CC BY
43
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 96-100
УДК: 546.56-546.41:616.12-008.331.001.6 DOI: 10.12737/20432
СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫЕ ЭФФЕКТЫ СУЛЬФАТА МЕДИ В УСЛОВИЯХ ГОРМОНАЛЬНОЙ
ГИПОКАЛЬЦИЕМИИ
К.Г. МИТЦИЕВ*, В.Б. БРИН*** , А.К. МИТЦИЕВ**, О. Т. КАБИСОВ*
* ИБМИ ВНЦ РАН и РСО-Алания, Республика Северная Осетия-Алания, ул. Пушкинская, 40, г. Владикавказ, Россия, 362019, e-mail: [email protected] ** ГБОУ ВПО СОГМА Минздрава России, ул. Пушкинская, 40, г. Владикавказ, Россия, 362019,
e-mail: [email protected]
Аннотация. Медь является одним из важных микроэлементов необходимых для поддержания гомеостазиса, однако ее избыточное поступление способно приводить к развитию многочисленных морфологических и функциональных изменений жизненно важных систем. Медь обладает повышенной тропностью к сердечно-сосудистой системе и ее чрезмерное поступление в организм сопровождается развитием значительных изменений системы кровообращения. Известно, что кальций является конкурентным биометаллом для большинства ксенобиотиков, а состояние искусственной гипер-кальциемии нашло широкое применение в медицине для профилактики токсического действия тяжелых металлов. Однако работ, посвященных изучению сердечно-сосудистых эффектов медной интоксикации в условиях гипокальциемии, нет. Исходя из этого, целью данной работы явилось изучение влияния медной интоксикации на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы в условиях искусственной гипокальциемии. Изучение функционального состояния сердечно-сосудистой системы заключалось в определении основных гемодинамических показателей системной гемодинамики: среднее артериальное давления, удельное периферическое сосудистое сопротивления, ударный индекс и сердечный индекс, а также определения реактивности ренин-ангиотензиновой системы и адренореактивности сердечно-сосудистой системы. Результаты экспериментальных исследований позволили установить, что длительное поступление меди в организм приводит к развитию выраженной артериальной гипертензии, сочетающейся со снижением показателей насосной функции сердца. Состояние экспериментальной гипокальциемии формируемое посредством подкожного введения кальцитонина, способствует развитию более выраженных токсических эффектов сульфата меди на сердечно-сосудистую систему.
Ключевые слова: сульфат меди, кальцитонин, гипокальциемия, системная гемодинамика, крысы.
CARDIO-VASCULAR EFFECTS OF COPPER SULFATE UNDER HORMONAL HYPOCALCEMIA K.G. MITTSIEV*, V.B. BRIN***, A.K. MITTSIEV**, O.T. KABISOV*
*IBMI VSC RAS & RNO - Alania, str. Pushkinskaya, 40, g. Vladikavkaz, Russia, 362019, e-mail: [email protected] **Medical University of Ministry of Health SOGMA Russia, str. Pushkinskaya, 40, g. Vladikavkaz, Russia, 362019,
e-mail: [email protected]
Abstract. Copper is an essential trace element necessary for the maintenance of homeostasis, but its excessive intake is able to lead to the development of numerous morphological and functional changes in vital systems. Copper has a high affinity for the cardiovascular system and its excessive intake of significant changes associated with the development of the circulatory system. It is known that calcium is the most competitive biometals xenobiotics and artificial condition of hypercalcemia is widely used in medicine for preventing toxic effects of heavy metals. However, there are no studies on the cardiovascular effects of copper toxicity in conditions of hypocalcemia. Accordingly, the purpose of this work was to study the effect of copper toxicity on the functional state of the cardiovascular system in conditions of artificial hypocalcemia. The study of the functional state of the cardiovascular system is to identify the main hemodynamic parameters of systemic hemodynamics: mean arterial pressure, specific peripheral vascular resistance, stroke index
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 96-100
and cardiac index, as well as the determination of the reactivity of the renin-angiotensin system and adreno-reactivity cardiovascular system. The results of experimental investigations have established that long-term intake of copper in the body leads to the development of severe hypertension, coupled with decreased cardiac pump function indicators. Experimental condition hypocalcemia formed by subcutaneous administration of calcitonin, promotes a more pronounced toxic effects of copper sulfate on the cardiovascular system. Key words: copper sulfate, calcitonin, hypocalcaemia, systemic hemodynamics, rat.
В связи с чрезмерно возросшей антропогенной нагрузкой на экосистемы, в последнее время пристальное внимание уделяется проблеме влияния тяжелых металлов на многочисленные процессы жизнедеятельности организма. Многие тяжелые металлы, такие как медь, участвуют в биологических процессах и в определенных концентрациях являются необходимыми микроэлементами. Однако чрезмерное поступление меди в организм, преимущественно по пищевым цепям, приводит к развитию токсического, канцерогенного и мутагенного эффектов [3].
Присущая меди способность генерировать активные формы кислорода посредством восстановления его молекулярной формы, позволяет рассматривать данный металл, как вещество повышенной токсической опасности [4,6]. Общеизвестно, что ионы меди обладают нанокри-сталлическими свойствами и в физиологических концентрациях необходимы для жизнедеятельности организма, однако при ее чрезмерном поступлении отмечается повышение удельной поверхности наноматериалов, а ее особые свойства усиливают механизмы, связанные с токсическим действием металла на организм [2].
Установлено, что медь является одним из важных следовых биометаллов, принимающих участие в регуляции гомеостазиса сердечнососудистой системы, а повышение ее содержания приводит к развитию сосудистых заболеваний, в частности к артериальной гипертонии [5].
Обладая выраженными ионообменными свойствами, кальций относится к конкурентным биометаллам по отношению к большинству ксенобиотиков и в условиях повышенных концентраций способен снижать токсические эффекты тяжелых металлов, в том числе и меди [7,8]. Однако работ, посвященных изучению сердечно-сосудистых эффектов медной интоксикации в условиях гипокальциемии, в современной литературе не имеется.
Цель исследования - изучение сердечнососудистых эффектов сульфата меди в условиях экспериментальной гипокальциемии.
Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 48 крысах-самцах линии Вистар массой 200-300 г. При проведении экспериментов руководствовались статьей 11-й Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1964), «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и Правилами лабораторной практики в Российской Федерации (приказ МЗ РФ от 19.06.2003 г. № 267). Эксперименты проводились в 3 группах животных: 1-я группа -интактные животные; 2-я группа - животные с внутрижелудочным введением сульфата меди; 3-я группа - животные с внутрижелудочным введением сульфата меди на фоне подкожного введения кальцитонина. Крысы в течение эксперимента находились на стандартном пищевом рационе, имели свободный доступ к воде и пище в течение суток. Световой режим - естественный. Экспериментальная модель гипо-кальциемии создавалась путем ежедневного подкожного введения препарата «Миакальцик» - синтетического кальцитонина лосося в дозировке 0,6 МЕ/100 г веса животного в течение 20 дней. Модель хронической медной интоксикации создавалась путём внутрижелудочного введения раствора сульфата меди в дозировке 20 мг/кг (в пересчёте на металл) в течение 30 дней, ежедневно, 1 раз в сутки.
Определение гемодинамических показателей проводилось в остром эксперименте. Животные находились под тиопенталовым наркозом. Регистрировалось артериальное давление - инвазивно (кровавым способом) путем введения в бедренную артерию пластикового катетера, заполненного 10%-ным раствором гепарина и подключенного к электроманометру «ДДА». Регистрация данных проводилась на мониторе МХ-04 с распечаткой данных на принтере Epson LX - 1050+.
10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТБСНМОШСТББ - 2016 - V. 23, № 2 - Р. 96-100
При измерении минутного объема крови через левую общую сонную артерию в дугу аорты вводился термистор МТ-54М. Физиологический раствор фиксируемой температуры объемом 0,2 мл вводился в правое предсердие через катетеризируемую правую яремную вену. Кривые термодилюции регистрировались на самописце ЭПП-5. В ходе эксперимента животным с целью изучения реактивности сердечно-сосудистой системы в бедренную вену через катетер вводились ингибитор ангиотензинпрев-ращающего фермента (АПФ) каптоприл в дозе 30 мг/кг и а1-адреноблокатор доксазозин в дозе 20 мг/кг. Рассчитывались среднее артериальное давление (САД) по формуле САД =ДД + 1/3 ПД, где ДД - диастолическое давление, ПД - пульсовое давление; частота сердечных сокращений (ЧСС) - с помощью монитора МХ-04; по специальным формулам [1] рассчитывались сердечный индекс (СИ), ударный индекс (УИ) и удельное периферическое сосудистое сопротивление (УПСС). Результаты обработаны статистически с использованием ¿-критерия Стьюдента на ПЭВМ «Pentium-4» по программе «Рпхта 4.0».
Результаты и их обсуждение. Полученные результаты экспериментальных исследований позволили установить, что медь в условиях длительного поступления в организм приводит к развитию выраженной артериальной гипер-тензии у крыс, характеризующейся значительным увеличением САД, относительно значений интактного контроля. Следует указать, что основную роль в формировании системной артериальной гипертензии, развивающейся в условиях медного отравления, играет УПСС. Из литературных данных известно, что избыточное поступление меди в организм приводит к формированию изменений процессов метаболизма в миокарде, что является основным этиологическим фактором развития сердечной дисфункции [9]. Так в нашей работе было установлено, что у животных, получавших внутрижелудоч-ное введение сульфата меди, отмечалось достоверно значимое снижение насосной функции миокарда, проявлявшееся уменьшением ударного и сердечного индексов относительно показателей фоновой группы животных (табл. 1).
Таблица 1
Влияние сульфата меди на основные гемодинамические показатели у крыс в условиях экспериментальной гиперкальциемии
Условия опыта Стат. показатель Среднее артериальное давление мм.рт.ст. Удельное периферическое сосудистое со-противление у.е. Сердечный индекс мл/кг Ударный индекс мл/кг
Фон М±т 103,9±0,8 1,52±0,036 55,19±1,48 0,143±0,005
Группа № 2 М±т 120,4±1,7 2,09±0,089 40,70±1,22 0,101±0,004
р *) *) *) *)
Группа № 3 М±т 135,9±3,0 2,7±0,14 32,61±1,54 0,083±0,004
_р Л) Л) Л) Л)
Примечание: (*) - достоверное (р=0,001) изменение по сравнению с фоном; (Л) - достоверное (р=0,001) изменение относительно внутрижелудочного введения сыб04; М - выборочное среднее, т - ошибка среднего, р - достигнутый уровень значимости
Изучение реактивности ренин-
ангиотензиновой системы (РАС) у крыс, получавших только сульфат меди, выявило менее значимое снижение значений среднего артериального давления и удельного периферического сосудистого сопротивления, как через 1, так и спустя 60 минут после внутривенного введения каптоприла, по сравнению с аналогичными показателями интактного контроля, что в свою очередь свидетельствовало о снижении реактивности РАС в условиях медного отравления (табл. 2). Определение а-адренореактивности сердечно-сосудистой системы у животных, длительно получавших сульфат меди, позволило установить, что спустя 1 минуту после введения докса-зозина регистрировалось снижение САД относительно исходных значений, что было прямым следствием уменьшения УПСС (табл. 2). Следует указать, что снижение САД у крыс получавших ксенобиотик спустя 1 минуту после введения доксазозина не имело достоверных отличий от аналогичных показателей интактного контроля (табл. 2). Через 60 минут после введения а1-адреноблокатора у животных с изолированным введением сульфата меди отмечалась реакция, направленная к снижению САД относительно показателей 1-й минуты, что явилось следствием уменьшения УПСС (табл. 2). Уровень снижения САД спустя 60 минут после введения доксазози-на животным, получавших медь, был более значимым, чем у интактного контроля (табл. 2). Таким образом, снижение способности системы
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2016 - Т. 23, № 2 - С. 96-100 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 96-100
кровообращения к восстановлению исходных показателей системной гемодинамики после экспериментальной а-адреноблокады в условиях медного отравления подтверждалось наличием более значимой реакции снижения САД и УПСС спустя 60 минут после введения доксазо-зина (табл. 2).
Таблица 2
Относительные сдвиги показателей системной гемодинамики у экспериментальных животных после введения доксазозина и каптоприла по сравнению с исходными данными
Примечание: (*) - достоверное (р=0,001) изменение по сравнению с фоном (л) - достоверное (р=0,001) изменение относительно внутрижелудочного введения СыБОг, р - достигнутый уровень значимости В условиях экзогенной гипокальциемии токсические эффекты сульфата меди на систему кровообращения экспериментальных животных приобретали более выраженный характер течения артериальной гипертензии. Повышение артериального давления у животных, получавших сульфат меди в условиях гипокальциемии, объяснялось значительным ростом УПСС относительно значений как интакт-ной группы животных, так и показателей группы животных № 2. Снижение концентрации кальция в плазме крови потенцировало прямое кардиотоксическое действие меди, что подтверждалось значительным уменьшением сократительной способности миокарда, характеризовавшимся падением ударного и сердечного индексов (табл. 2).
Определение а-адренореактивности сердечно-сосудистой системы с помощью внутривенного введения доксазозина экспериментальным жи-
Литература
1. 2.
вотным, получавшим медь на фоне гипокальциемии, выявило наличие более значимых реакций снижения САД и УПСС спустя 1 минуту после введения а1-адреноблокатора, в сравнении с исходными значениями, что позволяет считать повышенной а-адренореактивность сердечнососудистой системы, сочетавшейся со снижением способности системы кровообращения к восстановлению исходных показателей системной гемодинамики (табл. 2). Изменение реактивности РАС у крыс получавших интрагастральное введение меди на фоне экспериментальной гипокаль-циемии характеризовалось наличием более значимого снижения САД и УПСС спустя 1 минуту после введения каптоприла относительно показателей интактного контроля и значений группы животных № 2, что позволяет считать повышенной реактивность РАС (табл. 2). Спустя 60 минут после внутривенного введения ингибитора АПФ у животных группы № 3 снижение САД и УПСС превышало аналогичные показатели, как интакт-ного контроля, так и значения группы животных, получавших изолированное введение меди, что свидетельствовало о снижении способности системы кровообращения к восстановлению исходных гемодинамических показателей (табл. 2).
Выводы. Таким образом, медь в условиях длительного поступления в организм проявляет выраженную токсическую активность в отношении сердечно-сосудистой системы, приводя к развитию артериальной гипертензии сочетающейся с изменением а-адренореактивности и реактивности ренин-ангиотензиновой системы, а снижение насосной функции сердца позволяет рассматривать медь как кардиотропный яд. Сосудистые эффекты меди приобретают более выраженный характер в условиях экспериментальной гипокальциемии, что подтверждается развитием выраженной артериальной гипертензии и значительным ростом а-адренореактивности сердечнососудистой системы и реактивности ренин-ангиотензиновой системы.
References
Brin VB, Zonis BYa. Fiziologiya sistemnogo krovoo-brashcheniya. Rostov n/D: Izd-vo Rostovskogo univer-siteta; 1984. Russian.
Glushchenko NN, Bogoslovskaya OA, Ol'khovskaya IP. Sravnitel'naya toksichnost' soley i nanochastits metallov
Условия опыта САД (каптоприл) УПСС (каптоприл) САД (доксазозин) УПСС (доксазозин)
1 мин 60 мин 1 мин 60 мин 1 мин 60 мин 1 мин 60 мин
Фон -40% -24% -46% -25% -41% -12% -43% -11%
Группа № 2 -21% -20% -26% -22% -46% -30% -44% -31%
- - - -
Группа № 3 - 44% -33% -49% -35% -58% -41% -66% -46%
*) л) *) л) *) л) *) л) *) л) *) л) *) л) *) л)
Брин В.Б., Зонис Б.Я. Физиология системного кровообращения. Ростов н/Д: Изд-во Ростовского университета, 1984. С. 1-80.
Глущенко Н.Н., Богословская О.А., Ольховская И.П. Сравнительная токсичность солей и наночастиц ме-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 2 - P. 96-100
таллов и особенность их биологического действия // Известия Академии Промышленной Экологии. 2006. N 3. С. 46-47.
3. Иванов В.С., Черкасова О.А. Роль промышленных предприятий в формировании загрязнения почвенного покрова кобальтом, медью, свинцом // Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2011. Т. 10, № 3. С. 143-150.
4. Ahamed M., Akhtar M.J., Alhadlaq H.A., Alrokayan S.A. Assessment of the lung toxicity of copper oxide nanoparticles: current status // Nanomedicine. 2015. Vol.10, №. 15. Р. 2365-2377.
5. Carpenter W.E., Lam D., Toney G.M., Weintraub N.L., Qin Z. Zinc, copper, and blood pressure: Human population studies // Medical Science Monitor. 2013. №19. Р. 1-8.
6. Kumar V., Kalita J., Bora H., Misra U.K. Relationship of antioxidant and oxidative stress markers in different organs following copper toxicity in a rat model // Toxicology applied pharmacology. 2016. № 293. Р. 37-43.
7. Biosorption of cadmium, lead and copper with calcium alginate xerogels and immobilized Fucus vesiculosus / Mata Y.N., Bkzquez M.L., Ballester A. [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 163, № 2-3. Р. 555562.
8. Poulsen S.B., Svendsen J.C., Aarestrup K., Malte H.B. Calcium-dependent behavioural responses to acute copper exposure in Oncorhynchus mykiss // Journal of Fish Biology. 2014. Vol. 84, № 5. Р. 1326-1339.
9. Uriu-Adams J.Y., Keen C.L. Copper, oxidative stress, and human health // Molecular Aspects of Medicine. 2005. № 26. Р. 268-298.
i osobennost' ikh biologicheskogo deystviya. Izvestiya Akademii Promyshlennoy Ekologii. 2006;3:46-7. Russian.
Ivanov VS, Cherkasova OA. Rol' promyshlennykh predpriyatiy v formirovanii zagryazneniya pochvennogo pokrova kobal'tom, med'yu, svintsom. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2011;10(3):143-50. Russian. Ahamed M, Akhtar MJ, Alhadlaq HA, Alrokayan SA. Assessment of the lung toxicity of copper oxide nanoparticles: current status. Nanomedicine. 2015;10(15): 2365-77.
Carpenter WE, Lam D, Toney GM, Weintraub NL, Qin Z. Zinc, copper, and blood pressure: Human population studies. Medical Science Monitor. 2013;19:1-8.
Kumar V, Kalita J, Bora H, Misra UK. Relationship of antioxidant and oxidative stress markers in different organs following copper toxicity in a rat model. Toxicology applied pharmacology. 2016;293:37-43. Mata YN, Blazquez ML, Ballester A, et al. Biosorption of cadmium, lead and copper with calcium alginate xerogels and immobilized Fucus vesiculosus // Journal of Hazardous Materials. 2009;163(2-3):555-62.
Poulsen S.B., Svendsen J.C., Aarestrup K., Malte H.B. Calcium-dependent behavioural responses to acute copper exposure in Oncorhynchus mykiss // Journal of Fish Biology. 2014. Vol. 84, № 5. P. 1326-1339. Uriu-Adams JY, Keen CL. Copper, oxidative stress, and human health. Molecular Aspects of Medicine. 2005;26:268-98.
