CC BY
53
УДК 504.53+625.7/.8
ВПЛИВ КАДМІЮ НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН ЕРИТРОЦИТІВ
Н.В. Прокопенко, асистент, ХНАДУ
Анотація. Розглянуто актуальну проблему інтоксикації організму іонами кадмію. Розглянуто основні шляхи надходження кадмію до організму людини та тварин. Проаналізовано літературні дані щодо впливу іонів кадмію на структурно-функціональний стан еритроцитів.
Ключові слова: кадмій, токсичність, еритроцит, гемоглобін.
Вступ
Проблема забруднення навколишнього середовища іонами важких металів та пошук шляхів зменшення негативного впливу на організм людини знаходиться в центрі уваги сучасних медичних, екологічних наук. До 70 % загальної кількості іонів важких
металів, що забруднюють внутрішнє середовище організму, надходить у тканини людини з продуктами харчування. Так, до складу овочів з ґрунту переходить 26 - 62 % С^
45 - 52 % РЬ, 21 - 31 % Си, 22 - 37 % Мп [5].
Аналіз публікацій
В останні десятиріччя кадмій став одним із широко розповсюджених забруднювачів навколишнього середовища та найбільш небезпечних токсикантів [2]. Солі кадмію надходять в організм людини через слизові оболонки дихального, травного тракту та шкіру. В осіб, які знаходяться поблизу промислових джерел цього металу, зареєстровано його високий рівень в організмі за рахунок передусім легеневого поглинання. Середні концентрації кадмію в повітрі у сільській місцевості становлять (1 -6) нг/м3, містах - (5 - 50) нг/м3,
індустріальних зонах - (20 - 70) нг/м3; таким чином, інгаляційне поглинання кадмію становить від 0,02 мкг/добу (в середньому) до 2 мкг/добу в забруднених районах. Ці величини значно зростають у курців - Ссї2+ у великих кількостях нагромаджується в листі тютюну, що визначає
його високу концентрацію у тютюновому димі. Підраховано, що при спалюванні однієї пачки сигарет в організм курця додатково надходить інгаляційним шляхом близько 2 мкг кадмію [39].
Для людей, які не підпадають під впливи індустріальних концентрацій токсиканту, основними джерелами Сс!2+ є харчові продукти та питна вода; рівні надходження кадмію цими шляхами становлять 10 - 30 мкг/добу в забруднених місцевостях. На відміну від легенів, усмоктування солей кадмію зі шлунково-кишкового тракту йде дуже повільно; до того ж абсорбція катіонів зі продуктами харчування не перевищує 4 - 6 %. Іони Са конкурентно інгібують усмоктування Сd2+, що пояснює захисну дію молока та кальцієвих солей жовчних кислот. У певних умовах шкірна абсорбція і плацентарний транспорт є двома додатковими, але не менш небезпечними джерелами отруєння [1, 5].
При надходженні в організм людини і тварин кадмій спричиняє низку токсичних ефектів, впливаючи на різні органи і системи (видільну, дихальну, статеву, опірно-рухову, серцево-судинну, систему гемопоезу). За умов
інтоксикації організму людини і тварин сполуками кадмію виникає анемія, пригнічення функціонального стану імунної системи та інші розлади у процесах кровотворення [6].
Мета та постановка задачі
Мета роботи - аналіз літературних джерел щодо проблеми змін структурно-функціональних характеристик еритроцитів за умов інтоксикації кадмієм.
Хід досліджень
Система підтримання гомеостазу кисню є однією з найважливіших систем, які визначають життєздатність організму людини і тварин за нормальних та екстремальних умов, у тому числі й за поєднаного впливу на організм важких металів та інших екологічних чинників. У складній системі біохімічної адаптації організму до токсичних впливів важлива роль належить гемоглобіну [6], який забезпечує киснево-транспортну функцію, бере участь у регуляції кислотно-основної рівноваги, за рахунок каталазної й пероксидазної активності виконує детоксикаційну роль.
Структурно-метаболічний і функціональний статус клітин, у тому числі й еритроцитів, суттєво залежить від функціонування клітинних мембран. Аналіз кислотних еритрограм щурів за умов одноразової кадмієвої інтоксикації показав збільшення часу гемолізу і часу максимуму гемолізу. У периферичній популяції еритроцитів знижувалось число низько- та середньостійких клітин відповідно на 58 і 25 % за умов одноразового та на 47 і 21 % при
багаторазовому введенні хлориду кадмію [3].
Зі збільшенням тривалості процесу інтоксикації спостерігалось підвищення рівня високостійких і підвищеної стійкості еритроцитів як за умов одноразової, так і багаторазової інтоксикації іонами кадмію. Правобічний зсув кислотних еритрограм свідчить про модифікацію мембранних компонентів еритроцитів за умов дії кадмію, що може бути
зумовлене порушенням структури ліпопротеїнового комплексу клітинної мембрани. Наслідком таких порушень є посилене проникнення протонів Н+ через плазматичну мембрану еритроцитів, протонування білків мембрани і гемоглобіну, що спричинює зниження стійкості червонокрівців до кислотного гемолізу і впливає на метаболізм еритроцитів [3].
В основі дихальної функції крові лежить насичення гемоглобіну киснем з утворенням основної лігандної форми цього гемопротеїну - оксигемоглобіну. У процесі гострої інтоксикації тварин іонами кадмію спостерігалось зниження рівня НЬ02, причому із тривалістю інтоксикації вміст його суттєво знижувався [4].
Одночасно зі зниженням концентрації оксигемоглобіну спостерігається зростання рівня неактивних стосовно транспорту кисню форм гемоглобіну, насамперед таких лігандів, як метгемоглобін і
сульфгемоглобін.
Метгемоглобін утворюється в результаті окислення гемоглобіну з утворенням супероксид-аніона, який служить первинним месенджером вільнорадикальних процесів і не тільки здійснює пошкоджуючий вплив на клітинні мембрани, а й ініціює появу інших хімічно активних та цитотоксичних форм кисню.
Ліганди гемоглобіну, які не здатні зворотно акцептувати кисень, прийнято називати дис-гемоглобінами (disHb). Вони є інформативним параметром, який
використовують для характеристики кисневотранспортної здатності гемоглобіну. Результат дослідження сумарного вмісту disНb за умов гострої інтоксикації кадмієм дозволив установити суттєве зростання цього показника протягом доби до 41 % від загального гемоглобіну. Через 28 діб багаторазового отруєння хлоридом кадмію вміст disHb досягав 32 %. Такі результати дослідження узгоджуються з наведеними вище даними стосовно зниження рівня оксигенованої форми гемоглобіну за умов інтоксикації кадмієм [3].
Аналіз вмісту лігандних форм гемоглобіну в динаміці кадмієвої інтоксикації вказує на суттєві зміни основного білка еритроцитів, які можна пояснити здатністю іонів Cd2+ впливати на глобіновий компонент шляхом зв’язування з SН-групами, що супроводжується порушенням просторової структури гемоглобіну. З іншого боку, іони кадмію діють на простетичну групу, що зумовлює конкурентне витіснення іонів заліза зі структури гема. Наслідком значного накопичення у крові неактивних дериватів гемоглобіну за умов кадмієвої інтоксикації є
порушення кисневої ємності крові та розвиток гіпоксії гемічного характеру [7].
Висновки
У механізмах біоцидної дії іонів кадмію значну роль відіграють порушення біохімічних та фізіологічних властивостей еритроцитів. За умов інтоксикації солями кадмію відбувається пошкодження еритроцитарних мембран, підвищення рівня метгемоглобіну, нагромадження вільного гему, іонів заліза та активних форм кисню, що призводить до істотних зрушень у ряді систем та до загибелі клітин.
Література
1. Богомазов М.Я., Волкова Н.А. Особенно-
сти метаболизма кадмия при различных путях его поступления в организм // Гигиена и санитария. - 1984. - № 5. -С.95 - 98.
2. Губский Ю.И., Долго-Сабуров В.Б., Храпак В.В. Химические катастрофы и экология. - К.: Здоров’я, 1993. - 224 с.
3. Ерстенюк Г.М. Біохімічні механізми
пошкодження еритроцитів за умов експериментальної інтоксикації кадмієм // Автореф. дисс... докт. биол. наук. -К., 2004. - 36 с.
4. Ерстенюк Г.М. Динаміка змін
оксигемоглобіну у щурів при введенні хлориду кадмію // Мед. хімія. - 2003. -Т.5. -
№ 4. - С.23 - 26.
5. Нейко Є.М. Інтоксикація кадмієм: токсикокшетика і механізм біоцидних ефектів (огляд літератури і власних досліджень) // Журн. Акад. мед. наук України. - 2003. - № 2. - Т. 9. - С. 250 -261.
6. Панас Н.Є. Механізм порушень кисень-
транспортної функції крові щурів за інтоксикації кадмієм та механізм його корекції // Автореферат дисс... канд. биол. наук. - Львів, 2006. - 20 с.
7. Стародуб Н.Ф., Назаренко В.И. Г етерогенная система гемоглобина. - К.: Наук. думка, 1989. - 198 с.
8. К проблеме носительства тяжелых метал-
лов / Трахтенберг И.М., Тычинин В.А., Талакин Ю.Н. и др. // Журн. АМН України. - 1999. - 5. -№ 1. - С. 87 - 95.
Рецензент: В.О. Юрченко, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 9 вересня 2008 р.
