CC BY
19УДК 546.47/49 : 615.099-053
ОТВЕТНАЯ РЕАКЦИЯ ОРГАНИЗМА КРЫС (ПОКОЛЕНИЕ F1) ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ МАЛЫХ ДОЗ КАДМИЯ В АНТЕНАТАЛЬНЫЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ
Э.Б. Мирзоев, В.О. Кобялко, О.А. Губина, Н.А. Фролова
ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии» Россельхозакадемии, 249032, г. Обнинск, Калужской обл., Российская Федерация
Хроническое воздействие малых доз кадмия в антенатальный период развития приводит к развитию негативных реакций в печени крыс (поколение F1) в течение первых 30 суток исследования. В последующие сроки наблюдения отмечали обратимый характер изменений.
Ключевые слова: кадмий, крысы, металлотионеины, малоновый диальдегид.
Введение. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами увеличивает вероятность их поступления с кормом и водой в организм млекопитающих. К числу наиболее опасных тяжелых металлов относят кадмий, который проявляет высокую общую токсичность, эмбриотоксичность, геноток-сичность и канцерогенность [1-3]. Он медленно выводится из организма животных и во время беременности проникает через плацентарный барьер в ткани плода, причем наибольшее количество металла поступает на последних сроках внутриутробного развития. В целом трансплацентарный переход кадмия составляет 0,02% от общей концентрации в организме матери [4,5]. Ранее нами было показано, что хроническое воздействие малых доз кадмия в антенатальный и в молочный период вскармливания оказывает негативное влияние на организм крыс (поколение F1) в течение первых 90 суток наблюдения. В дальнейшем (на 120-е сутки) отмечали обратимый характер выявленных изменений. Предполагается, что обнаруженные нарушения обусловлены трансплацентарным переходом металла в ткани плода во время беременности и поступлением его в организм крысят с молоком матери [6].
Целью исследования стало изучение ответной реакции организма крыс (поколение F1) при хроническом воздействии малых доз кадмия в антенатальный период онтогенеза.
Материалы и методы исследования. Эксперименты были проведены на 60 крысах линии «Вистар» в соответствии с требованиями «Правил лабораторной практики»
(приказ Минздравсоцразвития России от 23 августа 2010 г. № 708н.). Подопытных крыс подвергали хроническому воздействию малых доз кадмия в период внутриутробного развития. Для этого родители подопытных животных в течение 30 суток до спаривания, а также во время беременности взамен питьевой воды получали раствор нитрата кадмия в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л. Среднесуточная доза кадмия при поступлении с питьевой водой составляла 3 и 6 мкг/кг. При расчете дозы учитывали средний вес животного (250 г), потребление воды в сутки на голову (15 мл) и всасывание кадмия из желудочно-кишечного тракта (5%).
После рождения крысят вместе с родителями переводили на «чистую» питьевую воду. Группы подопытных животных были сформированы в соответствии с концентрациями кадмия в питьевой воде: 0,05 мг/л - первая и 0,1 мг/л - вторая. Третью группу составляли крысята от интактных животных (контроль).
На 30-е, 60-е, 90-е и 120-е сутки постнатального периода развития у крыс (поколение F1) под нембуталовым наркозом отбирали образцы крови, селезенки, почек, печени и тимуса. Биологическое действие кадмия оценивали по комплексу показателей: содержанию лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови [7], металлотионеинов (МТ) и малонового диальдегида (МДА) в тканях печени, почек и селезенки [8,9], синтезу ДНК в тимоцитах [10].
Экспериментальный материал был обработан мето-
Мирзоев Эльдениз Балабек оглы (Mirzoev Eldeniz Balabek ogly), доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экотоксикологии сельскохозяйственных животных ГНУ ВНИИСХРАЭ, г Обнинск, Калужской обл., [email protected]
Кобялко Владимир Олегович (Kobyalko Vladimir Olegovich), кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экотоксикологии сельскохозяйственных животных ГНУ ВНИИСХРАЭ, г Обнинск, Калужской обл., [email protected]
Губина Ольга Александровна (Gubina Olga Aleksandrovna), научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экотоксикологии сельскохозяйственных животных ГНУ ВНИИСХРАЭ, г Обнинск, Калужской обл., [email protected]
Фролова Наталья Александровна (Frolova Natalya Aleksandrovna), кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экотоксикологии сельскохозяйственных животных ГНУ ВНИИСХРАЭ, г Обнинск, Калужской обл., [email protected].
дом вариационной статистики с использованием критерия ^Стьюдента. Различия значений считали достоверными при р<0,05 [11].
Результаты и обсуждение. Оценка содержания лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови крыс при хроническом воздействии малых доз кадмия в антенатальный период развития выявила нелинейный характер изменений (табл. 1). У животных первой группы количество лейкоцитов было выше контроля на 28,1 и 32,4%, соответственно, на 30-е и 60-е сутки исследования и ниже на 19,6% - на 120-е сутки. У крыс второй группы на 90-е сутки наблюдения отмечали достоверное повышение величины показателя на 65,6%. В то же время изменения количества эритроцитов в периферической крови были слабо выражены.
При воздействии кадмия одной из первичных реакций организма является индукция синтеза МТ, которые связывают ионы металла и действуют как ловушка для свободных радикалов [12,13]. Хроническое воздействие малых доз кадмия в антенатальный период развития индуцировало синтез МТ в органах крыс (табл. 2). В печени животных первой и второй групп содержание МТ на 30-е сутки было выше контроля на 104 и 91,2%, соответственно (р<0,05). В почках крыс первой группы достоверное увеличение значений показателя наблюдали в течение первых 60 суток исследования (61,3 и 132,3%), а второй - на 30-е сутки (77,6%). В то же время в тканях селезенки регистрировали достоверное повышение содержания МТ только у животных первой группы на 30-е сутки.
По-видимому, процесс активации синтеза МТ в органах зависит от метаболизма кадмия и его содержания в тканях. Известно, что при поступлении в организм млекопитающих
кадмий, в первую очередь, накапливается в печени, а затем происходит перераспределение и более высокие уровни металла обнаруживают в почках [14]. Синтез МТ сопровождается мобилизацией биологически активных веществ (глюкор-тикоиды, глутатион, интерлейкины, белки теплового шока), которые могут оказывать влияние на интенсивность процесса свободнорадикального перекисного окисления липидов (ПОЛ) [12]. Необходимо отметить, что одним из конечных продуктов процесса ПОЛ является МДА.
Оценка концентрации МДА в печени на 30-е сутки обнаружила достоверное увеличение величины показателя на 66,5 и 104,5%, соответственно, у крыс первой и второй групп (табл. 3). В почках, напротив, регистрировали тенденцию к снижению уровня МДА в течение первых 90 суток исследования. На 120-е сутки у подопытных животных первой группы наблюдали достоверное снижение значений показателя, а второй - тенденцию к увеличению (50,9%). В селезенке крыс первой и второй групп на 30-е сутки исследования отмечали тенденцию к росту величины показателя. В дальнейшем (на 120-е сутки) содержание МДА у животных первой группы было достоверно ниже и составило 63,4% от контроля. Повышение уровня МДА в печени крыс на 30-е сутки, вероятно, обусловлено действием кадмия, накопленного в органе. Это предположение подтверждают данные об индукции синтеза МТ. При этом увеличение содержания МДА, связанное не только с усилением интенсивности ПОЛ, но и возможным ин-гибированием активности биоантиоксидантов ионами металла, свидетельствует о негативных процессах в органе.
Определение синтеза ДНК в тимоцитах не выявило достоверных изменений величины показателя от контрольных зна-
Таблица 1
Количество лейкоцитов и эритроцитов в периферической крови крыс (поколение F1) при хроническом воздействии малых доз кадмия в антенатальный период развития, % от контроля
Группы животных Сроки исследования, сутки
30-е 60-е 90-е 120-е
Лейкоциты
1 128,1±8,3 132,4±7,7 80,4±8,4
2 114,10±14,3 102,6±15,8 165,6±7,7* 128,8±18,0
3 (контроль) 100,0±18,5 100,0±12,9 100,0±8,7 100,0±18,7
Эритроциты
1 121,0±12,4 102,9±11,8 100,1±5,7
2 101,2±6,5 123,2±12,3 108,1±5,0 80,3±5,0
3 (контроль) 100,0±11,7 100,0±10,5 100,0±4,4 100,0±7,9
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 F1) при хроническом воздействии малых доз кадмия
в антенатальный период развития, % от контроля
Группы животных Сроки исследования, сутки
30-е 60-е 90-е 120-е
Печень
1 204,0±21,4* 149,9±25,9 96,9±8,5
2 191,2±15,0* 98,2±31,4 121,1±8,3 124,3±8,8
3 (контроль) 100,0±28,4 100,0±30,1 100,0±7,6 100,0±9,4
Почки
1 161,3±10,4* 132,3±3,9* 103,6±5,0
2 177,6±12,0* 120,6±13,9 143,6±22,9 95,5±7,9
3 (контроль) 100,0±15,7 100,0±8,3 100,0±19,3 100,0±8,7
Селезенка
1 137,8±5,0* 88,4±4,2 104,1±8,6
2 90,2±13,5+ 94,2±5,1 88,3±11,0 90,3±9,0
3 (контроль) 100,0±12,9 100,0±8,2 100,0±18,5 100,0±9,8
чений в течение всего срока исследования (табл. 4).
Таким образом, хроническое воздействие малых доз кадмия в антенатальный период развития крыс (поколение F1) приводило к повышению количества лейкоцитов в периферической крови при слабом изменении уровня эритроцитов. Содержание МТ в печени и селезенке было увеличено на 30-е сутки, а в почках - на 30 -е и 60-е сутки. В то же время концентрация МДА в печени крыс возрастала на 30-е сутки, а в почках и селезенке, напротив, отмечали снижение значений показателя на 120-е сутки. При этом интенсивность синтеза ДНК в тимоцитах была на уровне контроля в течение всего срока наблюдения.
Развитие патологических реакций у потомства зависит от физиологического состояния родителей, функциональных свойств плаценты матери и непосредственного воздействия металла на плод. Ранее нами было показано, что хроническое поступление кадмия в организм крыс с питьевой водой в концентрациях 0,05 и 0,1 мг/л приводит к развитию негативных реакций на 90-е сутки исследования [6]. Так как продолжительность воздействия кадмия на родителей не превышала 60 суток, то можно утверждать, что потомство F1 было получено от здоровых животных. Более того, количество крысят в каждом помёте как от контрольных, так и подопытных крыс F0 было одинаковым, что позволяет предположить и отсутствие нарушений функциональных свойств плаценты. В связи с
вышеизложенным можно заключить, что выявленные изменения биологических показателей животных F1 обусловлены непосредственным воздействием металла, поступившего через трансплацентарный барьер. Не исключается также, что крысята в период вскармливания продолжают получать с молоком кадмий, депонированный в организме матери. В то же время обратимый характер изменений, вероятно, связан как с выведением металла из организма крысят, так и с приростом их живой массы в процессе постнатального развития, в результате чего происходит снижение концентрации кадмия в органах и тканях.
Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что хроническое воздействие малых доз кадмия в антенатальный период онтогенеза приводит к развитию негативных реакций в печени крыс (поколение F1) в течение первых 30 суток исследования. В последующие сроки наблюдения отмечали обратимый характер изменений.
Таблица 3
Содержание МДА в органах крыс (поколение F1) при хроническом воздействии малых доз кадмия
в антенатальный период развития, % от контроля
Группы животных Сроки исследования, сутки
30-е 60-е 90-е 120-е
Печень
1 166,5±10,2* 119,0±12,0 67,6±43,0
2 204,5±12,1* 118,0±12,6 130,9±18,6 97,5±11,5
3 (контроль) 100,0±7,7 100,0±3,7 100,0±12,4 100,0±13,2
Почки
1 76,6±9,5 102,0±9,5 55,5±5,7*
2 87,5±9,7 93,5±10,3 97,8±15,5 150,9±15,3+
3 (контроль) 100,0±11,3 100,0±15,6 100,0±12,2 100,0±14,3
Селезенка
1 129,0±15,6 106,3±7,1 63,4±5,1*
2 167,1±20,0 82,4±5,2 116,6±9,0 115,1±10,8+
3 (контроль) 100,0±15,6 100,0±19,2 100,0±21,1 100,0±10,9
Таблица 4
Синтез ДНК в тимоцитах крыс (поколение F1) при хроническом воздействии малых доз кадмия в
антенатальный период развития, % от контроля
Группы Сроки исследования, сутки
животных 30-е 60-е 90-е 120-е
1 98,5±8,7 99,3±5,9 105,7±1,7
2 111,7±6,9 89,2±4,8 103,5±3,6 95,9±5,7
3 (контроль) 100,0±5,1 100,0±5,2 100,0±4,9 100,0±4,7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Foulkes E.C. Cadmium, Handbook of Experimental Pharmacology, Spinger - Verlag, Berlin. - 1986. - 300 p.
2. Joseph P. Mechanisms of cadmium carcinogenesis // Toxicol. Appl. Pharmacol. -2009. - V 238. - P. 272-279.
3. Jarup L. Cadmium overload and toxicity // Nephrol. Dial. Transplant. - 2002. - V. 17. - P. 35-39.
4. Brako E.E., Wilson A.K., Jonah M.M. et al. Cadmium pathways during gestation and lactation in control versus metallothoinein 1,2-knockout mice // Toxicological Sciences -2002. - V.71. - P. 154-163.
5. Sonawane B.R., NordbergM., Nordberg G.F. et al. Placental transfer of cadmium in rats: influence of dose and gestational age //
REFERENCES:
Environ. Health. Perspect. - 1975. - V. 12. -P. 97-102.
6. Мирзоев Э.Б., Кобялко В.О., Губима ОА., Фролова Н.А. Ответная реакция организма крыс при хроническом воздействии кадмия в антенальный и молочный период вскармливания крыс // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Выпуск 15. - Калуга. -2010. - С. 151-155.
7. Антонов Б.И., Яковлева Т.Ф. Лабораторные исследования в ветеринарии: биохимические и микологические: Справочник. Москва: Агропромиздат. -1991. - С. 8-9.
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. Гончаренко М.С., Латинова А.М. Метод оценки перекисного окисления липидов
// Лабораторное дело. - 1985. - №1. - С. 60-61.
10. Шевченко А.С., Симонова ЗА., Шевченко Т.С. Изменение ДНК-синтезирующей активности в лимфоцитах периферической крови облученных животных // Радиобиология. - 1991. - Т.31. - Вып.1. - С.137-139.
11. 11. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биол. спец. вузов. М.: Высшая школа. - 1990. - 352 с.
12. 12. Котеров А.Н., Филиппович И.В.
Радиобиология металлотионеинов // Радиационная биология. Радиоэкология. -1995. - Т. 35. - Вып. 2. - С. 16-180.
13. 13. Klaassen C.D., Liu J., Diwan BA. Metallothionein protection of cadmium toxicity // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 2009. -V 238. - P. 215-220.
14. 14. Андриянова Е. Е. Влияние радионуклидов цезия и стронция на токсикокинетику кадмия в организме животных: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Москва:ВНИИВСГЭ. - 2004. - 22 с.
1. Foulkes E.C. Cadmium, Handbook of Experimental Pharmacology, Spinger -Verlag, Berlin. 1986.
2. Joseph P. Mechanisms of cadmium carcinogenesis // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009; 238: 272-279.
3. Jarup L. Cadmium overload and toxicity // Nephrol. Dial. Transplant. 2002; 17: 35-39.
4. Brako E.E., Wilson A.K., Jonah M.M. et al. Cadmium pathways during gestation and lactation in control versus metallothoinein 1,2-knockout mice // Toxicological Sciences. 2002; 71: 154-163.
5. 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; 12: 97-102.
6. Mirzoev E.B., Kobyalko V.O., Gubina OA., Frolova NA. The response reaction of organism of rats (generation F, ) under the chronic exposure of cadmium in the antenatal and dairy period of feeding // Toxicological Review. 2011; 4: 16-19 (in Russian).
7. Antonov B.I., Yakovleva T.F. Laboratory of research in veterinary: biochemical and mycological: Directory. Moscow: Agropromizdat. 1991 (in Russian).
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; 66: 134-142.
9. GoncharenkoM.S., Latinova A.M. The method of estimation of lipid peroxidation // Laboratornoe delo. 1985; 1: 60-61 (in Russian).
10. ShevchenckoA.S., Simonova Z.A., Shevchencko T.S. The change activity synthesis of DNA in peripheral blood lymphocytes of irradiated of animals // Radiobiology. 1991; 31 (1):137-139 (in Russian).
11. Lakin G.F. Biometriya: Uchebnoye posobiye dlya boil. spets. vusov biol. 4-izd., pererab. i dop. M.: Visshaya shkola. 1990 (in Russian).
12. KoterovA.N., Filippovich I.V. Radiobiology of metallothioneins //
Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya. 1995; 35 (2): 162-180 (in Russian).
13. Klaassen C.D., Liu J., Diwan B.A. Metallothionein protection of cadmium toxicity // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009; 238: 215-220.
14. Andriyanova E.E. The influence of caesium and strontium radionuclides on cadmium toxicokinetics in an organism of animals. Dr. biol.sci.diss.Moscow: VNIIVSHE. 2004 (in Russian).
E.B. Mirzoev, VO. Kobyalko, O.A. Gubina, N.A. Frolova
RESPONSE OF THE RAT ORGANISM TO THE CHRONIC EXPOSURE OF CADMIUM LOW DOSES DURING THE
ANTENATAL PERIOD
Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology, Russian Academy of Agricultural Sciences, 249032 Obninsk, Kaluzhskaya region, Russian Federation
Chronic exposure to low doses of cadmium in the antenatal period leads to the development of negative reactions in the rat liver (generation F1) within the first 30 day of investigation. In the subsequent time periods of observation, a reversible character of changes was noted.
Key words: cadmium, rats, metallotheoneins, malondialdehyde.
Материал поступил в редакцию 12.03.2014 г.
