CC BY
22
A number of experimental studies and clinical analyzes have shown that, together with a specific effect on the kidneys of each of the factors studied, their common pathogenetic mechanisms are present in their effects. Most likely, the same histogenetic changes will also occur in the embryo when the mother is primed with cadmium or other heavy metals. But we have not found any data on the effect of cadmium salts on the development of the kidney in embryogenesis in accessible scientific literature.
The identification of the mechanism of the effect of cadmium compounds on the development of organs and tissues in the process of ontogeny and the spectrum of the formation of possible developmental defects is of a multistage nature and the development of experimental models of influence on embryogenesis is one of the central tasks of modern embryology and medicine.
Thus, the analysis of data from literature sources and previous studies at the Department of Clinical Anatomy, Anatomy and Operative Surgery allows us to single out the following conclusions: According to the presented results of scientific experimental and clinical studies, the problem of the effect of heavy metals on the parenchymal organs is poorly researched and relevant.
Scientific evidence on the effect of heavy metals on the general course of embryogenesis and organogenesis is extremely inadequate, and the results of research are illusory and contradictory and do not concern the influence of cadmium on the development of the kidneys.
Investigation of the influence of cadmium and lead on embryogenesis should be carried out taking into account the dose-dependent effect, duration, mode of administration. The morphofunctional state of organs and systems of organs after the birth of embryos (the postnatal period) in the conditions of cessation of the influence of the negative factor remain untouched.
Key words: cadmium, lead, kidney, embryo, embryogenesis.
Рецензент - проф. Пронна О. М.
Стаття надшшла 26.02.2018 року
DOI 10.29254/2077-4214-2018-1-2-143-27-30 УДК 616.36-008:546.48:591.3 Нефьодова О. О., Блишко Д. В.
ВПЛИВ ВАЖКИХ МЕТАЛ1В НА МОРФОФУНКЦЮНАЛЬНИЙ СТАН ПЕЧ1НКИ
(ОГЛЯД Л1ТЕРАТУРИ) ДЗ «Дншропетровська медична академт МОЗ УкраТни» (м. Дншро)
elenanefedova1803@gmail.com
Зв'язок публшацм з плановими науково-дослщ-ними роботами. Робота виконана зпдно теми кафе-дральноТ науковоТ роботи «Морфофункцюнальний стан оргашв i тканин експериментальних тварин та людини в онтогенезi в нормi та пщ впливом зовшш-шх i внутршшх чиннимв», № державноТ реестраци 01^003181.
Вступ. Змша стану навколишнього середовища в промислово розвинених краТнах спонукае проводи-ти штенсивне вивчення впливу еколопчних факторiв на бюлопчш об'екти. Зростання урбашзацп немину-че призводить до ускладнення еколопчноТ обстановки в мiстах, на площах, зайнятих промисловими пщ-приемствами, транспортними мапстралями, а також на прилеглих до них територiях. Еколопчне неблаго-получчя бшьшосл краТн Св^у на сьогодшшнш день е одним iз провщних чиннишв та фактором ризику для здоров'я [1,2,3,4].
Серед найбтьш небезпечних техногенних за-бруднимв довкшля прюритетне положення займа-ють важк метали, в першу чергу - свинець, кадмш, ртуть [5,6,7]. Тому особливий штерес для сучасноТ ме-дичноТ науки представляе вивчення функцюнальних можливостей захисних систем, що попереджують надходження в оргашзм ксенобютимв або сприяють Тх дезактивацп [8,9,10,11]. Тривалий контакт з токси-
кантами, навпъ на рiвнi порогових та шдпорогових значень, призводить до порушення функцюнування як дорослого оргашзму так i призводить до форму-вання внутршньоутробних дизадаптивних процеав.
Сполуки кадмш на сьогодш е часткою важких металiв, що знаходяться в бiологiчних системах та формують екологiчну кризу планети, з найбшьшим ризиком отруення кадмiем пов'язана дiяльнiсть пра-цiвникiв металурпчноТ промисловостi та у виробни-фв акумуляторiв. Кадмiй як забруднювач навколишнього середовища i класичний токсикант продовжуе залишатися в центрi уваги не ттьки екологiв, токси-колопв i гiгiенiстiв, але також патолопв i клiнiцистiв, що представляють рiзнi галузi медицини [12,13,14]. За даними л^ератури експериментально визначено токсичнi та терапевтичш дози деяких речовин, але на сьогодшшнш день невивченими залишаються дози, що е шкщливими для ембрюшв, а також неви-явленими е спектр вад розвитку, що виникають шд дiею того чи шшого ксенобiотика [3,15,16]. Актуальною задачею е визначення морфолопчних змш, що виникають в органiзмi пщ дiею сполук кадмiю як в пренатальному так i в постнатальному онтогенезк Виявити спектр порушень при впливi солей кадмiю у рiзних дозах на морфологiчну структуру паренхiма-
тозних оргашв тварин та на загальний хiд ембрюге-незу - задача на сьогодш малодослщжена.
Кадмш при потрапляннi в оргашзм володie ви-сокою мiграцшною швидшстю, бiохiмiчною актив-шстю, характеризуеться полпропною токсичною дieю i здатнiстю накопичуватись в органах i тканинах [17,18]. Даш стосовно морфолопчних змш та бюхи мiчних мехашзмiв, якi лежать в основi розвитку кад-|^евоТ штоксикаци, е роздрiбненими i недостатшми, що не дозволяе створити сучасноТ концепцп мехашз-мiв впливу цього важкого металу.
Мета дослiдження. Проаналiзувати науковi л^е-ратурнi данi, що стосуються морфогенетичних змiн печiнки в пренатальному та постнатальному онтоге-незi пiд впливом сполук кадмiю.
Ультрамтроелемент кадмiй необхiдний живому органiзму в мЫмальних кiлькостях, бiологiчна роль його до кшця не з'ясована. Бтьш вiдома негативна функцiя цього важкого металу, кадмш та його сполу-ки вiдносяться до 1 класу небезпеки.
Мехашзм токсичного впливу кадм^ на органiзм пов'язаний з утворенням бшмв металотюнеТшв та взаемодiя з багатьма шшими мiкроелементами: не-стача кальцш i мiдi значно збшьшуе всмоктування i акумуляцiю важкого металу в органiзмi людини, при достатньому надходженнi цинку i селену депонуван-ня кадмiю внутрiшнiми органами рiзко зменшуеться. Залiзо також е антагошстом кадмiю. Вiдомо, що кадмш при потрапляннi в органiзм порушуе метаболiзм бiлкiв, обмежуе засвоення залiза, збiльшуе видален-ня кальцiю [6,7,10]. Такий вплив обумовлено здат-шстю кадмiю до витiснення цинку i мiдi iз з'еднань з металотюнеТном - бiлком, що мiстить 30% цистеТну, з групами -SH якого кадмш утворюе дуже стiйкi спо-луки. Рiзниця мiцностi гiдрат-iонiв, а також сильна схож^ь з аркою викликае той факт, що кадмш по-еднуеться з групами ^Н ензимiв сильнiше, нiж цинк. Кадмш в органiзмi людини пiддаеться бюакумуляцп з перiодом напiврозпаду, який тривае 20-30 рошв (за iншими даними - 40 ромв). Звiдси випливае також обмеження вмiсту кадмiю в рацюш - згiдно ВООЗ цей зм^ не повинен перевищувати 0,4 - 0,5 мг. Кадмш накопичуеться в печшщ та нирках, виводиться дуже повтьно, роками. Основний шлях виведення кадм^ - з калом i сечею [12,15].
УкраТнськими дослщниками проведенi експери-ментальнi дослщження, на щурах, що були уражеш хлоридом кадмiю в умовах одноразового (12 мг/ кг маси тта) та багаторазового (1,2 мг/кг протягом 10-ти дшв) введення токсиканта (що вщповщае 1/5 ЛД50 та 1/50 ЛД50) виявили морфологiчнi змiни в пе-чiнцi та еритроцитах дослщних тварин [16,17]. Ана-лiз наукових даних щодо механiзму впливу сполук кадм^ на внутрiшнi органи показав, що в ранньому перiодi кадмiевоТ штоксикаци загальна структура пе-чшкових часточок не порушувалась, гепатоцити пе-чiнкових балок у станi набряку, Тх ядра мають рiзнi розмiри. З тривалiстю штоксикаци глибина дистро-фiчних процесiв у гепатоцитах зростала, спостерка-лась дискомплексацiя печiнкових пластин [18,19]. Дистрофiчнi змiни в гепатоцитах, що розвивались в
ходi адаптацшно-компенсаторних процесiв, поступо-во переростали в деструктивы порушення, що про-являлися змшами структури мiтохондрiй, активацiею лiзосом, утворенням дiлянок парцiального некрозу.
На ультрамтроскошчному рiвнi в тканинах печш-ки за умов штоксикаци кадмiем дослiдники спосте-рiгали деформацiю ядер гепатоцилв, контури яких були звивистими, в нуклеоплазмi визначався рiзкий перерозподт хроматину. Серед елементiв грануляр-ноТ ендоплазматичноТ сiтки превалювали розширенi цистерни i канали, на Тх мембранах зменшувалась кiлькiсть рибосом, спостерiгалась трансформащя гранулярноТ ендоплазматичноТ сiтки в агранулярну. Апарат Гольджi представлений пухирцями, вмiст яких середньоТ електронноТ щiльностi [20]. Бтьша частина мiтохондрiй гепатоцитiв мала просв^лений матрикс, зруйнованi кристи, в цитоплазмi виника-ла значна ктьмсть вакуолей рiзноТ величини, мiж якими розмЦеш вiльнi рибосоми i полкоми. Уль-траструктурнi дослiдження гепатоцитiв у шзньому перiодi кадмiевоТ штоксикаци вказують на деструк-цiю мембранних структур гепатоцилв, зокрема, ГЕС, апарату Гольдж^ структурних компонентiв ядра i ми тохондрiй [20]. Отже, вплив юшв кадмiю полягав не тiльки в метаболiчних зсувах в еритроцитах i плазмi кровi, але й характеризувався суттевими структурни-ми змiнами в тканинах печшки.
Данi результати висв^люють механiзм впливу сполук кадм^ на стан органiв та систем оргашв дорослих дослiдних тварин. Проте тематик впливу рiзних доз важких металiв на розвиток печiнки впро-довж ембрiогенезу присвячено вкрай мало дослщ-ницьких робiт [21]. Фетальна печшка привертае ве-лику увагу дослщнимв, адже у внутрiшньоутробний перюд вона виконуе синтетичну та гемопоетичну функци [21]. Тобто у пренатальному перiодi онтогенезу в нш паралельно вiдбуваються два пстогене-тичш процеси. З одного боку, формуеться власне пе-чiнкова тканина, а з шшого - спостерiгаються тяжi та осередки гемопоетичних клiтин, як можуть давати початок всiм росткам кровотворення. Ключову роль у регуляци цих процесiв вiдiграе гетерогенна за кли тинним складом строма зародковоТ печiнки, яка за-безпечуе специфiчне мiкрооточення задля росту, дозрiвання та диференцшвання кровотворних i пе-чшкових стовбурових клiтин. Наприкiнцi четвертого тижня ембрюгенезу людини (у бiлого щура - 13 дiб) печiнка стае центром кровотворення, а невдовзi -найбтьшим внутрiшнiм органом (у зародшв людини - 5-8 тижнiв, у щурiв - 14-16 дiб). Не дивлячись на те, що жовчний мiхур школи не розвиваеться у щурiв, схожiсть окремих печiнкових структур людини та цих тварин, особливо наприкшц ембрюгенезу, робить останшх доброю експериментальною моделлю для вивчення нормального та аномального розвитку печшки [14].
Висновок. Протягом останшх десятирiчь в умовах посилення негативного впливу еколопчного оточен-ня, посилення стресових фамх^в на оргашзм людини суттево вирк штерес спецiалiстiв практично вах пiдроздiлiв медицини до адаптацшних можливостей
дорослого оргашзму i ембрюна та проблем виник-нення вад розвитку у вщповщь на дш сполук важких металiв. Важливим аспектом новггшх наукових роз-робок також е пошук нових бюантогошспв сполукам кадмш та шших важких металiв.
Перспективи подальших дослщжень. Безпо-середне спостереження за формуванням порушень
розвитку у людини неможливо, тому за допомо-гою iндукованих експериментальних моделей стае можливим аналiз морфогенетичних змш протягом ембрiогенезу. У зв'язку з вищевикладеним вивчення впливу солей кадмш на ембрюгенез та розвиток печшки е нагальним та актуальним.
Лггература
1. Avtsyn AP, Zhavoronkov AA, Rish MA, Strochkova LS. Mikroelementozy cheloveka: etiologiya, klassifikatsiya, organopatologiya. M.: Meditsina; 1991. 496 s. [in Russiаn].
2. Bol'shoy DV, Pykhteyeva YeG, Shafran LM. Tyazhelyye metally - izvechnaya problema toksikologii. Zdorov'ye i okruzhayushchaya sreda: Sbornik nauchnykh trudov k 75-letiyu NII sanitarii i gigiyeny. 2002; Minsk. s. 116-21. [in Russiаn].
3. Shatornaya VF, Linnik VA, Kaplunenko VG. Morfologicheskoye issledovaniye vliyaniya nekotorykh mikroelementov na reproduktivnuyu siste-mu i embriogenez. Mikroelementy v meditsine. 2014 Sept 11;15(3):34-9. [in Russiаn].
4. Neyko EM, Gubs'kiy Yui, Yerstenyuk GM. intoksikatsiya kadmiem: toksikokinetika i mekhanizm biotsidnikh yefektiv. Zhurn. AMN Ukrain i. 2003 Jun;9(2):250-61. [in Ukrainian].
5. Skal'nyy AV, Rudakov IA. Bioelementy v meditsine. M.: Izdatel'skiy dom «ONIKS 21 vek»; 2004. 110 s. [in Russiаn].
6. Trakhtenberg IM, Kolesnikov SV, Lukovenko VP. Tyazhelyye metally vo vneshney srede. Sovremennyye gigiyenicheskiye i toksikologicheskiye aspekty. Minsk; 1994. 123 s. [in Russiаn].
7. Shatorna VF. Yeksperimental'ne doslidzhennya yembriotoksichnosti atsetatu svintsyu ta nanozolota. Visnik problem biologii i meditsini. 2013 Jun 12;2(2):154-9. [in Ukrainian].
8. Yerstenyuk GM. Aktivnist' deyakikh metalofermentiv pri kadmieviy intoksikatsii. Naukovi zapiski TDPU. Seriya Biologiya. 2003 Sept 11;3(4):88-91. [in Ukrainian].
9. Shatorna VF. Modelyuyuchiy vpliv atsetatu svintsyu ta yogo kombinatsii z nanozolotom na yembriogenez shchura. Visnik lugans'kogo natsional'nogo universitetu imeni Tarasa Shevchenka. 2013 Jun 23;19(278):107-13. [in Ukrainian].
10. Shafran LM, Bol'shoy DV, Pykhteyeva YeG, Timofeyeva SV. Rol' metallotioneinov v biomonitoringe zagryazneniya okruzhayushchey sredy tyazhelymi metallami. "Gigiyena naselennykh mest". Kiev; 2000; 37. s. 190-3. [in Russiаn].
11. Shevchuk YuD, Shevchuk SM, Sviderko BD. Do pitannya yekologichnoi situatsii pri tekhnogennomu navantazhenni v umovakh L'vivs'koi oblasti. Visnik agrarnoi nauki. 2001 Octob 7: 112-4. [in Ukrainian].
12. Shkumbatyuk OY, Shkumbatyuk RS, Lozovits'ka TM, Zubik SV. Yekotoksichniy trivaliy vpliv kadmiyu na gematologichni pokazniki u shchuriv. Naukoviy visnik LNUVMBT imeni S.Z. Gzhits'kogo. 2010;12(3):201-5. [in Ukrainian].
13. Yerstenyuk GM. Kisnevotransportna funktsiya krovi za umov intoksikatsii kadmiem. Visnik L'vivs'kogo universitetu. Seriya: Biologiya. 2004;(37):72-6. [in Ukrainian].
14. Garets' Vi, Bel's'ka YuO, Shatorna VF. Morfologichniy stan fetal'noi pechinki pid vplivom tsitrativ sribla ta zolota na tli svintsevoi intoksikatsii. Medichni perspektivi. 2016;21(2):9-13. [in Ukrainian].
15. Foulkes EC. Metallothionein and glutathione as determinants of cellular retention and extrusion of Cd and Hg. Life Sci. 1993;(52):1617-20.
16. Dyel'tsova OI, Erstenyuk HM, Nazaruk RM, Hryshchuk MI. Histostrukturni zminy deyakykh vnutrishnikh orhaniv za umov kadmiyevoyi intok-sykatsiyi. Halyts'kyy likars'kyy visnyk. 2001;8(2):31-3. [in Ukrainian].
17. Dyel'tsova OI, Hryshchuk MI, Erstenyuk HM, Nazaruk RM. Dynamika morfostrukturnykh zmin orhaniv shlunkovo-kyshkovoho traktu za umov vplyvu toksykantiv-zabrudnyuvachiv dovkillya. Naukovi pratsi 3 Natsional'noho Konhresu anatomiv, histolohiv, embriolohiv i topohra-foanatomiv Ukrayiny. Kyyiv; 2002. s. 97-8. [in Ukrainian].
18. Erstenyuk HM, Dyel'tsova OI. Morfolohiya pechinky pry kadmiyeviy intoksykatsiyi ta korektsiyi unitiolom. Visnyk morfolohiyi. 2004 Jan 16;1:74-6. [in Ukrainian].
19. Erstenyuk HM. Stan lihandnykh form hemohlobinu shchuriv za umov kadmiyevoyi intoksykatsiyi. Med. khimiya. 2004 Jun 12;6(3):101-3. [in Ukrainian].
20. Erstenyuk HM, Shutka BV. Ul'tramikroskopichne doslidzhennya pechinky za umov korektsiyi kadmiyevoyi intoksykatsiyi selenom. Visnyk problem biolohiyi i medytsyny. 2004 Jan 4; 80-4. [in Ukrainian].
21. Payushyna OV, Domaratskaya EY, Starostyn VY. Kletochnyy sostav y rehulyatornye funktsyy stromy zarodyshevoy pecheny. Tsytolohyya. 2012 Jan 4;369-80. [in Russiаn].
ВПЛИВ ВАЖКИХ МЕТАЛ1В НА МОРФОФУНКЦЮНАЛЬНИЙ СТАН ПЕЧ1НКИ (ОГЛЯД Л1ТЕРАТУРИ) Нефьодова О. О., Бшишко Д. В.
Резюме. Серед найбтьш небезпечних техногенних забруднимв довкшля прюритетне положення займа-ють важк метали, в першу чергу - свинець, кадмш, ртуть. Протягом останшх десятирiчь в умовах посилення негативного впливу еколопчного оточення суттево вирю штерес спецiалiстiв практично вах шдрозд^в медицини до адаптацшних можливостей дорослого оргашзму i ембрюна та проблем виникнення можливих вад розвитку у вщповщь на дш сполук важких металiв. Важливим аспектом нов^шх наукових розробок е пошук нових бюантогошспв сполукам кадмш та шших важких металiв. Безпосередне спостереження за формуванням порушень розвитку у людини неможливо, тому за допомогою шдукованих експериментальних моделей стае можливим аналiз морфогенетичних змш протягом ембрюгенезу. У зв'язку з вищевикладеним вивчення впливу солей кадмш на ембрюгенез та розвиток печшки е актуальним. Ключов1 слова: кадмш, важк метали, ембрюгенез, печшка, експеримент.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕЧЕНИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
Нефедова Е. А., Билышко Д. В.
Резюме. Среди наиболее опасных техногенных загрязнителей окружающей среды приоритетное положение занимают тяжелые металлы, в первую очередь - свинец, кадмий, ртуть. В течение последних десятилетий в условиях усиления негативного влияния экологического окружения существенно вырос интерес специалистов практически всех подразделений медицины к адаптационным возможностям взрослого организма и эмбриона и проблем возникновения возможных пороков развития в ответ на действие соединений тяжелых металлов. Важным аспектом новейших научных разработок является поиск новых биоантогонис-тов соединениям кадмия и других тяжелых металлов. Непосредственное наблюдение за формированием нарушений развития у человека невозможно, поэтому с помощью индуцированных экспериментальных моделей становится возможным анализ морфогенетических изменений в течение эмбриогенеза. В связи с вышеизложенным изучение влияния солей кадмия на эмбриогенез и развитие печени является актуальным.
Ключевые слова: кадмий, тяжелые металлы, эмбриогенез, печень, эксперимент.
INFLUENCE OF HEAVY METALS ON THE MORPHOFUNCTIONAL STATE OF THE LIVER (REVIEW OF LITERATURE)
Nefodova О. О., Bilyshko D. V.
Abstract. For industrial areas, the problem of contamination by heavy metals, which dangerously affects the human organism, changing its properties and functions, is especially relevant. The change in the environment in industrialized countries prompts an intensive study of the impact of environmental factors on biological objects. Among the most dangerous technogenic pollutants of the environment, heavy metals occupy a priority position, in the first place - lead, cadmium, mercury. Over the past decades, in the context of increasing the negative impact of the environmental environment, the interest of specialists from practically all medical units to the adaptive capacity of the adult organism and the embryo and the problems of possible defects of development in response to the action of heavy metal compounds has increased significantly. Cadmium compounds today are a fraction of heavy metals that are in biological systems and form the ecological crisis of the planet, with the greatest risk of cadmium poisoning associated with the activities of workers in the metallurgical industry and in the manufacture of accumulators. Cadmium as a pollutant of the environment and classical toxicant continues to remain at the center of attention not only ecologists, toxicologists and hygienists, but also pathologists and clinicians representing various branches of medicine. According to the literature, toxic and therapeutic doses of some substances have been experimentally determined, but to date, unexplored doses remain harmful to embryos, as well as the unspecified are the range of developmental defects that arise under the influence of one or another xenobiotic. An urgent task is to determine the morphological changes that occur in the body under the action of cadmium compounds in both prenatal and postnatal ontogenesis.
To reveal the spectrum of violations under the influence of cadmium salts in different doses on the morphological structure of parenchymal organs of animals and on the general course of embryogenesis is a problem that is currently under investigation. Cadmium, when it enters the organism, has a high migration rate, biochemical activity, is characterized by a polytropic toxic effect and the ability to cumulate in organs and tissues. Data on morphological changes and biochemical mechanisms underlying the development of cadmium intoxication are fragmented and inadequate, which does not allow to create a modern concept of mechanisms of influence of this heavy metal.
The purpose of the study was to analyze scientific literature on morphogenetic changes in the liver in the prenatal and postnatal ontogenesis under the influence of cadmium compounds.
The mechanism of toxic effects of cadmium to the organism is associated with the formation of metalotinine proteins and the interaction with other trace elements.
The analysis of scientific data on the influence of cadmium on the histological structure of the liver showed that in the early period of cadmium intoxication the general structure of the liver lobules was not disturbed, hepatocytes of the liver parts in the state of edema, their nuclei have different sizes.
With the duration of intoxication, the depth of the dystrophic processes in hepatocytes increased, there was a discombection of the liver plates. Dystrophic changes in hepatocytes developed during adaptive-compensatory processes gradually developed into destructive disturbances, manifested by changes in the structure of mitochondria, activation of lysosomes, and the formation of partial necrosis regions.
At the ultramicroscopic level in liver tissues under conditions of cadmium intoxication, deformation of nuclei of hepatocytes whose contours were vorticular was observed, a sharp redistribution of chromatin was observed in the nucleoplasm. But the effects of different doses of cadmium on the embryonic liver remain unexplored.
It is not possible to directly monitor the formation of human developmental disorders, therefore, with the help of induced experimental models it becomes possible to analyze morphogenetic changes during embryogenesis.
In connection with the above, the study of the effects of cadmium salts on embryogenesis and liver development is relevant.
Key words: cadmium, heavy metals, embryogenesis, liver, experiment.
Рецензент - проф. Блаш С. М.
Стаття надшшла 23.02.2018 року
