах составляют 20-25 нм. Следует
Ï40HD
" 1BMID
у
г ь с ы
12MD
scnn ■
12GDD
эоро
liGOD
3000
Td
st s А
Г _ ±1 Ii
L iL J II
- г— т—
1,о 2, а
кЭа
£.0
Рис. 3. элементные спектры а) солнцезащитного молочка для чувствительной кожи; б) детского солнцезащитного молочка, полученные с помощью РМА. Стрелками указаны пики, соответствующие титану.
учесть, что для аналогичных наночастиц в концентрации в 50 раз меньше был обнаружен максимальный токсический эффект, в стандартных тестах на колониях беспозвоночных [13]. Малые размеры наночастиц повышают риск прохождения диоксида титана через кожные покровы, особенно при их повреждении. Заостренные частицы диоксида титана в форме рутила можно отнести к потенциальным повреждающим факторам. Следовательно, можно сделать вывод воз-
можном негативном воздействии косметических солнцезащитных средств на детскую кожу. Для подтверждения этого необходимо провести дополнительные клинические эксперименты. Метод РМА, впервые примененный нами для исследования элементного состава парфюмерной продукции, можно рекомендовать для использования в аналитических лабораториях. Работа выполнена при финансовой поддержке Роснауки (ФЦНТП ГК № № 01.648.12.3024).
список литературы
1. Buzea C., Blandino I.I.P., Robbie K. Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity // Biointerphases. 2007. V 2, iss. 4. P. MR17 - MR172
2. Donaldson K., Stone V, Tran C., Kreyling W., Borm P.J.A. // Nanotoxicology. Occup. Environ. Med. 2004. V61, P.727-728
3. Nanomaterials - Toxicity, Health and Environmental Issues. Ed. by C.S.S.R.Kumar // The series: Nanotechnologies for Life Sciences. - Vol.5. - Willey-VCH, 2006. - 356 p.
4. Gurr J.R., Wang A.S.S., Chen C.H., Jan K.Y. // Ultrafine titanium dioxide particles in the absence of photoactivation can induce oxidative damage to human bronchial epithelial cells Toxicol 2005. V.213, P. 66-73
5. Serpone N., Salinaro A., Emeline A. // Deleterious effects of sunscreen titanium dioxide nanoparticles on DNA: efforts to limit DNA damage by particle surface modification Proc. SPIE 2001. V/258 P.86-98
6. Lademann J., Weigmann H., Rickmeyer C., Barthelmes H, Schaefer H, Mueller G, Sterry W // Penetration of titanium dioxide microparticles in a sunscreen formulation into the horny layer and the follicular orifice Skin Pharmacol. Appl. Skin Physiol. 1999 V.12, P. 247-256
7. Kubota Y., Shuin T., Kawasaki C., Hosaka M., Kitamura H., Cai R., Sakai H., Hashimoto K., Fujishima A. // Photokilling of T-24 human bladder cancer cells with titanium dioxide. Br. J. Cancer. 1994. V70, P. 1107-11011
8. Dunford R., Salinaro A., Cai L., Serpone N., Horikoshi S., Hidaka H., Knowland J. // Chemical oxidation and DNA damage catalysed by inorganic sunscreen ingredients. FEBS Lett. 1997. V 418, P. 87-90
9. Rehn B., Seiler F., Rehn S., Bruch J., Maier M. // Investigations on the inflammatory and genotoxic lung effects of two types of titanium dioxide: untreated and surface treated. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2003. V.189, P. 84-95
10. Nohynek G.J., Lademann J., Ribaud C., Roberts M.S. // Grey goo on the skin? Nanotechnology,
cosmetic and sunscreen safety Crit. Rev. Toxicol. 2007. V.37, P. 251-277
11. Oberd rster G., Ferin J., Gelein R., Soderholm S.C., Finkelstein J. // Role of the alveolar macrophage in lung injury: studies with ultrafine particles Environ. Health Perspect. 1992. V. 97 P.193-199
12. Peters K., Unger R.E., Kirkpatrick C.J., Gatti A.M., Monari E. // Effects of nano-scaled particles on endothelial cell function in vitro: studies on viability, proliferation and inflammation J. Mater. Sci. Mater. Med. 2004. V.15, P. 321-325
13. Bang S.H., Le T.-H., Lee S.K., Kim P., Kim J. S., Min J. // Toxicity Assessment of Titanium (IV) Oxide Nanoparticles Using Daphnia magna (Water Flea). Environmental Health and Toxicology. 2011, V 26, DOI 10.5620/eht.2011.26.e2011002
14. Oberd rster G., Oberd rster, E., Oberd rster J. // Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles Environ. Health. Perspect. 2005. V.113, P. 823-839
15. Geiser M., Rothen-Rutishauser B., Kapp N., Schurch S., Kreyling W., Schultz H., Semmler M., Im Hof V, Heyder J., Gehr P. // Ultrafine particles cross cellular membranes by nonphagocytotic mechanisms in lungs and in cultured cells Environ. Health Perspect. 2005. V. 113, P. 1555-1560
16. Goldstein J., Newbury D.E., Joy D.C., Echlin P., Lyman C.E., Lifshin E. Scanning electron microscopy and x-ray microanalysis // Springer. 2003. 689 pages
Sokolova O.S.
Titanium dioxide nanoparticles of different crystalline shape in the composition
of sun-screen creams
Biological Department, M.VLomonosov Moscow State University
Sunburn-preventing preparations are studied in relation to the content of titanium dioxide nanoparticles in their composition. For the first time it was shown that the composition of sun-screen creams contains two crystalline forms of titanium dioxide nanoparticles - rutile and anatase. The anatase nanoparticles are less than 25nm in size and therefore they can produce a toxic action on the organism.
Переработанный материал поступил в редакцию 01.12.2011 г.
