ВЛИЯНИЕ МЕЛАКСЕНА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧЕК В УСЛОВИЯХ КАДМИЕВОЙ ИНТОКСИКАЦИИ НА ФОНЕ ГИПЕРКАЛЬЦИЕМИИ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 64-67

УДК: 614.2. 616.12-008.331 DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16433

ВЛИЯНИЕ МЕЛАКСЕНА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧЕК В УСЛОВИЯХ КАДМИЕВОЙ ИНТОКСИКАЦИИ НА ФОНЕ ГИПЕРКАЛЬЦИЕМИИ

М.Р. БУЗОЕВА*, В.Б.БРИН*/**

*ФГБУНИнститут биомедицинских исследований ВНЦРАН, ул. Пушкинская, д. 47, г. Владикавказ, РСО-Алания,

362025, Россия, e-mail: buzoevamarina@mail.ru "ГБОУ ВО СОГМА Минздрава РФ, ул. Пушкинская, д. 40, г. Владикавказ, РСО-Алания, 362025, Россия

Аннотация. В работе была исследована возможность профилактического использования мелатонина в условиях интра-гастрального и подкожного введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии, особенности распределения и степень накопления кадмия в костях и ткани почек, содержание его в плазме крови. Экспериментальную модель гиперкальциемии у крыс линии Вистар получали внутрижелудочным введением витамина D3 (препарат «Аквадетрим») через зонд в желудок в дозировке 3000 ЕД/100 г массы тела на протяжении 30 дней. Сульфат кадмия вводили интрагастрально и/или подкожно в дозе 0,5 мг/кг (в пересчете на металл) ежедневно на протяжении одного месяца. В качестве профилактического средства использовался синтетический аналог гормона эпифиза - «Мелаксен», который вводили также внутрижелудочно в дозе 10 мг/кг. Исследования показали, что нефротоксическое действие сульфата кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии проявляется в увеличении спонтанного диуреза, за счет угнетения канальцевой реабсорбции воды, возрастании выведения с мочой электролитов и протеинурии. Профилактическое применение мелатонина наиболее выражено в условиях подкожного введения сульфата кадмия на фоне измененного кальциевого гомеостаза, что проявляется в восстановлении объёма спонтанного диуреза, нормализует калийурез, способствует понижению выведения кальция, уменьшает степень протеинурии, способствует уменьшению содержания кадмия в костях, почках и плазме крови.

Ключевые слова: тяжелые металлы, сульфат кадмия, гиперкальциемия, нефротоксичность, мелатонин.

MELAXEN INFLUENCE ON THE FUNCTIONAL STATE OF THE KIDNEYS UNDER CONDITIONS OF CADMIUM INTOXICATION ON THE BACKGROUND OF HYPERCALCEMIA

M.R. BUZOEVA*, V.B. BRIN**

*Biomedical Research of Vladikavkaz Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Pushkinskaya Str. 47, Vladikavkaz,

North Ossetia-Alania, 362025, Russia, e-mail: buzoevamarina@mail.ru **North Ossetia State Medical Academy, Pushkinskaya Str., 40, Vladikavkaz, North Ossetia-Alania Vladikavkaz, 362025, Russia

Abstract. In the research work possibility of prophylactic use of melatonin in conditions of intragastric and subcutaneous introduction of cadmium sulfate on the background of hypercalcaemia, features of distribution and accumulation of cadmium of bones and renal tissue, its content in blood plasma were studied. Experimental model of hypercalciemia in Wistar rats was created by intragastric introduction of vitamin D3 (drug «Aquadethrim») through a probe into a stomach at a dose of 3000iu /100g during 30 days. Cadmium sulfate was administered intragastrally and / or subcutaneously at a dose of 0.5 mg/kg (calculated by metal) daily during 1 month. Syntetic analogue of pineal gland hormone - Melaxen, wich was infused also intragastically at a dose 10mg/kg was used as a prophylaxis. Research showed that nephrotoxic action of cadmium sulfate on the background of experimental hypercalcaemia produced an increase in spontaneous dieresis, due to the inhibition tubular water reabsorption, increase in electrolyte excretion with urine and proteinuria. Prophylactic use of melatonin is most prominent in conditions of subcutaneous injections of cadmium sulfate on the background of disturbed calcium homeostasis. It manifests in restoration of volume of spontaneous dieresis, normalization of potassium - uresis, contributes to the decrease in calcium excretion, reduces proteinuria, decreases cadmium content in bones, kidneys and blood plazma.

Keywords: heavy metals, cadmium sulfate, hypercalcemia, nephrotoxicity, melatonin.

Введение. Потребности современного общества обусловливают широкое развитие промышленности и, следовательно, приводят к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами. Одним из наиболее известных и опасных является кадмий. Превышение содержания этого металла в организме приводит к поражению различных систем и органов, в частности почек и печени, [3,6] дыхательных путей, системы кроветворения [7]. Поскольку кадмий накапливается в организме и повреждает почечную ткань, следовательно он активно воздействует на электролитный обмен, в частности на обмен кальция, приводя к повышенному выведению его из организма [4,5]. Ранее нами было показано [1], что ин-трагастральное введение сульфата кадмия на фоне экспериментально созданной гиперкальциемии имело не однозначную степень повреждающего воз-

действия на функциональное состояние почек и его накопление в тканях животных. В некоторых работах [2] показывается регуляторная роль мелаксена на водоэлектролитовыделительную функцию почек в условиях интоксикации сульфатом кадмия. Поскольку вопрос о поиске эффективных методов профилактики кадмиевой интоксикации на сегодняшний день остается открытым, в этой работе мы решили проследить эффекты мелаксена на функции почек на фоне введения сульфата кадмия в условиях гиперкальциемии, учитывая известный физиологический антагонизм кадмия и кальция.

Цель исследования - изучение профилактического влияния мелатонина на функции почек крыс в условиях кадмиевой интоксикации на фоне экспериментальной гиперкальциемии.

Материалы и методы исследования. Работа

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 64-67

проведена на крысах самцах линии Вистар массой 200-300 г., разделенных на 6 групп (п=60): 1) фоновые (интактные) животные; 2) группа с интрагаст-ральным введением сульфата кадмия (контроль №1); 3) группа с подкожным введением сульфата кадмия (контроль №2); 4) крысы с гиперкальциеми-ей (витамин Dз) + интрагастрально сульфат кадмия; 5) крысы с гиперкальциемией (витамин Dз) + подкожно сульфат кадмия 5); крысы с гиперкальциемией (витамин Dз) + интрагастрально сульфат кадмия + мелаксен; 6) крысы с гиперкальциемией (витамин Dз) + подкожно сульфат кадмия + мелаксен.

Животные в течение эксперимента находились на стандартном пищевом рационе и имели свободный доступ к воде и пище в течение суток. Световой режим - естественный. Гиперкальциемия достигалась с помощью введения витамина Dз (препарат «Аквадетрим»), который вводился интрагастрально ежедневно в дозировке 3000 ЕД/100 г массы тела. Раствор сульфата кадмия в дозировке 0,5 мг/кг массы (в пересчете на металл) вводили подкожно и/или интрагастрально, ежедневно в течение месяца. В качестве препарата мелатонина использовался синтетический аналог гормона шишкоивдной железы «Мелаксен» фирмы Unipharm-USA. Мелаксен вводили с помощью зонда в желудок в дозировке 10 мг/кг, ежедневно 1 раз в сутки, в течение 30 дней. Исследовали электролито- и водовыделительную функции почек при спонтанном шестичасовом диурезе: объем диуреза, скорость клубочковой фильтрации, относительную канальцевую реабсорбцию воды, уровень экскреции катионов (калия, натрия, кальция), определяли содержание белка в моче. Содержание натрия и калия в сыворотке и моче определяли методом пламенной фотометрии на автоматизированном пламенном фотометре «ФАП-2». Содержание креатинина и кальция в (моче) определяли спектрофотометрически (СФ-26) с помощью набора «Кальций-Арсеназо-Агат», «Креатинин-Агат», «Агат-Мед», (Москва Россия). Содержание белка определяли спектрофотометрически (СФ-26). Концентрацию ионизированного кальция в цельной крови определяли с помощью аппарата АЭК-1, содержание общего кальция плазмы крови измеряли спектрофото-метрически с помощью аппарата PV1251С-26. Измерение САД и ЧСС животных осуществляли неинва-зивным способом с помощью системы неинвазивно-го измерения параметров «Систола». Эксперименты осуществляли в соответствии с «Международные рекомендации по проведению медико-биологических исследований с использованием лабораторных животных» (1985), 11-ой статьёй Хель-синской декларации Всемирной медицинской ассоциации и правилами лабораторной практики в РФ (приказ МЗ РФ от 01.04.2016 г. № 199). По истечении срока эксперимента животные забивались под тио-пенталовым наркозом для исследования тканей и плазмы. Перед определением элементов в костной ткани проводилась минерализация проб по ГОСТ 26929 и приготовление испытуемого раствора по ГОСТ 30178-96. В полученном растворе содержание кальция определяли после предварительного

разведения с помощью спектрофотометра, кадмий -на атомно-абсорбционном спектрофотометре («Квант-АФА»). Статистическая обработка результатов исследования, исходя из количества выборок и нормального распределения рядов сравнения, установленного по критерию Шапиро-Уилка (Wф>>Wm), проводилась с применением критерия «t» Стьюден-та с использованием программы GraphPad Prizm 6.1. О наличии факторных влияний судили при критическом уровне достоверности (р) меньшем 0,05. Линейный коэффициент корреляции Пирсона (r-Pearson) вычисляли, применяя пакет программ Micosoft (EXCEL). Для расчетов и построения графиков использовались программы MICROSOFT EXCEL.

Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что внутрижелудочное и подкожное введение сульфата кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии, так же как и изолированное использование соли кадмия, увеличивало (р<0,001) относительно фонового уровня, объём спонтанного диуреза, что было вызвано снижением (р<0,001) ка-нальцевой реабсорбции воды (рис. 1). Ежедневное применение мелатонина в качестве профилактического средства в течение 30-ти дней как внутриже-лудочного так и подкожного введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии снижало выраженность токсического влияния металла на основные процессы мочеобразования, что проявлялось в виде уменьшения диуреза, вследствие восстановления канальцевой реабсорбции воды относительно значений групп животных, получавших только кадмий и кадмий на фоне гипервитаминоза D3 (рис. 1). Профилактическая активность мелатонина была более выраженной при подкожном введении металла. При этом скорость клубочковой фильтрации характеризовалась относительным (р<0,05), относительно фоновых значений, уменьшением во всех экспериментальных группах животных.

Электролитовыделительная функция почек экспериментальных животных, получавших мелатонин на фоне внутрижелудочного и подкожного введения сульфата кадмия на фоне гипервитаминоза D3 характеризовалась повышением выведения натрия относительно фоновых значений и понижением относительно значений при изолированном введении металла, экскреция калия восстанавливалась до фоновых значений, а экскреция кальция уменьшалась, и наиболее выраженно при внутрижелудочном применении кадмия, относительно значений в группе животных, получавших сульфат кадмия на фоне гипер-витаминоза D3 (табл. 1). Протеинурия в условиях применения мелатонина на фоне интоксикации кадмием с экспериментальной гиперкальциемией была достоверно выше фоновых значений, но понижалась относительно показателей контрольных групп животных. Наименьшая степень протеинурии наблюдалась при подкожном введении металла (табл. 1). Аналогичные изменения были характерны и для содержания белка в плазме крови опытных крыс, получавших дополнительно мелатонин (рис. 2).

Высокий положительный коэффициент корреляции (r=0,93) р<0,007 наблюдался между уменьше-

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 64-67

нием содержания белка в плазме крови крыс с кадмиевой интоксикацией на фоне гипервитаминоза D и содержанием общего кальция в крови в группе с сочетанным введением мелатонина (рис. 2,3). Увеличение содержания ионизированного кальция в группе животных получавших металл на фоне гиперкальциемии имело обратную корреляционную связь (r=-0,87) р<0,05 со снижением содержания белка в плазме крови крыс, получавших мелатонин.

Рис. 1. Влияние интрагастрального введения мелатонина на водовыделительную функцию почек на фоне введения сульфата кадмия в условиях гиперкальциемии (Cd в/ж-группа с внутрижелудочным введением сульфата кадмия; Cd п/к- группа с подкожным введением сульфата кадмия; Cd в/ж+Ds- группа с внутрижелудочным введением сульфата кадмия и витамина D3; Cd п/к+Ds- группа с подкожным введением сульфата кадмия и витамина D3; Cd в/ж+Dз+М-группа с внутрижелудочным введением сульфата кадмия, витамина D3и мелатонина; Cd п/к+Dз- группа с подкожным введением сульфата кадмия, витамина D3 и мелатонина)

Таблица 1

Влияние мелатонина на электролитовыделительную функцию почек и экскрецию белка у крыс в условиях кадмиевой интоксикации на фоне гиперкальциемии

Условия опыта Стат. показат. Экскреция

натрий 1 калий | кальций белок

мкмоль/час/100 г мг/час/100 г

фон M±m 12,4±0,14 6,1±0,15 0,22±0,01 1,3±0,04

CdSOé в/жел M±m 14,1±0,12 5,7±0,07 0,34±0,02 2,34±0,03

Р *) *) *)

CdSÜ4 п/к M±m 14,3±0,09 5,5±0,08 0,35±0.03 2,23±0,02

Р *) *) *) *)

CdSO4+D3 в/ж M±m 13,4±0,17 6,7±0,13 0,42 ±0.01 2,5±0,05

Р *)**) *)**) *)**)

CdSO4+D3 п/к M±m 13±0,12 6,4±0,08 0,44±0.01 2,4±0,04

Р *)**) *)**) .)..) *)

CdSO4 в/ж+Dз+М M±m 13,03±0,17 6±0,15 0,26±0,002 1,7±0,03

*)**) Т*)*")

CdSO4 п/^3+М M±m 13,1±0.18 5,9±0,1 0,31±0,02 1,6±0,04

Т°) ***) V") *)**)***)

Примечание: (*), (°)- достоверное (р<0,001 и р<0,05) изменение по сравнению с фоном; (**), (°°)- достоверное (р<0,001 и р<0,05) изменение относительно группы с изолированным введением сульфата кадмия; (***) (°°°)- достоверное (р<0,001 и р<0,05) изменение относительно группы с введением сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии

Мелатонин в условиях и внутрижелудочного и

подкожного введения сульфата кадмия на фоне ги-перкальциемии способствовал достоверному (р<0,001) повышению относительно значений групп животных, изолированно получавших металл, содержания общего кальция как в цельной крови, так и в плазме (рис. 3). При этом концентрация ионизированного кальция также была повышена в этих средах. Увеличение содержания ионизированного кальция в плазме крови животных контрольных групп имело положительную корреляционную связь (г=0,92) р<0,04 с увеличением экскреции кальция у животных, получавших дополнительно мелаксен.

Рис. 2. Влияние внутрижелудочного введения мелатонина на содержание белка в плазме крови под влиянием введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии

Рис. 3. Влияние внутрижелудочного введения мелатонина на содержание кальция в цельной крови и плазме на фоне внутрижелудочного введения сульфата кадмия на фоне гиперкальциемии. (../о- общий кальций; .../и- ионизированный кальций)

Применение мелатонина в условиях кадмиевой интоксикации на фоне экспериментального гиперви-таминоза D3 способствовало уменьшению содержания кальция в трубчатых костях крыс, однако было отмечено и снижение (р<0,001) содержания кадмия в них, по сравнению с группами животных, не получавших антиоксидант (рис. 4). Увеличение, по сравнению с фоном, содержания кадмия в костях животных получавших сульфат кадмия на фоне гиперкальциемии имело обратную степень корреляции (r=-0,89) р<0,05 с уменьшением содержания кальция в костях крыс с сочетанным введением мелатонина.

Накопление кадмия в тканях почек опытных крыс, получавших мелатонин на фоне кадмиевой интоксикации с искусственной гиперкальциемией было меньше, (р<0,001) чем в у животных с введением кадмия на фоне гипервитаминоза D3 (рис. 5).

Содержание кадмия в плазме крови крыс под влиянием введения мелатонина в условиях использования кадмия на фоне гиперкальциемии оказалось достоверно ниже (p<0,001) контрольных показате-

ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2019 - Т. 26, № 3 - С. 64-67 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2019 - V. 26, № 3 - P. 64-67

лей (рис. 5).

Рис. 4. Содержания кадмия и кальция в бедренных костях крыс

Рис. 5. Изменения содержания кадмия в почках и плазме крови крыс

Заключение. Профилактическое применение мелатонина в условиях кадмиевой интоксикации на фоне экспериментальной гиперкальциемии:

- наиболее оптимально при подкожном использовании сульфата кадмия, восстанавливает уровень спонтанного диуреза, за счет нормализации каналь-цевой реабсорбции воды;

- стабилизирует калийурез при обоих путях введения металла;

- в наибольшей степени при внутрижелудочном использовании сульфата кадмия способствует понижению выведения кальция относительно животных с изолированным введением металла;

- одинаково уменьшает степень протеинурии при обоих способах введения сульфата кадмия;

- способствует более выраженному при внут-рижелудочном пути введения металла уменьшению содержания кадмия в костях, почках и плазме крови.

Литература / References

1. Бузоева М.Р., Брин В.Б. Некоторые эффекты сульфата кадмия на фоне экспериментальной гиперкаль-циемии // Вестник новых медицинских технологий. 2018. №4. C. 121-126. DOI: 10.24411/1609-2163-2018-16273 / Buzoeva MR, Brin VB. Nekotorye effekty sul'fata kadmiya na fone eksperimental'noj giperkal'ciemii [Some effects of cadmium sulfate on experimental hypercalcemia]. Vestnik novyh

medicinskih tekhnologij. 2018;4:121-6. DOI: 10.24411/16092163-2018-16273. Russian.

2. Брин В.Б., Митциев А.К., Митциев К.Г. Способ коррекции нефротоксического действия кадмия в эксперименте // Вестник новых медицинских технологий. 2011. №2. С. 194-195 / Brin VB, Mitciev AK, Mitciev KG. Sposob korrekcii nefrotoksicheskogo dejstviya kadmiya v eksperimente [Method of correction of nephrotoxic action of cadmium in experiment]. Vestnik novyh medicinskih tekhnologij. 2011;2:194-5. Russain.

3. Киреева Е.П. Связь начального поражения почек с экологически обусловленной нагрузкой организма свинцом и кадмием и его профилактика (эпидемиологическое и экспериментальное исследование). Автореф. дисс. канд. мед. наук. Екатеринбург, 2007. 20 с. / Kireeva EP. Svyaz' nachal'nogo porazheniya pochek s ekologicheski obuslovlennoy nagruzkoy organizma svintsom i kadmiem i ego profilaktika (epidemiologicheskoe i eksperimental'noe issledovanie) [The relationship of primary renal disease with environment-related load of the body lead and cadmium and its prevention (epide-miological and experimental study)] [dissertation]. Ekaterinburg; 2007. Russian.

4. Хадарцева М.П. Влияние внутрижелудочного и подкожного введения сульфата кадмия на электролито-водовыделительную функцию почек при экспериментальном гипервитаминозе Д // Медицинский вестник Северного Кавказа. Ставрополь. 2011. №3. С. 64-67 / KHadarceva MP. Vliyanie vnutrizheludochnogo i pod-kozhnogo vvedeniya sul'fata kadmiya na elektrolito-vodovydelitel'nuyu funkciyu pochek pri eksperimental'nom gipervitaminoze D [Effect of intragastric and subcutaneous administration of cadmium sulfate on electrolyte-water excretion renal function in experimental hypervitaminosis D]. Medicinskij vestnik Severnogo Kavkaza. Stavropol'. 2011;3:64-7. Russian.

5. Masato O., Atsushi M., Mitsuya S. Heavy metal chelator TPEN attenuates fura-2 fluorescence changes induced by cadmium, mercury and methylmercury // The Journal of Veterinary Medical Science Advance Publication. 15 Jan. 2016 / Masato O, Atsushi M, Mitsuya S. Heavy metal chelator TPEN attenuates fura-2 fluorescence changes induced by cadmium, mercury and methylmercury. The Journal of Veterinary Medical Science Advance Publication. 15 Jan; 2016.

6. Nam H.K., Young Y.H., Kyu-Beck L. Environtmetal Heavy Metal Exposure and Chronic Kidney Disease in the General population // Yournal of Korean Medical Science. 2015. No 30 (3). P. 272-277 / Nam HK, Young YH, Kyu-Beck L. Environtmetal Heavy Metal Exposure and Chronic Kidney Disease in the General population. Yournal of Korean Medical Science. 2015;30(3):272-7.

7. Young J.S., Ji E.L., Dae H.L. Prevalence and Relationship of Iron Deficiency Anemia with Blood Cadmium and Vitamin D Levels in Korean Women // Yournal of Korean Medical Science. 2015. No 31. P. 25-32 / Young JS, Ji EL, Dae HL. Prevalence and Relationship of Iron Deficiency Anemia with Blood Cadmium and Vitamin D Levels in Korean Women. Yournal of Korean Medical Science. 2015;31:25-32.

Библиографическая ссылка:

Бузоева М.Р., Брин В.Б. Влияние мелаксена на функциональное состояние почек в условиях кадмиевой интоксикации на фоне гиперкальциемии // Вестник новых медицинских технологий. 2019. №3. С. 64-67. БОТ: 10.24411/1609-2163-2019-16433.

Bibliographic reference:

Buzoeva MR, BrinVB. Vliyanie melaksena na funkcional'noe sostoyanie pochek v usloviyah kadmievoj intoksikacii na fone giperkal'ciemii [Melaxen influence on the functional state of the kidneys under conditions of cadmium intoxication on the background of hypercalcemia]. Journal of New Medical Technologies. 2019;3:64-67. DOI: 10.24411/1609-2163-2019-16433. Russian.