CC BY
60
№ 1 - 2012 г. 03.00.00 биологические науки
УДК 618.33/36:611.013.85
СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ МАТЕРИНСКО-ПЛОДОВЫХ ОТНОШЕНИЙ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В ЭМБРИОГЕНЕЗЕ
Н.В. Саломеина, С.В. Машак
ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России (г. Новосибирск)
Целью исследования явилось изучение морфофункционального состояния элементов системы «мать — плацента — плод» при внутрибрюшинном воздействии на белых крыс линии Вистар сульфатом кадмия в дозе 0,5 мг/кг в пересчете на металл с 12-х по 16-е сутки беременности. Установлено, что введение токсиканта вызывает снижение на 10,8 % прибавки массы тела самками к 20-му дню беременности; гепатотоксический эффект у беременных самок; плацентарную недостаточность, которая сопровождается рядом компенсаторных перестроек в данном внезародышевом органе; а также задержку темпов развития печени плодов.
Ключевые слова: кадмий, плод, плацента, печень матери, печень плода, беременность.
Саломеина Наталья Викторовна — кандидат медицинских наук, доцент кафедры гистологиии, эмбриологии и цитологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России, рабочий телефон: 8 (383) 21658-45, e-mail: [email protected]
Машак Светлана Владимировна — доктор медицинских наук, профессор кафедры гистологиии, эмбриологии и цитологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России, рабочий телефон: 8 (383) 21658-45, e-mail [email protected]
Введение. Общеизвестным фактом является экологическое неблагополучие социума, которое постепенно приобретает черты планетарного бедствия. В конце 80-х годов прошлого столетия во внешней среде было зарегистрировано более 4 млн токсических веществ и ежегодно их количество возрастает на 1-2 тысячи [8]. Выявить закономерности комбинированного действия химических веществ не представляется возможным до тех пор, пока не будут накоплены достоверные сведения об особенностях действия на организм каждого из них в отдельности.
Одним из самых опасных загрязнителей природной среды является кадмий. Результаты многочисленных исследований [6, 7] показывают, что в условиях техногенных
биогеохимических провинций все биосубстраты системы «мать — внезародышевые
органы — плод» содержат кадмий в концентрациях, превышающих Европейский стандарт. По данным Н. М. Паранько с соавт. [4], поступление кадмия даже в количествах, не превышающих предельно допустимые, формирует высокие его значения в индикаторных биосубстратах — крови, моче, плаценте, меконии — вследствие способности к длительной аккумуляции в организме (период его полувыведения составляет 10-35 лет). Из изложенного вытекает цель работы — исследовать морфофункциональное состояние элементов системы «мать — плацента — плод» при воздействии сульфатом кадмия во время беременности.
Материалы и методы. Исследование было проведено на белых крысах линии Вистар массой 160-200 г в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных». Воздействие осуществляли внутрибрюшинно растворенным в физиологическом растворе сульфатом кадмия с 12-х по 16-е сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг в пересчете на кадмий (п = 10). Контрольной группе в тот же период беременности внутрибрюшинно вводили физиологический раствор (п = 11). Животных выводили из опыта на 20-е сутки беременности путем декапитации под эфирным наркозом.
Токсическое действие кадмия оценивали на основании таких показателей, как общая эмбриональная смертность, прибавка массы тела самками к 20-му дню беременности, масса и длина (теменно-каудальный размер) плодов (п = 99 в контроле, п = 93 в опыте), а также масса печени беременных самок, аллантоисной плаценты и печени плодов. Материал для гистологического исследования фиксировали в 10 % нейтральном формалине, заливали в парафин по общепринятой методике. Срезы окрашивали гематоксилином Майера и эозином. Морфометрический анализ проводили с помощью квадратно-узловой тест-системы методом точечного счета [1]. Достоверность различия сравниваемых величин определяли на основании критериев Стьюдента и Фишера и считали значимыми при р < 0,05.
Результаты исследований. Воздействие сульфатом кадмия в дозе 0,5 мг/кг с 12-х по 16-е сутки беременности не приводит к изменению общей эмбриональной смертности (11,41 ± 2,62 % в контроле, 11 ± 3,54 % в опыте). Анализ массометрических показателей звеньев системы «мать — плацента — плод» обнаружил, что введение токсиканта вызывает снижение прибавки массы тела самками к 20-му дню беременности на 8,5 % и уменьшение массы аллантоисной плаценты на 10,8 %. По таким показателям, как масса печени беременных самок, печени плодов, масса и длина плодов, достоверных различий с контролем не выявлено (табл. 1).
Таблица 1
Массометрические показатели элементов системы «мать — внезародышевые органы — плод» в контроле и при воздействии сульфатом кадмия (М ± m)
Условия экспери- мента Приёмка массы тел а С1.МКІ1ІН, г Масса печенн самок, г Масса аллантоисной плаценты, мг Масса плодов, г Длина ПЛОДОЕ. см Масса печени ПЛОДОЕ, МГ
Контроль 80 ± 8,3 10.8i0.55 4SS.4 = 14.5 2.41 = 0,05 3.01 = 0.03 131,1 ±5,7
Опыт 73.2 = 3,6** 10,69 = 0,43 435.7 = 11.7* 2.2S = 0,06 2.97 = 0,04 177.1 = 5.9
Примечание: * — отличие с контролем достоверно при Pst < 0,05; ** — отличие с контролем достоверно при PF < 0,01
Морфологическое исследование гистологических препаратов печени самок на 20-й день беременности показало, что введение крысам сульфата кадмия приводит к изменению архитектоники печеночных долек. Балки гепатоцитов приобретают различное направление — часть из них сохраняет радиальную ориентацию, а часть располагается почти параллельно центральной вене. Форма и размер гепатоцитов значительно варьируют — большинство клеток, как и в контроле, являются полигональными, остальные имеют вытянутую форму и более мелкие размеры. Цитоплазма некоторых паренхиматозных клеток содержит крупные вакуоли. При морфометрическом анализе гистологических препаратов печени самок, подвергшихся воздействию сульфатом кадмия, статистически достоверных различий с контролем по таким показателям, как объемная плотность гепатоцитов и синусоидных капилляров, ядерно-цитоплазматическое отношение гепатоцитов, обнаружено не было.
Морфометрическое исследование гистологических препаратов аллантоисных плацент показало, что при введении беременным животным соли кадмия происходит уменьшение относительного объема базального отдела плаценты (с 18,11 ± 0,71 до 15,63 ± 0,52 %, Pst =
0,01) и соответственно увеличение относительного объема, занятого лабиринтом (с 81,89 ± 0,71 до 84,37 ± 0,52 %, Pst = 0,01). В лабиринтной части плаценты возрастает вариабельность просветов материнских лакун с тенденцией к снижению. На их долю приходится 30,66 ± 0,72 % объема в опыте против 34,04 ± 1,07 % в контроле (Fst < 0,05). Отмечается некоторое увеличение количества фетальных капилляров, при этом величина их просвета существенно не отличается от контроля. Удельная плотность фетального кровеносного русла составляет 18,36 ± 0,37 % в контрольной группе и 19,59 ± 0,4 % в опытной (Pst < 0,05). Вследствие описанных изменений, материнско-фетальный индекс васкуляризации плаценты снижается с 1,85 ± 0,04 до 1,57 ± 0,05 усл. ед. (Pst < 0,001). Такие показатели, как объемная плотность цитоплазмы и ядер трофобласта, а также его ядерно-цитоплазматическое отношение (ЯЦО), находятся в пределах контрольных значений.
При морфологическом исследовании печени плодов крыс, подвергнутых воздействию сульфатом кадмия, обращает на себя внимание появление большего, чем в контроле, количества гемопоэтических клеток. Встречаются гепатоциты, содержащие крупные вакуоли в цитоплазме; в некоторых ядрах заметны явления пикноза. Морфометрическое изучение печени плодов 20-го дня эмбриогенеза обнаружило снижение на 6,5 % удельной плотности клеточной популяции гепатоцитов и соответственно возрастание доли объема, занятого клеточными элементами гемопоэза. Объемная плотность (ОП) ядер гепатоцитов сохраняется на уровне контрольных значений, а удельная плотность их цитоплазмы снижается на 6 %. В результате ЯЦО гепатоцитов возрастает в опыте на 13,6 % (табл. 2).
Таблица 2
Морфометрические показатели печени плодов на 20-е сутки эмбриогенеза в контроле
и при воздействии сульфатом кадмия (М ± m)
Условия экспери- мента ОП гепатоцитов. % ОП кроветворным КЛИОМ; ОП цитоплазмы гепатоцитов. ° и ОП ядер гепатоцитов. % ЯЦО гепатоцитов, vc.4. ел.
Контроль А6Л- U 53.2*1.3 37,2 ^ 0,9 9,6 ¿0,5 0,257 ± 0,011
Опь:г 40=3 = 1.3* 59,7=1,3* 31,2 = 0,9* 9,1 =0,5 0,292 = 0,011*
Примечание: * — отличие с контролем достоверно при Pst < 0,05
Обсуждение полученных данных. Отсутствие увеличения эмбриональной смертности при введении кадмия с 12-х по 16-е сутки беременности можно объяснить с нескольких позиций. Во-первых, неблагоприятные воздействия особенно резко меняют направление дифференциации различных клеток на начальных стадиях развития, что, в свою очередь, приводит к многообразным нарушениям развития тканей, органов, систем и, как следствие, нежизнеспособности зародыша [5]. Во-вторых, гибель эмбриона зачастую бывает обусловлена аномалиями развития, которые почти всегда зависят от прямого (непосредственного) действия патогенного агента на его органы и ткани [3], а по данным V. Ferm еt al. [9], плацента и желточный мешок с 12-х суток внутриутробного развития образуют барьер на пути поступления кадмия к плоду. Отсутствие гипотрофии плодов, скорее всего, может быть также поставлено в связь с данным фактом.
При массометрическом исследовании нами было выявлено снижение прибавки массы тела самками к 20-му дню беременности. По литературным данным, воздействие кадмием вызывает нарушение функций митохондрий, повреждение биомембран и изменение гормонального статуса в организме беременных крыс [10], что приводит к снижению синтеза белка и, как следствие, преобладанию катаболических процессов над анаболическими.
В обеспечении нормальной жизнедеятельности организма важное место занимает печень. Она является «хранилищем» кадмия в организме и участвует в синтезе специфического белка-переносчика кадмия — металлотионеина, являющегося естественной защитой организма. Выявленные нами изменения морфологической картины в печени самок свидетельствуют о наличии гепатотоксического эффекта кадмия.
Говоря о влиянии различной патологии матери на развитие плода, необходимо отметить, что некоторые ее последствия могут в той или иной мере компенсироваться благодаря деятельности плаценты. Воздействие солью кадмия вызвало снижение массы плаценты, однако при этом объемная плотность лабиринта, участвующего в обмене между материнской и детской кровью, и фетальных капилляров достоверно превышала контрольные значения. Таким образом, перестройка плаценты на органном уровне выразилась в увеличении общего количества функционирующих капилляров. Подобные изменения способны предотвратить или значительно уменьшить последствия дефицита кислорода и питательных веществ.
В связи с тем, что печень плода обладает высокой степенью кумуляции кадмия и способна к синтезу металлотионеина, нами было предпринято морфологическое и морфометрическое исследования этого органа. При морфометрическом исследовании печени плодов было обнаружено уменьшение объемной плотности клеточной популяции гепатоцитов и увеличение объемной плотности клеточных элементов гемопоэза, что рассматривается отдельными авторами [2] и нами как проявление незрелости органа. Зарегистрированное увеличение показателя ядерно-цитоплазматического отношения гепатоцитов может являться признаком повышения функциональной активности клеток, так как объем ядер изменяется пропорционально активности внутриклеточного синтеза.
Выводы. Таким образом, воздействие на крыс линии Вистар сульфатом кадмия в дозе
0,5 мг/кг в пересчете на кадмий внутрибрюшинно с 12-х по 16-е сутки беременности вызывает:
1. снижение прибавки массы тела самками к 20-му дню беременности;
2. гепатотоксический эффект у беременных самок;
3. плацентарную недостаточность, которая сопровождается рядом компенсаторных перестроек в данном внезародышевом органе;
4. задержку темпов развития печени плодов.
Список литературы
1. Автандилов Г. Г. Введение в количественную патологическую морфологию : монография / Г. Г. Автандилов. — М. : Медицина, 1980. — 216 с.
2. Воронина Н. П. Особенности взаимоотношений в системе мать — плацента — плод в условиях гипо- и гиперкортицизма : автореф. дис... докт. мед. наук / Н. П. Воронина. — Новосибирск, 2002. — 41 с.
3. Кирющенков А. П. Влияние вредных факторов на плод : монография / А. П. Кирющенков. — М. : Медицина, 1978. — 216 с.
4. Паранько Н. М. Роль тяжелых металлов в возникновении репродуктивных нарушений / Н. М. Паранько, Э. Н. Белицкая, Т. Д. Землякова [и др.] // Гигиена и санитария. — 2002. — № 1. — С. 28-30.
5. Рыжавский Б. Я. Состояние важнейших систем в эмбриогенезе : отдаленные последствия : монография / Б. Я. Рыжавский. — Хабаровск : Изд-во Хабаровского краевого центра психического здоровья, 1999. — 203 с.
6. Сенькевич О. А. Токсичные микроэлементы плодово-материнского комплекса в условиях антропогенной нагрузки / О. А. Сенькевич, З. В. Сиротина, Ю. Г. Ковальский, Н. В. Бердников // Дальневосточный мед. журн. — 2008. — № 2. — С. 61-64.
7. Тяжелые металлы в крови женщин коренных национальностей Крайнего Севера / А. А. Дударев [и др.] // Гигиена и санитария. — 2010. — № 4. — С. 31-34.
8. Экологопроизводственные токсикозы / И. И. Логвиненко [и др.] // Проблемы саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма : материалы VI Междунар. науч. симпозиума VII Чуйской науч.-практ. конф. — Чолпон-Ата, 2003. — Т. 2. — С. 308-312.
9. Ferm V. H. The permeability of the hamster placenta to radioactive cadmium / V. H. Ferm, D. P. Hanlon, J. Urban // J. Embryol. And Exptl. Morphol. — 1969. — Vol. 22, N 1. — P. 107-113.
10. Piasek M. Assessment of steroid disruption using cultures of whole ovary and/or placenta in rat and in human placental tissue / M. Piasek, J. W. Laskey, K. Kostial, M. Blanusa // Arch. Occup. Environ. Health. — 2002. — Suppl. 75. — S. 36-44.
STRUCTURAL BASES OF MOTHER-FETUS RELATIONS AT CHEMICAL INTERACTION DURING EMBRYOGENESIS
N. V. Salomeina, S.V. Mashak
SEI HPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment» (Novosibirsk c.)
Purpose of research was studying the morphofunctional conditions of elements of «mother — placenta — fetus» system at intraperitoneal influence of cadmium sulfate in a dose of 0,5 mg/kg on Vistar white rats in conversion to metal from 12 till 16 days of pregnancy. It is established
that toxicant introduction causes the decrement of females body mass increase by 20 day of pregnancy on 10,8 %; hepatotoxic effect at pregnant females; placental failure which is accompanied by series of compensatory reorganizations in the given extraembryonic organ; and also the delay of development rates of fetus liver.
Keywords: cadmium, fetus, placenta, mother’s liver, fetus liver, pregnancy.
About authors:
Salomeina Natalia Viktorovna — candidate of medical sciences, assistant professor of histology, fetology and cytology chair at SEI HPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment», office number: 8(383) 216-58-45, an e-mail: [email protected]
Mashak Svetlana Vladimirovna — doctor of medical sciences, professor of histology, fetology and cytology chair at SEI HPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment», office number: 8(383) 216-58-45, an e-mail
List of the Literature:
1. Avtandilov G. G. Introduction to quantitative pathological morphology: monography / G. G. Avtandilov. — M: medicine, 1980. — 216 P.
2. Voronina N. P. Feature of mutual relations in system mother — placenta — afetus in conditions hypo- and hypercorticoidism: autoref. Dis. ... doct. of medical sciences / N. P.Voronina. — Novosibirsk, 2002. — 41 P.
3. Kirushchenkov A.P. Influence of harmful factors on fetus: monography / A. P. Kiryushchenkov. — M: medicine, 1978. — 216 P.
4. Paranko N. M. Role of heavy metals in occurrence of genesial disturbances / N. M. Paranko, E. N. Belitskaya, T. D. Zemlyakova [etc.] // Hygiene and sanitation. — 2002. — № 1. — P. 28-30.
5. Ryzhavsky B. Y. State of the major systems in embryogenesis: remote consequences: monography / B. Y. Ryzhavsky. — Khabarovsk: Publishing house of the Khabarovsk regional center of mental health, 1999. — 203 P.
6. Senkevich O. A. Toxic traces substances of mother-fetus complex in the conditions
of anthropogenous load / O. A. Senkevich, Z. V. Sirotina, Y. G. Kowalski,
N. V. Berdnikov //Far East medical jour. — 2008. — № 2. — P. 61-64.
7. Heavy metals in blood of women of indigenous nationalities of the Far North / A. A.
Dudarev [etc.] // Hygiene and sanitation. — 2010. — № 4. — P. 31-34.
8. Ekological industrial toxicoses / I. I. Logvinenko [etc.] // Problems of sanogenic and pathogenic effects of ecological influence on internal medium of organism: materials of VI Mezhdunar. Scien. workshop of VII Chujsky scien.-pract. conf. — Cholpon-Ata, 2003. — V. 2. — P. 308-312.
9. Ferm V. H. The permeability of the hamster placenta to radioactive cadmium / V. H. Ferm, D. P. Hanlon, J. Urban // J. Embryol. And Exptl. Morphol. — 1969. — Vol. 22, N 1. — P. 107-113.
10. Piasek M. Assessment of steroid disruption using cultures of whole ovary and/or placenta in rat and in human placental tissue / M. Piasek, J. W. Laskey, K. Kostial, M. Blanusa // Arch. Occup. Environ. Health. — 2002. — Suppl. 75. — S. 36-44.
