ivmМеждународный вестник ветеринарииInternational Journal of Veterinary Medicine2072-2419SpbGUVM Publishing House10.52419/issn2072-2419.2023.3.94ivm-1115Research ArticleФАРМАКОЛОГИЯ, ТОКСИКОЛОГИЯ, ФАРМАЦИЯPHARMACOLOGY, TOXICOLOGY, PHARMACYОкислительный стресс у животных при воздействии циперметрина: механизмы развития и возможные рискиOxidative stress in animals exposed to cypermethrin: mechanisms of development and possible riskshttps://orcid.org/0000-0002-5594-2666ГеруновТ. В.GerunovT. V.

д-р. биол. н., заместитель директора по науке, доц.

Doctor of Biology, Deputy Director of Science, Associate Professor

tv.gerunov@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0002-0844-4090ЧигринскийЕ. А.ChigrinskyE. A.

к. биол. н., доц. кафедры биохимии, доцент

Candidate of Biology, Associate Professor of the Department of Biochemistry, Associate Professor

https://orcid.org/0000-0003-0835-9352ГеруноваЛ. К.GerunovaL. K.

д-р. вет. н, проф. кафедры диагностики, внутренних незаразных болезней, фармакологии, хирургии и акушерства, проф. 

Doctor of Veterinary Sciences, Professor of the Department of Di-Agnostics, Internal non–infectious Diseases, Pharmacology, Surgery and Obstetrics, Professor 

ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»РоссияOmsk State Agrarian University named after P.A. StolypinRussian FederationФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияOmsk State Medical University of the Ministry of Health of RussiaRussian Federation2023101020230394101Copyright © Герунов Т.В., Чигринский Е.А., Герунова Л.К., 20232023Герунов Т.В., Чигринский Е.А., Герунова Л.К.Gerunov T.V., Chigrinsky E.A., Gerunova L.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vetjournal.spbguvm.ru/jour/article/view/1115

Работа проведена с использованием крыс линии Вистар, которым ежедневно внутрижелудочно вводили циперметрин в дозе 1/1000 ЛД50 в течение 60 и 120 суток. При этом контрольные животные получали внутрь соответствующий объем физраствора. При выведении животных из опыта брали кровь для определения количества эритроцитов, концентрации гемоглобина, глюкозы, молочной и мочевой кислот, а также общего билирубина. При исследовании эритроцитов и печени определяли биохимические показатели, характеризующие углеводный и пуриновый обмен, процессы биотрансформации ксенобиотиков, про- и антиоксидантные процессы. Длительное низкодозовое воздействие циперметрина в течение 60 суток вызывает у животных гематотоксические эффекты, усиление процессов биотрансформации ксенобиотиков и незначительную компенсаторную перестройку метаболических процессов в печени. Воздействие 1/1000 ЛД50 циперметрина в течение 120 суток кроме выше названных эффектов вызывает развитие ацидоза, усиливает прооксидантные процессы, подавляет функцию антиоксидантной системы и гексозомонофосфатного пути превращения глюкозы. Снижение активности антиоксидантной системы печени обусловлено дефицитом глутатиона вследствие активации систем биотрансформации ксенобиотиков и подавления активности глутатионредуктазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, что в конечном итоге приводит к развитию окислительного стресса. Длительное воздействие на организм животных низких доз циперметрина вызывает гемолиз эритроцитов, лактоацидоз, активацию прооксидантных систем и угнетение функции антиоксидантной системы. Дефицит углеводов и подавление активности гексозомонофосфатного пути превращения глюкозы свидетельствуют о снижении функциональной активности печени и повышении риска иммуносупрессии.

The purpose of the study is to establish the mechanisms of development of oxidative stress during long-term low-dose exposure to cypermethrin on the animal organism and to substantiate possible risks. The work was carried out using Wistar rats, which were intragastrically injected daily with cypermethrin at a dose of 1/1000 LD50 for 60 and 120 days. At the same time, control animals received an appropriate volume of saline solution inside. When removing animals from the experiment, blood was taken to determine the number of red blood cells, the concentration of hemoglobin, glucose, lactic and uric acids, and total bilirubin. In the study of erythrocytes and liver, biochemical parameters characterizing carbohydrate and purine metabolism, processes of xenobiotics biotransformation, pro- and antioxidant processes were determined. Long-term lowdose exposure to cypermethrin for 60 days causes hematotoxic effects in animals, enhancement of xenobiotic biotransformation processes, and slight compensatory restructuring of metabolic processes in the liver. Exposure to 1/1000 LD50 of cypermethrin for 120 days, in addition to the above effects, causes the development of acidosis, enhances pro-oxidant processes, and suppresses the function of the antioxidant defense system and the pentose cycle. The decrease in the activity of the liver antioxidant system is due to glutathione deficiency due to the activation of xenobiotic biotransformation systems and suppression of the activity of glutathione reductase and glucose-6- phosphate dehydrogenase, which ultimately leads to the development of oxidative stress. Long-term exposure of animals to low doses of cypermethrin causes hemolysis of erythrocytes, lactic acidosis, activation of prooxidant systems, and inhibition of the antioxidant defense system. Deficiency of carbohydrates and suppression of the activity of the pentose cycle indicate a decrease in the functional activity of the liver and an increased risk of immunosuppression.

биохимия печениокислительный стрессантиоксидантная системациперметриниммуносупрессияliver biochemistryoxidative stressantioxidant systemcypermethrinimmunosuppressionФинансирование: работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых (МД2435.2022.5.).Funding: the work was carried out within the framework of the grant of the President of the Russian Federation for state support of young Russian scientists (MD-2435.2022.5.).ReferencesFróna, D. The Challenge of Feeding the World / D. Fróna, J. Szenderák, M. Harangi-Rákos // Sustainability. – 2019. – Vol. 11, No 20. – P. 5816.Fróna D, Szenderák J, Harangi-Rákos M. The Challenge of Feeding the World. Sustainability. 2019; 11(20):5816.Pathak, V. M. Current status of pesticide effects on environment, human health and it's ecofriendly management as bioremediation: A comprehensive review / V. M. Pathak, V. K. Verma, B. S. Rawat [et al.] // Front. Microbiol. – 2022. Vol. 13. – P. 962619. doi: 10.3389/fmicb.2022.962619.Pathak VM, Verma VK, Rawat BS, Kaur B, Babu N, Sharma A, Dewali S, Yadav M, Kumari R, Singh S, Mohapatra A, Pandey V, Rana N, Cunill JM. Current status of pesticide effects on environment, human health and it's eco-friendly management as bioremediation: A comprehensive review. Front Microbiol. 2022 Aug 17;13:962619. doi: 10.3389/fmicb.2022.962619.Герунов Т. В. Проблема резистентности членистоногих к инсектицидным и акарицидным препаратам / Т. В. Герунов, В. И. Дорожкин, А. А. Тарасенко [и др.] // Российский журнал Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. – 2021. – Т. 37, № 1. – С. 91-98. doi 10.36871/vet.san.hyg.ecol.202101014.Gerunov T.V., Dorozhkin V.I., Tarasenko A.A., Gerunova L.K., Chigrinski E.A, Shantyz A.KH. The problem of resistance of arthropods to insecticidal and acaricidal drugs [Российский журнал Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии]. 2021;37(1): 91-98. doi 10.36871/vet.san.hyg.ecol.202101014 [in Russ.].Chrustek, A. Current Research on the Safety of Pyrethroids Used as Insecticides / A. Chrustek, I. Hołyńska-Iwan, I. Dziembowska [et al.] // Medicina (Kaunas). – 2018. – Vol. 54, No 4. P. – 61. doi: 10.3390/medicina54040061.Chrustek A, Hołyńska-Iwan I, Dziembowska I, Bogusiewicz J, Wróblewski M, Cwynar A, Olszewska-Słonina D. Current Research on the Safety of Pyrethroids Used as Insecticides. Medicina (Kaunas). 2018 Aug 28;54(4):61. doi: 10.3390/medicina54040061.Ахметшина, М. Б. О противоклещевых обработках в природных биотопах / М. Б. Ахметшина, Н. И. Шашина, О. М. Германт // Пест-Менеджмент. – 2019. – Т. 112. № 4. – С. 8-11. doi: 10.25732/pm.2020.112.4.002.Akhmetshina M.B., Shashina N.I., Germant O.M. About treatment against ticks in natural biotopes [Пест-Менеджмент]/ 2019;112(4):8-11. doi: 10.25732/pm.2020.112.4.002 [in Russ.].Chauhan, R. Effect of fruit and vegetable processing on reduction of synthetic pyrethroid residues / R. Chauhan, B. Kumari, M. K. Rana // Rev. Environ. Contam. Toxicol. – 2014. – Vol. 229. – P. 89-110. doi: 10.1007/978-3-319-03777-6_5.Chauhan R, Kumari B, Rana MK. Effect of fruit and vegetable processing on reduction of synthetic pyrethroid residues. Rev Environ Contam Toxicol. 2014;229:89-110. doi: 10.1007/978-3-319-03777-6_5.Tudi, M. Agriculture Development, Pesticide Application and Its Impact on the Environment / M. Tudi, H. Daniel Ruan, L. Wang [et al.] // Int. J. Environ. Res. Public. Health. – 2021. – Vol. 18, No 3. – P. 1112. doi: 10.3390/ijerph18031112.Tudi M, Daniel Ruan H, Wang L, Lyu J, Sadler R, Connell D, Chu C, Phung DT. Agriculture Development, Pesticide Application and Its Impact on the Environment. Int J Environ Res Public Health. 2021 Jan 27;18(3):1112. doi: 10.3390/ijerph18031112.Singh, A. K. A current review of cypermethrininduced neurotoxicity and nigrostriatal dopaminergic neurodegeneration / A. K. Singh, M. N. Tiwari, O. Prakash, M. P. Singh // Curr. Neuropharmacol. – 2012. Vol. 10, No 1. – P. 64-71. doi: 10.2174/157015912799362779.Singh AK, Tiwari MN, Prakash O, Singh MP. A current review of cypermethrin-induced neurotoxicity and nigrostriatal dopaminergic neurodegeneration. Curr Neuropharmacol. 2012 Mar;10(1):64-71. doi: 10.2174/157015912799362779.Matsuo, N. Discovery and development of pyrethroid insecticides / N. Matsuo // Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. – 2019. – Vol. 95, No 7. – P. 378-400. doi: 10.2183/pjab.95.027.Matsuo N. Discovery and development of pyrethroid insecticides. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2019;95(7):378-400. doi: 10.2183/pjab.95.027.Циперметрин: действующие вещества сельскохозяйственных инсектицидов и акарицидов // Пестициды.ru [сайт]. – 2014. – Режим доступа: https://www.pesticidy.ru/active_substance/cypermethrin (дата обращения: 02.09.2023).Cypermethrin: active ingredients of agricultural insecticides and acaricides // Pesticides.ru [website]. – 2014. – Access mode: https://www.pesticidy.ru/active_substance / cypermethrin (date of access: 09/02/2023) [in Russ.].Saillenfait, A. M. Pyrethroids: exposure and health effects – an update / A. M. Saillenfait, D. Ndiaye, J. P. Sabaté // Int. J. Hyg. Environ. Health. – 2015. – Vol. 218, No 3. – P. 281-292. doi: 10.1016/j.ijheh.2015.01.002.Saillenfait AM, Ndiaye D, Sabaté JP. Pyrethroids: exposure and health effects – an update. Int J Hyg Environ Health. 2015;218(3):281-92. doi: 10.1016/j.ijheh.2015.01.002.Salimov, Y. Toxic Effects of Pesticides on Human and Animals / Y. Salimov // J. Vet. Med. Animal Sci. – 2021. – Vol. 4, No 1. – P. 1070.Salimov Y. Toxic Effects of Pesticides on Human and Animals. J Vet Med Animal Sci. 2021;4(1): 1070.Nieradko-Iwanicka, B. How Deltamethrin Produces Oxidative Stress in Liver and Kidney / B. Nieradko-Iwanicka, A. Borzecki // Pol. J. Environ. Stud. – 2016. – Vol. 25, No 3. – P. 1367-1371. doi: 10.15244/pjoes/61818.Nieradko-Iwanicka B, Borzecki A. How Deltamethrin Produces Oxidative Stress in Liver and Kidney. Pol J Environ Stud. 2016;25(3):1367-71. doi: 10.15244/pjoes/61818.Nathan, C. Beyond oxidative stress: an immunologist's guide to reactive oxygen species / C. Nathan, A. Cunningham-Bussel // Nat. Rev. Immunol. – 2013. – Vol. 13, No5. – P. 349-361. doi: 10.1038/nri3423.Nathan C, Cunningham-Bussel A. Beyond oxidative stress: an immunologist's guide to reactive oxygen species. Nat Rev Immunol. 2013 May;13(5):349-61. doi: 10.1038/nri3423.Li, H. Effect of glutathione depletion on Nrf2/ ARE activation by deltamethrin in PC12 Cells / H. Li, Wu S., J. Chen [et al.] // Arh. Hig. Rada Toksikol. – 2013. – Vol. 64, No 1. – P. 87-97. doi: 10.2478/10004-1254-64-2013-2251.Li H, Wu S, Chen J, Wang B, Shi N. Effect of glutathione depletion on Nrf2/ARE activation by deltamethrin in PC12 Cells. Arh Hig Rada Toksikol. 2013;64(1):87-97. doi: 10.2478/10004-1254-64-2013-2251.Zolin, P. P. Postresuscitation purine metabolism disorder and its correction by ribose / P. P. Zolin, V. D. Conway // Pathophysiology. – 1998. – Vol. 5, No S1. – P. 215.Zolin PP, Conway VD. Postresuscitation purine metabolism disorder and its correction by ribose. Pathophysiology. 1998;5(S1):215.Buhl, M. R. Purine metabolism in ischemic kidney tissue / M. R. Buhl // Dan Med Bull. – 1982. Vol. 29, No 1. – P. 1-26.Buhl MR. Purine metabolism in ischemic kidney tissue. Dan Med Bull. 1982;29(1):1-26.Farthing, D. Effects of salicylic acid on postischaemic ventricular function and purine efflux in isolated mouse hearts / D. Farthing, L. Gehr, H.T. Karnes [et al.] // Biomarkers. – 2007. – Vol. 12, No 6. – P. 623-634. doi: 10.1080/13547500701605786.Farthing D, Gehr L, Karnes HT, Sica D, Gehr T, Larus T, Farthing C, Xi L. Effects of salicylic acid on post-ischaemic ventricular function and purine efflux in isolated mouse hearts. Biomarkers. 2007;12(6):623-34. doi: 10.1080/13547500701605786.Gao, B. Basic liver immunology / B. Gao // Cell Mol. Immunol. – 2016. – Vol. 13, No3. 265-266. doi: 10.1038/cmi.2016.09.Gao B. Basic liver immunology. Cell Mol Immunol. 2016 May;13(3):265-6. doi: 10.1038/cmi.2016.09.Kubes, P. Immune Responses in the Liver / P. Kubes, C. Jenne // Annu. Rev. Immunol. – 2018. – Vol. 36. – P. 247-277. doi: 10.1146/annurevimmunol-051116-052415.Kubes P, Jenne C. Immune Responses in the Liver. Annu Rev Immunol. 2018 Apr 26;36:247-277. doi: 10.1146/annurev-immunol-051116-052415.Zhou, Z. Hepatocytes: a key cell type for innate immunity / Z. Zhou, M. J. Xu, B. Gao // Cell Mol. Immunol. – 2016. – Vol. 13, No 3. –P. 301-315. doi: 10.1038/cmi.2015.97.Zhou Z, Xu MJ, Gao B. Hepatocytes: a key cell type for innate immunity. Cell Mol Immunol. 2016 May;13(3):301-15. doi: 10.1038/cmi.2015.97.Robinson, M. W. Liver immunology and its role in inflammation and homeostasis / M. W. Robinson, C. Harmon, C. O'Farrelly // Cell Mol. Immunol. 2016. – Vol. 13, No 3. – P. 267-276. doi: 10.1038/cmi.2016.3.Robinson MW, Harmon C, O'Farrelly C. Liver immunology and its role in inflammation and homeostasis. Cell Mol Immunol. 2016 May;13(3):267-76. doi: 10.1038/cmi.2016.3.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.