CC BY
14список литературы
1. Нужный В.П., Демешина И.В., Забирова И.Г. [и др.] // Токсикол. вестник. - 1999. - № 2. - С. 2-8.
2. Хабриев РУ - М. : Медицина, 2005. - 832 с.
3. Akaike N., Shirasaki Т., Yakushiji T. // J. neurophysiol. - 1991. - № 66. - P. 497-504.
4. Broderick P., Benjamin A.B. // J. okla. state med assoc. - 2004. - Vol. 97, № 12. - P. 538-542.
5. Forrest J.B., Camu F., Greer I.A. [et al.] // Br. J. anaesth. - 2002. - Vol. 88, № 2 - P. 227-233.
6. Harris R.A., Trudell J.R., Mihic S.J. // Sci signal. - 2008. - Vol. 1, № 28. - P. 7-10.
7. Jones D., Gerber L.P., Drell W. // Clin. chem. - 1970. - Vol. 16. - P. 402.
8. Lieh-Lai M.W, Kauftaan R.E. // Crit. care med. - 1999. - Vol. 27, № 12. - P. 2786-2791.
9. Saczk A.A., Okumura L.L., Firmino de Oliveira M. [et al.] // Anal. bioanal. chem. - 2005. - Vol. 381, № 8. - P. 1619-1624.
10. Ulanova I.P. Sanotskiî I.V, Khalepo A.I. [et al.] // Gig. Tr. Prof. Zabol. - 1969. - Vol. 13, № 7. - P. 2225.
Kurpyakova A.F., Bykov V.N., Chepur S.V.,Yudin M.A., Nikiforov A,S. Examination of the effectiveness of a combination of dithionite, ketorolac and caffeine on the model of a rat heavy poisoning by ethanol
Research and Testing Center for Medical-Biological Defense, State Institute of Military Medicine, St.Petersburg
The therapy of acute poisonings by ethanol using a three-component formulation including sodium dithionite, (10 mg/kg), caffeine (17.5 mg/kg) and ketorolac (5 mg/kg) authentically decreases a rehabilitation period for motor activity and severity of intoxication at a relative safety of the combination to rats. The use of this combination accelerates elimination of acetaldehyde in poisoned animals.
Материал поступил в редакцию 06.09.2010 г
УДК 546.47/49 : 591.4
Содержание металлотионеинов в печени и почках крыс разного возраста при внутрибрюшинном введении нитрата кадмия
Кобялко В.О., Мирзоев Э.Б., Губина О.А., Фролова Н.А., Ратни-кова Л.И., Анисимов В.С.
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, гОбнинск
Обнаружены существенные различия в содержании МТ и кадмия в печени и почках крыс разного возраста при внутрибрюшинном введении раствора нитрата кадмия в дозах 0,5 и 2 мг/кг по иону-металла. У 60 недельных животных отмечали более низкий уровень МТ в органах, чем у 40 недельных, а содержание кадмия было выше. С возрастанием дозы воздействия эти различия усугублялись. Предполагается, что воздействие металла в больших дозах выявляет эффект ослабления компенсаторно-защитных возможностей организма с увеличением возраста.
Ключевые слова: кадмий, крысы, печень, почки, металлотионеины
18
Введение. Кадмий и его соединения, попадая в окружающую среду вследствие активного использования в промышленном производстве, вносят существенный вклад в формирование техногенного загрязнения [6]. Высокая кумулятивная способность и низкая скорость экскреции способствуют интенсивному накоплению металла в органах-мишенях (печень, почки) млекопитающих, как при хроническом, так и остром характере воздействия [7]. Механизм детоксикации кадмия в организме животных обусловлен связыванием его ионов с металло-тионеинами (МТ) - специфическими низкомолекулярными белками, которые синтезируются в ответ на поступление токсиканта [12]. Превышение уровня эффективного связывания ионов металла приводит к развитию повреждений в клетках органов и тканей [3], которые при достаточно высоких дозах становятся фатальными. При этом цитотоксическое действие обусловлено активацией процесса перекисного окисления липидов и нарушением структурно-функционального состояния белков-ферментов [10, 18, 16]. Предполагалось, что в случае острого воздействия гибель млекопитающих наступает от Cd-индуцированной кардио- и не-фротоксичности [11]. Но впоследствии было показано, что летальный исход является следствием глубокого поражения печени, которое определяется недостаточностью синтеза МТ,
необходимого для полноценной инактивации поступающих в орган ионов кадмия [4]. Вместе с тем, величина ЛД50, даже у животных в пределах одного вида, может существенно изменяться в зависимости от физиологического состояния, возраста, пола и др. факторов [17, 9, 8, 15].
Целью настоящей работы стала оценка содержания МТ в критических органах (печень, почки) 40 и 60 недельных крыс при внутрибрюшинном введении кадмия в дозах 0,5 и 2 мг/кг.
Материалы и методы исследования. Эксперименты были проведены в соответствии с требованиями "Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных" (Приказ Минздрава России №267 от 19.06.2003 г.) на 44 крысах линии "Вистар" сорока и шестидесяти недельного возраста в условиях вивария Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН. Животных содержали на стандартном рационе ООО "МЭСТ" (ГОСТ Р 50258-92). Живая масса крыс в возрасте 40 недель составляла 388±35 г, 60 недель - 525±27 г.
Подопытным животным раствор нитрата кадмия вводили внутрибрюшинно в дозах по иону металла - 0,5 и 2 мг/кг, а контрольным - нитрата калия, в соответствующих дозах по нитрат-иону.
5
Отбор образцов органов у крыс, усыпленных эфирным наркозом, осуществляли на 1-е и 5-е сутки после воздействия. Каждая экспериментальная точка объединяла данные от 4
- 6 крыс.
Содержание кадмия определяли методом спектрометрии [2], а металлотионеинов (МТ)
- радиохимическим кадмий-гемоглобиновым методом [5], который основан на замещении ионов металлов, хелатированных в МТ, радионуклидом 109Сё.
Обработку результатов исследования проводили методом вариационной статистики с использование ^критерия Стьюдента [1].
Результаты и обсуждение. Поступление кадмия в органы экспериментальных крыс сопровождается индукцией синтеза МТ. На 1-е сутки после внутрибрюшинного введения металла в дозе 0,5 мг/кг содержание МТ в печени 40 недельных животных возрастало в 9,9 раз, а у 60 недельных - 7,2 раза (рис.1). С увеличением дозы воздействия значение показателя было выше контроля в 21 и 12 раз, соответственно. При этом содержание МТ у 60 недельных крыс было достоверно ниже, чем у более молодых животных. На 5-е сутки исследования значение показателя было увеличено относительно контроля до 9 раз при воздействии в дозе 0,5 мг/кг и до 12,5 раз - в дозе 2 мг/кг. Достоверных различий у животных разных возрастных групп в это время не отмечали.
В почках при воздействии в дозе 0,5 мг/кг содержание МТ достоверно возрастало на 5-е сутки исследования. У 40 недельных крыс значение показателя было повышено в 1,9 раза, а у 60 недельных - 1,6 раз (рис.2). С увеличением дозы кадмия рост уровня МТ наблюдали уже с первых суток исследования в обеих возрастных группах, но у более молодых животных регистрировали большую величину изменения показателя - в 4,9 раз на 5-е сутки.
Оценка содержания кадмия в печени и почках при внутрибрюшинном введении в дозах 0,5 и 2 мг/кг выявила достоверное повышение уровня металла в органах (табл.). На 1-е сутки после воздействия в дозе 0,5 мг/кг содержание кадмия в печени 40 недельных крыс возрастало в 331 раз, а у 60-и недельных - в 600 раз. С увеличением дозы до 2 мг/кг отмечали рост значений показателя в 375 и 1576 раз, соответственно. Сравнение уровней накопления кадмия у подопытных животных разного возраста обнаружило достоверные различия. При воздействии в дозе 0,5 мг/кг содержание металла в печени 40 недельных крыс было в 1,4 раза меньше, чем у 60 недельных, а 2 мг/кг - в 3,2 раза. На 5-е сутки исследования наблюдали снижение его уровня в печени при сохранении достоверных различий между животными разных возрастных групп.
При определении содержания кадмия в почках крыс, рост значений показателя на 1-е сутки после воздействия в дозе 0,5 мг/кг достигал 22 раз, а в дозе 2 мг/кг - 82 раз. У 40 недельных животных регистрировали более низкий уровень накопления металла. В отличие от печени, в почках на 5-е сутки наблюдали увеличение концентрации кадмия (р<0,05). Различия значений между животными разного возраста были достоверны.
Обнаруженные изменения содержания МТ в критических органах крыс, подвергнутых острому воздействию кадмия, подтверждают роль этих белков в связывании и детоксика-ции ионов металла [13]. Сравнительный анализ полученных данных выявил заметный дисбаланс уровней МТ и кадмия в печени и почках животных разного возраста. При воздействии металла в дозе 0,5 мг/кг различия в содержании МТ в печени 40 и 60 недельных крыс незначительны и, в обоих случаях, синтезируемого количества белка достаточно для успешной инактивации ионов кадмия. В то же время, повышение дозы воздействия до 2 мг/кг уже на 1-е сутки исследования характеризуется более низким содержанием МТ в печени животных 60 недельного возраста по сравнению с 40 недельными, а кадмия - более высоким. Вероятно, такое резкое увеличение количества несвязанных ионов металла инициирует развитие патологических реакций в клетках органа и может стать причиной гибели организма в ранние сроки после токсической нагрузки. Это подтверждается данными о значительном снижении ЛД50 (с 14 до 2 мг/кг) у крыс старше 50 недель [14]. Напротив, в почках увеличение концентрации кадмия на 1-е сутки не сопровождается существенным изменением уровня МТ, который у интактных животных характеризуется относительно высоким значением. Только на 5-е сутки наблюдается достоверное повышение содержания МТ, которое более выражено у крыс 40 недельного возраста. В это время продолжается перераспределение металла (чаще всего в виде Сё-МТ) из печени в почки, где происходит его высвобождение из связанной формы в виде ионов, оказывающих повреждающее действие на клетки почечных канальцев. Поэтому в отдаленные сроки после воздействия гибель животных, в большей степени, определяется нефротоксичностью [3].
Таким образом, у подопытных 60 недельных крыс отмечается существенное снижение уровня синтеза МТ в критических органах в ответ на поступление кадмия. Учитывая отсутствие достоверных различий в содержании МТ у 40 и 60 недельных интактных животных, можно предположить, что воздействие металла в больших дозах выявляет эффект ослабления компенсаторно-защитных возможностей организма с увеличением возраста. Это еще раз подчеркивает особую роль МТ в формировании механизмов адаптации к загрязнению окружающей среды кадмием и, возможно, другими тяжелыми металлами [11].
Заключение. Внутрибрюшинное введение кадмия в дозах 0,5 и 2 мг/кг обнаружило различия в синтезе МТ и накоплении металла в печени и почках крыс разных возрастных групп. Концентрация кадмия в органах 40 недельных животных была ниже, чем у 60 недельных. При этом содержание МТ, напротив, было выше. С увеличением дозы воздействия различия усугублялись. Вероятно, снижение интенсивности синтеза МТ и скорости выведения кадмия с увеличением возраста животных является одной из основных причин токсических эффектов в ранние сроки после воздействия.
40
недельные крысы
60
недельные крысы
Сс1, 0,5 мг/кг
40
недельные крысы
С<1,2
Рис. 1. Содержание МТ в печени крыс при внутрибрю-шинном введении кадмия в дозах 0,5 и 2 мг/кг Примечание: * - различия значений достоверны относительно контроля; р<0,05
+ - различия значений достоверны относительно 60 недельных животных; р<0,05
1400 -, 1200 -1000 -800 -600 -400 -200 -0
-га! гЛ
40 недельные 60 недельные
крысы
крысы
С<1, 0,5 мг/кг
4-0 недельные крысы
С<1, 2 мг/кг
Рис. 2. Содержание МТ в почках крыс при внутрибрю-шинном введении кадмия в дозах 0,5 и 2 мг/кг Примечание: * - различия значений достоверны относительно контроля; р<0,05
+ - различия значений достоверны относительно 60 недельных животных; р<0,05
19
Содержание кадмия в печени и почках крыс при внутрибрюшинном введении металла в дозах 0,5 и 2 мг/кг, (мкг/г ткани)
Таблица
Доза кадмия, мг/кг Возраст крыс, недели Сроки исследования, сутки
Контроль (n=6) 1 (n=4) 5 (n=4)
Печень
0,5 40 0,032 ±0,007 10,722 ±0,492*+ 5,939 ±1,105*+
60 0,025 ±0,005 14,891 ±1,401* 11,078 ±0,100*
2 40 0,032 ±0,007 12,166 ±0,912*+ 8,531 ±2,422*+
60 0,025 ±0,005 39,078 ±2,635* 20,480 ±0,453*
Почки
0,5 40 0,071 ±0,008 1,590 ±0,023*+ 1,490 ±0,013*+
60 0,146 ±0,039 2,409 ±0,034* 2,580 ±0,018*
2 40 0,071 ±0,008 5,875 ±1,630* 6,887 ±0,002*+
60 0,146 ±0,039 8,127 ±0,664* 9,687 ±1,458*
Примечание: * - различия значений достоверны относительно контроля; р<0,05 + - различия значений достоверны относительно 60 недельных животных; р<0,05
20
5
список литературы
1. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биол. спец. вузов -4-изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1990.- 352 с.
2. Обухов А.И., Плеханова И.О. Атомно-абсорбционный анализ в почвенно-бислогических исследованиях. М.: Изд-во МГУ 1991.- 184 с.
3. Dudley R.E., Gammal L.M., Klaassen C.D. Cadmium-induced hepatic and renal injury in chronically exposed rats: likely role of hepatic cadmium metallothionein in nephrotoxicity // Toxicol. Appl. Pharmacol., 1985. -V77. -P. 414-426.
4. Dudley R.E., Svoboda D.J., Klaassen C.O. Acute exposure to cadmium causes severe liver injury in rats // Toxicol. Appl. Pharmacol. 1982.-V 65.-P. 302-313.
5. 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.-V66.-P. 134-142.
6. Goering, P. L., Waalkes, M. P., and Klaassen, C. D. Cadmium toxicity // In Handbook of Experimental Pharmacology; Toxicology of Metals, Biochemical Effects (R. A. Goyer and M. G Cherian, Eds.),. Springer-Verlag, New York, 1994. -P. 189-214.
7. Goyer R.A., Cherian M.G. Toxicology of metals: biochemical aspects // In: Handbook of Experimental Pharmacology. New York: Springer-Verlag,. 1995.-V.115.-P. 189-213.
8. Habeebu S.S., Liu J., Liu Y., Klassen C.D. Metallothionein-null mice are more sensitive than wild-type mice to liver injury induced by repeated exposure to cadmim // Toxicological Sciences, 2000.-V.55.-P.223-232
9. Harsad E.B., Klaassen C.D. Analysis of strain difference in sensitivity to cadmium-induced hepatotoxicity in Fisher 344 and Sprague-Dawley Rats // Toxicological Sciences, 2002.-V.67.-P.329-340
10. Hussain T, Shukla G. S., Chandra S.V. Effects of cadmium on superoxide dismutase and lipid peroxidation in liver and kidney of growing rats: In vivo and in vitro studies // Pharmacology and
Toxicology, 1987.-V60.-P. 355-358.
11. Klaassen C.D., Liu J. Induction of Metallothionein as an Adaptive Mechanism Affecting the magnitude and progression of Toxicological injury // Environmental Health Perspectives, 1998.-V106.-№1.-P.297-300
12. Klaassen C.D., Liu J., Choudhuri S. Metallothionein: An intracellular protein to protect against cadmium toxicity // Annu Rev. Pharmacol. Toxicol., 1999. -V.39. -P. 267-294.
13. Klaassen C.D., Liu J., Diwan B.A. Metallothionein protection of cadmium toxicity // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009.-V. 238.-№ 3.-P. 215-220.
14. Kostial K., Kello D., Blanusa M., Maljkovic T., and Rabar l.Influence of Some Factors on Cadmium Pharmacokinetics and Toxicity // Environmental Health Perspectives, 1979. -V 27. -P. 89-95.
15. Kuester R. K., Waalkes M. P., Goering P. L., Fisher B. L., McCuskey R. S., Sipes I. G. Differential Hepatotoxicity Induced by Cadmium in Fischer 344 and Sprague-Dawley Rats // Toxicological Sciences, 2002. -V65.-P.15M59
16. Nordberg G.F. Cadmium metabolism and toxicity // Environ. Physiol. Biochem. 1972.-V 2. -P. 7-36.
17. Solaiman D., Jonah M., Miyazaki W., Ho G., Bhattacharyya M. Increased metallothionein in mouse liver, kidneys, and duodenum during lactation // Toxicological Sciences, 2001. -V60.-P.184-192.
18. Viarengo A., Nicotera P. Possible role of Ca2+ in heavy metals cytotoxicity // Comp. Biochem. Physiol., 1991.;-V100C(1/2).-P. 81-84.
Kobyalko V.O., Mirzoyev E.B., Gubina O.A., Frolova N.A., Ratnikova L.I., Anisimov V.S. Content of metallothioneins in liver and kidneys of rats of different age at intra-abdominal administration of cadmium nitrate
All-Russian Research Institute of Agricultural Radiology and Agro-Ecology, Obninsk
Significant differences were found out in the content of metallothioneins and cadmium in liver and kidneys of rats of different age at the intra-abdominal administration of cadmium nitrate solution in doses of 0.5 and 2 mg/kg in terms of metal ions. In 60 week aged animals a lower level of metallothioneins was revealed in animal organs than in 40 week aged but the content of cadmium was higher. With increased exposure doses, this discrepancy exacerbated. It is supposed that high doses metal exposure evokes dampening of the compensatory and protective potential of the organism with aging .
Материал поступил в редакцию 14.07.2010 г
21
