CC BY
206
Лизурчик Л.В., Шейда Е.В.
Институт биоэлементологии Оренбургский государственный университет E-mail: inst bioelement@mail.ru
ВЛИЯНИЕ ТАБАЧНОГО ДЫМА НА СОДЕРЖАНИЕ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ КРЫС
В работе представлены результаты особенности накопления токсичных элементов в организме беременных и небеременных белых крыс под действием табачного дыма («пассивное» курение). В результате проведенных исследований установлено, что под действием дыма в организме крыс происходит накопление токсичных элементов, причем концентрация их выше у беременных самок.
Ключевые слова: алюминий, кадмий, свинец, олово, стронций, токсичные элементы, курение, крысы.
Курение представляет серьезную угрозу здоровью человека. Достаточно сказать, что оно является фактором риска для сердечнососудистых и ряда онкологических заболеваний [7], [10], которые представляют собой первую и вторую причины смертности в развитых странах [8]. Россия является одной из самых курящих стран в мире: по данным опросов, процент курильщиков составляет 65% среди мужчин и 30% среди женщин. Ежегодно около 400 тысяч россиян умирает от болезней, связанных с курением. Поэтому борьба с табачной зависимостью является важной задачей, стоящей перед медиками и учеными [9].
Для успешного решения этой проблемы необходимо четкое понимание его социальнобиологических причин. Табачный дым содержит около 4000 веществ различным образом действующих на организм, среди них особое место занимает никотин, который является экзогенным агонистом ацетилхолиновых рецепторов К-типа (К-ХР). Эти рецепторы широко представлены в организме млекопитающих, что позволяет никотину влиять на многие обменные процессы в организме, в частности минеральный обмен, что влечет за собой выведение необходимых для правильного функционирования организма микро и макроэлементов, и накопление тяжелых металлов, что приводит к рас-тройству метаболических процессов [1], [2], [3].
Известно, что тяжелые металлы обладают выраженными кумулятивными свойствами, высокой биохимической активностью по отношению к сульфгидрильным, тиоловым, карбоксильным и другим активным группам белков и аминокислот [4]. Принимая во внимание способность тяжелых металлов к трансплацентарному переходу и высокую чувствительность организма на ранних этапах онтогенеза, становиться очевидным,
что полученное потомство от курильщиковсостав-ляет группу риска по развитию предпатологи-ческих и патологических состояний.
Основываясь на вышеизложенный материал целью нашей работы явилось изучение особенности обмена токсических элементов в организме беременных и небеременных самок крыс под действием табачного дыма.
Материалы и методы
Экспериментальные исследования выполнены на 120 самках белых крыс линии Ш1з1аг половозрелого возраста (6-7 мес.) и средней массой 130±10 г. Животных содержали в условиях экспериментально-биологической клиники (виварий) Оренбургского государственного университета на стандартном рационе, со свободным доступом к воде и пище, при температуре 22±1 0С и 12-ти часовом освещении.
Исследования по изучению обменных процессов в организме, в частности определение способности накопления токсичных и потенциально-токсичных элементов в теле животных, подвергающихся воздействию никотина проводились в 2 этапа, при этом в каждом этапе экспериментальные животные были разделены на две группы по 30 голов в каждой (одна контрольная и одна опытная группы).Опытные животные находились в условиях 30-минутного воздействия табачного дыма в затравочной камере. Контрольная группа - интактные животные, ежедневное пребывание в течение 30 минут в затравочной камере с отсутствием табачного дыма.
Длительность каждого эксперимента составляла 21 день.
В первой серии экспериментальных исследований животные находились в нормальном физиологическом состоянии (самки небеременные).
Для моделирования «пассивного курения» была использована пластиковая камера объемом 0,3 м3. Задымление камеры проводилось путем сгорания сигарет в специальном удерживающем устройстве. По мере сгорания сигареты, производилась их замена, тем самым обеспечивалось постоянное поступление дыма в затравочную камеру. Равномерное распределение дыма обеспечивалось вентилятором.
Расчет эквивалентной дозы никотина и времени экспозиции животных табачным дымом проводился на основании апробированной модели [6] и собственных расчетов: если в среднем среднестатистический курильщик выкуривает одну пачку (20 сигарет) в день, то в организм при этом попадает 20 мг никотина. Исходя из этого, эквивалентная доза никотина для крысы, от средней массы человека в 70 кг, составит 0,043 мг в день.
Учитывая расчетные данные, в затравочную камеру помещали по 5 животных. Задымление проводили в течение 30 минут путем сжигания 2-х сигарет. Подопытные крысы проходили процедуру «пассивного курения» 2 раза в сутки. Таким образом, одно животное в эксперименте получало максимум 0,048 мг никотина, что соответствовало суточной дозе для человека.
Для проведения эксперимента использовали сигареты, содержащие в дыме вещества (согласно ГОСТ 3935-2000): смолы - 10 мг/сиг., никотина - 1 мг/сиг., СО - 12 мг/сиг.
После окончания каждого 30-минутного сеанса животных извлекали из затравочной камеры и содержали в санитарных условиях вивария.
Вторая серия экспериментов была проведена посредством экспозиции беременных самок крыс в атмосфере табачного дыма (модель «пассивного курения») согласно методическим рекомендациям [5] и опубликованным результатам экспериментальных исследований [11], [12].
Первый день беременности устанавливали на основании обнаружения сперматозоидов в вагинальных мазках самок.
На 21 день беременности, за день до предполагаемых родов, была проведена эвтаназия животных введением этаминал-натрия в дозе 60 мг/ кг.
Для изучения содержания химических элементов в организме животных в качестве биосубстратов использовали образцы плаценты, печени, мышечной и костной ткани крыс.
Биосубстраты для анализа отбирали в соответствии с рекомендациями А.Ф. Богомолова (2005).
Анализ биосубстрактов проводился по 5 химическим элементам (Al, Cd, Pb, Sn, Sr) в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва, аттестат аккредитации rc3H.RU.0001.513118) с использованием методов атомно-эмиссионной и массспектрометрии с индуктивно-связной аргановой плазмой (АЭС-ИСП и МС_ИСП) на приборах ICAP-900 «ThertoYarrellAsh», США, PerkinElmer-Optima 2000 DV, США), согласно методическим указаниям (МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03).
Статистическая обработка цифрового материала проводилась с использованием приложения «Excel» из программного пакета «OfficeXP» и «Statistica 6.0», включая определение средней арифметической величины (М), стандартной ошибки средний (m).
Результаты исследования
В результате определения концентрации токсических элементов в теле лабораторных крыс выявлены следующие особенности (таблица 1).
На первом этапе исследования уровень токсических элементов в легком животных отмечено, что у животных первой опытной группы содержание в организме таких элементов, какалюминий,кадмий, олово и свинец повысилось на 11,5%, 27%, 16% и 19% соответственно, а стронция понизилась на 25% относительно кот-рольной группы. Во втором периоде исследования отмечено увеличение алюминия в 1,3 раза, кадмия в 1,5 раз (р<0,01), свинца в 2,5 раза (р<0,05), олова в 1,3 раза. С другой стороны было отмечено снижение концентрации стронция на 52% (р<0,01).
При сравнении контрольных групп первого и второго периодов, следует отметить, что в легких беременных самок возросла концентрация алюминия в 1,3 раза, стронция в 1,4 раза и кадмия в 1,3 раза, а в отношении опытных групп концентрация алюминия возросла на 30%, кадмия на 27%, свинца на 36% в легких беременных самок.
В печени крыс опытной группы первого эксперимента отмечено увеличение концентрации алюминия на 52%, кадмия на 50% и стронция на 38%, при этом уровень свинца (р<0,001) и олова не изменился. При определение элементов в печени крыс второго эксперимента определено снижение кадмия опытной группы в 1,4 раза относительно контроля и повышение концентрации алюминия в 1,6 раз, свинца в 4 раза (р<0,001), олова в 2,2 раза и стронция в 2,4 раза.
Таблица 1. Концентрации химических элементов в теле крыс (мг/кг, М±т)
элементы I период II период
Контр.группа Опыт.группа Контр.группа Опыт.группа
Легкое
А1 0,77±0,08 0,87±0,14 1,00±0,12 1,25±0,41
Cd 0,016±0,003 0,022±0,003 0,02±0,002 0,03±0,004**
РЬ 0,027±0,01 0,032±0,01 0,02±0,004 0,05±0,01*
Sn 0,017±0,01 0,021±0,004 0,008±0,0001 0,01±0,001
Sr 0,45±0,15 0,34±0,01 0,62±0,08 0,30±0,05**
Печень
А1 0,72±0,08 1,51±0,91 0,59±0,06 0,96±0,34
Cd 0,01±0,0005* 0,02±0,002 0,019±0,001 0,014±0,0005
РЬ 0,014±0,003*** 0,014±0,002 0,02±0,001 0,08±0,002
Sn 0,01±0,002 0,01±0,004 0,006±0,001* 0,013±0,001
Sr 0,05±0,008 0,08±0,004 0,08±0,001 0,19±0,13
Кости
А1 12,84±0,15 6,53±3,06* 14,42±1,32 20,13±8,92
Cd 0,01±0,01 0,002±0,0002* 0,02±0,002 0,01±0,003
РЬ 0,07±0,01 0,13±0,05 0,07±0,02 0,10±0,01*
Sn 0,009±0,0018 0,01±0,001 0,012±0,01 0,025±0,004
Sr 57,85±8,45 60,10±22,65 9,14±0,91 34,81±25,67
Примечание: достоверность различий показателя концентрации химических элементов в контрольной и опытной группах * - (р<0,05); ** - (р<0,01); *** - (р<0,001).
В печени беременных крыс повысилось содержание свинца на 83%, олова на 23%, стронция на 58% по сравнению с уровнем данных элементов в печени небеременных самок.
Концентрация элементов в костях беременных самок опытной группы была выше чем небеременных по всем изучаемым токсическим элементам, за исключением свинца и стронция уровень данных элементов был одинаков в оба периода исследования.
Элементный состав костей беременных крыс второго эксперимента имел следующие особенности. По сравнению с контрольной группой увеличилась концентрация алюминия и свинца в 1,4 раза (р<0,05), олова в 2 раза, стронция в 4 раза, а концентрация кадмия снизилась на 50%.
Интересным представляется исследование накопления токсических элементов в плаценте беременных самок (рисунок 1).
Содержащиеся в табачном дыме токсичные вещества проходят через плацентарный барьер, помимо этого они также способствуют увеличению проницаемости плаценты что влечет проникновение и адсорбцию в организме плода и самой плаценте токсичных эле-
0,12
|з,01
АІ Cd
контрольная группа
0,020,02
РЬ
0,010,01
0,210,22
I
Sn Sr
Опытная группа
Рисунок 1. Содержание токсичных элементов в плаценте крыс (мг/кг)
ментов, о чем свидетельствует увеличение в образцах плаценты в организме беременных самок крыс свинца и аллюминия в 1,5 раза, олова и стронция в 1,3 раза, при этом концентрация кадмия снизилась на 92% (р<0,001). Однако данные о разнице концентрации токсичных элементов в плаценте были в пределах ошибки средней арифметической, а поэтому различия между величинами были недостоверны.
В результате проведения серии экспериментов следует отметить что поступление в организм
беременных и небеременных крыс табачного дыма, влечет за собой поступление и адсорбцию в легких, печени, костном мозге, а также плаценте токсичных элементов, накопление которых может привести к развитию патологических процессов в организме подопытных животных и приплоде.
Таким образом, на основании вышеизложенных результатов, можно отметить что токсические элементы в организме беременных крыс накапливаются в большем количестве чем у небеременных, что свидетельствует о повышении чувствительности организма к воздействию табачного дыма.
02.04.2014
Список литературы:
1. Мирошников С.А. Неоднозначность влияния пробиотиков на обмен токсических элементов в организме кур-несшек / Мирошников С.А., Кван О.В., Дерябин Д.Г. // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - № 2. -
C. 142.
2. Нестеров Д.В. Влияние сульфата и микрочастиц цинка на обмен токсических элементов в костной ткани цыплят-бройлеров / Д.В. Нестеров, О.Ю. Сипайлова, С.В. Лебедев // Вестник Оренбургского государственного университета. -2012. - № 6. - С. 176-179.
3. Нестеров Д.В. Влияние препаратов цинка на обмен токсичных элементов / Д.В. Нестеров, О.Ю. Сипайлова // Микроэлементы в медицине. - 2011. - Т. 12. - № 3-4. - С. 80-82.
4. Нестеров Д.В. Возрастная динамика накопления микро- и макроэлементов в большеберцовой кости кур / Д.В. Нестеров, О.Ю. Сипайлова, С.В. Лебедев // Проблемы биологии продуктивных животных. - 2011. - № 2. - С. 39-44.
5. Смольникова, Н.М., Методические указания по изучению репродуктивной токсичности фармакологических веществ. Руководство по экспериментальному доклиническому изучению новых фармакологических веществ [Текст] / Н.М. Смольникова, Б.И. Любимов, А.Д. Дурнев, А.М. Скосырева, Е.М. Чиркова, Т.А. Гуськова, И.В. Голованова, Р.Д. Сюбаев, О.Л. Верстакова. - М., 2005. - С. 87-100.
6. Соломина А.С. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. 14.03.06 - фармалогия клиническая фармакология. Москва, 2011. C. 139.
7. Balansky, R. Tobacco smoke-induced clastogenicity in mouse fetuses and in newborn mice Text./R. Balansky, P. M.' Blagoeva/ ZMutat. Res. 1989. - Vol. 223. - P. 1-6.
8. Bertolini, A. Effects of prenatal exposure to cigarette smoke and nicotine on pregnancy, offspring' development and avoidance behavior in rats Text./A. Bertolini, M. Bernardi, S. Genedani//Neurobehav. Toxicol. Teratol. 1982. - Vol. 4. - P. 545-548.
9. Bush, P. G. Maternal cigarette smoking and oxygen diffusion across the placenta Text./P.G. Bush, T.M. Mayhew,
D.R. Abramovich//Placenta. 2000. - Vol. 21. - P. 824833.
10. Izotti, A. Genomic and transcriptional alterations in mouse fetus-liver after transplacentalexposure to cigarette smoke Text./ A. Izotti, R. M. Balansky, C. Gartiglia//FASEB J. 2003. - Vol. 17. -P: 1127-1129.
11. Nelson, E. Maternal passive smoking during pregnancy and fetal developmental toxicity. Part 1: gross morphological effects [Text] / E. Nelson, K. Jodscheit, Y. Guo // Human and Experimental Toxicology. - 1999. - Vol. 18. - P. 252-256.
12. Nelson, E. Maternal passive smoking during pregnancy and fetal developmental toxicity. Part 2:histologicalchenges [Text] /
E. Nelson, C. Goubet-Wiemers, Y. Guo // Human and Experimental Toxicology. - 1999. - Vol. 18, №14. - P. 257-264.
Сведения об авторах:
Лизурчик Людмила Владиславовна, аспирант института биоэлементологии Оренбургского государственного университета
Шейда Елена Владимировна, научный сотрудник экспериментально-биологической клиники Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук
460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, e-mail: inst_bioelement@mail.ru; тел.: 8 (3532) 372482.
