CC BY
11
DOI 10.31588/2413-4201-1883-248-4-178-181
УДК 619:615.9:581.192.6
ВЛИЯНИЕ ЦИНКА И МАГНИЯ НА РЕПРОДУКТИВНУЮ ТОКСИЧНОСТЬ У КРЫС ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КАДМИЯ
Потапова С.Н. - аспирант, Кадиков И.Р. - д.б.н., Корчемкин А.А. - к.б.н., Вафин И.Ф. - к.б.н., Сагдеев Д.Р. - аспирант
ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической
безопасности»
Ключевые слова: кадмий, цинк, магний, эмбриотоксичность, тератогенность, крысы Keywords: cadmium, zinc, magnesium, embryotoxicity, teratogenicity, rats
Интенсивный рост и развитие промышленности приводят к широкому распространению тяжелых металлов в окружающей среде. Они представляют большую угрозу для здоровья человека и сельскохозяйственных животных и, вызывая ряд необратимых нарушений в организме, способствуют снижению продуктивности животных и ухудшению качества животноводческой продукции. Одним из наиболее токсичных и распространенных представителей данной группы является кадмий [4, 8, 10, 14].
Кадмий - это высокотоксичный поллютант, который накапливается в организме вследствие потребления загрязненных пищевых продуктов, питьевой воды или вдыхания твердых частиц из окружающего воздуха и пыли [1, 10, 14]. Это приводит к патологическим изменениям в структуре печени и почек, нарушается работа всех систем в организме, включая репродуктивную [1, 2, 9, 13].
В семенниках кадмий отрицательно влияет на сперматогенез и качество спермы, а в яичниках - на созревание ооцитов и гормональный баланс, что сказывается на овуляции и оплодотворении [1, 11]. Следует отметить, что он является хорошо изученным тератогеном, индуцирующим эмбриотоксичность. Она, в свою очередь, характеризуется учащением врожденных пороков роста и развития плода, а также высокой смертностью [7, 12]. Развитие и созревание плода напрямую зависит от материнского организма, который снабжает его питательными
веществами и кислородом через плаценту. Продолжительное воздействие на плод даже низких концентраций кадмия может привести к необратимым нарушениям развития, преждевременным родам или прерыванию беременности [5, 7, 11, 12].
Здоровый приплод в сельском хозяйстве - основа получения качественной и безопасной продукции. Поэтому защита от воздействия кадмия животных, в особенности родительских пар, является одной из главных проблем в ветеринарной токсикологии.
Имеются данные, что являясь жизненно необходимыми элементами, магний и цинк еще на клеточном уровне могут принимать участие в защитных свойствах против кадмия, помогая уменьшить его неблагоприятное воздействие на организм. И наоборот, их дефицит может спровоцировать большее его накопление во внутренних органах [3, 5, 6].
Целью нашего исследования явилось изучение влияния цинка и магния на генеративную токсичность кадмия у крыс.
Материал и методы исследований.
Исследования были проведены в лаборатории техногенных экотоксикантов ФГБНУ «ФЦТРБ-ВНИВИ». На протяжении всего эксперимента животные содержались в стандартных условиях со свободным доступом к питьевой воде и сбалансированному корму.
После двухнедельного периода адаптации 56 нелинейных крыс - самок массой 180 - 210 г были распределены
методом случайной выборки на четыре группы по 14 в каждой. Первая группа содержалась в качестве биологического контроля. В течение 15 суток вторая группа получала кадмий (CdCh) с питьевой водой из расчета 0,8 мг на 1 л воды; третья - цинк ^пП2) и магний (MgNOз) с кормом из расчета 25 и 4 мг на 1 кг живой массы соответственно; четвертая группа - кадмий, цинк и магний. На 16 день опыта к самкам были подсажены самцы для спаривания (в соотношении 2:1) на 2 эстральных цикла. Первым днем беременности условно считали день обнаружения сперматозоидов в вагинальных мазках. На протяжении всего опыта проводили наблюдение за поведением и состоянием беременных самок. На 20 день беременности из каждой группы выборочно по 9 животных были подвергнуты эвтаназии. В ходе вскрытия определяли состояние яичников (количество желтых тел), матки (мест имплантации, резорбции, количество живых плодов), а также проводили подсчет пред- и постимплантационной смертности.
Из таблицы 1 видно, что воздействие кадмия снижает количество желтых тел в яичнике, соответственно, мест
имплантации и плодов в матке в сравнении с контрольной группой на 21 % (группа 2). В то же время добавление цинка и магния (группа 4) уменьшает эту разницу до 14 %. Показатели предимплантационной и постимплантационной гибели между группами не имели достоверных различий.
Кадмий также повлиял на массу
Остальных беременных самок отсаживали в индивидуальные клетки и дожидались родов для изучения их потомства. У новорожденных регистрировали массу, сроки отлипания ушей, появления первичного волосяного покрова, прорезывания резцов, открытия глаз, опускания семенников и открытия влагалища в течение 30 суток.
Эвтаназия и хирургические вмешательства проводили в соответствии с требованиями «Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или иных научных целях».
Обработку цифрового материала проводили методом вариационной статистики с применением критерия достоверности по Стьюденту.
Результат исследований.
Исследования показали, что в ходе опыта видимых изменений в поведении животных не наблюдали, аппетит, реакция на световые и звуковые раздражители были сохранены.
плодов и их краниокаудальные размеры. Так, в группе 2 масса в среднем составила 2,71 г (в контрольной - 3,54 г), а краниокаудальный размер - 3,12 мм (в контрольной - 3,68 мм). При добавлении цинка и магния эти показатели увеличились до 3,06 г и 3,18 мм соответственно.
По данным, представленным в таблице 2, можно отметить, что воздействие кадмия повлияло и на потомство. Количество новорожденных в
Таблица 1 - Исследование эмбриотоксического действия кадмия, цинка и магния
Показатель, единица измерения Опытная группа
1 биологический контроль 2 Cd 3 Zn+Mg 4 Cd+Zn +Mg
Количество беременных самок 9 9 9 9
Количество желтых тел 12,55±0,89 9,86±0,74* 12,33±0,92 10,74±0,85
Количество мест имплантации 11,08±0,45 8,74±0,31** 10,98±0,68 9,53±0,76
Количество резорбций 0,30±0,04 0,30±0,02 0,30±0,03 0,30±0,03
Количество живых плодов 10,14±0.42 7,98±0,78* 10,09±0,67 8,73±0,81
Количество мертвых плодов 0 0 0 0
Предимплантационная гибель, % 11,71 11,35 10,95 11,27
Постимплантационная гибель, % 8,48 8,67 8,11 8,39
Масса плода, г 3,54±0,06 2,71±0,07*** 3,44±0,05 3,06±0,08***
Краниокаудальный размер, мм 3,68±0,03 3,12±0,04*** 3,59±0,03** 3,18±0,01***
Примечание: * - р <0,05, ** - р <0,01, *** - р <0,001
помете (группа 2) в сравнении с контрольной группой уменьшилось на 30 %, масса тела на 15 сутки - на 17 %, а на 30 - до 7 %, опускание семенников и открытие влагалища удлинилось на 3 и 1 сутки соответственно. В группе животных, получавших цинк и магний, разница с контрольной группой в
количестве новорожденных в помете составила 19 %, массе тела крысят на 15 сутки - 9 %, на 30 - 5 %, опускание семенников удлинилось на 2 дня. Выживаемость приплода увеличилась с 88 до 90 %. По остальным показателям значительной разницы между группами не наблюдали.
Таблица 2 - Показатели постнатального развития потомства крыс
Показатель, единица измерения Опытная группа
1 биологический контроль 2 Cd 3 Zn+Mg 4 Cd+Zn+Mg
Продолжительность беременности, сут. 21,84±0,15 21,32±0,86 21,79±0,35 21,11±0,23**
Количество новорожденных крысят в помете 10,20±0,65 7,10±0,78** 10,71±0,45 8,23±0,60
Масса тела на - 15 сут. - 30 сут. 17,74±0,74 41,29±0,66 14,67±0,49** 38,05±0,32*** 17,28±0,57 40,98±0,40 16,19±0,84 39,28±0,51**
Отлипание ушной раковины, сут 2,70±0,15 2,83±0,15 2,31±0,13 2,55±0,16
Появление первичного волосяного покрова, сут. 5,68±0,19 5,97±0,16 5,53±0,16 5,89±0,18
Прорезывание резцов, сут. 8,24±0,58 8,46±0,35 8,23±0,20 8,28±0,46
Открытие глаз, сут. 14,73±0,39 15,60±0,28 15,02±0,32 15,51±0,19
Опускание семенников, сут. 26,73±0,50 29,37±0,44** * 25,37±0,28** 28,49±0,55**
Открытие влагалища, сут. 32,08±0,46 33,12±0,39 32,24±0,57 32,37±0,24
Выживаемость к 30 дню, % 96 88 98 90
Примечание: * - р <0,05, ** - р <0,01, *** - р <0,001
Было сделано предположение, что цинк и магний способны уменьшить негативные последствия кадмия не только в печени и почках, но и в репродуктивной системе самок [2, 9, 13]. Действительно, их применение увеличило количество желтых тел в яичнике, соответственно, мест имплантации, плодов. Также
восстановились показатели выживаемости и массы новорожденных.
Заключение. Было установлено, что поступление кадмия 0,8 мг с питьевой водой у самок белых крыс вызывает ряд нарушений функций репродуктивной системы, связанных с аномалиями в яичниках, матке, а также их потомстве. Добавление в корм 25 мг на 1 кг цинка и 4 мг на 1 кг магния предотвращает эти изменения.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Giuseppe, G. The Effects of Cadmium Toxicity / G. Giuseppe, S.S. Maria, L. Graziantonio [et al.] // B.Int. J. Environ.
Res. Public Health. - 2020. - V. 17 (3782) - P. 1-23.
2. Hedya, J. Protective effect of zinc supplementation on blood antioxidant defensesystem in rats exposed to cadmium / J. Hedya, I. Messaoudib, A. Chaouchc, A. Kerkeni // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. - 2007. - V. 21. - P. 269-273.
3. Kyle, J.H. Is Essential for Neuronal Health / J.H. Kyle, W.C. Samuel, K. Grace [et al.] // Annu. Rev. Nutr. - 2015. - V. 35. - P. 71-108.
4. Manal, F.E. Protective Effect of Fragaria Ananassa Methanolic Extract on Cadmium Chloride (CdCl2)-Induced Hepatotoxicity in Rats / F.E. Manal, E. Ahmed, M. Abdel // Toxicology Mechanisms and Methods. - 2017. - V. 27. -P. 335-345.
5. Marian, S. New data on toxic metal intoxication (Cd, Pb, and Hg in particular) and Mg status during pregnancy / S. Marian,
A. Semczuk-Sikora // Med. Sci. Monit. -2001. - V. 7(2). - P. 332-340.
6. Nasim, B. Cadmium Testicular Toxicity in Male Wistar Rats: Protective Roles of Zinc and Magnesium / B. Nasim,
B. Somaye, M. Ali Asghar [et al.] // Biological Trace Element Research. - 2018. - V. 185. -P. 106-115.
7. Olaolu T.D. Effect of Cadmium on Female Reproduction and Treatment Options / T.D. Olaolu // Research Journal of Obstetrics and Gynecology. - 2018. - V. 11. - P. 41-48.
8. Paul, B. Tchounwou. Heavy Metals Toxicity and the Environment / B. Paul Tchounwou, Clement G Yedjou, Anita K Patlolla, Dwayne J Sutton // EXS. - 2012. - V. 101. - P. 133-164.
9. Ram, B.J. Cadmium and kidney function: Concentrations, variabilities, and associations across various stages of glomerular function / B.J. Ram // Environmental Pollution. - 2019. - V. 256 (113361) - P. 1-9.
10. Rodjana, C. Cadmium Exposure and Potential Health Risk from Foods in Contaminated Area, Thailand / C. Rodjana // Toxicological Research. - 2016. - V. 32 (1). -P. 65-72.
11. Sunil, K. Cadmium toxicity: effects on human reproduction and fertility / S. Kumar, S. Sharma // Reviews on Environmental Health. - 2019. - V. 34 (4). -P. 327-338.
12. Thompson, J. Cadmium: toxic effects on the reproductive system and the embryo / J. Thompson, J. Bannigan // Reproductive Toxicology (Elmsford, N.Y.). -2008. - V. 25(3). - P. 304-315.
13. Verónica, S.A. Liver and Cadmium Toxicity / S.A. Verónica, M.F. Karina, B.O. Leticia [et al.] // Journal of Drug Metabolism & Toxicology. - 2012. - S. 5:001. - P. 1-8.
14. Walter, C P. Mechanisms of Cadmium-Induced Proximal Tubule Injury: New Insights with Implications for Biomonitoring and Therapeutic Interventions / C P. Walter, C. Prozialeck, R. Joshua // Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. - 2012. - V. 343 (1). - P. 2-12.
15. Zhao, L. Reproductive effects of cadmium on sperm function and early embryonic development in vitro / L. Zhao,
Y. Ru, M. Liu [et al.] // PLoS ONE. - 2017. -V. 12(11). - P. 1-12.
ВЛИЯНИЕ ЦИНКА И МАГНИЯ НА РЕПРОДУКТИВНУЮ ТОКСИЧНОСТЬ У КРЫС
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КАДМИЯ
Потапова С.Н., Кадиков И.Р., Корчемкин А.А., Вафин И.Ф., Сагдеев Д.Р.
Резюме
В настоящем исследовании изучено влияние цинка и магния на генеративную токсичность кадмия. Так, было выявлено, что добавление цинка и магния в корм таким животным способствует восстановлению количества желтых тел в яичнике, а также увеличению выживаемости и живой массы новорожденных.
EFFECT OF ZINC AND MAGNESIUM ON REPRODUCTIVE TOXICITY IN RATS UNDER THE EXPOSURE OF CADMIUM
Potapova S.N., Kadikov I.R., Korchemkin A.A., Vafin I.F., Sagdeev D.R.
Summary
Us researches are related with the zinc and magnesium effect on cadmium reproductive toxicity. It is found that the zinc and magnesium addition to the feed of rats restores the yellow bodies' number in the ovary, increase the survival index and newborns weight.
