CC BY
13УДК 612.64.014.46:546.48
Н.А.Фролова*
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ КАДМИЯ ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В АНТЕНАТАЛЬНЫЙ И ПОСТНАТАЛЬНЫЙ ПЕРИОДЫ РАЗВИТИЯ КРЫС
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и
агроэкологии РАСХН, Обнинск
Показано, что хроническое воздействие кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс приводит к модификации количества форменных элементов крови и клеточности органов, интенсивности процесса перекисного окисления липидов в плазме крови. Обнаруженные изменения зависят от концентрации металла в питьевой воде и длительности его поступления. Предполагается, что на 4-м мес. исследования изменения носят компенсаторно-приспособительный характер и свидетельствуют о формировании адаптивно-защитных реакций организма. Дальнейшее поступление кадмия с питьевой водой в течение 7 и 12 мес. постнатального периода развития приводит к развитию патологических реакций в организме крыс.
Ключевые слова: кадмий, эритроциты, лейкоциты, перекисное окисление липидов, крысы.
Введение. Главными источниками поступления кадмия в окружающую среду являются предприятия по добыче и переработке цветных и черных металлов, транспорт, химическая и сельскохозяйственная промышленности [1]. Глобальное годовое поступление кадмия в результате антропогенной эмиссии составляет 7200 т. В промышленно развитых районах концентрация кадмия превышает нормативы в десятки раз, а около мощных источников выброса — в сотни и тысячи раз [2].
Кадмий относится к группе металлов, обладающих высокой эмбриотоксичностью и кан-церогеностью [3, 4]. В организм млекопитающих он поступает с пищей и водой и накапливается в почках, печени, селезенке, тимусе. Кадмий обладает высокой кумулятивной способностью и очень медленно выводится из организма. На всасывание металла в желудочно-кишечном тракте млекопитающих влияет возраст, пол, беременность и лактация. В период беременности животных кадмий проникает через плацентарный барьер и оказывает влияние на потомство [5].
Целью работы стала оценка биологических эффектов кадмия при хроническом воздействии в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс.
Материалы и методы исследования. Эксперименты были проведены на первом поколении крыс линии Вистар, родители которых за месяц до спаривания получали питьевую воду с нитратом кадмия (антенатальное воздействие). Подопытные животные в течение 12 мес. пост-
* Фрагмент диссертационной работы
натального периода развития также получали питьевую воду с кадмием.
Содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу МЗ СССР от 12.08.1977 г. № 755).
Животные были разделены на три группы, по 15 голов в каждой. Первая и вторая группы взамен питьевой воды получали раствор нитрата кадмия в концентрации 0,05 и 0,1 мг/л по иону металла, соответственно. Третья группа служила контролем. На 4, 7 и 12 мес. постнатального периода развития у животных под нембуталовым наркозом отбирали пробы крови. Клетки селезенки, почек и печени получали согласно общепринятым методам.
Биологическое действие нитрата кадмия оценивали на основе клинико-гематологических показателей [6, 7] и интенсивности процесса перекисного окисления липидов [8].
Клеточность органов (печень, почки, селезенка) рассчитывали по формуле:
Клеточность = Y/m, где m — вес кусочка ткани, мг; Y — количество клеток.
Для этого из средней части органа брали кусочек ткани и взвешивали. Затем растирали теф-лоновым пестиком в пробирке с небольшим объёмом среды (140 мМ NaCl, 5 мМ KCl, 5 мМ HEPES, pH 7,4). Для почек и печени объём среды составлял 2 мл, а для селезёнки — 4 мл. Гемолиз эритроцитов в суспензии клеток проводили с помощью жидкости Тюрка. Содержимое пробирок тщательно перемешивали и через 2 мин отбирали супернатант для подсчёта клеток.
Экспериментальный материал был обработан методом вариационной статистики. Различия значений считали достоверными при p < 0,05.
Результаты и обсуждение. Оценка гематологических показателей крыс при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постна-тальный периоды развития выявила следующие особенности. У животных первой группы на 4-м
месяцы
□ контроль □ 1 группа (0,05 мг/л) ■ 2 группа (0,1 мг/л)
Рис. 1. Количество лейкоцитов в периферической крови при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс
14
ч £ 1«
6
7
месяцы
12
□ контроль □ 1 группа (0,05 мг/л)
12 группа (0,1 мг/л)
Рис. 2. Количество эритроцитов в периферической крови при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс
140 П
60
40
20
7
месяцы
□ контроль □ 1 группа (0,05 мг/л)
12 группа (0,1 мг/л)
Рис. 3. Клеточность печени при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс
мес. постнатального периода развития отмечали повышение количества лейкоцитов на 37% относительно контроля (р < 0,05). В дальнейшем (7 и 12 мес.) наблюдали снижение уровня показателя до контрольных значений. Напротив, у животных второй группы на 4-м мес. исследования регистрировали достоверное снижение количества клеток на 26%. В последующие сроки исследования существенных изменений не отмечали (рис. 1). В то же время определение количества эритроцитов у подопытных животных обнаружило повышение значений показателя на 4 и 7-м мес. исследования. На 12-м мес. постна-тального периода развития у животных первой и второй групп отмечали разнонаправленный характер изменений, который зависел от концентрации нитрата кадмия в питьевой воде (рис. 2). Достоверное повышение значений показателя наблюдали во второй группе животных.
Следовательно, хроническое воздействие кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс приводило к модификации количества форменных элементов крови и отражала общую реакцию системы кроветворения.
Поступивший в организм крыс кадмий, в основном, накапливается в печени, почках и селезенке [9]. У животных первой группы в течение всего срока исследования отмечали снижение клеточности печени. Достоверные различия значений отмечали на 12-м мес. постнатально-го периода развития. У животных второй группы в начальные сроки исследования регистрировали более выраженные изменения относительно первой группы ф < 0,05). Напротив, на 12-м мес. постнатального периода развития у подопытных животных отмечали достоверное увеличение значений показателя относительно контроля (рис. 3).
Определение количества клеток почек выявило изменение клеточности органа. У животных первой группы на 4-м мес. постнатального периода развития наблюдали снижение количества клеток, а в последующие сроки исследования, напротив, отмечали тенденцию к повышению уровня показателя. Аналогичные изменения регистрировали у животных второй группы (рис. 4).
В то же время количество клеток селезенки у подопытных животных на 4-м мес. воздействия достоверно возрастало на 50% по сравнению с контролем. На 7 и 12-м мес. исследования регистрировали снижение значений показателя (рис. 5). Наиболее выраженные изменения отмечали у животных второй группы. Предполагается, что обнаруженные изменения клеточности органов зависят от количества депонированного кадмия
и интенсивности пролиферации клеток.
Оценка интенсивности процесса перекис-ного окисления липидов выявила повышение содержания малонового диальдегида (МДА) в плазме крови (рис. 6). Наиболее выраженный характер изменений отмечали на 7 и 12-м мес. исследований. Вероятно, модификация интенсивности процесса перекисного окисления ли-160 140 120 100 80 60 40 20 0
7
месяцы
12
□ контроль □ 1 группа (0,05 мг/л)
12 группа (0,1 мг/л)
Рис. 4. Клеточность почек при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс
160 140 120 100 ^ 80 60 40 20 0
7
месяцы
12
□ контроль □ 1 группа (0,05 мг/л)
12 группа (0,1 мг/л)
Рис. 5. Клеточность селезенки при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс
0,0045 0,004
« 0,0035
§ 0,003 «о
g 0,0025
3 0,002
0
1 0,0015
0,001 0,0005
0 н---
4 7 12
месяцы
□ контроль □ 1 группа (0,05 мг/л) ■ 2 группа (0,1 мг/л)
Рис. 6. Содержание МДА в плазме крови при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и постна-тальный периоды развития крыс
пидов зависит от уровня биоантиоксидантов в организме и кадмий-индуцированного синтеза металлотионеинов. Это предположение подтверждают данные о том, что увеличение токсической нагрузки кадмия на организм млекопитающих (2,5 мг/кг) приводит к повышению интенсивности процесса перекисного окисления липидов при одновременном снижении уровня глутатиона и активности глутатион-трансфе-разы [10], супероксиддисмутазы [11]. Очевидно, что при длительном поступлении с питьевой водой концентрация кадмия в органах и тканях организма крыс повышается. Следствием этого является снижение уровня биоантиоксидантов в организме и активация процесса перекисного окисления липидов.
Заключение. Хроническое воздействие кадмия в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс приводит к модификации количества форменных элементов крови и клеточности органов, интенсивности процесса перекисного окисления липидов в плазме крови. Обнаруженные изменения зависят от концентрации металла в питьевой воде и длительности его поступления. Предполагается, что на 4-м мес. исследования изменения носят компенсаторно-приспособительный характер и свидетельствуют о формировании адаптивно-защитных реакций организма. Дальнейшее поступление нитрата кадмия с питьевой водой в течение (7 и 12-м мес. постнатального периода развития) приводит к развитию патологических реакций в организме крыс.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и правительства Калужской области грант № 04-04-97217.
Список литературы
1. Рейли К. Металлические загрязнения пищевых продуктов. Пер. с англ. / Под ред. И.М.Скури-хина. — М.: Агропромиздат, 1985. — 184 с.
2. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. — М.: Агроконсалт, 1999.
— 176 с.
3. Foulkes E. C. Cadmium: Handbook of Experimental Pharmacology. Berlin: Springer-Verlag, 1986.
— 300 c.
4. Lucis O.J., Lucis R., Aterman K. Tumorogenesis by cadmium. // Oncology, 1972. — V. 26. — P. 53-67.
5. Куценко C.А. Основы токсикологии. — СПб.: Фолиант, 2004. — 716 с.
6. Практикум по биохимии. / Под ред. Н.П.Мешкова, С.Е.Северина. — М.: Изд-во МГУ, 1979. — 430 с.
7. Антонов Б.И., Яковлева Т.Ф. Лабораторные исследования в ветеринарии: биохимические и микологические: Справочник. — М.: Агропромиздат. 1991. — С. 8-9.
8. Гончаренко М.С., Латинова А.М. Методы оценки перекисного окисления липидов // Лабораторное дело, 1985. - № 1. - С. 60-61.
9. Karmakar R., Banik S. Bandyopadhyay, et al. Cadmium-induced alterations of hepatic lipid peroxidation, glutathione S-transferase activity and reduced glutathione level and their possible correlation with chromosomal aberration in mice: a time course study // Mutation res, 1998. - V. 397. - P. 183-190.
10. Hussain T., Shukla G., Chandra S. Effects of cadmium on superoxide and lipid peroxidation in liver and kidney of growing rats: In vivo and vitro studies //Pharmacol. Toxicol., 1987. — V. 60 — P. 355-358.
11. Uribe A., Chavez E., Jiemenez M. Characterization ofCa2+ transport in Euglena gracilis mitochondria // Biochemis. Biophys. Acta, 1994. — V. 28. — № 1186 (1—2). — P. 107-116.
Материал поступил в редакцию 30.10.06.
N.A.Frolova
CADMIUM BIOLOGICAL EFFECT AT CHRONIC EXPOSURE WITHIN ANTENATAL AND POSTNATAL
PERIODS OF THE DEVELOPMENT OF RATS
State research establishment« All-Russian Research Institute of agricultural radiology and agroecology, Russian
Academy of Agricultural Sciences, Obninsks
It was shown that chronic exposure to cadmium in antenatal and postnatal periods of the development of rats led to a modified amount of blood formation elements and cellular structure of organs, intensified lipide peroxidation process in blood plasma. Identified alterations depend on metals concentrations in drinking water and time period of intake. It is supposed that alterations have a compensatory and accommodating character in the 4th month of the postnatal period and illustrate the formation of adaptive and protective responses of the organism. A further uptake of cadmium with drinking water (during 7 to 12 month of the postnatal period) leads to the development of pathological responses in the rat organism.
УДК [612.017.1+612.015.32].014.4
П.Ф.Забродский, В.Г.Германчук, В.Г.Мандыч, Д.Ю.Иванов
СОЧЕТАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ХЛОРИРОВАННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА СИСТЕМУ ИММУНИТЕТА И ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ
Саратовский военный институт радиационной, химической и биологической защиты
В экспериментах на неинбредных мышах установлено, что сочетанное действие хлорированных углеводородов (дихлорэтана и трихлорэтилена) в дозе 0,5 DL50 в/ж и высокой температуры воздуха приводит к суммации их им-муносупрессивных эффектов. Острое действие хлорированных углеводородов активирует перекисное окисление липидов, которое усиливается при воздействии токсикантов в условиях высокой температуры воздуха.
Ключевые слова: дихлорэтан, трихлорэтилен, высокая температура воздуха, иммуносупрессия, перекисное окисление липидов.
Введение. Острые отравления хлорированными углеводородами (ХУ), которые широко используются в органическом синтезе, а также как экстра-генты, средства чистки и обезжиривания одежды, дезинфицирующие средства, растворители токсичных химикатов — ТХ (отравляющих веществ) [6, 8, 12, 13], характеризуются высокой смертностью (от 20 до 90%) [11, 12]. Данные соединения способны создавать очаги групповых (и даже массовых) острых отравлений при авариях на химических объектах, в частности, в процессе уничтожения ТХ. Высока вероятность сочетанного эффекта острого отравления ХУ с воздействием высокой температуры воздуха (ВТВ), что может приводить
к значительному увеличению смертности и инва-лидизации больных вследствие инфекционного процесса, на течение которого существенное воздействие оказывает вторичное иммунодефицит-ное состояние. В настоящее время влияние на иммунную систему острого отравления ХУ в сочетании с действием высокой температуры воздуха практически не исследовано [7, 13]. Изучение данной проблемы, тесно связанной с исследованиями постстрессорных изменений в организме химической [15] и другой этиологии, имеет как теоретическое, так практическое значение для обоснования способов профилактики и лечения инфекционных осложнений и заболеваний.
