CC BY
11и юл ь
- АВГУСТ 2О 1 1
Ответная реакция организма
крыс (поколение F1)
при хроническом воздействии кадмия в
антенатальный
и молочный период вскармливания
Мирзоев Э. Б., Кобялко В. О., Губина О. А., Фролова Н. А.
ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН», г Обнинск
Хроническое воздействие нитрата кадмия в антенатальный и молочный период вскармливания оказывало негативное влияние на крыс (поколение Р^ в начальные сроки исследования. Обнаруженные изменения носили обратимый характер. Ключевые слова: кадмий, крысы, металлотионеины, малоновый диальдегид
Введение. С развитием технологий возрастает производство кадмия и его соединений в промышленности, что увеличивает вероятность поступления металла в окружающую среду и, соответственно, в организм животных и человека. В зависимости от дозы и продолжительности воздействия отмечают высокую общую токсичность, эмбриотоксичность, генотоксич-ность и канцерогенность металла [9-11]. Кадмий обладает высокой кумулятивной способностью и медленно выводится из организма. В период беременности млекопитающих проникает через плацентарный барьер в ткани плода и оказывает негативное влияние на потомство. Установлено, что хроническое воздействие кадмия в антенатальный и постнатальный периоды онтогенеза крыс (поколение Р^ приводит к развитию адаптивно-защитных реакций в течение первых 120-и суток исследования. В последующие сроки наблюдения регистрировали формирование негативных реакций на клеточном уровне [5]. В ткани плода кадмий поступает, в основном, на последних сроках внутриутробного развития, причем трансплацентарный переход металла составляет 0,02% от общей концентрации в организме матери [12]. В то же время у новорожденных животных с молоком матери в период вскармливания всасывается практически 100% металла [6]. Поэтому целью исследования стала оценка ответной реакции организма крыс при хроническом воздействии кадмия в антенатальный и молочный период вскармливания.
Материалы и методы исследования. Эксперименты были проведены на 60-и крысах породы "Вистар", в соответствии требованиями "Правил лабораторной практики» (Приказ Минздрава России №267 от 19.06.2003 г.). Животных подвергали хроническому воздействию нитрата кадмия в антенатальный и в течение 30-и суток постнатального периода развития (молочный период вскармливания). Для этого родители подопытных животных за месяц до спаривания, а также в течение срока беременности и молочного периода вскармливания взамен питьевой воды получали раствор нитрата кадмия в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л. Из полученного потомства (поколение Б,) были сформированы первая и вторая группы подопытных животных. Третью группу составляли крысята от интактных животных (контроль). Через 30 суток постна-тального периода развития крысят первой и второй групп переводили на "чистую" питьевую воду. Животных содержали на стандартном рационе ООО "МЭСТ" (ГОСТ Р 50258-92).
На 30-е, 60-е, 90-е и 120-е сутки постнатального периода развития у крыс (поколение Р^ под нембуталовым наркозом отбирали кровь, тимус, селезенку, почки, печень. Плазму крови, эритроциты, тимоциты, клетки селезенки, почек и печени получали согласно общепринятым методам. Биологическое действие кадмия оценивали по комплексу показателей: содержанию лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови [2], металлотионеинов (МТ) в гомогена-тах тканей печени, почек и селезенки [8], малонового диальдегида (МДА) в плазме и эритроцитах периферической крови [3] и интенсивности синтеза ДНК в тимоцитах [7].
Экспериментальный материал был обработан методом вариационной статистики с использованием критерия ^Стьюдента. Различия значений считали достоверными при р<0,05.
Результаты и обсуждение. Оценка содержания лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови крыс, подвергнутых хроническому воздействию нитрата кадмия в антенатальный и в течение 30-и суток постнатального периода развития, выявила следующие особенности (табл. 1). Количество лейкоцитов у животных первой группы на 30-е, 60-е и 90-е сутки было ниже контроля на 28%, 48% и 46%, соответственно (р<0,05). В то же время у крыс второй группы снижение величины показателя наблюдали на 30-е и 60-е сутки, что составило 53% и 45%, соответственно (р<0,05).
Изменения содержания эритроцитов в периферической крови носили нелинейный характер. У животных первой группы на 60-е сутки регистрировали уменьшение величины этого показателя, а на 120-е сутки - увеличение (р<0,05). У крыс второй группы в начальные сроки исследования (30-е и 60-е сутки) наблюдали тенденцию к снижению количества эритроцитов, а на 90-е сутки - повышение (р<0,05).
При воздействии кадмия одной из первичных реакций организма млекопитающих является индукция синтеза МТ, которые связывают ионы металла и действуют как ловушка для свободных радикалов, тем самым защищают клетки от активных форм кислорода.
Хроническое воздействие нитрата кадмия в антенатальный и молочный период вскармливания индуцировало синтез МТ в печени крыс (табл. 2). У животных первой группы содержание МТ было повышено в течение всего периода исследования. Достоверные различия значений отмечали на 30-е сутки. В то же время у крыс второй группы содержание МТ возрастало на 30-е и 60-е сутки на 51% и 36%, соответственно (р<0,05). В последующие сроки значения показателя были на уровне контроля. В почках подопытных крыс активацию синтеза МТ наблюдали на 120-е сутки исследования. У животных первой группы увеличение составило 80% (р<0,05), а второй - 28%. Определение содержания МТ в селезенке не выявило изменений значений показателя у крыс первой группы в течение всего периода исследования. Напротив, у животных второй группы на 30-е и 60-е сутки регистрировали его увеличение на 80% и 71%, соответственно (р<0,05).
По-видимому, процесс активации синтеза МТ в печени и селезенке на 30-е и 60-е сутки, а в почках на 120-е сутки исследования зависит от метаболизма кадмия в организме крыс и его содержания в тканях органов. Известно, что при поступлении в организм млекопитающих кадмий, в первую очередь, накапливается в печени, а затем перераспределяется и более высокие его концентрации обнаруживаются в почках [11]. Синтез МТ в организме животных сопровождается мобилизацией биологически активных веществ (глюкортикоиды, глутатион, интерлейкины, белки теплового шока), которые могут оказывать влияние на интенсивность процесса свободнорадикального перекисного окисления липидов. Более того, тиоловые группы в составе МТ инактивируют свободные радикалы более эффективно, чем в составе глу-татиона.
Оценка концентрации МДА в плазме крови крыс первой группы на 30-е и 120-е сутки об-
16
наружила достоверное увеличение величины показателя на 55% и 39%, соответственно (табл. 3). У животных второй группы на протяжении всего эксперимента уровень МДА был выше контроля. На 60-е и 120-е сутки исследования концентрация МДА возрастала на 47% и 19%, соответственно (р<0,05). В эритроцитах периферической крови изменения показателя в зависимости от уровня кадмия в питьевой воде носили разнонаправленный характер. У животных первой группы содержание МДА было ниже контроля на 32% (р<0,05), а второй - выше. В последующие сроки отмечали отсутствие изменений значений этого показателя.
По мере накопления в клетках ионы Сё2+ могут оказывать негативное влияние на структурно-функциональное состояние молекулы ДНК. Оценка интенсивности синтеза ДНК в ти-моцитах крыс первой группы на 30-е и 60-е сутки выявила достоверное снижение значений показателя на 37% и 27%, соответственно (табл. 4). В то же время у животных второй группы величина показателя была ниже контроля в течение всего периода исследования. На 90-е и 120-е сутки наблюдали ингибирование синтеза ДНК на 32% и 19%, соответственно (р<0,05).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что хроническое воздействие нитрата кадмия в антенатальный и в молочный период вскармливания оказывает негативное влияние на организм крыс (поколение Б1) в начальные сроки исследования. В дальнейшем наблюдали обратимый характер выявленных изменений. Следует отметить, что хроническое поступление нитрата кадмия в организм крыс с питьевой водой в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л в постна-тальный период развития не вызывает отклонений биологических показателей от нормы в течение 30-и суток наблюдения [4]. Поэтому можно предположить, что потомство (Р^ получено от физиологически здоровых родителей (Р0), а выявленные нарушения обусловлены транс-планцентарным переходом металла в ткани плода во время беременности и поступлением в организм крысят с молоком матери в период вскармливания. Вероятно, обратимый характер изменений обусловлен не только интенсивностью выведения металла из организма, но и снижением концентрации кадмия в тканях органов по мере увеличения живой массы подопытных животных в процессе постнатального развития.
Заключение. Хроническое поступление нитрата кадмия с питьевой водой в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л в организм родителей (Р) за месяц до спаривания, а также в течение срока беременности и молочного периода вскармливания оказывало негативное влияние на потомство (поколение Р^, которое носило обратимый характер. У подопытных животных отмечали снижение количества лейкоцитов в периферической крови. Содержание МТ в печени и селезенке было увеличено в течение первых 60-и суток, а в почках - на 120-е сутки. При этом концентрация МДА в плазме крови возрастала, а в эритроцитах периферической крови изменения носили нелинейный характер. Интенсивность синтеза ДНК в тимоцитах была снижена в течение всего периода исследования.
Токсикологический вестник №4 (ю9)
Таблица 1
Содержание лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови крыс (поколение БД подвергнутых, хроническомувозДействию нитрата кадмия в антенатальный и в течение г 30-и суток постнатального периода развития,~% от контроля
Группы Сроки исследования, сутки
животных 30 60 90 120
Лейкоциты
1 71,8±13,9* 52,5±15,7* 54,4±12,4* 100,0±33,3
2 47,10±10,6*+ 55,0±12,6* 113,6±18,6+ 85,4±15,06
3 (контроль) 100,0±6,7 100,0±9,0 100,0±7,11 100,0±9,9
Эритроциты
1 122,3±7,7 56,4±4,4* 102,7±3,0 135,4±3,9*
2 78,7±7,7+ 86,1±10,9+ 141,5±11,6*+ 97,5±12,7+
3 (контроль) 100,0±14,3 100,0±14,8 100,0±9,3 100,0±16,7
Примечание: здесь и далее * - достоверно относительно контроля при р<0,05;
+ - достоверные различия между опытными группами при р<0,05
Таблица 2
Содержание МТ в органах крыс/поколение БД, подвергнутых хроническому воздействию нитрата кадмия в антенатальный и в течение 30-и суток постнатального периода развития, "% от контроля
Группы Сроки исследования, сутки
животных 30 60 90 120
Печень
1 123,2±6,3* 134,9±19,8 126,7±8,1 111,0±9,8
2 150,7±10,6* 136,5±2,9* 77,7±8,5+ 100,6±10,4
3 (контроль) 100,0±4,2 100,0±0,9 100,0±15,7 100,0±7,4
Почки
1 99,7±5,5 115,8±9,1 85,1±8,4* 180,6±19,3*
2) 106,9±4,6 98,3±4,1 91,1±7,8 128,1±14,1+
3 (контроль) 100,0±3,8 100,0±5,4 100,0±6,2 100,0±8,5
Селезенка
1 119,1±12,5 128,9±11,1 105,5±3,2 91,1±9,1
2 180,1±6,8*+ 170,9±9,8* 129,1±14,4 91,2±7,2
3 (контроль) 100,0±6,4 100,0±5,0 100,0±10,9 100,0±8,7
17
и юл ь
- АВГУСТ 2О 1 1
Таблица 3
хроническому "воздействию нитрата кадмия в антенатальный и в1течениер?0-итсуток
периода развития, % от контроля
Группы животных Сроки исследования, сутки
30 60 90 120
Плазма
1 155,1±11,6* 120,2±13,1 94,3±5,1 139,1±7,2*
2 99,8±25,7+ 147,6±8,7* 104,6±11,7 118,9±6,6*
3 (контроль) 10и,0±26,1 100,и±1и,6 100,0±8,9 100,0±9,7
Эритроциты
1 67,6±11,7* 76,7±22,5 98,7±12,4 85,1±5,9
2 122,1±6,3+ 82,6±2,7 101,4±9,2 114,6±5,7
3 (контроль) 100,и±7,5 100,и±23,3 100,0±26,7 100,U±11,5
Таблица 4
Синтез ДНК в тимоцитах крыс (поколение FA подвергнутых хроническому [еиствиЮнитрата кадмия в антенатальный и В течент ------------
воздействию нитрата кадмия в антенатальный и в течение 30-и суток постнатального ^ периода развития, То от контроля J
Группы животных Сроки исследования, сутки
30 60 90 120
1 63,3±15,02* 73,8±10,14* 119,7±9,18
2 79,15±12,5 90,6±6,06 68,4±14,02* 82,99±2,98*
3 (контроль) 100,0±13,25 100,0±4,8 100,0±8,8 100,0±6,8
18
Токсикологический вестник n<->4 (ю9)
1. Андриянова Е.Е. Влияние радионуклидов цезия и стронция на токсикокинети-ку кадмия в организме животных // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Москва. -2004. -22 с.
2. Антонов Б.И., Яковлева Т.Ф., Дерябина В.И. Лабораторные исследования в ветеринарии: биохимические и микологические: Справочник. Москва: Агро-промиздат. -1991. -287 с.
3. Гончаренко М.С., Латинова А.М. Метод оценки перекисного окисления ли-пидов // Лабораторное дело. -1985. -№1. -С. 60-61.
4. Мирзоев Э.Б., Кобялко В.О., Шевченко Т.С. и др. Исследование биологических эффектов кадмия в больших и малых дозах на организм крыс // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Выпуск 6. Калуга: Издательский дом "Полиграф-Информ". -2004. -С. 374-381.
5. Мирзоев Э.Б., Кобялко В.О., Шевченко Т.С. и др. Отдаленные биологические эффекты кадмия при хроническом поступлении в организм крыс с питьевой водой // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Выпуск 10. Калуга: Издательство АНО "Калужский научный центр". -2006. -С. 318-325.
6. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов: Перевод с английского /
Под редакцией Х. Зигель, А. Зигель.- М.: Мир. -1993.-368 с.
7. Шевченко А.С., Симонова З.А., Шевченко Т.С. Изменение ДНК-синтезирующей активности в лимфоцитах периферической крови облученных животных // Радиобиология. -1991. -Т.31, вып.1. -С.137-139.
8. Eaton D.L., Toal B.F. Evaluation of the Cd/Hemoglobin affinity assay for the rapid determination of metallothionein in biological tissues // Toxicol. Appl. Pharmacol. -1982. -V. 66. -P. 134-142.
9. Foulkes E.C. Cadmium, Handbook of Experimental Pharmacology, Spinger - Verlag, Berlin. 1986. -300 p.1
10. Jarup L. Cadmium overload and toxicity // Nephrol Dial Transplant. -2002. -V. 17. -P. 35-37.
11. Joseph P. Mechanisms of cadmium carcinogenesis // Toxicol. Appl. Pharmacol. -2009. -V. 238.-P.272-279.
12. Sonawane B.R., Nordberg M., Nordberg G.F. et al. Placental transfer of cadmium in rats: influence of dose and gestational age // Environ. Health. Perspect. -1975. -V. 12. -P. 97-102.
Mirzoyev E.B., Kobyalko V.O., Gubina O.A., Frolova N.A. Reactive response of the rat organism ( generation F1 ) to a chronic exposure to cadmium during antenatal and lacteal feeding periods.
All-Russian Research Institute of Agricultural Radiology and Agro Ecology
A chronic exposure to cadmium nitrate during the early stages of antenatal and lacteal feeding periods produced an adverse effect on rats (generation F, ). Changes found were of a reversible character.
Материал поступил в редакцию 03.06.2010 г
19
