Evaluation of tissue-specific effect of neurotoxic agents on metabolic processes in organs of laboratory animals in phase of long-term consequences of severe acute toxic exposure

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The pathogenesis of the long-term effects of neurotoxic agents remains poorly understood. Tissue specificity, as a qualitative characteristic of the toxic effect, involves selective metabolic process remodeling in specific tissues.

AIM: The work aimed to evaluate the tissue specificity of metabolic changes in the long-term effects of acute toxic exposure.

METHODS: An experimental study was performed on rats. The toxic agents used were 1.6 mg/kg of phenylcarbamate, 11.5 g/kg of methanol, and 300 mg/kg of lead acetate. The parameters of lipid peroxidation and the antioxidant system were determined using standard biochemical techniques on day 30 after toxic exposure.

RESULTS: In the groups of intact animals and those that survived the exposure, lipid peroxidation and the antioxidant system were found to be tissue-specific. The most significant effect, which was common for body tissues, was the shift in diene conjugates, as toxic exposure was followed by a significant decrease in tissue specificity. Regarding the tissue concentration of malondialdehyde, which shows the activity of lipid peroxidation, phenylcarbamate and lead induced an increase in tissue-specific response to toxic effects. This finding showed the selective effect on individual links of oxidative stress in tissues.

CONCLUSION: Lipid peroxidation and antioxidant system activity can be considered markers for evaluating the effect of toxic agents on metabolic processes in various tissues. A higher brain tissue sensitivity to the toxic effects can be demonstrated by a higher growth rate of diene conjugates (phenylcarbamate and lead acetate), glucose-6-phosphate dehydrogenase, and superoxide dismutase (methanol). A hepatic tissue-specific response was evidenced by increased activity of glucose-6-phosphate dehydrogenase (phenylcarbamate and methanol) and decreased activity of superoxide dismutase (methanol and lead acetate). The kidneys were particularly susceptible to the impaired utilization of reduced glutathione (methanol) or its formation (lead acetate). The compensatory activation of superoxide dismutase (methanol and lead acetate) was a marker of splenic tissue-specific response.

About the authors

Petr K. Potapov

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology; Kirov Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-4602-4468
SPIN-code: 5979-4490

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 1 Bekhtereva st., Saint Petersburg, 192019; Saint Petersburg

Evgeniy B. Shustov

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-5895-688X
SPIN-code: 9665-6670

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Margarita V. Melnikova

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-2996-5151
SPIN-code: 1296-2830

pharmacologist

Russian Federation, Saint Petersburg

Ekaterina A. Zolotoverkhaya

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-9708-2596
SPIN-code: 8138-1497

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Larisa G. Kubarskaya

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-7622-0390
SPIN-code: 9596-7227

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia V. Kuznetsova

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0009-0000-0876-9293
SPIN-code: 2336-3825

biochemist

Russian Federation, Saint Petersburg

Mikhail E. Shemaev

Federal State-Financed Institution Golikov Research Clinical Center of Toxicology

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-6062-0437
SPIN-code: 6612-3721

chemist

Russian Federation, Saint Petersburg

Vadim A. Basharin

Kirov Military Medical Academy

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-8548-6836
SPIN-code: 4671-8386

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Kostrova TA. Experimental evaluation of changes in neurotrophic and apoptotic factors in the implementation of long-term consequences of acute severe poisoning by sodium thiopental. Toxicological Review. 2019;(5):49–53. doi: 10.36946/0869-7922-2019-5-49-53 EDN: MRHJDT
  2. Vasiliev SA, Livanov GA, Batotsyrenov BV. Features of intensive care organization for severely ill patients with acute poisonings. Medical Alphabet. 2013;2(14):49. EDN: RMXMYL
  3. Kutsenko SA. Fundamentals of toxicology. Saint Petersburg: Foliant; 2004. 715 p. (In Russ.)
  4. Ku J, Asuri P. Stem cell-based approaches for developmental neurotoxicity testing. Front Toxicol. 2024;6:1402630. doi: 10.3389/ftox.2024.1402630
  5. Luzhnikov EA, Sukhodolova GN. Acute poisoning in adults and children. Moscow: Eksmo; 2009. 556 p. (In Russ.)
  6. Shustov EB, Melnikova MV, Masterova KV, et al. Analysis of factors influencing the processes of apoptosis in the period of long-term consequences of severe acute poisoning with neurotropic toxicants. Medicine of Extreme Situations. 2025;27(1):5–14. doi: 10.47183/mes.2024-247 EDN: JFKIHX
  7. Zobnin YuV. Acute toxic neuropathies. Siberian Medical Journal (Irkutsk). 2008;79(4):106–110. (In Russ.) EDN: JWKQBB
  8. Catamanova EV. Disorders of the functional activity of the brain during occupational exposure to neurotoxicants [dissertation]. Irkutsk; 2012. 295 p. Available from: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_005089914/ (In Russ.)
  9. Kostrova TA, Lisitsky DS, Batotsyrenova EG, et al. Investigation of the consistent action of thiopental sodium the infringement of circadian rhythms on behavioral reactions of laboratory animals. Medline.ru. Russian Biomedical Journal. 2018;19:167–181. EDN: YLQMUH
  10. Kostrova TA. Biochemical and behavioral indicators in the long-term period after acute poisoning with neurotoxicants and their pharmacological correction (experimental study). [dissertation abstract]. Saint Petersburg; 2020. 188 p. (In Russ.)
  11. Naumova OV. Molecular and biochemical markers of endothelial dysfunction in chronic exposure to mercury. [dissertation abstract]. Angarsk; 2021. 150 p. (In Russ.)
  12. Mikhin VP. Cytoprotection in cardiology: achievements and prospects. Part 1. Russian Archive of Internal Medicine. 2014;(1):44–49. (In Russ.)
  13. Park Y, Kang HG, Kang SJ, et al. Combined use of multiparametric high-content-screening and in vitro circadian reporter assays in neurotoxicity evaluation. Archives of Toxicology. 2024;98(5):1485–1498. doi: 10.1007/s00204-024-03686-6
  14. Novikov VS, Shustov EB. Modern ideas of cell death mechanisms. Herald of Education and Science Development of Russian Academy of Natural Sciences. 2021;(4):15–27. doi: 10.26163/RAEN.2021.20.19.002 EDN: JLJVET
  15. Kostrova TA, Batotsyrenova EG, Kashuro VA. Evaluation of biochemical parameters in the brain tissues of rats in the long-term period after severe sodium thiopental poisoning. Medicine of Extreme Situations. 2019;21(3):429–435. (In Russ.) EDN: GGIEFQ
  16. Teplaya GA. Heavy metals as a factor of environmental pollution (literature review). Astrakhan Bulletin of Ecological Education. 2013;(1):182–192. EDN: PXNTRR
  17. Pratush A, Kumar A, Hu Z. Adverse effect of heavy metals (As, Pb, Hg, and Cr) on health and their bioremediation strategies: a review. Int Microbiol. 2018;(21):97–106. doi: 10.1007/s10123-018-0012-3 EDN: BZZEGC
  18. Dzugkoev SG, Dzugkoeva FS, Margieva OI. Analysis of the mechanisms of lead toxicity and their pathogenetic correction. Russian Journal of Physiology. 2022;108(5):626–635. doi: 10.31857/S0869813922050028 EDN: HKRPRI

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Changes in the tissue specificity of lipid peroxidation and the antioxidant system against the background of the action of neurotoxicants. VG — reduced glutathione; MDA — malondialdehyde; DK — diene conjugates; GT — glutathione transferase; GP — glutathione peroxidase; G6PDG — glucose-6-phosphate dehydrogenase; SOD — superoxide dismutase.

Download (210KB)
3. Fig. 2. "Heat maps" of the effect of toxicants on lipid peroxidation and the antioxidant system in the phase of formation of long—term consequences of acute poisoning: a — phenylcarbamate; b — methanol; c — lead acetate; d - the difference in indicators with the level of intact animals. Notation, as shown in Fig. 1.

Download (283KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».