CC BY
39
УДК 615.9(547.361):616.831
И.В. Кудаева, Л.Б. Маснавиева
состояние показателей нейромедиаторного обмена у крыс после хронической интоксикации винилхлоридом
Ангарский филиал УРАМН ВСНЦЭЧ СО РАМН - НИИ медицины труда и экологии человека (Ангарск)
Исследованы уровни катехоламинов, серотонина и гистамина в гомогенате ткани мозга беспородных крыс-самцов, подвергшихся, хронической интоксикации, винилхлоридом. (средняя концентрация 1200 мг/м3). Выявлено, что воздействие данного токсиканта вызывает, нарушения в содержании нейромедиаторов в ткани головного мозга. В отдаленный, постконтактный период наблюдалось увеличение концентрации, серотонина и. снижение содержания, адреналина по сравнению с контрольными животными. Отмечен динамический подъем, уровня дофамина и. норадреналина, имеющего более низкий темп в постконтакный период в сопоставлении, с контрольными значениями. Изменение концентрации, адреналина и. серотонина в отдаленный период у опытных животных имел противоположную направленность по сравнению с крысами контрольных группы..
Ключевые слова: винилхлорид, беспородные крысы, центральная нервная система, нейромедиаторы
index state of neuromediator metabolism in rats after chronic intoxication with vinil chloride
I.V. Kudayeva, L.B. Masnavieva
Institute of Occupational Health and Human Ecology, ESSC HE SB RAMS, Angarsk
The levels of the catecholamines, serotonin and gystamin in the brain tissue homogenates in the non-breeded rats males exposed, to chronic intoxication, with, vinyl chloride (mean concentration. 1200 mg/m3) have been studied. The exposed, to the toxicant above was revealed, to induce the disorders in the neuromediators content in the brain tissue. The serotonin concentration, increased and. the adrenalin content decreased, compared, with the control animals a long-term, period, after exposure. The dynamic elevation in the levels of dopamine and noradrenalin having the lower rate in a post-contact period, compared, with, the control values has been noted. The increase in the concentration, of adrenalin and. serotonin in the laboratory animals in a long-term, period after intoxication, was found, to have an opposite trend, for it in the rats of the control group.
Key words: vinyl chloride, non-breeded rats, central nervous system, neuromediators
Производство винилхлорида (ВХ), представляющее собой главный источник его выделения в окружающую среду, за последние десятилетия заняло одно из ведущих мест в химической промышленности синтеза поливинилхлорида (ПВХ). Следует учитывать, что ВХ, не вступивший в реакцию полимеризации в процессе синтеза ПВХ, обладает способностью экстрагироваться из полимерных материалов, изготовленных т его основе, в процессе их эксплуатации. Широкое распространение подобных изделий в бытовом и промышленном использовании в виде линолеума, виниловых обоев, пластиковых оконных рам, пластмассовых игрушек, а также различной упаковочной тары, в том числе и для пищевых продуктов, увеличивает риск воздействия ВХ на человеческий организм.
Винилхлорид, помимо широко известного канцерогенного действия, обладает нейротропным эффектом в отношение как периферической, так и центральной нервной системы. При ингаляционном воздействии высоких доз ВХ возникает головокружение, сонливость, головная боль, возможна потеря сознания [3]. Наблюдения за больными с хронической интоксикацией и результаты экспериментов на животных свидетельствуют о его воздействии на нервную систему [4, 10]. При этом клиническая картина острых и хронических интоксикаций ВХ обусловлена характером поражения стволовых структур мозга [8]. Предполагается, что преимущественное вовлечение в патологический
процесс этих отделов связано со способностью ВХ оказывать наркотическое действие.
Следует учитывать, что длительный контакт с ВХ может приводить к профессиональной интоксикации, одним из проявлений которой служит нарушение нервно-психического статуса [1]. Вместе с тем, установлено, что в постконтактном периоде после воздействия некоторых веществ, обладающих нейротоксичными свойствами, изменения неврологического и психического статусов сохраняются на протяжении длительного периода времени, что может свидетельствовать о формировании органических патологических изменений в ЦНС [5]. Учитывая данный факт, можно предположить, что ВХ обладает способностью оказывать аналогичный эффект на нервную систему.
Известно, что определенную роль в развитии когнитивных и неврологических нарушений принимают участие различные нейротрансмиттерные системы. В связи с этим определенный интерес представляет изучение содержания нейромедиаторов в головном мозге в постконтактном периоде после воздействия токсиканта [9, 12]. Учитывая, что изучение состояния медиаторных систем головного мозга в клинических условиях практически невозможно, наиболее адекватным способом решения подобных вопросов является проведение экспериментальных исследований на животных.
Целью работы явилось изучение содержания нейромедиаторов в головном мозге крыс в посткон-
тактный период при хронической интоксикации винилхлоридом.
методика
Экспериментальные исследования проводились на 32 беспородных белых крысах-самцах массой 200 — 260 г. Животных содержали в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Страсбург, 1986) при естественном световом режиме и свободном доступе к воде и корму. Моделирование хронического воздействия парами ВХ выполняли сотрудники лаборатории токсикологии НИИ МТ и ЭЧ (г. Ангарск) под руководством д.м.н. Л.М. Соседовой. Крыс опытной группы подвергали воздействию винилхлорида в течение двух месяцев по 4 часа в сутки 5 раз в неделю. Средняя концентрация винилхлорида в камерах составляла 1200 мг/м3. Животным контрольной группы в затравочные камеры в течение аналогичного периода времени подавался чистый воздух [6]. Крыс опытной и контрольной групп умерщвляли после последнего воздействия токсиканта, а также в отдаленный постконтактный период — спустя 9 недель (1 и 2 сроки исследований соответственно). У декапитированных животных на холоде выделяли головной мозг, не разделяя его на структуры. Ткань мозга гомогенизировали в охлажденном калий-фосфатном буфере (рН = 6,5) при помощи электрического микроизмельчителя Поттера с тефлоновым пестиком. После центрифугирования супернатант замораживали и хранили при t = —70 °С.
Содержание серотонина, гистамина и катехоламинов (адреналина, норадреналина и дофамина) определяли в гомогенате ткани головного мозга твердофазным конкурентным иммуноферментным методом на микропланшетах при помощи тест-набораов Serotonin EIA, Histamine EIA и 3Cat EIA соответственно (LDN, Germany). Замер оптической плотности в исследуемых образцах проводили на ИФА-ридере (Biotek, США) при 450 нм.
Статистическую обработку результатов осуществляли при помощи ППП «Statistica 5.0». После проверки гипотезы о нормальности распределения (тест Шапиро — Уилка) для попарного сравнения
количественных показателей был использован и-критерий Манна — Уитни. Различия считали статистически значимыми при р < 0,05. Результаты исследований представлены в виде значения медианы, верхнего и нижнего квартилей. Сравнение разницы относительных частот в группах проводили с помощью доверительных интервалов (ДИ) относительных частот. В качестве критического принимали уровень р = 0,049. Результаты представлены в виде разности относительных частот признака в двух связанных группах и ее стандартной ошибки с указанием ДИ.
результаты
Исследование концентрации нейромедиаторов в гомогенате ткани головного мозга крыс, подвергшихся хроническому воздействию ВХ (табл. 1), выявило в первый срок опыта снижение содержания серотонина на 20 % в сравнении со значениями контрольной группы (р = 0,17). У опытных животных значения данного показателя находились в диапазоне от 109,9 до 415,5 нг/г ткани, в контрольной группе минимальное значение составило 174,1 нг/г ткани, максимальное — 313,3 нг/г ткани. Концентрация гистамина в образцах тканей опытных и контрольных животных была практически одинаковой и находилась в диапазоне от 32,2 до 93,0 и от 27,6 до 100,1 нг/г ткани соответственно. Изменения уровня катехоламинов у животных опытной группы не достигали статистической значимости по сравнению с контрольными величинами, однако, выявлено полуторакратное увеличение содержания норадреналина и дофамина при одновременном снижении адреналина. Следует отметить наличие широкого диапазона колебаний уровня норадреналина у животных контрольной группы (от 16,6 до 429,6 пг/г ткани), в то время как у опытных крыс значения данного аналита находились в более узком диапазоне: 94,0 — 227,2 пг/г ткани. Содержание дофамина в гомогенате мозга исследуемых животных имело распределение, близкое к нормальному. Минимальное значение для контрольной группы составило 4,6 пг/г ткани, для опытной — 10,0 пг/г ткани, максимальные значения — 33,9 и 31,9 пг/г ткани соответственно. Уровень адреналина в образцах ткани мозга крыс опытной группы был выше, чем
Таблица 1
Содержание нейромедиаторов в гомогенате ткани мозга крыс после окончания хронического ингаляционного
воздействия винилхлоридом Med (Q25-Q75)
Показатель 1 срок исследования 2 срок исследования
контроль опыт P контроль опыт P
Гистамин, нг/г ткани 44,8 (42,3-93,0) (n = 6) 37,4 (35,5-38,5) (n = 6) 0,200 38,7 (33,0-44,7) (n = 6) 39,3 (27,3-44,7) (n = 6) 0,2809
Адреналин, пг/г ткани 1,92 (1,39-2,98) (n = 5) 1,33 (0,84-5,94) (n = 7) 0,807 4,16 (4,02-4,61) (n = 6) 1,26 (0,96-1,36) (n = 6) 0,006
Норадреналин, пг/г ткани 99,8 (81,0-352,7) (n = 5) 155,7 (128,4-173,9) (n = 7) 0,684 223,6 (172,3-252,6) (n = 6) 210,5 (190,0-223,0) (n = 6) 0,873
Дофамин, пг/г ткани 13,1 (5,8-15,5) (n = 5) 22,6 (16,5-29,1) (n = 7) 0,167 42,4 (30,1-54,0) (n = 6) 47,2 (37,6-53,8) (n = 6) 0,631
Серотонин, нг/г ткани 227,1 (208,5-229,6) (n = 6) 166,4 (125,6-306,9) (n = 7) 0,168 150,0 (102,58-185,4) (n = 7) 316,3 (165,6-443,0) (n = 6) 0,032
у контрольных животных, при этом минимальные значения данного показателя находились на одном уровне (0,5 и 0,7 пг/г ткани для опыта и контроля), а максимальные — различались более чем в 2 раза и составили 8,4 и 3,4 пг/г ткани соответственно.
В отдаленный постконтактный период содержание серотонина у крыс опытной группы было достоверно (р = 0,01) выше, чем у контрольных животных. Значения данного показателя в контрольной группе находились в диапазоне от 100,3 до 186,7 нг/г ткани. Следует учесть, что в опытной группе лишь 30 % значений изучаемого нейромедиатора не превышали уровня 200 нг/г ткани, а максимальное значение составило 472,5 нг/г ткани. Концентрация гистамина в гомогенате мозга опытных животных была близка к таковой у контрольных. Исследуемые значения находились в диапазоне от 30,0 до 45,2 и от 24,5 до 51,2 нг/г ткани для контрольной и опытной групп соответственно. Вместе с тем, у животных, подвергавшихся воздействию ВХ, в отдаленный период выявлено более чем трехкратное снижение содержания адреналина в гомогенате ткани мозга (р = 0,01) по сравнению с контрольными животными. Концентрация норадреналина в мозге у крыс обеих групп в 80 % случаев не выходила за пределы 250,0 пг/г ткани, однако максимальное значение данного показателя у животных опытной группы было более чем в два раза выше, чем у контрольных (664,2 и 300,2 пг/г ткани соответственно). Что касается дофамина, то его содержание в образцах гомогената мозга в контрольной группе колебалось от 15,6 до 55,0 пг/г ткани, в опытной — от 30,5 до 79,3 пг/г ткани.
Динамическое сравнение содержания нейромедиаторов в ткани мозга животных позволило выявить одинаковую направленность изменений уровней дофамина и норадреналина в исследуемых группах. У опытных животных увеличение концентрации нейромедиаторов в отдаленный постконтактный период достигало уровня статистической значимости (р = 0,01 и р = 0,02 для дофамина и норадреналина соответственно) в сравнении с первым сроком обследования. В то же время у животных контрольной группы статистически значимым являлось только 3-кратное увеличение содержания дофамина (р = 0,02). Что касается уровня адреналина в ткани мозга, было отмечено отсутствие динамических изменений данного показателя у опытных крыс (р = 0,83), в то время как в контрольной группе его концентрация ко второму сроку увеличивалась более чем в 2 раза (р = 0,02). Динамическое повышение концентрации серотонина в 1,9 раза в отдаленном постконтактном периоде у опытных животных не достигало статистически значимого уровня (р = 0,15). Вместе с тем, в контрольной группе выявлено снижение его концентрации в 1,4 раза (р = 0,01) по отношению к показателям первого срока обследования. Уровень гистамина в гомогенате мозга как опытных, так и контрольных крыс, не претерпевал значительных изменений (р = 0,75 и р = 0,20 соответственно) в течение периода исследования.
Сравнительный межгрупповой анализ изменений концентрации нейромедиаторов в экспериментальных группах животных в отдаленном постконтактном периоде относительно первого срока обследования выявил факт наличия статистически значимой разницы по всем изучаемым показателям, за исключением гистамина (рис. 1). Следует отметить, что у контрольных животных наблюдался с возрастом выраженный рост концентрации катехоламинов: адреналина — на 117 ± 11 %, ДИ 91,7—141,7; норадреналина — на 124 ± 14 %, ДИ 94,4 —153,6;дофамина — на 224 ±42%,ДИ 144,8 — 302,6. У оп ытных животных приросткон-центрации норадреналина и дофамина носил менее выраженный характер:на35± 12%,ДИ 8,6 — 61,8 и на 109 ±8 %, ДИ 89,6 — 128,0 соответственно. Измене ние адреналина имело противоположную направленность. Обращает на себя внимание факт разнонаправленного характера модификации уровня серотонина. Возрастное снижение концентрации данного нейромедиатора, наблюдаемое у контрольных животных на 34 ± 17 %, ДИ —69,3^1,3, было статистически значимо по сравнению с его увеличением на 90 ± 7 %, ДИ 71,4—108,8 у крыс, подвергавшихся интоксикации ВХ.
Полученные результаты свидетельствуют, что при воздействии ВХ в ткани головного мозга происходит нарушение как содержания отдельных нейромедиаторов, так и характера изменения их концентрации во времени. Отмеченные факты могут явиться причиной развивающихся под влиянием ВХ нарушений в ЦНС: протекания процессов возбуждения и торможения, пластичности нейро-трасмиттерной передачи, изменению когнитивных функций. Можно предположить, что у животных, подвергшихся хронической интоксикации ВХ, увеличивается скорость процессов старения в ЦНС, о чем свидетельствуют, например, ранние возрастные изменения в содержании норадрена-лина, дофамина и серотонина.
рис. 1. Изменения концентрации нейромедиаторов (Gis - гистамин, AD - адреналин, NA - норадрена-лин, DA - дофамин, Ser - серотонин) в гомогенате ткани мозга животных в отдаленном постконтактном периоде относительно первого срока обследования. * - различия статистически значимы в сравнении с контрольной группой при р < 0,05.
Экспериментами, проведенными ранее, было показано, что хроническая интоксикация ВХ приводила к стимуляции двигательной активности у крыс, к формированию тревожно-эмоционального состояния, ухудшению процессов обучаемости и снижению рабочей памяти [6]. Возможным объяснением подобных изменений могут служить нарушения процессов нейромедиации в ЦНС.
В частности, известно, что дофамин является нейротрансмиттером, осуществляющим контроль движений, настроения и эмоций [2]. Увеличение его концентрации при развитии патологических состояний посредством стимуляции D2-рецепторов приводит к дезорганизации ЦНС, развитию агрессивных состояний [7], проявления которых зарегистрированы у животных, подвергшихся интоксикации ВХ [6]. Отмеченное нами снижение уровня серотонина, участвующего в осуществлении форм сложного поведения, включая агрессию и формирование социальных отношений в популяции, также может играть определенную роль в развитии указанных нарушений.
Усиление двигательной активности у данных крыс может иметь непосредственную связь с увеличением концентрации норадреналина, наблюдаемым сразу после окончания хронического воздействия токсиканта. Следует учитывать, что церебральное действие норадреналина и адреналина вызывает стимуляцию нейрональных структур, повышает общий тонус неокортекса, усиливает психическую активность [7]. В качестве другого механизма увеличения локомоторной активности животных могут рассматриваться нарушения в процессах нейротрансмиссии, осуществляемые серотонином, так как данный нейромедиатор участвует в модуляции передачи в проводящих путях спинного мозга, а также влияет на активность спинальных интернейронов и мотонейронов и, следовательно, общей двигательной активности [2].
Причинами снижения памяти у животных, подвергшихся воздействию ВХ, могут быть увеличение уровня норадреналина и снижение концентрации серотонина в ЦНС. Первое объяснение постулируется на том факте, что норадреналин, усиливая процессы гиперполяризации нейронов гиппокампа посредством блокады медленно активируемой кальцием калиевой проводимости, приводит к нарушению внимания и возбуждения в головном мозге [11]. Серотонин, в свою очередь, являясь одним из ведущих нейромедиаторов, участвующих в обеспечении когнитивных функций, при снижении концентрации может вызывать развитие дегенеративных процессов в нервной системе [7].
заключение
Таким образом, хроническое ингаляционное воздействие винилхлоридом вызывает изменения в содержании норадреналина и дофамина, сходные
с возрастными, приводит к модификации направленности в содержании адреналина и серотонина по сравнению с контрольными животными. В отдаленный постконтактный период после интоксикации ВХ в ткани головного мозга крыс наблюдается повышение содержания серотонина и снижение уровня адреналина.
литература
1. Антонюженко В.А. Винилхлоридная болезнь — углеводородный нейротоксикоз / В.А. Антонюженко.
— Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1980. — 183 с.
2. Ашмарин И.П. Нейрохимия в таблицах и схемах / И.П. Ашмарин, Н.Д. Ещенко, Е.П. Кара-зеева. — М.: Экзамен, 2007. — 143 с.
3. Интернет-Академия безопасного труда. Винилхлорид. http:/safework/ru/ilo/ICSC/cards/ view/?0082 (30.04.2009).
4. Комбинированное действие винилхлорида и дихлорэтана при длительном поступлении в организм / М.Ф. Савченков [и др.] // Мед. труда и пром. экол. — 2001. — № 1. — С. 23 — 26.
5. Психопатологические проявления отдаленного периода профессиональных нейроинтоксикаций / В.Г. Колесов [и др.] // Журн. неврол. и психиатр. - 2005. - Т. 105, № 1. - С. 25-29.
6. Соседова Л.М. Морфо-функциональные нарушения у крыс при воздействии винилхлоридом в отдаленном периоде интоксикации / Л.М. Соседова, Е.А. Капустина, Е.А. Титов // Мед. труда и пром. экол. - 2008. - № 1. - С. 24-29.
7. Степанченко А.В. Нейрохимические системы: Учебное пособие / А.В. Степанченко, А.А. Ма-рьяновский. - М.: Медицина, 2005. - 112 с.
8. Шубочкин Л.Н. Винилхлорид // Программа ООН по окружающей среде. Научные обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических веществ / Под ред. Н.Ф. Измерова. -М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1983.
- № 37. - 16 с.
9. Kudaeva I.V. Neurotransmitters in the blood of workers exposed to metallic mercury / I.V. Kudaeva, L.B. Masnavieva // Proc. 2nd Int. Conf. Immunophysiolo-gy: Natural autoimmunity in physiology and pathology, Sept. 26-28, 2008. - Moscow, 2008. - P. 69-73.
10. Differential induction of N(2),3-еthenoguanine in rat brain and liver after exposure to vinyl chloride / E. J. Morinellc [et all.] // Cancer Res. - 2002. -Vol. 62. - P. 5183-5188.
11. Madison D.V. Cyclic adenosine 3',5'-monophos-phate mediates beta-receptor actions of noradrenaline in rat hippocampal pyramidal cells / D.V. Madison, R.A. Ni-coll // J. Physiol. - 1986. - Vol. 372. - P. 245-259.
12. Marien M.R. Noradrenergic mechanisms in neurodegenerative diseases: a theory / M.R. Marien, F.C. Colpaert, A.C. Rosenquist // Brain Res. Rev. -2004. - Vol. 45, N 1. - P. 38-78.
сведения об авторах:
Ангарский филиал ВСНЦ ЭЧ СО РАМН, 665827, г. Ангарск, 12 «а» м/район, д. 3.
Кудаева Ирина Валерьевна, заведующая лабораторией биохимии, к.м.н., тел. 89148838863, (3955) 559-663, 554-086. МаснавиеваЛюдмила Борисовна, научный сотрудник лаборатории биохимии, к.м.н., тел. 89148838863, (3955) 559663..
