CC BY
54
ности щитовидной железы. При этом наблюдается временная зависимость выработки тиреоидных гормонов — трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4). Достоверные изменения наблюдаются на 1-е и 7-е сут. после облучения и значительнее в концентрации тироксина.
Применение диметилсульфоксида до облучения крыс в дозе 5 Гр нормализует функциональную активность щитовидной железы, повышает концентрацию трийодтиронина и тироксина, но достоверной разницы с контрольными облучёнными животными не прослеживается.
Литература
1. Сафонова В.Ю., Сафонова В.А. Влияние предварительного облучения животных малой дозой радиации в сочетании с фитопрепаратами на содержание клеток костного мозга и периферической крови при последующем летальном радиационном воздействии // Вестник КрасГАУ. 2008. Вып. 2. С. 190-195.
2. Сафонова В.А., Сафонова В.Ю. Влияние неблагоприятных экологических факторов физической природы на некоторые показатели специфической защиты у животных // Вестник
Оренбургского государственного университета. 2003. № 6. С. 161.
3. Сафонова В.Ю. Влияние эраконда, флоренты и тимогена на содержание клеток костного мозга облучённых крыс // Труды Кубанского государственного аграрного университета. Серия: Ветеринарные науки. 2009. № 1 (Ч. 1). С. 237-239.
4. Сафонова В.Ю., Сафонова В.А. Влияние предварительного воздействия ионизирующего излучения в низкой дозе и эра-конда на выживаемость, клиническое состояние и гемопоэз повторно облучённых летальной дозой животных // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2008. № 4. С. 196-201.
5. Сафонова В.Ю., Сафонова В.А. Противолучевые свойства экстракта пихты сибирской // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. Т. 2. № 34. С. 215-217.
6. Сафонова В.А. Влияние препаратов природного происхождения на компенсаторные возможности клеток костного мозга // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 1. С. 161-163.
7. Сафонова В.Ю. Влияние флоренты и димексида на некоторые антиоксидантные показатели организма // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (54). С. 201-202.
8. Сафонова В.Ю., Агишева О.Н. Влияние факторов физической природы на некоторые показатели иммунитета у животных на фоне применения эраконда и диметилсульфоксида // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 6 (56). С. 250-251.
Оценка антитоксического действия альфа-токоферола и наночастиц серебра при кадмиевом токсикозе
Е.А. Ткаченко, аспирантка, М.А. Дерхо, д.б.н, профессор, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
Кадмий (Сё), как представитель отрицательных антропогенных факторов, способствует снижению здоровья человека и животных на индивидуальном и популяционном уровнях, росту специфической патологии и появлению новых форм экологических болезней, так как влияет на строение и биологическую активность белков (в том числе и каталитических), скорость и направленность биохимических реакций, образование избыточных количеств промежуточных и конечных метаболитов и др. При этом структуры и клетки органов, в которых накопление элемента максимально, как правило, повреждаются в большей степени [1]. В связи с этим весьма актуальна проблема поиска препаратов, обладающих антитоксическим действием и способствующих выведению из живого организма Сё и других тяжёлых металлов. Известно, что наиболее часто при различных металлотоксикозах используют препараты антидотного типа действия, которые обезвреживают токсикант и ускоряют его выведение, что благотворно влияет на физиологический и метаболический статус организма, уровень его здоровья [2]. Определённую перспективу в качестве детоксикантов имеют вещества, которые одновременно обладают антитоксической, биологической и физиологической функциональностью, например биологически активные вещества. Их эффективность определяется тем, что они не являются чужеродными для живого организма,
метаболизируют в нём, проявляя биологические свойства на субклеточном, клеточном, органном и организменном уровнях.
Цель настоящего исследования — оценка изменений состава красной крови и морфологических характеристик эритроцитов на фоне применения а-токоферола и наночастиц серебра при экспериментальном кадмиевом токсикозе животных.
Материал и методы исследования. Материалы, представленные в работе, являются результатом собственных исследований, получены в период 2013—2015 гг. на базе вивария и кафедры органической, биологической и физколлоидной химии ФГБОУ ВО «Южно-Уральский ГАУ».
Объектом исследования служили половозрелые самцы белых лабораторных мышей с массой тела 22—24 г. Все животные находились в виварии на стандартном пищевом и водном рационе, при естественном освещении и свободном доступе к пище и воде. Для проведения эксперимента было сформировано три опытных группы мышей по 60 особей в каждой. I гр. служила фоном токсического действия кадмия на организм животных. С этой целью мыши I гр. ежедневно per os (в составе корма) получали CdSO4- 8Н2О в дозе 616,5 мг/кг. Во II гр. введение кадмия сочетали с добавлением в пищу мышей а-токоферола ацетата в дозе 225 ИЕ/кг, а в III гр. — с добавлением в суточную дозу питьевой воды наночастиц серебра из расчёта 14 мг/кг.
Материал исследований (кровь) получали после декапитации мышей, которую проводили под наркозом эфира с хлороформом с соблюдением
принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации, до интоксикации, через 1, 3, 7 и 15 сут. интоксикации. Мазки крови изготавливали сразу после взятия материала, затем окрашивали по методу Романовского — Гимзы. Подсчёт эритроцитов проводили в камере Горяева, оценку морфологии эритроцитов — с помощью иммерсионного объектива. Концентрацию гемоглобина определяли с помощью набора реактивов «Клини Тест — Гем Ц». Среднее содержание гемоглобина в эритроците (МСН) рассчитывали по формуле:
МСН = НЬ/ЯВС,
где МСН — среднее содержание гемоглобина в эритроците, Пг;
НЬ — количество гемоглобина, г/л; RВС — количество эритроцитов в 1012/л.
Статистическую обработку данных проводили методом вариационной статистики на ПК с помощью табличного процессора «МюгобоЛ Ехсе1-2003» и пакета прикладной программы «Биометрия». Достоверность различий между группами оценивали с учётом непараметрического критерия Манна — Уитни.
Результаты исследования. Установлено, что экспериментальная Сё-интоксикация сопровождалась падежом животных. Так, в I опытной гр. в ходе опыта пало 10 особей, что составляло 16,7% от общего количества животных. Случаи смертности, в том числе и от каннибализма, наблюдались начиная с 8 сут. токсикоза. Во II опытной гр. пало только 2 мыши (3,3%), что произошло после 7 сут. эксперимента. В то же время в III гр. случаев падежа животных не было отмечено. Следовательно, Сё в организме животных опытных групп проявлял разную токсичность.
Исходя из того что большая часть Сё в крови млекопитающих концентрируется в основном в эритроцитах [3], мы оценили характер изменений основных гематологических показателей в ходе токсикоза у мышей опытных групп.
До интоксикации животные не имели существенных различий по уровню эритроцитов, НЬ и величине МСН. В ходе токсикоза были уста-
новлены изменения гематологических параметров (табл. 1).
В крови экспериментальных мышей снижалось количество эритроцитов. Однако степень выраженности эритропении зависела от номера группы. Максимально количество клеток уменьшалось в организме животных I опытной гр., особенно в первые 3 сут. от начала токсикоза (на 34,9—43,5%; Р>0,05), что, вероятно, было результатом внутри-сосудистого гемолиза эритроцитов за счёт прямого действия кадмия. Аналогичные результаты были получены при введении CdCl2 per os крысам в дозе 10 мг/кг [3, 4]. По мнению А.А. Тугарева, уменьшение эритроцитов происходило за счёт снижения уровня их антиоксидантной защиты. В крови мышей II гр. количество эритроцитарных клеток понижалось менее значительно, но оно всё равно было на 30,8—34,3% (Р>0,05) ниже значений «до интоксикации» и «норма». У животных III опытной гр. эритропения была отмечена только через сутки от начала поступления Cd в организм в составе корма. При этом количество клеток снижалось только на 20,3% (Р>0,05) по сравнению с величиной «до интоксикации». Исходя из того что эритроциты определяют структуру кровотока в организме млекопитающих [4, 5], можно констатировать, что менее всего изменялась вязкость и текучесть крови у мышей III опытной гр.
Эритропения на фоне избыточного содержания кадмия в организме животных сопровождается гипохромемией. Однако одновременное снижение количества эритроцитов и гемоглобина в крови было установлено только у особей I опытной гр. через сутки после начала Cd-интоксикации. Во все остальные периоды исследования в крови мышей опытных групп уровень Hb обычно превышал не только значение «до интоксикации», но и верхнюю границу нормы (табл. 1). При этом наибольшее увеличение отмечено у особей в I, а наименьшее — у особей III опытной гр. Это, вероятно, было следствием повышения вязкости крови и вытеснения железа из Hb кадмием. В пользу данного предположения свидетельствовал тот факт, что Cd обладает большим сродством к Hb и образует в эритроцитах комплексы Cd-гемоглобин [4, 5].
1. Гематологические показатели (n=10; X±Sx)
Показатель Норма Группа До инток- Длительность кадмиевой интоксикации, сут.
сикации 1 3 7 15
Эритроциты, 1012/л 8,5-10,5 I II III 8,50±0,26 8,70±0,13 8,58±0,22 5,53±0,11* 5,72±0,10* 6,84±0,11* 4,80±0,16* 6,02±0,25* 8,06±0,29 6,44±0,20* 5,82±0,28* 8,36±0,21 6,64±0,15* 5,82±0,13* 8,43±0,19
Гемоглобин, г/л 120-180 I II III 163,26±2,38 167,92±2,68 164,06±1,02 102,28±8,10* 181,11±4,27 183,8±2,77** 178,51±3,07* 219,9±8,18*** 182,41±4,37** 205,73±3,51* 193,42±2,73*** 155,06±2,81** 233,08±5,98* 216,07±6,35*** 195,98±2,21*
МНС, Пг I II III 19,20±1,15 19,30±0,95 19,12±0,75 18,49±2,65 32,20±1,94* 26,87±0,70* 37,18±0,72* 37,04±2,07* 22,63±1,12 31,19±1,30* 33,88±1,59* 18,54±0,31 35,10±1,60* 37,18±0,95* 23,24±0,90
Примечание: * — Р<0,05 по сравнению с величинами «до интоксикации»; ** — Р< 0,01; *** — Р< 0,001
Количество эритроцитов и НЬ в крови определяют кислородную ёмкость крови, о которой можно судить по величине среднего содержания гемоглобина в эритроците (МСН). Согласно ранее полученным данным, значение МСН в ходе Сё-токсикоза снижается [5]. Однако мы отмечали аналогичные изменения только в крови мышей I гр. через сутки опыта. При этом МСН уменьшалось на 3,83% по сравнению с уровнем «до интоксикации», как результат гемолиза эритроцитов за счёт прямого действия кадмия на клетки. Начиная с 3-х сут. величина МСН в крови мышей I гр. превышала исходное значение в 1,66—1,96 раза, отражая интенсификацию процессов синтеза НЬ и изменение размеров эритроцитов (табл. 1).
В крови мышей II гр. размер эритроцитов превышал доинтоксикационный уровень в 1,67—1,92 раза, независимо от длительности токсикоза, свидетельствуя о снижении кислородной ёмкости крови. Менее значительно токсикоз влиял на дыхательную функцию крови мышей III гр., так как величина МСН достоверно изменялась по сравнению с её уровнем только в начале опыта.
У особей I опытной гр. кадмиевая интоксикация сопровождалась появлением патологических форм
эритроцитов (табл. 2). Уже через сутки после начала токсикоза был отмечен пойкилоцитоз. При этом преобладали серповидные (20—25%), гантелевид-ные (10—15%) и колбовидные (5—10%) клетки. На 3-и сут. наряду с пойкилоцитозом в мазках крови появлялись акантоциты, макро- и мегалоциты, монетные столбики. Через 7 сут. токсикоза патология эритроцитов проявлялась в виде пойкилоцитоза, акантоцитов и макроцитов, а через 15 сут. — пойкилоцитоза и макроцитов. Минимальное количество патологически изменённых эритроцитов (40%) в мазках крови зафиксировано через сутки от начала токсикоза, а самое высокое — через 3 сут. (100%). При этом чаще встречались особи с двумя и более типами патологии эритроцитов (80%). Начиная с 8-х сут. кадмиевой интоксикации появлялись мазки, в которых не было установлено наличие патологически изменённых эритроцитов. Аналогичные данные получены при исследовании крови жителей Республики Алтай [3].
Появление патологических форм эритроцитов в кровяном русле, возможно, связано со способностью кадмия изменять клеточные мембраны эритроцитов за счёт снижения их антиоксидант-ных свойств [5]. При этом металл связывается с
2. Виды патологии эритроцитов в I опытной группе
Вид патологии Пример мазка крови Частота встречаемости в мазках крови (%) в ходе интоксикации (сут.)
1 3 7 15
Пойкилоцитоз —■ 35-50 5-10 10-15 10-15
Акантоцит — ш Ш Ш л^ Ш % - 10-12 8-10 -
Макроцит-- Ш - 10-15 10-12 15-20
-------------- - 3-5 - -
Монетные столбики ¡§¡¡ - 5 - -
отрицательно заряженными группами мембран, модифицирует заряд на их поверхности, что приводит к изменению микровязкости мембраны [6]. Ранее установлено, что Сё влияет на структуру клеток за счёт действия на процессы биосинтеза ДНК [7]. Металл ингибирует синтез белков, уменьшая бисинтез т-РНК и повреждая нуклеиновые кислоты, что нарушает механизмы репарации клеток. Появление патологических форм может являться и результатом изменений конформационной структуры молекул НЬ, так как кадмий проявляет сродство к этой молекуле, что может повлиять на фенотип эритроцита [3].
При исследовании мазков крови у животных II и III гр. патологических форм эритроцитов не было выявлено.
Можно предположить, что в крови особей II гр. а-токоферола ацетат повышал антиоксидантную устойчивость клеточных мембран органелл и клеток организма мышей к действию Сё, за счёт чего снижалась лабилизирующая способность металла и степень его непосредственного воздействия на структуру эритроцитов и НЬ. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что витамин Е способен улавливать свободные супероксидные радикалы в липидной фазе. При этом антиоси-дантное действие а-токоферола сохраняется при высоких концентрациях кислорода [1]. Поэтому неудивительно, что он накапливался в богатых липидами областях, контактирующих со средой с высоким парциальным давлением кислорода, — в мембранах эритроцитов.
Наши результаты не противоречат ранее полученным данным, согласно которым введение а-токоферола ацетата в организм отравленных кадмием крыс приводило к уменьшению его содержания в органах животных и было связано с тем, что витамин оказывал стабилизирующее действие на мембраны клеток [2]. При этом он накапливался в них за счёт взаимодействия с альдегидами, формируя «молекулярные резервы», мобилизующиеся при поступлении токсиканта, с последующим высвобождением составляющих компонентов для дальнейшей утилизации метаболитов специализированными системами детоксикации с возвращением в обращение а-токоферола.
У мышей III опытной гр. отсутствие патологических форм эритроцитов может являться результатом антогонизма наночастиц серебра и кадмия. Серебро и кадмий — металлы, проникающие в кровь в составе комплексов с белком-переносчиком [8, 9]. Исходя из того что размер частиц серебра меньше, чем Сё, он более активно связывается с транс -портными белками, что ингибирует всасывание кадмия. Поэтому Сё оказывал наименьшее действие на дыхательную функцию крови, минимально влиял не только на концентрацию, но и конфор-мационную структуру молекул гемоглобина и, как
следствие, фенотип эритроцита [10]. При этом серебро активировало процессы эритропоэза, что обеспечивало повышение уровня эритроцитов в кровотоке мышей.
Вывод. Результаты исследований показали, что сульфат кадмия, поступающий в организм мышей per os в дозе 616,5 мг/кг, обусловливал смертность особей в группе на уровне 16,7%, снижение уровня эритроцитов с появлением аномальных форм и кислородной ёмкости крови, несмотря на увеличение концентрации гемоглобина,. Сочетание кадмиевой интоксикации с введением а-токоферола ацетата сопровождалось 3,3-процентной смертностью особей в группе, повышением устойчивости эритроцитов к прямому воздействию кадмия при сохранении его опосредованного влияния, проявляющегося в виде анемии, увеличения объёма эритроцитов и концентрации гемоглобина, но отсутствием патологических форм эритроцитов. Комбинирование воздействия на организм мышей сульфата кадмия и наночастиц серебра инициировало 100-процентную выживаемость особей в группе, повышение устойчивости эритроцитов к прямому и опосредованному действию кадмия, что сохраняло кислородную ёмкость крови и состояние клеточной мембраны эритроцитов. Наночастицы серебра по сравнению с а-токоферолом более существенно снижали токсическое действие кадмия на клетки крови в организме мышей, проявляя значительные антитоксические свойства.
Литература
1. Бокова Т. И. Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов: монография. Новосибирск: НГАУ, 2011. 284 с.
2. Мельничук Д.А., Мельникова Н.Н., Деркач Е.А. Влияние различных условий антиоксидантной защиты на кумуляции кадмия и биохимическую характеристику крови белых крыс // Современные проблемы токсикологии. 2004. № 4. С. 9-11.
3. Ильинских Н.Н. Роль высокого содержания кадмия в природной среде в патологических изменениях эритроцитов крови жителей Республики Алтай // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317. № 1. С. 184-188.
4. Тугарев А.А. Влияние кадмия на морфофункциональные характеристики эритроцитов: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М., 2003. 22 с.
5. Эрстенюк А.М. Биохимические механизмы повреждения эритроцитов при экспериментальной интоксикации кадмием: автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Киев: Национальный МУ им. О.О. Богомольца, 2004. 36 с.
6. Рыспекова Н.Н., Нурмухамбетов А.Н., Аскарова А.Е. Роль тяжёлых металлов в развитии анемий (обзор литературы) [Электронный ресурс]. URL: http://kaznmu.kz/ press/2013/05/23/ (дата обращения 03.11.2013).
7. Дерхо М.А., Середа Т.И., Рыбьянова Ж.С. Прямое и опосредованное действие кадмия на лейкоциты крови мышей // Научный взгляд на современное общество: сб. статей междунар. науч.-практич. конф. Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА СКИНС, 2014. С. 6-9.
8. Шамсутдинова И.Р., Дерхо М.А. Изменения морфологических показателей крови лабораторных животных при введении наночастиц серебра per os // АПК России. 2015. Т. 73. С. 166-170.
9. Шамсутдинова И. Р., Дерхо М.А. Оценка действия биодоз наночастиц серебра на обмен белков в организме животных // Инновационная наука. 2015. № 10-3. С. 17-20.
10. Омарова А.С. К особенностям реакции позвоночных на CdCl2 // Актуальные проблемы экологии, посвящ. Году здоровья и 30-летию КарГу им. Е.А. Букетова: матер. науч.-практич. конф. Караганда, 2002. С. 269-271.
