Влияние экспериментальной гиперкальциемии, вызванной витамином д, на показатели системной гемодинамики в условиях интоксикации хлоридом кобальта Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 4 - P. 51-55

Раздел II

КЛИНИКА И МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА. НОВЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ

УДК: 616.12-008.331.1 DOI: 10.12737/article_5a38f2150b9b59.53178452

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГИПЕРКАЛЬЦИЕМИИ, ВЫЗВАННОЙ ВИТАМИНОМ Д, НА ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ В УСЛОВИЯХ ИНТОКСИКАЦИИ ХЛОРИДОМ

КОБАЛЬТА

Д.Х. ОГАНЕСЯН*, В.Б. БРИН***, О. Т. КАБИСОВ**

*ФГБОУ ВО СОГМА Минздрава РФ, ул. Пушкинская, 40, г. Владикавказ, 362025, РСО-Алания **ФГБУН Институт биомедицинских исследований ВНЦ РАН, ул. Пушкинская, 47, г. Владикавказ, 362025РСО-Алания, e-mail: datosever@mail.ru, vbbrin@yandex.ru

Аннотация. Цель работы заключается в изучении особенностей изменения параметров системной гемодинамики под влиянием хлорида кобальта в условиях гиперкальциемии. Экспериментальную гиперкальциемию у крыс линии Вистар создавали путём ежедневного однократного введения препарата «Аквадетрим» в дозировке 3000 МЕ (0,2 мл)/100 г. Хлорид кобальта вводили подкожно и внутрижелудочнос помощью зонда, в дозе 4 мг/кг ежедневно на протяжении одного месяца. По истечении времени эксперимента исследовали функциональное состояние сердечной сосудистой системы, определяя основные параметры системной гемодинамики. Определялись следующие показатели: артериальное давление - инвазивно (кровавым способом) путём введения в бедренную артерию пластикового катетера. Для измерения минутного объёма крови через левую общую сонную артерию в дугу аорты вводился термистор. Показания регистрировались с помощью монитора МХ-04. Рассчитывалось среднее артериальное давление по специальной формуле, частота сердечных сокращений - с помощью хирургического монитора; по специальным формулам рассчитывались сердечный индекс, ударный индекс и удельное периферическое сосудистое сопротивление. Исследования показали, что при подкожном и внутрижелудочном введении хлорида кобальта наблюдаются изменения параметров системной гемодинамики, которые проявляются в виде артериальной гипер-тензии. При экспериментальной гиперкальциемии, вызванной введением витамина Д3, введение металла вызывает достоверно меньшую гипертензивную реакцию.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, хлорид кобальта, гемодинамика, гиперкальциемия.

INFLUENCE OF EXPERIMENTAL HYPУERCALCAEMIA OF VITAMIN-D3 ON THE INDICATORS OF SYSTEMIC HEMODYNAMICS IN CONDITIONS OF INTOXICATION BY COBALT CHLORIDE

D.H. OGANESYAN*, V.B. BRIN***, O. T. KABISOV*

*North Ossetia State Medical Academy, Pushkinskaya street, house 40, Vladikavkaz, 362025, RNO-Alania "Biomedical Research of Vladikavkaz Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, street Pushkinskaya, 47, Vladikavkaz, 362025North Ossetia-Alania, e-mail: datosever@mail.ru, vbbrin@yandex.ru

Abstract. The research purpose is to study the features of the change in the parameters of systemic hemodynamics under the influence of cobalt chloride in conditions of hypercalcemia. Experimental hypercalcemia in rats of the Wistar line was created by daily single administration of the drug "Akvadetrim". Cobalt chloride was administered subcutaneously and intragastrically with a probe at a dose of 4 mg / kg daily for one month. After the expiration of the experiment, the functional state of the cardiac vascular system was examined, determining the main parameters of systemic hemodynamics. The following indicators were determined: blood pressure - invasively (bloody way) by inserting a plastic catheter into the femoral artery. To measure the minute volume of blood through the left common carotid artery in the aortic arch a thermis-

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 4 - P. 51-55

tor was inserted. The readings were recorded using the MX-04 monitor. Mean arterial blood pressure was calculated according to a special formula, heart rate - using a surgical monitor; according to special formulas, the cardiac index, the shock index and the specific peripheral vascular resistance, were calculated. Studies have shown that with subcutaneous and intragastric administration of cobalt chloride, there are the changes in the parameters of systemic hemodynamics that manifest themselves in the form of arterial hypertension. With experimental hypercalcemia caused by the infusion of vitamin D3, the introduction of the metal causes a significantly lower hypertensive reaction.

Key words: heavy metals, cobalt chloride, hemodynamics, hypercalcemia

Актуальность. Кальций - один из наиболее важных макроэлементов в организме. У здорового человека в организме содержится 1,5-2 кг кальция, большая часть которого преимущественно локализуется в костной ткани. Участвуя во многих биологических процессах, он обеспечивает сокращение миокарда [6], скелетных и гладких мышц, является важнейшим фактором гемостаза, регулирует активность центральной нервной системы. Ионы кальция служат посредниками во внутриклеточной передаче сигналов, участвуют в обеспечении системы внутриклеточного транспорта, в синап-тической передаче и других жизненно важных функциях [3]. Известно, что повышение концентрации внеклеточного кальция приводит к повышению сосудистого тонуса [1]. Многочисленность выполняемых функций объясняет наличие жёстких механизмов регуляции концентрации кальция в крови. Поддержание гоме-стазиса концентрации кальция в организме регулируется различными путями и одним из них является синтез и эффекты витамина Дз. Ги-перкальциемический эффект витамина Дз обусловлен его способностью увеличивать всасывание кальция в кишечнике и повышать его реабсорбцию в канальцах почек [4].

Кобальт относится к эссенциальным микроэлементам, т.е. является жизненно важным для работы различных систем организма, но при этом, при повышенном его поступлении он для организма токсичен и даже губителен. Существуют определённые концентрации, в которых металлы и, в частности, кобальт, необходимы живым организмам [7,10]. Повышенное поступление кобальта в организм оказывает отрицательное влияние на сердечную ткань, в частности способствует развитию инфаркта миокарда [8] и повышению артериального давления [9], о чем свидетельствует ряд научных работ.

Одним из механизмов токсического действия тяжёлых металлов на организм является их свойство замещать ионы кальция в специфиче-

ских процессах. Экспериментальным путём было выявлено, что повышенная концентрация кальция в рационе препятствует проникновению и накоплению свинца в органах и тканях, способствует выведению его из организма с мочой, в значительной степени снижая его токсическое действие на организм, что говорит о протекторной активности кальция в условиях интоксикации свинцом [2]. Публикаций о протекторном влиянии кальция на развитие кобальтовой интоксикации в доступной литературе мы не обнаружили.

Цель исследования - изучение функционального состояния сердечно сосудистой системы в условиях экспериментальной гиперкаль-циемии при отравлении хлоридом кобальта.

Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 75 половозрелых крысах-самцах линии Вистар (виварий ФГБОУ ВО СОГМА Минздрава РФ) со средней массой 266 г±15. Эксперименты проводились в 6 группах животных: 1-ая группа - интактные крысы, 2-ая группа - животные с подкожным (п/к) введением хлорида кобальта в дозе 4 мг/кг (суточная доза), 3-я группа - животные с внутри-желудочным введением (в/ж) хлорида кобальта в дозе 4 мг/кг (суточная доза), 4-ая группа -контроль витамина Д3, 5-ая группа - крысы с п/к введением металла и экспериментальной гиперкальциемией, вызванной витамином Дз, 6-ая группа крысы с в/ж введением хлорида кобальта и витамина Дз.

С целью изучения влияния вида транспорта кобальта на системную гемодинамику использовали два метода доставки тяжёлого металла (пероральный и подкожный). Доза вводимого металла была определена на основании изученной литературы по данной тематике [9]. Курсовая доза вводимого хлорида кобальта составляет 120 мг/кг на каждого животного, а в качестве растворителя использовали дистиллированную воду.

10иККЛЬ ОБ ОТШ МЕБТСЛЬ ТЕСЫК0ШЫЕ8 - 2017 - V. 24, № 4 - Р. 51-55

Влияние гипокальциемии на показатели системной гемодинамики в условиях кобальтовой интоксикации

Условия опыта Стат. показатель Среднее артериальное давление (мм рт.ст) Частота сердечных сокращений (уд.в мин.) Сердечный индекс (мл/100 г) Ударный индекс (мл/100 г) Удельное периферическое сосудистое сопротивление (усл.ед)

1-я группа Фон М±т 103,3±0,81 380±5,20 54,24±1,35 0,141±0,003 1,55±0,044

2-я группа Со п/к 4 мг М±т 139.±2.8 404±9.6 42.50±2.08 0.103±0.006 2.63±0.106

Р **) **) **) **)

3-я группа Со в/ж 4 мг. М±т 135,1±3,6 400±8,2 42,09±2,6 0,105±0,005 2,66±0,223

Р #)!!) #)!!) **)##) **)##) ##)

4-я группа Контр- Дз М±т Р 112,2±2,6 388±10 43,82±1,81 0,116±0,005 2,08±0,01

5-я группа Со п/к 4 мг+вит. Дз М±т 122,9±2,4 390±9,9 51,42±1,92 0,128±0,006 1,99±0,69

Р **)!!)&

6-я группа. Со в/ж 4мг +вит Дз М±т 119,1±1,1 392±5,1 50,44±1,47 0,125±0,005 1,95±0,68

Р **) **)#)!!) **)!!) **)#)!!) **)!!)

Примечание: (*) - достоверное (р<0,001) изменение по сравнению с фоном; (**) - достоверное (р<0,05) изменение по сравнению фоном; (#) - достоверное (р<0,001) изменение по сравнению с группой №2; (##) - достоверное (р<0,05) изменение по сравнению группой №3; (!!) - достоверное (р<0,05) изменение по сравнению группой №4; (&) - достоверное (р<0,05) изменение по сравнению группой №6; М - среднее арифметическое значение выборки; т - ошибка средней арифметической

Животные находились на стандартном пищевом рационе, имели свободный доступ к воде и пище. Световой режим - естественный. Исследование проводили в осенне-зимний период года. Модель гиперкальциемии создавалась путём ежедневного интрагастрального введения препарата «Аквадетрим» (витамина Дз) в желудок в дозировке 3000 МЕ (0,2 мл)/100 г массы тела животного. В опыт отбирались крысы с отчётливой гиперкальцие-мией (4,33/4,49ммоль/л) (N=2,27/2,56) (содержание кальция в крови/в плазме). Концентрацию кальция определяли на анализатора электролитов АЭК-01. По окончанию эксперимента (30 дней) исследовали функциональное состояние сердечной-сосудистой системы, определяя основные параметры системной гемодинамики. При проведении экспериментов руководствовались статьёй 11-й Хельсинской декла-

Таблица рации Всемирной медицинской ассоциации, «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и правилами лабораторной практики в Российской Федерации (приказ МЗ РФ от 01.04.2016 г. № 199). Определение гемодинамических показателей проводилось в остром эксперименте. Исследования выполнялись под тиопентало-вым наркозом. Наркоз вводили внутривенно в дозе 40 мг на 100 гр. Определялись следующие показатели: артериальное давление -прямым способом путём катетеризации бедренной артерии. Катетер заполнялся 10% раствором гепарина (производитель фирма «Гедеон Рихтер»), который предварительно разводили в физиологическом растворе, и подключался к электроманометру «ДДА». Для измерения минутного объёма крови через левую общую сонную артерию в дугу аорты вводился термистор. Кривые терморазведения регистрировались на самописце ЭПП-5. Показания артериального давления фиксировались с помощью монитора МХ-04. Рассчитывалось среднее артериальное давление (САД) по формуле САД=ДД+1/3ПД, где ДД -диастолическое давление, ПД - пульсовое давление; частота сердечных сокращений (ЧСС) определялась - с помощью монитора МХ-04; по формулам рассчитывались [5] сердечный индекс (СИ), ударный индекс (УИ) и удельное периферическое сосудистое сопротивление (УПСС). Статистическая обработка результатов, учитывая количество выборок и нормальное распределение рядов сравнения с помощью критерия Шапиро-Уилка (Шф>>Шт), проводилась с при-

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2017 - Т. 24, № 4 - С. 51-55 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 4 - P. 51-55

менением критерия «г» Стьюдента (^-критерий Манна - Уитни) с использованием программы ОгарНРай Рпгт 6. О наличии значимых различий и факторных влияний судили при критическом уровне достоверности (р) меньшем 0,05. (программа ОгарНРайРпгт 6).

Результаты и их обсуждение. Определение показателей системной гемодинамики показало, что у животных с подкожным и внут-рижелудочным введением хлорида кобальта происходило достоверное увеличение САД по сравнению с интактной группой животных, что было обусловлено значимым увеличением удельного периферического сосудистого сопротивления.

В условиях подкожного и интрагастрально-го введения металла происходило изменение насосной функции сердца, что характеризовалось снижением сердечного индекса вследствие уменьшения ударного индекса относительно значений интактного контроля. Увеличение частоты сердечных сокращений у экспериментальных животных, получавших хлорид кобальта относительно фоновых значений, носит компенсаторный характер, связанный с повреждающим действием тяжёлого металла и особенностью его замещать кальций в некоторых биохимических процессах. Значимых различий между группами крыс с подкожным и внутри-желудочным введением кобальта не было выявлено. Случаев гибели крыс в ходе эксперимента не наблюдалось. Другая картина наблю-

Литература

1. Антонов А.Р., Васькина Е.А., Ефремов А.В., Литвинова Т.А., Чернякин Ю.Д., Якобсон Г.С. Нарушения электролитного обмена при артериальной ги-пертензии и инфаркте миокарда // Вестник новых медицинских технологий. 2006. № 3. С. 83-84.

2. Ахполова В.О., Брин В.Б. Сравнительная характеристика влияния внутрижелудочного и подкожного введения ацетата свинца на функции почек в условиях экспериментального гипервитаминоза Д // Вестник новых медицинских технологий. 2009. №4. С. 164-165.

далась в группе животных с экспериментальной моделью гиперкальциемии при введении хлорида кобальта. Повышенная концентрация кальция в крови в условиях внутрижелудочного введения кобальта приводит к меньшему подъёму среднего артериального давления по сравнению с группой животных, изолированно получавших хлорид кобальта, что было обусловлено наличием менее выраженных изменений удельного периферического сосудистого сопротивления. Одновременно с этим происходило восстановление сердечного и ударного индексов относительно значений группы животных, получавших изолированное подкожное введение хлорида кобальта, что позволяет судить об улучшении насосной функции сердца в условиях гиперкальциемии.

Выводы:

1. При подкожном и внутрижелудочном введении хлорида цинка наблюдаются изменения системной гемодинамики, которые проявляются в виде артериальной гипертензии.

2. Артериальная гипертензия обусловлена ростом сосудистого сопротивления, несмотря на снижение насосной функции сердца

3. При подкожном и интрагастральном введении металла, гиперкальциемия вызывает достоверно меньшую гипертензивную реакцию.

4. Изменения системной гемодинамики при подкожном и внутрижелудочном введении хлорида кобальта однотипны.

References

Antonov AR, Vas'kina EA, Efremov AV, Litvinova TA, Chernyakin YuD, Yakobson GS. Narusheniya elektro-litnogo obmena pri arterial'noy gipertenzii i infarkte miokarda [The electrolytes exchange disturbances in arterial hypertension and myocardial infarction]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2006;3:83-4. Russian.

Akhpolova VO, Brin VB. Sravnitel'naya kharakteristi-ka vliyaniya vnutrizheludochnogo i podkozhnogo vvedeniya atsetata svintsa na funktsii pochek v uslo-viyakh eksperimental'nogo gipervitaminoza D [Comparative characteristics of the effect of intragastric and subcutaneous administration of lead acetate on kidney function under experimental hypervitaminosis D]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2009;4:164-5. Russian.

Brin VB. Izbrannye lektsii po sovremennoy fiziologii [Selected lectures on modern physiology]. Pod red. akad. RAN M.A. Ostrovskogo, chl.-korr. RAMN A.L. Zefirova. Kazan'; 2010. Russian. Buzoeva MR, Brin VB. Pochechnye effekty khlorida

3. Брин В.Б. Избранные лекции по современной физиологии. Под ред. акад. РАН М.А. Островского, чл.-корр. РАМН А.Л. Зефирова. Казань, 2010. С. 216242.

4. Бузоева М.Р., Брин В.Б. Почечные эффекты хло-

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 4 - P. 51-55

рида кобальта на фоне хронического гипопарати-реоза // Вестник новых медицинских технологий. 2009. № 4. С. 170-171.

5. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Физиология системного кровообращения. Формулы и расчёты. Изд-во Ростовского университета, 1984. 88 с.

6. Иорданская Ф.А., Цепкова Н. К. Кальций в крови: диагностическое и прогностическое значение в мониторинге функционального состояния высококвалифицированных спортсменов // Вестник спортивной науки. 2009. №3. С. 33-35.

7. Калиман П.А., Беловецкая И.В. Влияние хлорида кобальта на активность ключевых ферментов метаболизма гема в печени крысы // Биохимия. 1986. №

8. С. 1307-1308.

8. Кабисов О.Т., Брин В.Б., Митциев А.К., Митци-ев К.Г. Патент 2462762 Российская Федерация МПК G09B 23/28 (2006.01). Способ моделирования хронической токсической артериальной гипертонии и кардиопатии у экспериментальных животных. № 2011128446/14; заявл. 08.07.2011; опубл. 27.09.2012Бюл. № 27

9. Циммерман М. Микроэлементы в медицине. Москва: Арнебия, 2006. 232 с.

10. Linna A., Oksa P., Groundstroem K., Halkosaari M., Palmroos P. Exposure to cobalt in the production of cobalt and cobalt compounds and its effect on the heart // Occupational and Environmental Medicine. 2004. Vol. 61. № 11. P. 877-885.

kobal'ta na fone khronicheskogo gipoparatireoza [Renal effects of cobalt chloride on the background of chronic hypoparathyroidism]. Vestnik novykh medit-sinskikh tekhnologiy. 2009;4:170-1. Russian. Brin VB, Zonis BYa. Fiziologiya sistemnogo krovoo-brashcheniya. Formuly i raschety [Physiology of systemic circulation. Formulas and calculations]. Izd-vo Rostovs-kogo universiteta; 1984. Russian. Iordanskaya FA, Tsepkova NK. Kal'tsiy v krovi: diag-nosticheskoe i prognosticheskoe znachenie v monitoringe funktsional'nogo sostoyaniya vysokokvalifitsi-rovannykh sportsmenov [Calcium in the blood: diagnostic and prognostic value in monitoring the functional status of highly qualified athletes]. Vestnik sportivnoy nauki. 2009;3:33-5. Russian. Kaliman PA, Belovetskaya IV. Vliyanie khlorida kobal'ta na aktivnost' klyuchevykh fermentov metabolizma gema v pecheni krysy [Effect of cobalt chloride on the activity of key enzymes of heme metabolism in rat liver]. Biok-himiya. 1986;8:1307-8. Russian.

Brin WB, Mitstiev AK, Kabisov OT, Mittsiev KG. Patent 2462762 Russian Federation IPC G09B 23/28 (2006.01). A method for modeling chronic toxic arterial hypertension and cardiopathy in experimental animals. № 2011128446/14; claimed. 08/07/2011; publ. 27.09.2012Buld. № 27. Russian.

Tsimmerman M. Mikroelementy v meditsine [Microelements in medicine]. Moscow: Arnebiya; 2006. Russian

Linna A, Oksa P, Groundstroem K, Halkosaari M, Pal-mroos P. Exposure to cobalt in the production of cobalt and cobalt compounds and its effect on the heart. Occupational and Environmental Medicine. 2004;61(11):877-85.