ЦІЛІСНІСТЬ КИШКОВОГО БАР'ЄРА ПІД ВПЛИВОМ ТВЕРДИХ ЧАСТИНОК, ОТРИМАНИХ ВІД ЗГОРЯННЯ ДЕРЕВИНИ ТОПОЛІ
DOI 10.17721/1728.2748.2023.93.22-28
Ключові слова:
тверді частинки, забруднення повітря, цілісність слизової оболонки, кишковий бар’єр, запалення, товста кишка, колітАнотація
Епідеміологічні дані вказують, що під впливом атмосферного забруднення повітря твердими частинками (PM) може збільшуватися ризик розвитку синдрому подразненого кишечника та виразкового коліту. Забруднювачі повітря можуть впливати на кишківник, проникаючи через кров, шляхом мукоциліарного кліренсу РМ з легенів, через прийом забрудненої їжі або води. У даному дослідженні ми перевіряли гіпотезу, що суспендовані у воді препарати диму (SP), отримані під час спалювання деревини тополі, можуть впливати на цілісність кишкового бар’єру, викликати запальну відповідь та збільшувати схильність до хімічно-індукованої запальної реакції у товстій кишці. Дим від деревини тополі був зібраний в лабораторних умовах протягом всіх фаз горіння: полум'яної, тлінної та змішаної. Самцям щурів Вістар (180-200 г) вводили СП двома способами: 1) у хвостову вену в дозі 500 мкг/100 г; 2) через зонд у дозі 180 мкг/100 г. Експериментальний коліт викликали через 1 годину після ін'єкції SP шляхом одноразової ректальної ін'єкції 0,1 мл 6% йодацетаміду (7 см від заднього проходу). Щурів евтаназували через 2 години після моделювання коліту. Перевіряли проникність судин товстої кишки за допомогою екстравазації Еванса синього (мг/г кишки), рівень активності мієлопероксидази, рівень загальних глікопротеїнів поверхневого слизу за допомогою PAS-фарбування та кишкову проникність за допомогою транслокації бактерій у кров ворітної вени. Це дослідження демонструє, що внутрішньовенне введення SP зменшує кількість поверхневого слизу та підвищує активність мієлопероксидази в товстій кишці щурів. При цьому не посилювало негативного впливу йодоацетамід-індукованого коліту на зміни стану ендотеліального бар'єру. Однак, внутрішньовенне введення SP призвело до появи крові в сечі, що може бути наслідком пошкодження фенестрованих капілярів клубочка. У той же час пероральне введення SP посилювало транслокацію бактерій у кров ворітної вени, що являє собою підвищену проникність кишечника, що супроводжується зниженим рівнем загального глікопротеїну слизу поверхні товстої кишки. Однак пероральне введення SP не мало істотного впливу на проникність судин товстої кишки та активність мієлопероксидази порівняно з групою плацебо з колітом. РМ, отримані від згоряння природних прекурсорів, таких як деревина тополі, можуть викликати первинні прозапальні зміни в кишечнику за дуже короткий час після проникнення в організм через кров. Крім того, вони можуть сприяти порушенню цілісності кишкового бар'єру.
Посилання
Abegunde, A. T., Muhammad, B. H., Bhatti, O., & Ali, T. (2016). Environmental risk factors for inflammatory bowel diseases: Evidence based literature review. In World Journal of Gastroenterology (Vol. 22, Issue 27, pp. 6296–6317). Baishideng Publishing Group Co. https://doi.org/10.3748/wjg.v22.i27.6296
Adar, S. D., Filigrana, P. A., Clements, N., & Peel, J. L. (2014). Ambient Coarse Particulate Matter and Human Health: A Systematic Review and Meta-Analysis. Current Environmental Health Reports, 1(3), 258–274. https://doi.org/10.1007/s40572-014-0022-z
Afitska, A. I., Dovbynchuk, T. v., Holota, Y. v., Chervinska, T. M., & Tolstanova, G. M. (2015). The method of the measurement of the colonic epithelial permeability in rats during different terms of the experimental colitis. Clinical and Experimental Pathology, 14(4).
Akiba, Y., Guth, P. H., Engel, E., Nastaskin, I., Kaunitz, J. D., & Nastaskin, I. (2000). Dynamic regulation of mucus gel thickness in rat duodenum. American Journal of Physiology. Gastrointestinal and Liver Physiology, 279(2), G437–G447. https://doi.org/10.1152/ajpgi.2000.279.2.G437
Ambient (outdoor) air pollution. Accessed March 27, 2023. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health
Ananthakrishnan, A. N., McGinley, E. L., Binion, D. G., & Saeian, K. (2011). Ambient air pollution correlates with hospitalizations for inflammatory bowel disease: An ecologic analysis. Inflammatory Bowel Diseases, 17(5), 1138–1145. https://doi.org/10.1002/ibd.21455
Aroui, H., Kalboussi, H., el Ghali, A., Kacem, I., Maoua, M., Maatoug, J., Taieb, D., Hamila, F., & Mrizak, N. (2018). The effect of environmental factors on the incidence of perforated appendicitis. Annali Italiani Di Chirurgia, 89, 431–437. http://europepmc.org/abstract/MED/30049910
Babadjouni, R. M., Hodis, D. M., Radwanski, R., Durazo, R., Patel, A., Liu, Q., & Mack, W. J. (2017). Clinical effects of air pollution on the central nervous system; a review. Journal of Clinical Neuroscience, 43, 16–24. https://doi.org/10.1016/j.jocn.2017.04.028
Benbrahim-Tallaa, L., Baan, R. A., Grosse, Y., Lauby-Secretan, B., el Ghissassi, F., Bouvard, V., Guha, N., Loomis, D., Straif, K., & behalf of the International Agency for Research on Cancer Monograph Working Group, on. (2012). Carcinogenicity of diesel-engine and gasoline-engine exhausts and some nitroarenes. Lancet Oncology, 13, 663–664. https://doi.org/10.1016/S1470
Borisova, T., Dekaliuk, M., Pozdnyakova, N., Pastukhov, A., Dudarenko, M., Borysov, A., Vari, S. G., & Demchenko, A. P. (2017). Harmful impact on presynaptic glutamate and GABA transport by carbon dots synthesized from sulfur-containing carbohydrate precursor. Environmental Science and Pollution Research, 24(21), 17688–17700. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9414-6
Borisova, T., Nazarova, A., Dekaliuk, M., Krisanova, N., Pozdnyakova, N., Borysov, A., Sivko, R., & Demchenko, A. P. (2015). Neuromodulatory properties of fluorescent carbon dots: Effect on exocytotic release, uptake and ambient level of glutamate and GABA in brain nerve terminals. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 59, 203–215. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.biocel.2014.11.016
Borysov, A., Tarasenko, A., Krisanova, N., Pozdnyakova, N., Pastukhov, A., Dudarenko, M., Paliienko, K., & Borisova, T. (2020). Plastic smoke aerosol: Nano-sized particle distribution, absorption/fluorescent properties, dysregulation of oxidative processes and synaptic transmission in rat brain nerve terminals. Environmental Pollution, 263, 114502. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114502
Brook, R. D., Franklin, B., Cascio, W., Hong, Y., Howard, G., Lipsett, M., Luepker, R., Mittleman, M., Samet, J., Smith, S. C., Jr, Tager, I., & Expert Panel on Population and Prevention Science of the American Heart Association (2004). Air pollution and cardiovascular disease: a statement for healthcare professionals from the Expert Panel on Population and Prevention Science of the American Heart Association. Circulation, 109(21), 2655–2671. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000128587.30041.C8
Brook, R. D., Rajagopalan, S., Pope, C. A., Brook, J. R., Bhatnagar, A., Diez-Roux, A. v., Holguin, F., Hong, Y., Luepker, R. v., Mittleman, M. A., Peters, A., Siscovick, D., Smith, S. C., Whitsel, L., & Kaufman, J. D. (2010). Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: An update to the scientific statement from the american heart association. In Circulation (Vol. 121, Issue 21, pp. 2331–2378). https://doi.org/10.1161/CIR.0b013e3181dbece1
Burnett, R., Chen, H., Szyszkowicz, M., Fann, N., Hubbell, B., Pope, C. A., Apte, J. S., Brauer, M., Cohen, A., Weichenthal, S., Coggins, J., Di, Q., Brunekreef, B., Frostad, J., Lim, S. S., Kan, H., Walker, K. D., Thurston, G. D., Hayes, R. B., … Spadaro, J. v. (2018). Global estimates of mortality associated with long-term exposure to outdoor fine particulate matter. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(38), 9592–9597. https://doi.org/10.1073/pnas.1803222115
Chami, B., Martin, N. J. J., Dennis, J. M., & Witting, P. K. (2018). Myeloperoxidase in the inflamed colon: A novel target for treating inflammatory bowel disease. In Archives of Biochemistry and Biophysics (Vol. 645, pp. 61–71). Academic Press Inc. https://doi.org/10.1016/j.abb.2018.03.012
Costa, L. G., Cole, T. B., Dao, K., Chang, Y.-C., Coburn, J., & Garrick, J. M. (2020). Effects of air pollution on the nervous system and its possible role in neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. Pharmacology & Therapeutics, 210, 107523. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2020.107523
De Brouwere, K., Buekers, J., Cornelis, C., Schlekat, C. E., & Oller, A. R. (2012). Assessment of indirect human exposure to environmental sources of nickel: oral exposure and risk characterization for systemic effects. The Science of the total environment, 419, 25–36. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2011.12.049
Derrien, M., van Passel, M. W. J., van de Bovenkamp, J. H. B., Schipper, R. G., de Vos, W. M., & Dekker, J. (2010). Mucin-bacterial interactions in the human oral cavity and digestive tract. Gut Microbes, 1(4), 254–268. https://doi.org/10.4161/gmic.1.4.12778
Dorofeyev, A., Dorofeyeva, A., Borysov, A., Tolstanova, G., & Borisova, T. (2022). Gastrointestinal health: changes of intestinal mucosa and microbiota in patients with ulcerative colitis and irritable bowel syndrome from PM2.5-polluted regions of Ukraine. Environmental Science and Pollution Research. https://doi.org/10.1007/s11356-022-22710-9
Duan, R., Wu, Y., Wang, M., Wu, J., Wang, X., Wang, Z., Hu, Y., & Duan, L. (2021). Association between short-term exposure to fine particulate pollution and outpatient visits for ulcerative colitis in Beijing, China: A time–series study. Ecotoxicology and Environmental Safety, 214, 112116. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112116
Duerr, R. H., Taylor, K. D., Brant, S. R., Rioux, J. D., Silverberg, M. S., Daly, M. J., Steinhart, A. H., Abraham, C., Regueiro, M., Griffiths, A., Dassopoulos, T., Bitton, A., Yang, H., Targan, S., Datta, L. W., Kistner, E. O., Schumm, L. P., Lee, A. T., Gregersen, P. K., … Cho, J. H. (2006). A Genome-Wide Association Study Identifies IL23R as an Inflammatory Bowel Disease Gene. Science, 314(5804), 1461–1463. https://doi.org/10.1126/science.1135245
Holota, Y. v., Olefir, Y. A., Dovbynchuk, T. v., & Tolstanova, G. M. (2016). Carbohydrate composition of rat intestine surface mucus layer after ceftriaxone treatment. Ukrainian Biochemical Journal, 88(6), 35–44. https://doi.org/10.15407/ubj88.06.035
Kaplan, G. G., Dixon, E., Panaccione, R., Fong, A., Chen, L., Szyszkowicz, M., Wheeler, A., MacLean, A., Buie, W. D., Leung, T., Heitman, S. J., & Villeneuve, P. J. (2009). Effect of ambient air pollution on the incidence of appendicitis. Canadian Medical Association Journal, 181(9), 591. https://doi.org/10.1503/cmaj.082068
Kilian, J., & Kitazawa, M. (2018). The emerging risk of exposure to air pollution on cognitive decline and Alzheimer’s disease – Evidence from epidemiological and animal studies. Biomedical Journal, 41(3), 141–162. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.bj.2018.06.001
Kish, L., Hotte, N., Kaplan, G. G., Vincent, R., Tso, R., Gänzle, M., Rioux, K. P., Thiesen, A., Barkema, H. W., Wine, E., & Madsen, K. L. (2013). Environmental Particulate Matter Induces Murine Intestinal Inflammatory Responses and Alters the Gut Microbiome. PLOS ONE, 8(4), e62220-. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062220
Kronman, M. P., Zaoutis, T. E., Haynes, K., Feng, R., & Coffin, S. E. (2012). Antibiotic Exposure and IBD Development Among Children: A Population-Based Cohort Study. Pediatrics, 130(4), e794–e803. https://doi.org/10.1542/peds.2011-3886
Kucharzik, T., Koletzko, S., Kannengießer, K., & Dignaß, A. (2020). Colitis ulcerosa - Diagnostische und therapeutische Algorithmen. Deutsches Arzteblatt International, 117(33–34), 564–573. https://doi.org/10.3238/arztebl.2020.0564
Landrigan, P. J., Fuller, R., Acosta, N. J. R., Adeyi, O., Arnold, R., Basu, N. (Nil), Baldé, A. B., Bertollini, R., Bose-O’Reilly, S., Boufford, J. I., Breysse, P. N., Chiles, T., Mahidol, C., Coll-Seck, A. M., Cropper, M. L., Fobil, J., Fuster, V., Greenstone, M., Haines, A., … Zhong, M. (2018). The Lancet Commission on pollution and health. In The Lancet (Vol. 391, Issue 10119, pp. 462–512). Lancet Publishing Group. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(17)32345-0
Larauche, M., Gourcerol, G., Wang, L., Pambukchian, K., Brunnhuber, S., Adelson, D. W., Rivier, J., Million, M., & Taché, Y. (2009). Cortagine, a CRF 1 agonist, induces stresslike alterations of colonic function and visceral hypersensitivity in rodents primarily through peripheral pathways. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 297, 215–227. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00072.2009.-Corticotropin
Lewis, T. C., Robins, T. G., Dvonch, J. T., Keeler, G. J., Yip, F. Y., Mentz, G. B., Lin, X., Parker, E. A., Israel, B. A., Gonzalez, L., & Hill, Y. (2005). Air pollution-associated changes in lung function among asthmatic children in Detroit. Environmental Health Perspectives, 113(8), 1068–1075. https://doi.org/10.1289/ehp.7533
Loomis, D., Grosse, Y., Lauby-Secretan, B., Ghissassi, F. el, Bouvard, V., Benbrahim-Tallaa, L., Guha, N., Baan, R., Mattock, H., & Straif, K. (2013). The carcinogenicity of outdoor air pollution. The Lancet Oncology, 14(13), 1262–1263. https://doi.org/10.1016/S1470-2045(13)70487-X
López-Abente, G., García-Pérez, J., Fernández-Navarro, P., Boldo, E., & Ramis, R. (2012). Colorectal cancer mortality and industrial pollution in Spain. BMC Public Health, 12(1), 589. https://doi.org/10.1186/1471-2458-12-589
M’koma, A. E. (2013). Inflammatory Bowel Disease: An Expanding Global Health Problem. Clinical Medicine Insights: Gastroenterology, 6, CGast.S12731. https://doi.org/10.4137/CGast.S12731
Mak, W. Y., Zhao, M., Ng, S. C., & Burisch, J. (2020). The epidemiology of inflammatory bowel disease: East meets west. In Journal of Gastroenterology and Hepatology (Australia) (Vol. 35, Issue 3, pp. 380–389). Blackwell Publishing. https://doi.org/10.1111/jgh.14872
Möller, W., Häussinger, K., Ziegler-Heitbrock, L., & Heyder, J. (2006). Mucociliary and long-term particle clearance in airways of patients with immotile cilia. Respiratory research, 7(1), 10. https://doi.org/10.1186/1465-9921-7-10
Mutlu, E. A., Engen, P. A., Soberanes, S., Urich, D., Forsyth, C. B., Nigdelioglu, R., Chiarella, S. E., Radigan, K. A., Gonzalez, A., Jakate, S., Keshavarzian, A., Budinger, G. R. S., & Mutlu, G. M. (2011). Particulate matter air pollution causes oxidant-mediated increase in gut permeability in mice. Particle and Fibre Toxicology, 8(1), 19. https://doi.org/10.1186/1743-8977-8-19
Nemmar, A., Hoet, P. H., Vanquickenborne, B., Dinsdale, D., Thomeer, M., Hoylaerts, M. F., Vanbilloen, H., Mortelmans, L., & Nemery, B. (2002). Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans. Circulation, 105(4), 411–414. https://doi.org/10.1161/hc0402.104118
Orsini Delgado, M. L., Sambuelli, A., Negreira, S., Gil, A., D′Elia, L., Smaldini, P. L., & Docena, G. H. (2022). Volcanic ash-driven worsening of mucosal inflammation in an experimental colitis model. Environmental Pollution, 292, 118351. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118351
Paliienko K, Korbush M, Krisanova N, et al. Similar in vitro response of rat brain nerve terminals, colon preparations and COLO 205 cells to smoke particulate matter from different types of wood. Neurotoxicology. 2022;93:244-256.
Percie du Sert, N., Ahluwalia, A., Alam, S., Avey, M. T., Baker, M., Browne, W. J., Clark, A., Cuthill, I. C., Dirnagl, U., Emerson, M., Garner, P., Holgate, S. T., Howells, D. W., Hurst, V., Karp, N. A., Lazic, S. E., Lidster, K., MacCallum, C. J., Macleod, M., … Würbel, H. (2020). Reporting animal research: Explanation and elaboration for the ARRIVE guidelines 2.0. PLOS Biology, 18(7), e3000411-. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000411
Pöschl U. (2005). Atmospheric aerosols: composition, transformation, climate and health effects. Angewandte Chemie (International ed. in English), 44(46), 7520–7540. https://doi.org/10.1002/anie.200501122
Pražnikar,Z. & Pražnikar,J.(2012).The effects of particulate matter air pollution on respiratory health and on the cardiovascular system. Slovenian Journal of Public Health,51(3) 190-199. https://doi.org/10.2478/v10152-012-0022-z
Saiki, T. (1998). Myeloperoxidase Concentrations in the Stool as a New Parameter of Inflammatory Bowel Disease. In Kurume Medical Journal (Vol. 45).
Salim, S. Y., Jovel, J., Wine, E., Kaplan, G. G., Vincent, R., Thiesen, A., Barkema, H. W., & Madsen, K. L. (2014). Exposure to Ingested Airborne Pollutant Particulate Matter Increases Mucosal Exposure to Bacteria and Induces Early Onset of Inflammation in Neonatal IL-10–Deficient Mice. Inflammatory Bowel Diseases, 20(7), 1129–1138. https://doi.org/10.1097/MIB.0000000000000066
Satoh, H., Sato, F., Takami, K., & Szabo, S. (1997). New Ulcerative Colitis Model Induced by Sulfhydryl Blockers in Rats and the Effects of Antiinflammatory Drugs on the Colitis. The Japanese Journal of Pharmacology, 73(4), 299–309. https://doi.org/10.1254/jjp.73.299
Scientific Committee on Food. (2002). Opinion of the Scientific Committee on Food on the risks to human health of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in food. http://europa.eu.int/comm/food/fs/sc/scf/index_en.htm
Shelestov, A., Kolotii, A., Borisova, T., Turos, O., Milinevsky, G., Gomilko, I., Bulanay, T., Fedorov, O., Shumilo, L., Pidgorodetska, L., Kolos, L., Borysov, A., Pozdnyakova, N., Chunikhin, A., Dudarenko, M., Petrosian, A., Danylevsky, V., Miatselskaya, N., & Choliy, V. (2020). Essential variables for air quality estimation. International Journal of Digital Earth, 13(2), 278–298. https://doi.org/10.1080/17538947.2019.1620881
Soon, I. S., Molodecky, N. A., Rabi, D. M., Ghali, W. A., Barkema, H. W., & Kaplan, G. G. (2012). The relationship between urban environment and the inflammatory bowel diseases: a systematic review and meta-analysis. BMC Gastroenterology, 12(1), 51. https://doi.org/10.1186/1471-230X-12-51
Stetska, V. O., Dovbynchuk, T. v, Makedon, Y. S., & Dziubenko, N. v. (2021). The effect of water-soluble pristine C60 fullerene on 6-OHDA-induced Parkinson’s disease in rats. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 12(4). https://doi.org/10.15421/022182
Strous, G. J., Dekker, J., & Hiii, R. L. (1992). Mucin-Type Glycoproteins Referee. In Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology (Vol. 27, Issue 2).
Tarasenko, A., Pozdnyakova, N., Paliienko, K., Borysov, A., Krisanova, N., Pastukhov, A., Stanovyi, O., Gnatyuk, O., Dovbeshko, G., & Borisova, T. (2022). A comparative study of wood sawdust and plastic smoke particulate matter with a focus on spectroscopic, fluorescent, oxidative, and neuroactive properties. Environmental Science and Pollution Research, 29(25), 38315–38330. https://doi.org/10.1007/s11356-022-18741-x
Veauthier, B., & Hornecker, J. R. (2018). Crohn’s Disease: Diagnosis and Management. American Family Physician, 98(11), 661–669.
World Health Assembly, 68. (2015). Health and the environment: addressing the health impact of air pollution. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/253237
