Влияние на организм диоксид титана

В настоящее время растет интерес к изучению воздействия пищевых красителей на систему иммунитета человека. В отношении тартразина, кармуазина, понсо, сансета показано их иммуномодулирующее воздействие на киллинг, поглощение и метаболическую активность фагоцитов крови человека в концентрациях, соответствующих гигиеническим нормам.

В отличие от достаточно изученных пищевых азокрасителей, диоксид титана, белый пигмент простой химической структурой (TiO2), до недавнего времени считался безвредным веществом. В последние десятилетия появились сообщения об токсикопатогенных, канцергенных, дисметаболических и иммунопатогенных свойствах диоксид титана (TiO2).

Среди многообразных влияний на систему иммунитета отмечаются иммуномодулирующие эффекты диоксид титана на фагоцитоз. В экспериментах на животных поступление частиц диоксид титана при дыхании вызывало повреждение клеточной структуры и нарушение функции альвеолярных макрофагов, проявляющуюся в снижении хемотаксиса, уменьшении экспрессии Fc-рецепторов и молекул MHC II.

Изменение фагоцитарной активности макрофагов легких имело дозозависимый характер: увеличивалось при воздействии низких доз и снижалась под воздействием высоких доз наночастиц TiO2. Секреция NO и ФНО-α при увеличении дозировки диоксид титана (TiO2) повышалась, причем наночастицы вызывали большую продукцию провоспалительных цитокинов, чем частицы обычного размера.


Поступление диоксид титана (TiO2) малыми дозами вызывало увеличение гиперреактивности верхних дыхательных путей и общего количества клеток воспаления в бронхоальвеолярном лаваже у мышей с толуиндиизоцианат индуцированной бронхиальной астмой. Гистологический анализ показал увеличение отека, эпителиальную деструкцию и воспаление.

Выявленные иммуномодулирующие эффекты пищевых красителей объясняются их способностью влиять на врожденную систему иммунитета, взаимодействуя с рецепторами фагоцитов. На лейкоцитах имеется большое количество разнообразных рецепторов для ксенобиотиков, которые могут связывать пищевые красители, особенно в виде их комплексов с белками плазмы крови и других биологических жидкостей. Красители, или их комплексы с белками, могут взаимодействовать с Toll-рецепторами и другими паттерн-распознающими рецепторами лейкоцитов.

В молекулярных исследованиях появляются описания взаимодействия диоксид титана (TiO2) с клетками человека с участием Toll-подобного рецептора 4 (TLR 4). Показано участие TLR 4 в захвате фагоцитами агломератов частиц TiO2 (200 нм) и развитии воспалительного ответа (увеличение IL-6 мRNA) через NF-kb на клеточных линиях. Отмечено, что TiO2 взаимодействует с TLR 4 напрямую в отличие от липополисахарида, требующего участия CD14 и ЛПС-связывающего белка для активации этого рецептора.

Изучение влияния пищевых красителей на клетки врожденной системы иммунитета, может способствовать определению их роли в развитии иммунопатологии у взрослых и детей. Стремительный рост числа опубликованных исследований влияния диоксид титана (TiO2) на организм человека подтверждает высокий уровень заинтересованности в отношении его биобезопасности. Цель нашего исследования - оценить влияние диоксид титана (TiO2) на фагоцитарную активность нейтрофилов периферической крови.

Методы исследования влияния диоксид титана

Фагоцитарную активность нейтрофилов периферической крови оценивали путем подсчета фагоцитарного индекса (ФИ) (процент клеток, вступивших в фагоцитоз, от общего их числа) и определения метаболической функции нейтрофилов в реакции восстановления нитротетразолиевого синего (НСТ-тест).

Утром, натощак, брали 5-10 мл крови из вены в пробирку с гепарином (20 ЕД на 1 мл крови). Кровь отстаивали в пробирке в течение 1 часа, до момента четкого отделения эритроцитов от лейкоцитов. Отсасывали взвесь лейкоцитов с аутологичной плазмой, центрифугировали при 1000 об/мин, плазму отсасывали, осадок лейкоцитов разводили физиологическим раствором хлорида натрия с добавлением 20% аутологичной плазмы до 5×106 клеток в 1 мл.

Добавление аутоплазмы увеличивало жизнеспособность лейкоцитов и обеспечивало образование комплексов красителей с белками, подобных тем, которые возникают при их естественном поступлении в организм.


Поглощающую активность лейкоцитов крови оценивали в реакции фагоцитоза убитой нагреванием микробной взвеси Staphylococcus aureus стандартного штамма 209. Метаболическую активность оценивали в спонтанном НСТ-тесте, а также индуцированном Staphylococcus aureus, с применением 0,1%-ного раствора НСТ. НСТ, сталкиваясь с активированным нейтрофилом, восстанавливается в диформазан, который в виде гранул откладывается внутри или на поверхности клеток.

В исследуемые пробы добавляли 0,008% раствор диоксид титана (TiO2). Концентрация последнего рассчитывалась, исходя из данных его среднесуточного потребления (1 мг/кг массы тела), контрольные пробы ставились со стерильным физиологическим раствором (ФР).

Опытные и контрольные пробы инкубировали в термостате 30 мин при температуре 37 °С. Центрифугировали 3 мин при 1000 оборотов, с последующим удалением надосадочной жидкости и ресуспензированием в 100 мкл физиологического раствора. Мазки после высыхания на воздухе фиксировали 96%-ным раствором этанола и окрашивали 0,1%-ным раствором нейтрального красного.

Микроскопия проводилась под иммерсионным увеличением (1,25×100), учитывая количество формазанположительных гранулоцитов в НСТ-тесте и количество гранулоцитов, поглотивших 1 и более тест-частиц (стафилококк) при оценке фагоцитоза с подсчетом не менее 100 гранулоцитов.

Результаты исследования влияния диоксид титана

В ходе эксперимента обследовано 17 человек. Все обследуемые разделены на две группы: первая группа - 10 человек с верифицированной по международным критериям атопической бронхиальной астмой (ж/м - 5/5, средний возраст - 38 [28; 48] лет), вторая группа (контрольная) 7 человек - здоровые добровольцы (ж/м - 3/4, средний возраст - 23 [21; 26] лет).

По результатам проведенного исследования диоксид титана (TiO2) изменял фагоцитарную активность нейтрофилов крови большинства обследуемых обеих групп. TiO2 стимулировал фагоцитоз стафилококка нейтрофилами крови (t=-2,6, p=0,02, парный t-test) у 53% обследованных на 8-30%. На рисунке 1 представлены величины фагоцитарного индекса (ФИ) в стандартных пробах и в пробах с TiO2 у всех обследуемых.


В таблице 1 представлены данные по активности нейтрофилов в НСТ-тесте в стандартных и в пробах с добавлением раствора диоксид титана (TiO2). В поставленных пробах наблюдалось увеличение генерации активных форм кислорода в индуцированном микробами НСТ-тесте, по сравнению со спонтанным НСТ-тестом с физиологическим раствором (р=0,00001).


Как видно из таблицы 1, под влиянием диоксид титана (TiO2) активность фагоцитов значительно увеличивалась, по сравнению с таковой в спонтанном НСТ-тесте (t=–5,3, p=0,0001, парный t-test), различия между средними величинами с доверительными интервалами в этих пробах показаны на графике (рис. 2).


По сравнению с микробной взвесью диоксид титана (TiO2) активировал нейтрофилы несколько слабее (р=0,049). На активность в присутствии стафилококка, TiO2 достоверного влияния не оказывал, хотя у 3 обследуемых (18%) величины метаболической функции в НСТ-тесте в присутствии TiO2 повышались на 22-30%, а у 2 (12%) снижалась на 16-18% (табл. 1).

Для исследования различий влияния диоксид титана (TiO2) на нейтрофилы людей с аллергическими заболеваниями и здоровых лиц все участники эксперимента были разделены на две группы.

По результатам анкетирования участники первой группы имели жалобы на гиперчувствительность к бытовым и/или пыльцевым аллергенам, 30% отмечали непереносимость некоторых пищевых продуктов, 10% подозревали пищевые красители в качестве виновника аллергических реакций, 50% указывали на наследственную отягощенность по аллергии. Лица контрольной группы были несколько моложе (р=0,01) и имели наследственность по аллергии в 29%.

В таблице 2 представлены результаты оценки фагоцитарной активности нейтрофилов крови по группам. Как видно из таблицы 2, у обследуемых с аллергией фагоцитоз стафилококка и метаболическая активность нейтрофилов в НСТ-тесте достоверно увеличивались после инкубации проб с раствором диоксид титана (TiO2), по сравнению с аналогичными контрольными пробами.


Из полученных данных видно, что у обследуемых с аллергопатологией диоксид титана (TiO2) стимулировал фагоцитоз стафилококка и вызывал увеличение метаболической активности нейтрофилов также эффективно, как и культура убитого стафилококка (31,2% по сравнению с 34,3%) (табл. 2, рис. 3).


В группе здоровых людей индуцированный микробами НСТ-тест отличался от спонтанного с ФР у 86% здоровых - происходило увеличение на 22-48%. Раствор диоксид титана (TiO2) также усиливал активность нейтрофилов в НСТ-тесте, по сравнению с ФР (в среднем и в 71% случаев на 10-18%), но в меньшей степени, чем культура убитого стафилококка (24%, по сравнению с 39,7%) (рис. 4).


В группе здоровых лиц добавление раствора диоксид титана (TiO2) не изменяло фагоцитоз микробных клеток и метаболическую активность фагоцитов, индуцированную стафилококком, хотя у 1 человека после инкубации проб с TiO2 фагоцитоз стафилококка и генерация активных форм кислорода после инкубации проб с TiO2 уменьшились на 18 и 22% соответственно, а у 1 обследуемого метаболическая активность увеличилась на 30%.

Среди здоровых добровольцев имелась сильная достоверная корреляция между отягощенной наследственностью по аллергии и величиной метаболической активности нейтрофилов в НСТ - тесте с диоксид титаном (TiO2) (0,78, р<0,05). Между показателями фагоцитарной активности нейтрофилов в группе больных с атопической бронхиальной астмой и здоровых лиц не обнаружено различий.

Воздействие диоксид титана на организм человека

© Н.С. Аляхнович