CC BY
94
УДК 616.24-018-06:577.118:613.32(043.5) Тимошенко О.О., Масленко Г.О., Ткач Г.Ф.
ЗМ1НИ Х1М1ЧНОГО СКЛАДУ ТА М1КРОСКОП1ЧНО1 СТРУКТУРИ ПОСМУГОВАНИХ М'ЯЗ1В Б1ЛИХ ЩУР1В ЗА УМОВ ВПЛИВУ НА ОРГАН1ЗМ СОЛЕЙ ВАЖКИХ МЕТАЛ1В
Сумський державний ушверситет
Одними з найбльш небезпечних екзополютант'в з погляду на токсичнсть та розповсюдженсть на територУУ УкраУни е важк метали та Ух солi. Проте на сьогодн майже в/дсутн/ данi про змiни, що в'дбуваються у посмугованих м'язах у в'дпов'дь на токсичний вплив комб'тацУУ солей метал/в. Саме тому метою нашого досл'дження стало вивчити динамку змн хiмiчного складу та характер структурних перетворень скелетноУ мускулатури блих щур'т дорослого в/ку за умов вживання пдвищених концентрац/й солей свинцю, м'д та марганцю. Проведення експерименту здйснювали на 36 блих безпородних щурах. Вивчення концентрацУУ х1'м1'чних елементiв у посмугованих м'язах виконували за допомогою атомно-абсорбц/йного спектрофотометра С115-М1, КАС-120.1 (УкраУна). Досл'дження м'кропрепарат'в проводили з використанням свтлового мкроскопа Olympus BH-2 (Японя). У результатi проведеного експерименту виявлено, що потрапляння в opгaнiзм експериментальних щур'т солей м/д/, свинцю та марганцю зумовлюе накопичення юнв в'дпов'дних метал'т у скелетних м'язах. Значне пдвищення концентрацУУ м'д'!, свинцю та марганцю призводить до набрякових зм/'н та активацУУ склеротичних i атрофiчних процесв у посмугованш мускулатурi щур'т зрлого в/ку, що проявляеться на м/кроскоп/чному р'тш зростанням д'аметру м'язових клiтин, площ1 попереченого перетину м'язових волокон, збльшенням ширини сполучнотканинних прошарюв. Ключов1 слова: посмугован1 м'язи, ooni важких метал1в, пстолопчна структура, щури.
Досл/дження виконано зядно плану наукових досл/джень Сумського державного ун/верситету i е складовою частиною науково-досл/дноУ теми кафедри анатом/У людини Сумського державного ун/верситету "Законом/рностi вкових i конституц/ональних морфолог/чних перетворень за умов впливу ендо- i екзогенних чинниюв i шляхи Ух корекцп4' (номер державноУреестрацУУ 0113U001347).
Вступ
Одним з небажаних наслщмв дiяльностi людини на Землi е забруднення навколишнього середовища, що являе собою результат прогресу та с^мкого техычного розвитку [1]. Потрапляння в навколишне середовище або виникнення в ньому нових, звичайно не характерних фiзичних, хiмiчних i бюлопчних агенпв або перевищення Тх природного середньорiчного рiвня невщмшно призводить до негативних впливiв на оргашзми живих ютот [2]. Вивчення мехашзму таких впливiв на бюлопчш оргашзми та виявлення змш, що розвиваються в них у вщповщь на штоксикацш дають змогу виявляти можливi мехашзми захисту та боротьби з пошкоджувальною дiею зовшшшх чинниш. Одними з найбтьш небезпечних екзополютатчв з погляду на токсичнють та розповсюдженють на територп УкраТни та шших краТн св^у безперечно е важк метали та Тх солi [3]. За останш десятил^тя були проведен числены роботи по вивченню впливу зазначених токсишв на легеш, серце, нирки, головний мозок та iншi органи i системи [4,5,6,7]. I лише в останш роки у свтовш лiтературi почали з'являтись публкацп, присвячеш дослщженню впливу важких металiв на скелеты м'язи [8,9,10]. Проте на сьогодш майже вщсутш дан про змiни, що вщбуваються у посмугованих м'язах у вщповщь на токсичний вплив комбшаци солей металiв, що надходять до оргашзму через шлунково-кишковий тракт. Саме на виршення ^еТ проблеми i направлена наша робота.
Мета дослiдження
Вивчити динамку змш хiмiчного складу та характер структурних перетворень скелетноТ мускулатури бтих щурiв дорослого вiку за умов вживання пщвищених концентрацiй солей свинцю, м^ф та марганцю.
Матерiали та методи дослiдження
Проведення експерименту здшснювали на 36 бтих безпородних щурах. Тварин роздтяли на дослщну та контрольну групи (по 18 щурiв вщповщно). Протягом 90 дiб iстотам пiддослiдноТ групи давали питну воду з додаванням MnSO4 * 5H2O (5 мг/л), Pb(NO3)2 (3 мг/л) та CuSO4 (20 мг/л), що вщповщае водоймам Середино-Будського району СумськоТ областi. Тварини групи контролю пщ час всього дослiдження вживали звичайну питну воду. Через кожш 30 дiб проводили забiй шести щурiв з кожноТ групи шляхом декаттаци пiд ефiрним наркозом. Для вивчення брали латеральну головку триголового м'яза литки. Визначення концентрацп хiмiчних елемен^в у посмугованих м'язах здшснювали за допомогою атомно-абсорбцшного спектрофотометра С115-М1, КАС-120.1 (УкраТна) та спе^альноТ обчислювальноТ електронноТ програми до нього «AAS SPEK». Фарбування гiстологiчних препаратiв виконували за Малорi та гематоксилiном i еозином. Вивчення мiкропрепаратiв проводили з використанням св^лового мiкроскопа Olympus BH-2 (Япошя) (бiнокуляр *10, *15, об'ективи *10, *20, *40) та за допомогою ушверсальноТ обчислювальноТ
программ «Видео Размер 5.0» та «Видео Тест 5.0» («СелмЬ» Суми).
Проводили визначення вмюту Си, Zn, РЬ, Fe, Мп, Сг та вивчення таких морфометричних параметрiв: дiаметр м'язового волокна (ДМВ), ширина ендомiзiю (ШЕ), ширина перимiзiю (ШП), площа поперечного перетину м'язового волокна (ПППВ), ктькють ядер мюсимпласту на одиницю площi (КЯМ), дiаметр капiляру (ДК), дiаметр венули (ДВ) та дiаметр артерюли (ДА). Також проводили обчислення артерюло-венулярного коефiцieнту (АВК).
Для статистичного опрацювання отриманих результатiв використовували програму SPSS-15. Достовiрнiсть вiдмiнностей визначали за допомогою непараметричного критерiю Манна-Уiтнi (и). При цьому значення р<0,05 вважали статистично достовiрним.
Результати досл1дження та Тх обговорення
Вживання зрiлими щурами води iз вмiстом солей мiдi, свинцю та марганцю протягом одного мюяця призвело до певних достовiрних мiкроскопiчних змiн, зокрема до збiльшення ШП на 4,07% (р<0,05), ПППВ на 4,48% (р<0,05), ДА на 5,23% (р<0,05), якщо порiвнювати з контрольною серieю тварин. Змiни iнших мiкроморфометричних параметрiв не перетнули межi статистичноТ значимостi (табл. 1).
Таблиця 1
Результати дослiдження м'язово/ тканини щур'в зрлого вку, що отримували сол\ важких металiв, (М±т), п=6
Показник 30-та доба 60-та доба 90-та доба
контроль досл1д контроль досл1д контроль досл1д
ДМВ, мкм 17,61±0,24 18,01 ±0,24 18,33±0,26 19,07±0,21 19,05±0,27 20,53±0,19*
ШЕ, мкм 2,77±0,12 2,90±0,14 2,89±0,11 3,18±0,08* 3,01±0,09 3,56±0,11*
ШП, мкм 32,12±0,34 34,13±0,22* 34, 21±0,26 36,56±0,29* 34,99±0,31 38,79±0,21*
ПППВ, мкм2 243,56±1,12 254,49±1,29* 263,81 ±1,24 285,85±1,41* 285,02±1,07 331,03±1,16*
КЯМ 144,33±1,14 144,33±1,43 151,65±1,53 150,55±1,27 158,18±1,41 157,15±1,34
ДК, мкм 6,11±0,13 5,70±0,22 6,43±0,16 5,77±0,12* 6,87±0,25 5,95±0,11*
ДВ, мкм 21,88±0,23 23,02±0,28* 22,57±0,28 24,48±0,33* 22,87±0,32 25,26±0,27*
ДА, мкм 16,98±0,24 16,64±0,23 17,24±0,22 16,62±0,26 17,47±0,29 16,51 ±0,17*
АВК 0,776±0,01 0,723±0,011 0,763±0,009 0,678±0,014* 0,763±0,011 0,653±0,012*
Примтка: * - р < 0,05.
Аналiз xiMi4Horo складу скелетних м^в щурiв зртого BiKy тсля першого мiсяця дослiдження виявив зростання вмюту тих елемен^в, солi яких в надмiрнiй кiлькостi надходили до оргаызму тварин. Концентрацiя мiдi зросла до 1,9170 ± 0,0246 мкг/г (на 9,27%, p<0,05), свинцю - до 0,1897 ± 0,0012 мкг/г (на 10,24%, p<0,05), марганцю - до 0,8246 ± 0,0019 мкг/г (на 5,44%, p<0,05). Вмiст цинку становив 24,1288 ± 0,2011 мкг/г, залiза - 33,1027 ± 0,3196 мкг/г, хрому - 0,0153 ± 0,00022 мкг/г. Однак вщповщнп змши не мал и статистичнокзначимосгп (рис. 1).
%
30 25 20 15 10 5 О -5
-10
i
□ 1 мкяць
□ 2 мкяць ■ 3 мюяць
il
Купрум
Цинк
Свинець Зал1зо Марганець Хром
Рис 1. BiôœmKoee спiввiдношення вм\сту важких метал\в у скелетних м'язах щур\в зр 'лого в\ку за умов вживання солей Pb, Cu та Mn через 1, 2 i 3 м\сяц\ досл\джень. * - xiMi4Hi елементи, концентрац\я яких у скелетнiй мускулатур! експериментальних щур\в достов\рно eiдрiзняeться в\д тако)' в \нтактних тварин.
Проведене вивчення препара^в латерально!' головки триголового м'яза литки щурiв зртого вку тсля другого мюяця експерименту виявило наявнють у перимiзiï та ендомiзiï поодиноких лiмфоïдно-плазмоцитарних шфтьтра^в. Самi ж сполучнотканинн прошарки були розширеними, мiстили значну ктькють повнокрiвних судин. М'язовi волокна у пучках розташовувалися компактно, виглядали набряклими, мали незмiнний колiр. Ядра мюсимласту вiзуалiзувались чiтко (рис. 2).
Рис. 2. Пстоструктура латерально!головки триголового м'яза литки щура зрлого вку псля 2-го мсяця експерименту (поперечний зр'з). Явища набряку та розширення сполучнотканинних прошаркiв \ м'язових волокон. Забарвлення гематоксилн-еозином. 1 - перимiзiй; 2 - ендомiзiй; 3 - м'язове волокно.
ЗмЫи морфометричних показниюв пюля 60-ти дiб експерименту були бтьш вираженими. ШЕ та ШП збтьшились на 10,14% i 8,32% вщповщно (р<0,05). Дiаметр м'язового волокна зрю на 4,08%, проте показник р при статистичному аналiзi з використанням критер^ Манна-Уiтнi був бтьшим за 0,05. ПППВ на даному етап дослiдження була на 8,32% (р<0,05) бiльше, нiж у вщповщному контролi. КЯМ майже не змЫилась i становила 150,55 ±1,27 (р>0,05). Морфометрiя судинного компоненту литкового м'яза зртих щурiв виявила достовiрне зменшення ДК на 10,17% (р<0,05). ДА у дослщних зразках також був меншим, нiж в iнтактнiй грут (на 3,59%), однак це не мало статистичноТ достовiрностi. Натомiсть ДВ значимо зрю на 8,47 (р<0,05). I, як результат, АВК в експериментальних тварин зменшився на 11,12% (р<0,001), якщо порiвнювати з контрольними щурами (табл. 1).
Вивчення мiкроелементного складу посмугованих м'язiв зрiлих щурiв пiсля двох мiсяцiв експерименту виявило поглиблення змЫ, якi спостерiгались у тварин пюля першого мiсяця дослщу. Вмiст мiдi збiльшився на 14,42% (до 2,0273 ± 0,0198 мкг/г, (р<0,001), свинцю - на 18,64% (до 0,2041 ± 0,0023 мкг/г, (р<0,001), марганцю - на 7,63 (до 0,8534 ± 0,0023 мкг/г, (р<0,05). Достовiрно меншою стала концентра^я цинку - 23,6468 ± 0,1994 мкг/г (на 4,16%, (р<0,05) (рис.1). Як i ранiше, показники вмюту хрому та залiза лишились практично сталими (0,0154 ± 0,00029 мкг/г i 33,1464 ± 0,2567 мкг/г (р<0,05) вiдповiдно.
Пiд час вивчення зразюв латеральноТ головки литкового м'яза щурiв пiсля третього мюяця експерименту вiдзначалась набряклiсть та розширення сполучнотканинних прошарюв та м'язових волокон, хвилеподiбна деформацiя Тхнього контуру (рис. 3). Вiзуалiзувалось розширення венул за рах^нок порушеннявенозногс^щтту, м1сцями вщм1чались крапков1 крововиливи.
I венозного вiдтоку, мюцям
«Л I . -о ' Г . -
- - ИР^^^
Рис. 3. Пстоструктура латеральноI головки триголового м'яза литки щура зрлого вку пюля 3-го мюяця експерименту (поздовжнiй зр'1з). Деформацiя контуру м'язових волокон та розширення сполучнотканинних прошаркiв. Забарвлення гематоксилн-еозином. 1 - м'язове волокно; 2 - ендомiзiй; 3 - ядра мiосимпласту.
Серед мiкроморфометричних показниюв лише КЯМ лишився практично незмЫним у посмугованих м'язах зртих щурiв. ДМВ виявився на 7,77% (р<0,05) бтьше, ыж у контрольна групк Показник ШЕ та ШП були на 18,37% та 10,87% (р<0,05) вщповщно бтьше, ыж в Ытактних щурiв. Значення ПППВ збтьшилось на 16,14% (р<0,001). Морфометрiя судин литкового м'яза виявила зменшення ДК (на 13,29% (р<0,001) та ДА - на 5,46% (р<0,05). Дв збiльшився на 10,46% (р<0,001). Змiни морфометричних показникiв дрiбних судин призвели до суттевого зменшення АВК на 14,41 % (р<0,001) (табл. 1).
Хiмiчний аналiз литкового м'яза зртих щурiв пiсля трьох мiсяцiв експерименту виявив тi ж самi тенденцп змiн мiкроелементного складу, що i на попередньому етап дослiдження. Проте вони були
бтьш значними. Вмют мiдi 3pic до 2,1075 ± 0,0302 мкг/г, на 19,28% (p<0,001), свинцю - до 0,2213 ± 0,0031 мкг/г, на 28,59% p (<0,001), марганцю - до 0,8823 ± 0,0022 мкг/г, на 11,16% (p<0,001). Концентрацiя цинку знизилась до 23,1494 ± 0,1307 мкг/г, на 5,21%, (p<0,05). Показники вмюту феруму i хрому склали 33,1407 ± 0,2756 мкг/г та 0,0150 ± 0,00021 мкг/г (p>0,05) вiдповiдно, що суттево не в^знялось вiд подiбних значень у груп порiвняння (рис. 1).
Висновки
Таким чином, потрапляння в оргашзм експериментальних щурiв солей мiдi, свинцю та марганцю зумовлюе накопичення ioнiв вщповщних метaлiв у скелетних м'язах. Поряд з цим спостер^аеться зменшення вмюту цинку. Вираженють змiн вмiсту хiмiчних елементiв та структурно! перебудови посмугованих м^в у тварин зрiлого вку пропорцiйне термiну дм полютантiв на органзм.
Значне пiдвищення концентрацп мд свинцю та марганцю призводить до набрякових змш та активацп склеротичних i атрофiчних процесiв у посмугованш мускулатурi щурiв. Максимальнi змiни розвиваються у кiнцi термiну експерименту, що проявляеться посиленим розвитком набрякових, склеротичних та дегенеративних процеав - зростанням дiаметру м'язових кл^ин, площi попереченого перетину м'язових волокон, збтьшенням ширини сполучнотканинних прошаркiв, повнокрiв'ям та розширенням стромальних судин.
У подальшому плануеться вивчення впливу солей важких металiв та 1х комбшацш на будову скелетних м^в щурiв рiзних вкових груп на ультрамiкроскопiчному рiвнi та пошуки можливих шляхiв корекцiT вщповщних змш з використанням медичних препара^в.
Лтература
1. Tchounwou P.B. Heavy metal toxicity and the environment / P.B. Tchounwou, C.G. Yedjou, A.K. Patlolla [et al.] // EXS. - 2012. - V. 101. - P. 133-164.
2. Mitchell R.B. International environmental agreements: a survey of their features, formation and effects / R.B. Mitchell // Annual Review of Environment and Resources. - 2003. - V. 28. - P. 429-461.
3. Пнч О.В. Радiацiйна обстановка на Сумщиш / О.В. Пнч, Ю.В. Кук // Стан природного середовища та проблеми його охорони на Сумщиш. - Суми: Джерело. - 1997. - С. 44-52.
4. Корбакова А.И. Свинец и его действие на организм (обзор литературы) / А.И. Корбакова, Н.С. Сорокина, Н.Н. Молодкина [и др.] // Медицина труда и промышленная экология. - 2001. - № 5. - С. 29-34.
5. Скора В.З. Морфолопчш перетворення легенево!' тканини пщ впливом екзогенних чинниюв (лп"ературний огляд) / В.З. Скора, А.Д. Волкогон // Вюник Сумського державного ушверситету. - 2007. - № 2. - С. 12-21.
6. Meng Z. Cell morphological ultrastructural changes in various organs from mice exposed by inhalation to sulfur dioxide / Z. Meng , Y. Liu // Inhalation Toxicology. - 2007. - Vol. 19, № 6. - P. 543-551.
7. Reykdal O. Cadmium, mercury, iron, copper, manganese and zinc in the liver and kidney of the Icelandic lamb / O. Reykdal, A. Thorlacius // Food Addit. Contam. - 2001. - № 18(11). - Р. 960-969.
8. Enli Ya. Cadmium intoxication of pregnant rats and fetuses: interactions of copper supplementation / Ya. Enli, S. Turgut, O. Oztekin [et al.] // Archives of medical research. - 2010. - V. 41. - P. 7-13.
9. Dewanjee S. Toxic effects of lead exposure in Wistar rats: Involvement of oxidative stress and the beneficial role of edible jute (Corchorus olitorius) leaves / S. Dewanjee, R. Sahu, S. Karmakar [et al.] // Food and chemical toxicology. - 2013. - V. 55 - P. 78-91.
10. Wu. J-P. Metallothionein induction and heavy metal accumulation in white shrimp Litopenaeus vannamei exposed to cadmium and zinc / J-P. Wu, H-C. Chen // Comparative Biochemistry and Physiology. - 2005. - V. 140. - P. 383-394.
Реферат
ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ГИСТОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТЫХ МЫШЦ БЕЛЫХ КРЫС В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Тимошенко А.А., Масленко А.А., Ткач Г.Ф.
Ключевые слова: поперечно-полосатые мышцы, соли тяжелых металлов, гистологическая структура, крысы.
Одними из наиболее опасных экзополлютантов с точки зрения токсичности и распространение на территории Украины являются тяжелые металлы и их соли. Однако на сегодня почти отсутствуют данные об изменениях, происходящих в поперечно-полосатых мышцах в ответ на токсическое воздействие комбинации солей металлов. Именно поэтому целью нашего исследования стало изучить динамику изменений химического состава и характер структурных преобразований скелетной мускулатуры белых крыс взрослого возраста в условиях применения повышенных концентраций солей свинца, меди и марганца. Эксперимент проводили на 36 белых беспородных крысах. Изучение концентрации химических элементов в поперечно-полосатых мышцах выполняли с помощью атомно-абсорбционного спектpoфотометpa С115-М1, КАС-120.1 (Уф8ин8). Исследование микропрепаратов проводили с использованием светового микроскопа Olympus BH-2 (Япония). В результате проведенного эксперимента выявлено, что попадание в opгaнизм экспериментальных крыс солей меди, свинца и марганца вызывает накопление иснов соответствующих метэллов в скелетных мышцах. Значительное повышение концентрации меди, свинца и марганца приводит к развитию отечных изменений и активации склеротических и атрофических процессов в поперечно-полосатой мускулатуре крыс зрелого возраста, что проявляется на микроскопическом уровне ростом диаметра мышечных клеток, площади поперечного сечения мышечных волокон, увеличением ширины соединительнотканных прослоек.
Summary
CHANGES IN CHEMICAL COMPOSITION AND HISTOLOGICAL STRUCTURE OF STRIATED MUSCLULATURE IN WHITE
RATS UNDER OF SALEXPOSURE TO SALTS OF HEAVY METALS
Tymoshenko A.A., Maslenko A.A., Tkach G.F.
Keywords: salts, lead, copper and manganese, striated musclulature.
One of the most dangerous exopollutants in terms of toxicity and spreading in Ukraine are heavy metals and their salts. However, to date almost no data about changes occurring in striated muscles in
response to the toxic effects produced by the combination of metal salts.Therefore the aim of our study was to investigate the dynamics of changes which occur in the chemical composition and the character of the structural transformations in the skeletal muscles of mature white rats in conditions of higher concentrations of salts of lead, copper and manganese. The experiment involved on 36 white mongrel rats. The study of the concentration of chemical elements in the striated muscles was performed by applying atomic absorption spectrophotometer C115-M1, CAS-120.1 (Ukraine). Microscopy of mounts was performed by a light microscope Olympus BH-2 (Japan). The experiments revealed that intake salts of copper, lead and manganese by rats caused the accumulation of respective metals in skeletal muscle. A significant increase in the concentration of copper, lead and manganese leads to the development of edematous changes and activation of sclerotic and atrophic processes in the striated muscle of matuire rats, which is manifested at the microscopic level by increasing the diameter of the muscle cells, the cross sectional area of muscle fibers, and by increasing the width of the connective tissue sublayers.
