CC BY
29
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 121-126
УДК: 614.2. 616.12-008.331 DOI: 10.24411/1609-2163-2018-16273
НЕКОТОРЫЕ ЭФФЕКТЫ СУЛЬФАТА КАДМИЯ НА ФОНЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГИПЕРКАЛЬЦИЕМИИ
М.Р. БУЗОЕВА*, В.Б.БРИН7"
**ФГБУН Институт биомедицинских исследований ВНЦ РАН ул. Пушкинская, д. 47, г. Владикавказ, РСО-Алания, 362025, Россия, e-mail: buzoevamarina@mail.ru
"ГБОУВО СОГМА Минздрава РФ, Владикавказ, ул. Пушкинская, д. 40, г. Владикавказ, РСО-Алания, 362025, Россия
Аннотация. В работе были исследованы особенности изменения электролитоной и водовыдели-тельной функции почек, некоторые гемодинамические показатели, а также особенности распределения и степень накопления кадмия в костях и ткани почек, содержание его в плазме крови при ин-трагастральном введении сульфата кадмия в условиях гиперкальциемии. Экспериментальную ги-перкальциемию у крыс линии Вистар получали внутрижелудочным введением 10% раствора хлористого кальция в количестве 0,3мл, а также введением витамина Д3 (препарат «Аквадетрим») через зонд в желудок в дозировке 3000 ЕД/100 г массы тела на протяжении 30 дней. Сульфат кадмия вводили интрагастрально в дозе 0,5 мг/кг (в пересчете на металл) также ежедневно на протяжении одного месяца. Исследования показали, что нефротоксическое действие сульфата кадмия на фоне гипер-кальциемии проявляется в увеличении спонтанного диуреза, за счет угнетения канальцевой реаб-сорбции воды, возрастании выведения с мочой электролитов и протеинурии, отмечается увеличение уровня САД (систолическое артериальное давление) и ЧСС. Экспериментальный гипервитаминоз Д и внутрижелудочное введение хлористого кальция увеличивали содержание кадмия в трубчатых костях, ткани почек и плазме крови крыс.
Ключевые слова: тяжелые металлы, сульфат кадмия, гиперкальциемия, гемодинамика, нефро-токсичность.
Введение. Увеличивающиеся масштабы получения и применения кадмия как химического элемента приводят к загрязнению окружающей среды, что негативно влияет на состояние здоровья населения. Избыток кадмия приводит к развитию тяжелых острых и хронических состояний в виде поражения нервной и сердечно-сосудистой системы, почек, печени, [2,3,5] дыхательных путей и системы кроветворения [7]. Накапливаясь в организме и повреждая почечную ткань, кадмий активно воздействует на электролитный обмен, в частности на обмен кальция, приводя к повышенному выведению его из организма [3,6]. Учитывая известный физиологический антагонизм кадмия и кальция [1,6] нам представилось интересным отследить некоторые эффекты сульфата кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии.
Цель исследования - изучение особенностей влияния кадмиевой интоксикации на функции почек, степень накопления тяжелого металла в тканях и некоторые гемодинамиче-ские показатели на фоне экспериментальной гиперкальциемии у крыс.
Материалы и методы исследования. Ра-
бота проведена на крысах самцах линии Вистар массой 200-300 г., разделенных на 6 групп (п=60): 1) фоновые (интактные) животные; 2) группа с интрагастральным введением сульфата кадмия (контрольная); 3) крысы с гипер-кальциемией (витамин Дз); 4) крысы с гипер-кальциемией (витамин Дз) + интрагастрально сульфат кадмия; 5) крысы с гиперкальциемией (внутрижелудочно хлорид кальция); 6) крысы интрагастральным введением сульфата кадмия на фоне внутрижелудочного введения хлористого кальция.
Животные в течение эксперимента находились на стандартном пищевом рационе и имели свободный доступ к воде и пище в течение суток. Световой режим - естественный. Гиперкальциемия в одном из вариантов опытов достигалась с помощью введения витамина Дз, а в другом варианте при введении хлористого кальция. Витамин Дз (препарат «Аквадетрим») вводился интрагастрально ежедневно в дозировке 3000 ЕД/100 г массы тела. Раствор хлористого кальция (10%) в количестве 0,3 мл вводили интрагастрально. В этой группе экспериментальных животных внутрижелудочное
введение сульфата кадмия в количестве 0,5 мг/кг массы (в пересчете на металл) осуществлялось спустя 2 часа, в тот же день, в течение месяца. Исследовали электролито- и водо-выделительную функции почек при спонтанном шестичасовом диурезе: объем диуреза, скорость клубочковой фильтрации, относительную канальцевую реабсорбцию воды, уровень экскреции катионов (калия, натрия, кальция), определяли содержание белка в моче. Содержание натрия и калия в сыворотке и моче определяли методом пламенной фотометрии на автоматизированном пламенном фотометре «ФАП-2». Содержание креатинина и кальция в (моче) определяли спектрофотометрически (СФ-26) с помощью набора «Кальций-Арсеназо-Агат», «Креатинин-Агат», «Агат-Мед», (Москва Россия). Содержание белка определяли спек-трофотометрически (СФ-26). Концентрацию ионизированного кальция в цельной крови определяли с помощью аппарата АЭК-1, содержание общего кальция плазмы крови измеряли спектрофотометрически с помощью аппарата PV1251С-26. Измерение САД и ЧСС животных осуществляли неинвазивным способом с помощью системы неинвазивного измерения параметров «Систола». Эксперименты осуществляли в соответствии с «Международные рекомендации по проведению медико-биологических исследований с использованием лабораторных животных» (1985), 11-ой статьёй Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации и правилами лабораторной практики в РФ (приказ МЗ РФ от 01.04.2016 г. № 199). По истечении срока эксперимента животные забивались под тиопенталовым наркозом для исследования тканей и плазмы. Перед определением элементов в костной ткани проводилась минерализация проб по ГОСТ 26929 и приготовление испытуемого раствора по ГОСТ 30178-96. В полученном растворе содержание кальция определяли после предварительного разведения с помощью спектрофотометра, кадмий - на атомно-абсорбционном спектрофотометре («Квант-АФА»).
Статистическая обработка результатов исследования, исходя из количества выборок и нормального распределения рядов сравнения, установленного по критерию Шапиро-Уилка (Wф>>Wm), проводилась с применением критерия «Ъ> Стьюдента с использованием программы GraphPad Prizm 6.1. О наличии факторных влияний судили при критическом уровне
достоверности (р) меньшем 0,05. Линейный коэффициент корреляции Пирсона (r-Pearson) вычисляли, применяя пакет программ Micosoft (Exel). Для расчетов и построения графиков использовались программы Microsoft Exel.
Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что внутрижелудочное введение сульфата кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии в обоих вариантах, так же как и изолированное использование соли кадмия, вызывало полиурическую реакцию, обусловленную снижением относительной ка-нальцевой реабсорбции воды и уменьшением скорости клубочковой фильтрации (табл. 1).
Таблица 1
Изменение диуреза и основных процессов мочеобразования под влиянием внутрижелудочного введения сульфата кадмия на фоне измененного кальциевого гомеостаза
Условия опыта Стат. показатель Процессы мочеобразования Белок экскреция мг/час/100 г
Диурез мл/час/100г F мл/час/100г R H2O %
фон M±m 0,09±0,004 18,8±0,6 99,6±0,03 1,3±0,04
CdSO4 M±m 0,14±0,008 16,4±0,08 99,2±0,02 2,34±0,04
p *) *) *) *)
CdSO4+ CaCl2 M±m 0,12±0,005 17,1±0,29 99,4±0,05 2,28±0,03
p *)**) *)**) *)**) *)
CdSO4+ D3 M±m 0,15±0.007 16,8±0,22 98,6±0,03 2,5±0,05
p *) *) *)**) *)**)
Примечание: (*) - достоверное (р<0,001) изменение по сравнению с фоном; (**) - достоверное (р<0,05) изменение относительно месяца введения сульфата кадмия; F - скорость клубочковой фильтрации; R н2o - канальцевая реабсорбция воды
Электролитовыделительная функция почек экспериментальных животных, получавших изолированно внутрижелудочно раствор сульфата кадмия, характеризовалась повышением ^<0,001) экскреции натрия и кальция и снижением (><0,05) выведения калия, относительно фоновых значений. Интрагастральное введение металла на фоне гиперкальциемии сопровождалось увеличением ^<0,001), по сравнению с фоном, выведения с мочой калия и натрия, и уменьшением экскреции натрия относительно значений группы животных с изолированным введением сульфата кадмия. В опытных группах значительно увеличилась ^<0,001) потеря кальция с мочой и по сравнению с фоном и относительно контрольной группы с изолированным введением металла (рис. 1).
Рис. 1. Изменение электролитовыделительной функции почек под влиянием внутрижелудочного введения сульфата кадмия в условиях гиперкальциемии
Содержание общего кальция в цельной крови животных, получавших сульфат кадмия на фоне гиперкальциемии, создаваемой введением хлористого кальция увеличивалось (р<0,001) относительно показателей животных с изолированным использованием сульфата кадмия (рис. 2). В группе с использованием сульфата кадмия на фоне применения хлористого кальция увеличение содержания общего кальция плазмы крови имело высокую степень положительной корреляции (г=0,97) с повышением диуреза. Увеличение содержания ионизированного кальция в плазме крови крыс контрольной группы выявило положительную корреляцию (г=0,92) с увеличением экскреции кальция в группе животных с интоксикацией солью кадмия на фоне гипервитаминоза Д3. Высокий коэффициент корреляции (г=0,92) наблюдался между увеличением содержания общего кальция в группе с изолированным введением кадмия и уменьшением содержания белка в плазме крови у крыс с использованием сульфата кадмия на фоне хлорида кальция.
Рис. 2. Содержание кальция в цельной крови и плазме под влиянием внутрижелудочного введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии. (../о- общий кальций; .../и- ионизированный кальции)
Внутрижелудочное введение соли кадмия приводило к выраженной протеинурии, которая сохранялась и в условиях экспериментального кальциевого дисбаланса (табл. 1). Во всех опытных группах содержание белка в плазме крови уменьшалось (рис. 3). При этом увеличение содержания ионизированного кальция в группах с экспериментальной гиперкальцие-мией имело обратную корреляционную связь с уменьшением белка в плазме крови (г=-0,87 и г=-0,91, в группах №1 и №2 соответственно), что очевидно обусловлено уменьшением бел-ковосвязанной фракции кальция.
Рис. з. Содержание белка в плазме крови под влиянием введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии
На фоне экспериментального гипервита-миноза Д под влиянием сульфата кадмия со-
держание кальция в трубчатых костях крыс снижалось (р<0,001), а ежедневное внутриже-лудочное введение хлористого кальция способствовало поддержанию значений кальция на фоновом уровне. Увеличение концентрации кадмия в костях животных с изолированным введением металла имело высокую степень обратной корреляции (г=-0,91) с уменьшением концентрации кальция. Сочетание внутриже-лудочного введения сульфата кадмия и гипер-витаминоза Д3 сопровождалось значительно большей кумуляцией (р<0,001) тяжелого металла в костном матриксе по сравнению с контрольной группой, получавшей только соль кадмия. А в группе с использованием хлористого кальция накопление кадмия достоверно снижалось (р<0,001) относительно группы с изолированным введением кадмия (рис. 4).
Рис. 4. Содержания кадмия и кальция в бедренных костях крыс
Накопление кадмия в тканях почек крыс контрольной группы имело положительную корреляционную связь (г=0,87) с высоким содержанием металла в плазме крови. Наибольшее накопление кадмия в почках было характерно в условиях гипервитаминоза Д3, а на фоне введения хлористого кальция накопление металла оказалось ниже контрольных значений (рис. 5).
Рис. 5. Изменения содержания кадмия в почках крыс
Содержание кадмия в плазме крови под влиянием введения токсиканта в условиях использования хлорида кальция оказалось достоверно ниже (р<0,001) контрольных показателей, а в условиях гипервитаминоза оставалось таким же высоким, как и в группе, получавшей только соль кадмия (рис. 6).
Рис. 6. Изменение содержания кадмия в плазме крови крыс в условиях гиперкальциемии
Рис. 7. Влияние внутрижелудочного введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии на некоторые гемодинамические показатели. (Примечание: САД - систолическое артериальное давление; ЧСС -частота сердечных сокращений)
Введение сульфата кадмия отразилось и на некоторых гемодинамических показателях,
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 121-126
приводя через один и два месяца опыта к увеличению (р<0,001) среднего артериального давления, несмотря на уменьшение по сравнению с фоновыми значениями частоты сердечных сокращений (рис. 7). На фоне гиперкаль-циемии использование металла приводит к еще большему увеличению (р<0,001) САД, а ЧСС возрастает до фонового уровня по сравнению со значениями контрольной группы.
Выводы: таким образом, проведенные исследования позволяют заключить, что внутри-желудочное введение сульфата кадмия на фоне экспериментально созданной гиперкальцие-мии: 1) увеличивает диурез, за счет угнетения канальцевой реабсорбции воды; 2) приводит к повышенному натрий- и калийурезу; 3) увели-
чивает выведение кальция с мочой, сохраняя при этом высокие значения общего кальция и его ионизированной фракции в плазме крови; 4) способствует уменьшению содержания общего белка в плазме, очевидно обусловленного высокой степенью протеинурии; 5) повышает уровень САД и ЧСС; 6) выявлены положительные корреляционные связи между содержанием общего кальция в плазме крови и диурезом, степенью накопления кадмия в ткани почек и его содержанием к крови; 7) установлена отрицательная корреляция между содержанием ионизированного кальция и содержанием белка в плазме крови, а также между степенью кумуляции кадмия и содержанием кальция в трубчатых костях экспериментальных животных.
CADMIUM SULFATE EFFECTS IN THE CONDITIONS OF EXPERIMENTAL HYPERCALCEMIA
M.R. BUZOEVA*, V.B. BRIN"
'Biomedical Research of Vladikavkaz Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Pushkinskaya St. 47, Vladikavkaz, North Ossetia-Alania, 362025, Russia, e-mail: buzoevamarina@mail.ru ''North Ossetia State Medical Academy, PushkinskayaSst., 40, Vladikavkaz, North Ossetia-Alania, 362025, Russia
Abstract. The features of changes in the electrolyte-water-excreting kidney function, some hemodynamic parameters, as well as the features of distribution and accumulation of cadmium in plasma, bones and kidney tissue were investigated under the influence of intragastric administration of cadmium sulfate in conditions of hypercalcemia. Experimental hypercalcemia in Wistar rats was obtained by intragastric administration of a 10% solution of calcium chloride in an amount of 0.3 ml, as well as the administration of vitamin D3 (preparation "Akvadetrim") through a probe into the stomach at a dosage of 3000 U / 100g body weight for 30 days. Cadmium sulfate was intragastrally administered at a dose of 0.5 mg / kg (in terms of metal) daily for one month. Studies have shown that the nephrotoxic effect of cadmium sulfate in conditions of hypercalcemia is manifested in an increase in spontaneous diuresis, due to inhibition of tubular reabsorption of water, an increase in urinary electrolyte excretion and proteinuria, an increase in the level of SAP and HR. Experimental hypervitaminosis D and intragastric administration of calcium chloride increase the content of cadmium in tubular bones, kidney tissue, and blood plasma.
Key words: heavy metals, cadmium sulfate, hypercalcemia, hemodynamics, nephrotoxicity.
Литература
1. Блинков И.Л., Стародубцев А.К., Сулейма-нов С.Ш. Микроэлементы: Краткая клиническая энциклопедия. Хабаровск, 2004. 210 с.
References
1. Blinkov IL, Starodubcev AK, Sulejmanov SSH. Mikroehlementy: Kratkaya klinicheskaya ehnciklope-diya [Trace elements: a brief clinical encyclopedia]. Habarovsk; 2004. Russian.
2. Киреева Е.П. Связь начального поражения почек с экологически обусловленной нагрузкой организма свинцом и кадмием и его профилактика (эпидемиологическое и экспериментальное исследование) // Автореф. дисс. канд. мед. наук. Екатеринбург, 2007. 20 с.
2. Kireeva EP. Svyaz' nachal'nogo porazheniya po-chek s ehkologicheski obuslovlennoj nagruzkoj orga-nizma svincom i kadmiem i ego profilaktika (ehpide-miologicheskoe i ehksperimental'noe issledovanie) [Connection of the initial kidney damage with the ecologically caused load of the organism with lead and cadmium and its prevention (epidemiological and experimental study)] [dissertation]. Ekaterinburg; 2007. Russian.
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 121-126
3. Хадарцева М.П. Влияние внутрижелудочного и подкожного введения сульфата кадмия на элек-тролито-водовыделительную функцию почек при экспериментальном гипервитаминозе Д // Медицинский вестник Северного Кавказа. 2011. №3 (23). С. 64-67.
3. KHadarceva MP. Vliyanie vnutrizheludochnogo i podkozhnogo vvedeniya sul'fata kadmiya na ehlektro-lito-vodovydelitel'nuyu funkciyu pochek pri ehkspe-rimental'nom gipervitaminoze D [Effect of intragastric and subcutaneous administration of cadmium sulfate on the electrolyte-water excretion function of the kidneys in experimental hypervitaminosis D]. Medicinskij vestnik Severnogo Kavkaza. Stavropol'. 2011;3(23):64-7. Russian.
4. Masato O., Atsushi M., Mitsuya S. Heavy metal chelator TPEN attenuates fura-2 fluorescence changes induced by cadmium, mercury and methyl-mercury // The Journal of Veterinary Medical Science Advance Publication. 15 Jan. 2016.
5. Nam H.K., Young Y.H., Kyu-Beck L. Environtmetal Heavy Metal Exposure and Chronic Kidney Disease in the General population // Yournal of Korean Medical Science. 2015. No 30 (3). P. 272-277.
6. Nawrot T., Geusens P., Nulens T.S. Occupational Cadmium Exposure and Calcium Exretion, Bone Density and Osteoporosis in Men // Journal of Bone and Mineral Reserch. 2010. Vol. 25, No 6. P. 1441-1445.
7. Young J.S., Ji E.L., Dae H.L. Prevalence and Relationship of Iron Deficiency Anemia with Blood Cadmium and Vitamin D Levels in Korean Women // Yournal of Korean Medical Science. 2015. No 31 (1). P. 25-32.
4. Masato O, Atsushi MMitsuya S. Heavy metal che-lator TPEN attenuates fura-2 fluorescence changes induced by cadmium, mercury and methylmercury. The Journal of Veterinary Medical Science Advance Publication. 15 Jan. 2016.
5. Nam HK, Young YH, Kyu-Beck L. Environtmetal Heavy Metal Exposure and Chronic Kidney Disease in the General population. Yournal of Korean Medical Science. 2015;30(3):272-7.
6. Nawrot T, Geusens P, Nulens TS. Occupational Cadmium Exposure and Calcium Exretion, Bone Density and Osteoporosis in Men. Journal of Bone and Mineral Reserch. 2010;25(6):1441-5.
7. Young JS, Ji EL, Dae HL. Prevalence and Relationship of Iron Deficiency Anemia with Blood Cadmium and Vitamin D Levels in Korean Women. Yournal of Korean Medical Science. 2015;31(1):25-32.
Библиографическая ссылка:
Бузоева М.Р., Брин В.Б. Некоторые эффекты сульфата кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии // Вестник новых медицинских технологий. 2018. №4. С. 121-126. Б01: 10.24411/1609-2163-2018-16273
