CC BY
18ISBN 0869-7922. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК. № 4 июль-август 2007. УДК 613.31:546.48+612.014.46
О.А.Губина*
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ КАДМИЯ ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ПОСТУПЛЕНИИ В ОРГАНИЗМ КРЫС С ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и
агроэкологии Россельхозакадемии, Обнинск
Ежедневное поступление Cd в организм крыс с питьевой водой в виде раствора Cd(NO3)2 в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л в течение 90 суток приводит к изменению количества эритроцитов, лейкоцитов периферической крови, содержания белка в плазме крови и клеточности органов с различной пролиферативной активностью.
Ключевые слова: крысы, кадмий, эритроциты, лейкоциты, клеточность.
Введение. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к увеличению мутагенной нагрузки на биоту, а также является фактором, модифицирующим действие других агентов. К числу наиболее опасных загрязняющих веществ относится кадмий. Он обладает высокой общей токсичностью, канцерогенностью, высокой кумулятивной способностью и низкой скоростью выведения из организма [1,2].
При техногенном загрязнении происходит хроническое поступление Сё с пищей и водой в организм млекопитающих [3]. Большинство соединений Сё плохо абсорбируются в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и только 1—5% всасывается в кровь. Кадмий выводится из организма через почки, а также с фекалиями, молоком, потом, накапливается в волосах. Основной путь выведения токсиканта — экскреция с мочой, которая зависит от его концентрации в корковом слое почек и составляет 0,01—0,02% в сутки от его общего количества [4].
Ряд факторов, таких как дефицит Са, Бе, /и и белка в рационе, усиливают действие Сё на организм млекопитающих. На всасывание металла в ЖКТ также влияют физиологические особенности состояния животных (возраст, пол, беременность и лактация) [5].
Основная масса исследований по оценке биологических эффектов Сё связана с острым и хроническим поступлением элемента в больших дозах (концентрациях) [4,6]. Данные о влиянии малых доз Сё на организм животных практически отсутствуют.
Целью настоящей работы является оценка биологических эффектов Сё при хроническом его поступлении с питьевой водой в организм крыс.
* Фрагмент диссертационной работы
Материалы и методы исследования. Эксперименты были проведены на 45 крысах линии Ви-стар массой 250+20 г в течение 90 суток. Содержание, питание и уход за животными осуществляли в соответствии с требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу МЗ СССР от 12.08.1977г. № 755).
Крыс содержали на стандартном рационе фирмы «Мэст» (ГОСТ Р 50258-92). Группы животных (по 15 шт. в каждой) были сформированы по принципу аналогов. 1 и 2-я группы крыс взамен питьевой воды получали раствор нитрата кадмия — Сё^03)2 в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л по иону металла, соответственно; 3-я группа служила контролем. На 30, 60 и 90-е сутки исследования у крыс под нембуталовым наркозом отбирали пробы крови, образцы тканей селезенки, почек и печени.
Ответную реакцию организма животных на хроническое поступление Сё с питьевой водой оценивали по изменению клинико-гематологических и биохимических показателей. Количество лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови определяли в камере Го-ряева. Содержание белка и белковых фракций в плазме крови — согласно общепринятым методам [7, 8].
Клеточность органов (печень, почки, селезенка) определяли как количество выделенных клеток на миллиграмм ткани. Для этого из средней части органа отбирали кусочек ткани, взвешивали, гомогенизировали с помощью тефлонового пестика в пробирке с небольшим объёмом среды для выделения клеток (140 мМ №С1, 5 мМ КС1,
1 мМ М§С12, 5 мМ HEPES, 1 мМ глюкозы, рН 7,4). Для почек и печени объём среды составлял
2 мл, для селезёнки — 4 мл. Гемолиз эритроцитов в суспензии клеток проводили с помощью жид-
кости Тюрка. Содержимое пробирок тщательно перемешивали и через 2 мин отбирали суперна-тант для подсчёта клеток.
Полученные данные обрабатывали методом вариационной статистики. Различия значений считали достоверными при р < 0,05.
Результаты и обсуждение. Определение содержания лейкоцитов в периферической крови подопытных животных выявило снижение их количества уже на 30 сутки исследования. Вместе с тем, только в случае содержания Сё в питьевой воде в концентрации 0,1 мг/л эти изменения были значимы (р < 0,05) по сравнению с контролем (рис. 1А). В последующие сроки наблюдения происходило восстановление значений показателя до контрольного уровня.
В отличие от лейкоцитов, количество эритроцитов в периферической крови практически не изменялось, и лишь длительное (в течение 90 суток) поступление в организм крыс Сё с питьевой водой в концентрации 0,1 мг/л приводило к увеличению показателя более чем в 2 раза (р < 0,05).
Таким образом, выявленные изменения гематологических показателей зависели от концентрации Сё в питьевой воде и длительности его поступления в организм, т.е., вероятно, определялись накоплением металла. Суточное поступление Сё в организм крыс при концентрации иона металла 0,05 мг/л составляло около 3 мкг, при концентрации 0,1 мг/л — 6 мкг на 1 кг массы животного, из расчета, что крысы в среднем потребляли 15 мл воды в сутки. Изменения количества лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови отражали общую реакцию системы кроветворения на действие стресс-агента.
Наиболее типичным проявлением отравления млекопитающих Сё является поврежде-
10 и *
ние почек. Нарушение адсорбционной функции проксимальных канальцев почек приводит к выведению из организма белков, что может вызывать изменение их содержания в плазме крови.
При хроническом поступлении Сё в организм крыс с питьевой водой отмечали изменение общего содержания белка в плазме крови. В зависимости от концентрации Сё и длительности его поступления в организм регистрировали разнонаправленные изменения показателя. При концентрации 0,05 мг/л не происходило существенного изменения содержания общего белка в плазме крови крыс (рис. 2). Увеличение концентрации в 2 раза вызывало значимое снижение (р < 0,05) показателя на 60 и 90-е сутки.
Обнаруженные изменения были обусловлены модификацией фракции а-глобулинов. Анализ процентного содержания фракций белка в плазме крови крыс выявил достоверное снижение количества а-глобулинов в те же сроки наблюдения, что и уменьшение общего содержания белка в плазме крови животных этой группы. Обнаруженные изменения могут быть обусловлены не только нарушением адсорбционной функции почек, но и модификацией синтеза белка в печени.
Известно, что поступивший в организм Сё накапливается в органах и тканях и вызывает морфологические изменения клеток, что, в конечном итоге, приводит к их гибели [9, 10].
В печени подопытных крыс наиболее выраженные изменения клеточности регистрировали при концентрации Сё в питьевой воде 0,1 мг/л (рис. 3А). Достоверное снижение показателя отмечали на 30 сутки исследования у животных обеих групп, на 60-е сутки эта закономерность сохранялась только для большей концентрации Сё (р < 0,05).
30
60
90
Срок исследования, сут
30 60 90
Срок исследования, сут
□ 0,05 мг/л ■ 0,1 мг/л □ контроль
Рис. 1. Количество лейкоцитов (А) и эритроцитов (Б) в периферической крови
Примечание. * - различия с контролем значимы при р < 0,05
100,00
30 60 90
Срок исследования, сут
□ 0,05 мг/л
10,1 мг/л □ контроль
Рис. 2. Содержание общего белка в плазме крови
В почках подопытных животных в течение 60-и суток наблюдения значимых изменений количества клеток не отмечали (рис. 3Б). На 90-е сутки клеточность почек достоверно превышала контрольные значения и не зависела от концентрации Cd, поступающего в организм крыс с питьевой водой.
Изменения клеточности селезенки подопытных крыс обеих групп носили фазовый характер. На 30-е сутки исследования (рис.3В) отмечали достоверное снижение количества клеток на 52% по сравнению с контролем. На 60 сутки у животных, получавших воду с концентрацией Cd 0,05 мг/л происходило восстановление показателя до уровня контроля, а при поступлении Cd в концентрации 0,1 мг/л клеточность селезенки по сравнению с контролем увеличивалась на 97% (р < 0,05).
Таким образом, хроническое поступление Cd с питьевой водой в организм крыс приводило к изменению клеточности печени, почек и селезёнки. Наиболее выраженный эффект наблюдали в селезёнке. Известно, что при хроническом поступлении Cd с рационом в течение 90 суток исследования, накопление металла в органах происходит в следующем убывающем порядке: почки > печень > селезёнка [11]. Селезёнка как орган с активно пролиферирующими клетками, по сравнению с медленно пролиферирующими (печень, почки), в большей степени подвергается токсическому действию Cd, и морфологические изменения клеток могут быть выявлены уже при достаточно низких дозах металла. Обнаруженные нами изменения клеточности органов были обусловлены, вероятно, как величиной накопления Cd в органе, так и интенсивностью пролиферативных процессов в них.
Заключение. Анализ полученных результатов позволяет сделать заключение о том, что ежедневное поступление Cd в виде раствора Cd(NOз)2 с питьевой водой в организм крыс в течение 90 суток приводит к изменению гематологических и биохимических показателей, кле-
S" 400
30 60 90
Срок исследования, сут
120 1
30 60 90
Срок исследования, сут
30 60 90
Срок исследования, сут
□ 0,05 мг/л
10,1 мг/л □ контроль
Рис. 3. Клеточность печени (А), почек (Б) и селезёнки (В)
точности органов с различной пролиферативной активностью; выявленные изменения определяются как концентрацией Cd в питьевой воде, так и длительностью его поступления в организм.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Калужской области грант № 02-04-96026.
Список литературы
1. Foulkes E. C. Cadmium: Handbook of Experimental Pharmacology. Berlin: Springer-Verlag, 1986.
— 300p.
2. Lucis O.J., Lucis R., Aterman K. Tumorogenesis by cadmium //Oncology, 1972. — V. 26. — P. 53-67.
3. Ковальчук Л.А., Сатонкина О.А., Тарханова А.Э. Тяжёлые металлы в окружающей среде Среднего Урала и их влияние на организм //Экология, 2002. — № 5. — С. 358-361.
4. Cadmium in the Human Environment: Toxicity and Carcinogenicity. Ed. G.F.Nordberg, R.F.M. Herber and L. Alessio. — Lyon: IARC, 1992.
5. Куценко C.А Основы токсикологии. — СПб.: Фолиант, 2004. — 716 с.
6. Кадмий: Экологические аспекты (Гигиенические критерии состояния окружающей среды 135).
— Женева: ВОЗ, 1994.
7. Практикум по биохимии / Под ред. Н.П.Мешкова, С.Е.Северина. — М.: Изд-во МГУ, 1997. — 430 с.
8. Алейникова Т.Л., Рубцова Г.В. Руководство к практическим занятиям по биологической химии. — М.: Высшая школа, 1988. — С. 20-22.
9. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / Пер. с англ.; под ред. Х.Зигель, А.Зигель. — М.: Мир, 1993. — 368 с.
10. Elsenhans B., Kolb K., Schumann K. Endogenous metallothionein possibly contributes to the renal accumulation of cadmium // IARC Scientific Publications, 1992. — № 118. — P. 225-231.
11. Андрианова Е.Е. Влияние радионуклидов цезия и стронция на токсикокинетику кадмия в организме животных. Автореф. дис. к.б.н. — М., 2004. — 22 с.
Материал поступил в редакцию 30.10.06.
O.A.Gubina
BIOLOGICAL EFFECTS PRODUCED BY CADMIUM AT ITS CHRONIC UPTAKE BY THE RAT ORGANISM WITH DRINKING WATER
State Research Establishment« All-Russian Research Institute of Agricultural Radiology and Agroecology, Russian
Academy of Agricultural Sciences, Obninsks
Every day uptake of Cd by rats in the form of Cd(NO3)2 with drinking water at a concentration of 0.05 and 0.1 mg/l during 90 days leads to changes in the amount of erythrocytes, leukocytes in peripheric blood, protein concentration in blood plasma and cel-lularity of organs having a different proliferative activity.
УДК 615.92:616-093:616.345
Е.А.Белозерова, Н.И.Потатуркина-Нестерова, Е.С.Климов
ВЛИЯНИЕ ХРОНИЧЕСКОГО ПОСТУПЛЕНИЯ СОЛЕЙ МЕДИ, ЦИНКА И СВИНЦА НА МИКРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ БАЛАНС ТОЛСТОЙ КИШКИ В
УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТА
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет», Институт медицины, экологии и
физической культуры, Ульяновск
Проведены исследования микробиоценоза толстой кишки, скорости оседания эритроцитов крови белых мышей (СОЕ), подвергшихся длительному воздействию, соответственно, ионов меди (10 мг Си2+/л), цинка (50 мг /п2+/л) и свинца (0,3 мг РЬ2+/л) с питьевой водой в течение 90 суток. Выявлены дисбиотические изменения в микрофлоре толстой кишки и другие физиологические отклонения у животных трех групп. Показано, что хроническая интоксикация ионами меди сопровождается изменением картины крови: гемолиз эритроцитов, увеличением СОЭ (скорости оседания эритроцитов). Значения исследуемых показателей в группе мышей, потреблявших свинец с питьевой водой, на 90-е сутки приближались к контрольным значениям.
Ключевые слова: тяжелые металлы, микробиоценоз кишечника, толстая кишка, белая мышь, хронический эксперимент.
Введение. Многогранную роль микробиоценоза кишечника в поддержании гомеостаза организма трудно переоценить. Это подтвержда-
ют результаты многочисленных исследований в области медицины, биологии, биохимии, экологии и токсикологии. Токсичные вещества, по-
