Вивчення особливостей накопичення кадмію в стегновій кістці щурів при ізольованому введенні та за умов корекції сукцинатами металів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дніпровський державний медичний університет

ВИВЧЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ НАКОПИЧЕННЯ КАДМІЮ В СТЕГНОВІЙ КІСТЦІ ЩУРІВ ПРИ ІЗОЛЬОВАНОМУ ВВЕДЕННІ ТА ЗА УМОВ КОРЕКЦІЇ СУКЦИНАТАМИ МЕТАЛІВ

Нефьодова Олена Олександрівна доктор медичних наук, професор, завідувач кафедри анатомії людини, клінічної анатомії та оперативної хірургії

Шевченко Олена Сергіївна викладач кафедри анатомії людини, клінічної анатомії та оперативної хірургії

м. Дніпро

Анотація

Зростаючі темпи забруднення навколишнього середовища промислово розвинутих країн вимагають вивчення впливу екологічних факторів на стан здоров'я людини. Одними з найбільш розповсюджених і небезпечних забрудників довкілля є важкі метали. Останні, потрапляючи до організму людини, призводять до гострих та відстрочених ускладнень, змінюють баланс мікроелементних систем, спричиняють захворювання або ускладнюють їх перебіг, спричиняють вади розвитку. Науково-технічний прогрес та збільшення обсягів виробництва призводять до потрапляння різного роду токсикантів в навколишнє середовище, серед яких значне місце посідають сполуки важких металів. Як наслідок, зазначені сполуки можуть потрапляти до організму людини та чинити вплив на морфо-функціональний стан органів та систем. Актуальним напрямком сучасних морфологічних досліджень є визначення змін, що виникають in vivo під впливом сполук кадмію. Вплив хлориду кадмію при хронічному впливі на структуру кісток залишається остаточно не дослідженим. Враховуючи особливості фармакокінетики, кадмій чинить гострий та хронічний вплив на організм та має довгий (10-30 років) біологічний період напіввиведення. Багатьма науковцями зазначається, що вплив кадмію на дорослий організм та організм, що розвивається залежить від дози, шляху надходження, тривалості експозиції та форми. Враховуючи велику різноманітність існуючих форм кадмію (розмір, фізико-хімічні властивості тощо) визначення морфологічних змін під час екзогенного впливу є актуальною задачею. Визначення особливостей накопичення кадмію в кістках щурів при ізольованому введенні та за умов корекції сукцинатами цинку та заліза проводили за допомогою поліелементного аналізу біологічних матеріалів, об'єктів методом атомної емісії з електродуговою атомізацією. Аналіз та порівняння результатів у зразках стегнової кістки груп впливу хлоридом кадмію та групах комбінованого впливу визначив наявність диселементозу не лише по кількості кадмію, але і зміни рівню накопичення кісткою цинку та кальцію. При ізольованому хронічному веденні розчину хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг в зразках стегнової кістки відбувається збільшення рівню накопичення кадмію з 0,2065±0,0227мкг/г (14 доба введення) до 0,3837±0,0606 мкг/г до кінця експерименту (30 доба). Дані результати мають високий рівень достовірної різниці (р<0,001) з показниками контрольної групи. В групах комбінованого впливу кадмію з сукцинатами цинку або заліза рівень кадмію в кістці достовірно зменшується (р<0,05), що дає можливість розглядати сукцинати як потенційні біоантагоністи щодо накопичення кадмію. Сукцинат цинку має більш виражений ступінь антагоністу кадмію на всіх трьох термінах дослідження. Аналіз накопичення стегнової кісткою кальцію продемонстру-вав, що ізольований хронічний вплив розчину хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг в зразках стегнової кістки викликає достовірно (р<0,05) зниження рівню кальцію, особливо на 30-ту добу експерименту 197,5±10,06 мг/г (контроль становив 247,6±10,04мг/г).В групах комбінованого введення визначався процес відновлення кальцію близько до контрольних значень лише на 30-ту добу, тобто наприкінці експерименту в групі введення кадмію з сукцинатом заліза (232,4±11,03мг/г).Таким чином, сукцинат заліза виявився антагоністом кадмію при довготривалому введенні в зазначених дозах та способу введенні в експерименті на щурах. Обрахування та порівняння показників накопичення цинку в зразках стегнової кістки виявив, що ізольоване ведення розчину хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг достовірно (р<0,001) знижує рівень цинку на всіх трьох термінах експерименту. В групі комбінованого введення кадмію з сукцинатом заліза на 14-тій добі рівень цинку утримувався в межах контрольних значень, а на 20-ту та 30-ту добу достовірно знижувався (р<0,05). Показники групи комбінованого впливу кадмію з цинком демонстрували високий рівень по цинку, що пояснюється введенням та високим рівнем всмоктування та засвоєння цього елементу.

Ключові слова: кадмієва інтоксикація, сукцинат заліза, сукцинат цинка, стегнова кістка, атомна емісія.

Abstract

Nefodova Olena Oleksandrivna Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Human Anatomy, Clinical Anatomy and Operative Surgery, Dnipro State Medical University, Dnipro

Shevchenko Olena Sergiyivna Assistant of the Department of Human Anatomy, Clinical Anatomy and Operative Surgery, Dnipro State Medical University, Dnipro

STUDY OF CHARACTERISTICS OF CADMIUM ACCUMULATION IN THE FEMU BONE OF RATS UNDER ISOLATED ADMINISTRATION AND UNDER CONDITIONS OF CORRECTION WITH METAL SUCCINATE

The growing rates of environmental pollution in industrially developed countries require studying the impact of environmental factors on human health. Heavy metals are one of the most widespread and dangerous environmental pollutants. The latter, entering the human body, lead to acute and delayed complications, change the balance of trace element systems, cause diseases or complicate their course, cause developmental defects. Scientific and technical progress and an increase in production volumes lead to the release of various types of toxicants into the environment, among which compounds of heavy metals occupy a significant place. As a result, these compounds can enter the human body and affect the morpho-functional state of organs and systems. Determination of changes occurring in vivo under the influence of cadmium compounds is an actual direction of modern morphological research. The effect of cadmium chloride during chronic exposure on the bone structure has not been definitively investigated. Taking into account the peculiarities of pharmacokinetics, cadmium has an acute and chronic effect on the body and has a long (10-30 years) biological half-life. Many scientists note that the effect of cadmium on an adult and developing organism depends on the dose, route of entry, duration of exposure and form. Given the wide variety of existing forms of cadmium (size, physicochemical properties, etc.), determining morphological changes during exogenous exposure is an urgent task. Determination of the features of cadmium accumulation in the bones of rats during isolated administration and under the conditions of correction with zinc and iron succinates was carried out using polyelement analysis of biological materials, objects by the method of atomic emission with electric arc atomization. Analysis and comparison of results in femur samples of groups exposed to cadmium chloride and groups of combined exposure determined the presence of dyselementosis not only in terms of the amount of cadmium, but also changes in the level of zinc and calcium accumulation in the bone. With isolated chronic administration of a cadmium chloride solution at a dose of 2.0 mg/kg, the level of cadmium accumulation in femur bone samples increases from 0.2065±0.0227 pg/g (14 days of administration) to 0.3837±0.0606 pg/g until the end of the experiment (30 days). These results have a high level of reliable difference (р<0.001) with the indicators of the control group. In the groups of combined exposure to cadmium with zinc or iron succinates, the level of cadmium in the bone decreases significantly (р<0.05), which makes it possible to consider succinates as potential bioantagonists for cadmium accumulation. Zinc succinate has a more pronounced degree of cadmium antagonist at all three study periods. Analysis of femur calcium accumulation demonstrated that isolated chronic exposure to cadmium chloride solution at a dose of 2.0 mg/kg in femur samples causes a significant (р<0.05) decrease in calcium level, especially on the 30th day of the experiment 197.5± 10.06 mg/g (the control was 247.6±10.04 mg/g). In the groups of combined administration, the process of restoring calcium close to the control values was determined only on the 30th day, that is, at the end of the experiment in the group of administration of cadmium with iron succinate (232.4±11.03mg/g). Thus, iron succinate proved to be an antagonist of cadmium upon long-term administration in the indicated doses and method of administration in an experiment on rats. Calculation and comparison of zinc accumulation indicators in femur bone samples revealed that isolated administration of cadmium chloride solution at a dose of 2.0 mg/kg significantly (р<0.001) reduces zinc levels at all three times of the experiment. In the group of combined administration of cadmium with iron succinate, on the 14th day, the zinc level was kept within the control values, and on the 20th and 30th days, it significantly decreased (р<0.05). The indicators of the combined exposure group of cadmium with zinc showed a high level of zinc, which is explained by the introduction and high level of absorption and assimilation of this element.

Keywords: cadmium intoxication, iron succinate, zinc succinate, femur, atomic emission.

Постановка проблеми

Зростаючі темпи забруднення навколишнього середовища промислово розвинутих країн вимагають вивчення впливу екологічних факторів на стан здоров'я людини. Одними з найбільш розповсюджених і небезпечних забрудників довкілля є важкі метали. Останні, потрапляючи до організму людини, призводять до гострих та відстрочених ускладнень, змінюють баланс мікроелементних систем, спричиняють захворювання або ускладнюють їх перебіг, спричиняють вади розвитку. Науково-технічний прогрес та збільшення обсягів виробництва призводять до потрапляння різного роду токсикантів в навколишнє середовище, серед яких значне місце посідають сполуки важких металів[1, 2]. Як наслідок, зазначені сполуки можуть потрапляти до організму людини та чинити вплив на морфо-функціональний стан органів та систем. Актуальним напрямком сучасних морфологічних досліджень є визначення змін, що виникають in vivo під впливом сполук кадмію. Вплив хлориду кадмію при хронічному впливі на структуру кісток залишається остаточно не дослідженим. Враховуючи особливості фармакокінетики, кадмій чинить гострий та хронічний вплив на організм та має довгий (10-30 років) біологічний період напіввиведення. Багатьма науковцями зазначається, що вплив кадмію на дорослий організм та організм, що розвивається залежить від дози, шляху надходження, тривалості експозиції та форми. Враховуючи велику різноманітність існуючих форм кадмію (розмір, фізико-хімічні властивості тощо) визначення морфологічних змін під час екзогенного впливу є актуальною задачею [3, 4].

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Наразі припускається два механізми дії кадмію на кісткову тканину - прямий і опосередкований. Прямий механізм передбачає безпосередній вплив токсиканта, що викликає порушення функціонування клітин кісткової тканини і спричиняє посилену резорбцію кістки та ослаблення її кальцифікації [5, 6]. Непрямий механізм опосередковується розвитком Cd-індукованої ниркової недостатності, асоційованої з посиленням ренальної екскреції кальцію та фосфору, пригніченням продукції активних метаболітів вітаміну D, а також ослабленням абсорбції кальцію в травному каналі [7, 8].

Натепер вважається, що основною причиною ушкодження кісток при хронічній інтоксикації кадмієм є ренальна дисфункція. При цьому погіршення стану мікроархітектоніки кісткової тканини з подальшим посиленням крихкості кісток та ризиків переломів збільшуються пропорційно ступеню ураження канальцевого апарату нирок. В популяції китайців, які зазнали хронічного впливу кадмію, поширеність остеопорозу становила 6,2% при сечовій екскреції елемента в межах 10-20 мкг/г креатиніну порівняно з 2,41% при рівні виведення <2,0 мкг/г креатиніну [9]. Поширеність остеопорозу, асоційованого з ренальною дисфункцією, у жінок була у 2,81 рази вищою, ніж серед тих, хто не мав ушкодження канальцевого апарату нирок [10]. Згідно результатам дослідження OSCAR (2004), у жінок, вмісту кадмію у сечі яких становив в середньому 17,2 мкг/г креатиніну (діапазон 5,7-37,7 мкг/г), виявляли порушення функції нирок та порушення мінералізації остеоїдів, що корелювало з розвитком остеомаляції [11].

Вплив різноманітних чинників оточуючого середовища на морфофункціональний стан опорно-рухової системи дорослого організму вивчається багатьма вітчизняними та іноземними вченими, проте процеси, які проходять у кістковій системі під впливом кадмію та за умов корекції сукцинатами металів заслуговує на особливу увагу науковців. Та найбільш актуальною задачею сучасної медико-біологічної науки є пошук біологічних антагоністів, що можуть зменшувати токсичний вплив кадмію. Розробка протективних засобів в ортопедичній, профпатологічній, та ревматологічній практиці для лікування захворювань опорно-рухової системи, етіологічним фактором яких став вплив техногенних сполук кадмію є важливим завданням. Все зазначене вище свідчить про актуальність статті, яка присвячена вирішенню актуальної задачі сучасної морфології - вивченню морфологічних змін, що відбуваються у кістках під впливом сполук кадмію ізольовано та в комбінації з потенційними біологічними антагоністами кадмію [12].

кадмій кістка мікроелементний морфофункціональний

Мета статті

Провести аналіз мікроелементного складу кісток експериментальних тварин за даними поліелементного аналізу.

Виклад основного матеріалу

Експериментальні дослідження проведені на білих статевозрілих щурах-самцях лінії Wistar (розплідник «Далі-2001» місто Київ, Україна). Утримання експериментальних тварин здійснювалося відповідно до санітарно-гігієнічних норм віварію Дніпровського державного медичного університету (ДДМУ), м.Дніпро: температурний режим повітря 22 ± 2 °C, вологість не менш 50%, світлий / темний цикл 12 / 12 годин, їжа та пиття ad libitum.

Тварини після транспортування та карантину (2 тижні) були здорові, активні, добре споживали їжу, не мали ушкоджень на шкіряних покривах та вухах. Під час утримання, експерименту та оперативного вилучення тварин з експерименту ми дотримувались усіх етичних норм поводження з лабораторними тваринами [13].

Моделювання впливу солями кадмію та розчинами сукцинатів металів, на організм самців і морфогенез кісток у щурів проводили за наступним планом. Усі дослідні тварини були нами розділені на 7 груп: дослідна група № 1 (Д № 1) - щури, яким ізольовано вводили розчин хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг; дослідна група № 2 (Д № 2) - щури, яким вводили розчин хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг в комбінації з розчином сукцинату цинку в дозі 5 мг/кг; дослідна група №3 (Д № 3), яким вводили розчин хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг в комбінації з розчином сукцинату заліза в дозі 10 мг/кг; дослідна група № 4 (Д № 4) - щури, яким ізольовано вводили розчин ацетату свинцю в дозі 12,0 мг/кг; дослідна група № 5 (Д № 5) - щури, яким вводили розчин ацетату свинцю в дозі 12,0 мг/кг в комбінації з розчином сукцинату цинку в дозі 5 мг/кг; дослідна група №26 (Д № 6), яким вводили розчин ацетату свинцю в дозі 12,0 мг/кг в комбінації з розчином сукцинату заліза в дозі 10 мг/кг; та контрольна група №7 (К №7)щури, яким вводили фізіологічний розчин.

Як при ізольованому впливі важких металів, так і при впливі в комбінації з сукцинатами цинку або заліза, обсяг введення не перевищував 0,5 мл, що не призводить до розтягування шлунку дослідного щура і не привносить побічного ефекту механічного впливу.

Визначення особливостей накопичення кадмію, свинцю в кістках щурів при ізольованому введенні та за умов корекції сукцинатами цинку та заліза проводили за допомогою поліелементного аналізу біологічних матеріалів, об'єктів методом атомної емісії з електродуговою атомізацією. Вище зазначені вимірювання проводилися в Державному підприємстві «Український науководослідний інститут медицини транспорту Міністерства охорони здоров'я України (м. Одеса) згідно договору про науково-творче співробітництво (2018р.). Атомно-емісійний аналіз із дуговою атомізацією дозволяє проводити якісний та кількісний елементний аналіз проб практично будь-якої природи. Суть атомно-емісійного методу аналізу полягає в наступному. Спеціально підготовлена проба міститься в лунку на одному з двох графітових електродів. Електрична дуга між електродами призводить до випаровування та атомізації проби, атоми, з яких складалася аналізована проба, під дією високої температури поглинають енергію та переходять у збуджений стан. У збудженому стані кожен атом знаходиться приблизно 1 мкс, після чого знову повертається до основного стану, виділяючи один або кілька квантів енергії (фотонів). Кожен хімічний елемент виділяє фотони з певною довжиною хвилі. Спектрометр уловлює світло, що походить від вольтової дуги, і розкладає його за допомогою дифракційних ґрат. У цьому фотони з різними довжинами хвиль відокремлюються друг від друга. З'являється можливість виміряти, скільки випромінюється фотонів із довжиною хвилі, що відповідає кожному хімічному елементу. Як наслідок, можна зробити висновок про кількість того чи іншого хімічного елемента аналізованої проби.

Підготовка зразків і вимірювання вмісту металів в кістках проводилася відповідно до ДСТУ 30823-2002. В якості розчинника використовувалася стандартна спектральна буферізуюча суміш по ДСТУ 30823-2002. Кількісне вимірювання вмісту металів в зразках проведено на атомно-емісійному спектрометрі Емас-200 CCD (повірений 30.11.2017, свідоцтво про повірку 4706-ФГ). Атомно-емісійний спектрометр ЕМАС-200 CCD є сучасним аналітичним приладом, управляється комп'ютером і всі необхідні розрахунки виробляє самостійно за мінімальної участі оператора. Кількісне визначення в аналізованих об'єктах проводилось на довжині хвилі: кадмію 228,802 нм, свинцю - 283,305 нм, цинку, - 213,856 нм, заліза - 238,204 нм.

В нашому експерименті було прийнято рішення щодо проведення аналізу накопичення кадмію та свинцю, як маркера хронічної інтоксикації широко розповсюдженими екополютантами, а також цинку і заліза, як елементів, які володіють вираженими антагоністичними властивостями по відношенню до сполук кадмію та свинцю. Цинк та залізо входять до складу мікроелементних систем організму людини, баланс яких порушується в першу чергу в умовах інтоксикації важкими металами. Для аналізу накопичення ми використовували кістки самців щурів всіх піддослідних груп на 15-й та 30-й добі експерименту. Кістки для визначення мікроелементного статусу не підлягали фіксації згідно вимог пробопідготовки, а відразу заморожувалась і вже в замороженому стані доставлялась до Українського науково-дослідного інституту медицини транспорту для подальших досліджень.

Відповідно до мети та завдань дослідження ми проводили порівняння вмісту кадмію в кістках різного типу (стегнова кістка, нижня щелепа) при ізольованому введенні хлоридом кадмію та комбінованому введенні хлориду кадмію з сукцинатами заліза або цинку в хронічному експерименті на щурах.

Як показали результати поліелементного аналізу, рівень кадмію в стегновій кістці контрольної групи дослідних тварин мав тенденцію до збільшення впродовж експерименту (30діб), але без достовірної різниці. На 14 добу експерименту рівень кадмію становив 0,0902±0,0142 мкг/г, а до кінця введення, тобто на 30-ту добу підвищувався до 0,1110±0,0415 мкг/г. В групі ізольованого введення хлориду кадмію спостерігалось суттєве підвищення (у 2,3 рази) рівню кадмію в кістці вже на 14 добу - 0,2065±0,0227 мкг/г (рис.1). В групі комбінованого введення кадмію з сукцинатом заліза рівень накопичення кадмію зменшувався, не зважаючи на надходження тієї ж дози кадмію, що і при ізольованому впливі, але найменшим рівнем накопичення на цьому терміні володіли зразки групи комбінації кадмію з сукцинатом цинку. Рівень кадмію в даній групі становив 0,1291±0,0261мкг/г.

Показник рівню накопичення кадмію в стегновій кістці дослідних тварин групи ізольованого впливу на 20-ту добу експерименту збільшувався у порівнянні до контролю у 2,5 разів і становив 0,2512±,00364 мкг/г. Така різниця була достовірною р<0,001. А в групах комбінованого впливу кадмію з сукцинатами рівень кадмію достовірно (р<0,05) знижувався в порівнянні до групи ізольованого впливу кадмієм, не зважаючи на подальше надходження кадмію в організм тварин. Так, в групі комбінованого впливу хлориду кадмію з сукцинатом заліза показник визначався на рівні 0,2129 ±0,0335мкг/г, а в групі комбінації з сукцинатом цинку на даному терміні був ще нижчий (0,1408±0,0153мкг/г) і наближався до контрольних значень. Таким чином, вже на 20-ту добу експерименту ми визначали тенденцію до зниження рівню накопичення кадмію в стегновій кістці щурів експерименту при комбінованому хронічному внутрішньошлунковому введенні хлориду кадмію з сукцинатами цинку та заліза в зазначених дозах.

Рис. 1 Динаміка накопичення кадмію (мкг/г) в стегновій кістці щурів в піддослідних групах на 14-ту, 20-ту та на 30-ту добу експерименту

Визначена нами тенденція підтримувалась і показниками накопичення кадмію наприкінці експерименту, тобто на 30-ту добу. Найвищий рівень накопичення кадмію стегновою кісткою експериментальних тварин відбувався в групі ізольованого введення хлориду кадмію, що було логічним і очікуваним. В групах комбінованого введення рівень кадмію був нижчим. А саме: в групі комбінації кадмію з сукцинатом заліза рівень кадмію становив 0,3254±0,0737 мкг/г, хоча не мав достовірної різниці з показником групи ізольованого впливу хлоридом кадмію (0,3837±0,0606 мкг/г). А в групі комбінованого впливу сукцинату цинку з хлоридом кадмію показник накопичення кадмію становив 0,2195±0,0169 мкг/г, що було достовірно нижчим (р<0,05) за такий показник при ізольованому впливі (рис. 1).

Таким чином, аналіз отриманих даних виявив зміни в накопиченні стегновою кісткою кадмію у експериментальних тварин при хронічному довготривалому експерименті на щурах. Порівняння показників доводять, що сукцинат цинку та сукцинат заліза знижують рівень накопичення кадмію при їх комбінованому надходженні в організм в зазначених дозах і способі введення, що дозволяє розглядати сукцинати як потенційні біоантагоністи кадмію. При цьому більшими антагоністичними властивостями володіє сукцинат цинку.

Вважається, що основним механізмом цитотоксичної дії кадмію є його вплив на внутрішньоклітинні процеси, що опосередковані кальцієм. Стає ясною причина того «внутрішньоклітинного метаболічного хаосу» з морфологічними змінами в клітинах та тканинах. Накопичуючись в організмі, кадмій замінює кальцій, що призводить до деградації кісткової та хрящової тканини, що супроводжується сильними болями. Тому логічним було відстеження динаміки зміни рівню кальцію в кісткових тканинах дослідних тварин. У зв'язку з високим рівнем утримання кальцію в зразках кісткової тканини (стегнової кістки та нижньої щелепи) вимірювання проводилось у мг/г.

Як показали отримані результати, вже на 14-ту добу впливу досліджуваними чинниками відбувалось зниження рівню кальцію у зразках стегнової кістки (рис.3.4). Контрольні кількісні показники кальцію на цьому терміні становили 242,3±10, 4мг/г і були найвищими. В групі ізольованого введення кадмію результат був найнижчим і становив 231,9±12,2 мг/г. В групах комбінованого введення рівень кальцію був недостовірно вищий за групу ізольованого ведення, але нижчий за контроль (рис. 1).

Досліджуючи динаміку змін мікроелементного балансу на 20-ту добу експерименту, ми отримали наступні показники. В контрольній групі на цьому терміні неочікувано виявилось підвищення рівню кальцію до 296,7±12,01мг\г, а в групі ізольованого впливу кадмієм продовжувалась як і на 14-ту добу тенденція до зниження рівня кальцію до 222,1±12,3мг/г. В той же час в групах комбінованого введення показники по кількості кальцію були нижчі за контрольну групу, але недостовірно вищі за групу ізольованого введення хлориду кадмію.

Таким чином, хронічне введення кадмію в організм дослідним тваринам на 20-тій добі експерименту довело зниження рівню кальцію в кістковій тканині стегнової кістки щурів. Комбіноване введення сукцинатів цинку або заліза з кадмієм має слабко виражену тенденцію утримання рівню кальцію в кістковій тканині (рис. 1).

Наприкінці експерименту, тобто на 30-ту добу введення досліджуємих розчинів речовин, нами отримані наступні дані з рівню кальцію в стегновій кістці. В групі ізольованого введення хлориду кадмію рівень кальцію достовірно знижувався (р<0,05), тобто вплив кадмієм знижував рівень кальцію на всіх трьох термінах дослідження. В групах комбінованого впливу кадмію з сукцинатами заліза або цинку рівень кадмію в стегновій кістці був вищий за групу ізольованого введення кадмію. В групі комбінації кадмію з залізом рівень кальцію наближався до контрольних значень і становив 232,4±11,03 мг/г (рис. 1). Таким чином, як показав поліелементний аналіз з накопичення кальцію стегновою кісткою в експерименті на щурах, можна зробити висновок, що ізольоване введення хлориду кадмію призводить до зниження рівню кальцію впродовж всього періоду введення. А комбіноване введення кадмію з сукцинатами цинку або заліза гальмує процес втрати кісткою кальцію, тобто сукцинати виступають в ролі біоантагоністу кадмію. Найвищим рівнем біоанатогізму кадмію в дослідженнях мікроелементного стану стегнової кістки є сукцинат заліза, який в умовах хронічного впливу на 30-ту добу експерименту підтримував рівень кальцію, незважаючи на продовження введення кадмію.

Наступний елемент, який підлягав аналізу в кістковій тканині був цинк. Цинк - найважливіший мікроелемент в людському організмі, найбільш висока його концентрація міститься в м'язах (60%) і в кістках (30%). Біологічна роль цинку в організмі значною мірою реалізується через участь у синтезі та стабілізації нуклеїнових кислот і білків, процесах енергетичного обміну, проліферації та диференціювання клітин, підтриманні антиоксидантного статусу. Цинк необхідний для підтримання цілісності клітин, збереження інтегральної структури та функції їхніх мембран і відіграє захисну роль за умов впливу на організм різноманітних патогенних чинників. Зниження рівню цього мікроелементу та його дефіцит здатний запустити патологічні процеси і призвести до важких вад розвитку. Для визначення можливих зсувів мікроелементного статусу кісткової тканини (виникнення можливих диселементозів), нами визначались та порівнювались результати з накопичення цинку (мкг/г) у всіх експериментальних групах.

Як показали результати поліелементного аналізу при порівнянні всіх груп на 14-ту добу експерименту, ізольований вплив хлоридом кадмію достовірно знижує (р<0,05) рівень цинку в стегновій кістці щурів до 183,5±11,4мкг/г у порівнянні до контрольних значень - 218,6±12,4 мкг/г (рис.3.7). В групах комбінованого введення рівень цинку був вищим у порівнянні до групи ізольованого введення. Найвищим був рівень в групі комбінації кадмію з сукцинатом цинку, але ці дані не є показовими, вони лише демонструють той факт, що сукцинати добре всмоктуються травною системою і включаються в мікроелементний баланс організму. Рівень цинку в цій групі, який перевищував навіть контрольні показники є логічним і зрозумілим, бо тварини щоденно його отримували (рис. 1).

А підвищення рівню цинку в групі комбінованого введення кадмію з сукцинатом заліза дали неочікувані результати. А саме, на 14 день експериментального введення досліджуваних речовин в даній групі рівень цинку залишався у межах контрольних значень, що свідчить про біоантагоністичні властивості заліза щодо хлориду кадмію в довготривалому експерименті на щурах.

На 20 -ту добу експерименту ми спостерігали продовження тенденції до зниження рівню цинку в стегновій кістці тварин групи ізольованого введення хлориду кадмію.

Але і в групі комбінованого введення з сукцинатом залізу рівень цинку також почав знижуватись до 153,6±9,35 мкг/г і навіть був нижчий за показники групи ізольованого впливу кадмієм (173,7±10,3 мкг/г), що свідчить про виснаження резервних біоантагоністичних можливостей заліза при довготривалому введенні в зазначених дозах та способу введення в експерименті на щурах. Високий рівень цинку в другій групі комбінованого введення нами не враховувався в порівняння, а демонстрував високу всмоктуваність в травній системі цинку та його збільшення рівня в стегновій кістці навіть по відношенню до контролю.

Наприкінці експерименту, тобто на 30-ту добу, отримані дані продемонстрували наступне. Ізольоване введення кадмію в дозі 2,0 мг/кг дослідним тваринам впродовж 30 діб призводить до стабільного зниження рівню цинку в стегновій кістці впродовж всього періоду введення. На 30-ту добу введення рівень цинку становив 169,7±11,08 мкг/г, що на 48% було нижче контрольних показників цього терміну.

В групі комбінованого впливу кадмію з сукцинатом заліза рівень цинку в стегновій кістці не мав достовірної різниці з групою ізольованого введення кадмію, тобто був набагато нижчий за контрольні показники. В групі комбінації кадмію з цинком рівень цинку був вищим за контроль, що було очікуваним. Таким чином, як показав аналіз та порівняння результатів у групі впливу хлоридом кадмію та групах комбінованого впливу визначається диселементоз не лише по рівню неакопичення кадмію у зразках стегнової кістки, але і зміни рівню цинку та кальцію.

Висновки

1. Аналіз та порівняння результатів у зразках стегнової кістки груп впливу хлоридом кадмію та групах комбінованого впливу визначив наявність диселементозу не лише по кількості кадмію, але і зміни рівню накопичення кісткою цинку та кальцію.

2. При ізольованому хронічному веденні розчину хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг в зразках стегнової кістки відбувається збільшення рівню накопичення кадмію з 0,2065±0,0227мкг/г (14 доба введення) до 0,3837±0,0606 мкг/г до кінця експерименту (30 доба). Дані результати мають високий рівень достовірної різниці (р<0,001) з показниками контрольної групи. В групах комбінованого впливу кадмію з сукцинатами цинку або заліза рівень кадмію в кістці достовірно зменшується (р<0,05), що дає можливість розглядати сукцинати як потенційні біоантагоністи щодо накопичення кадмію. Сукцинат цинку має більш виражений ступінь антагоністу кадмію на всіх трьох термінах дослідження.

3. Аналіз накопичення стегнової кісткою кальцію продемонстрував, що ізольований хронічний вплив розчину хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг в зразках стегнової кістки викликає достовірно (р<0,05) зниження рівню кальцію, особливо на 30-ту добу експерименту 197,5±10,06 мг/г (контроль становив 247,6±10,04мг/г).В групах комбінованого введення визначався процес відновлення кальцію близько до контрольних значень лише на 30-ту добу, тобто наприкінці експерименту в групі введення кадмію з сукцинатом заліза (232,4±11,03мг/г).Таким чином, сукцинат заліза виявився антагоністом кадмію при довготривалому введенні в зазначених дозах та способу введенні в експерименті на щурах.

4. Обрахування та порівняння показників накопичення цинку в зразках стегнової кістки виявив, що ізольоване ведення розчину хлориду кадмію в дозі 2,0 мг/кг достовірно (р<0,001) знижує рівень цинку на всіх трьох термінах експерименту. В групі комбінованого введення кадмію з сукцинатом заліза на 14-тій добі рівень цинку утримувався в межах контрольних значень, а на 20-ту та 30-ту добу достовірно знижувався (р<0,05). Показники групи комбінованого впливу кадмію з цинком демонстрували високий рівень по цинку, що пояснюється введенням та високим рівнем всмоктування та засвоєння цього елементу.

Література

1. U.S. Environmental Protection Agency: Chemicals and Toxics Topics. US EPA, 2021. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://www.epa.gov/environmental-topics/chemicals-and-toxics-topics

2. Lin Q, Xu S. Co-transport of heavy metals in layered saturated soil: Characteristics and simulation. Environ Pollut. 2020;261:114072. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114072.

3. Романюк А.М., Сікора В.В., Линдіна Ю.М., Линдін М.С. Поширеність важких металів у навколишньому середовищі та їх роль у життєдіяльності організму (огляд літератури). Буковинський медичний вісник. 2017. Т. 21, № 2(82) ч.1. С. 163-168.

4. Janaydeh M, Ismail A, Zulkifli SZ, Omar H. Toxic heavy metal (Pb and Cd) content in tobacco cigarette brands in Selangor state, Peninsular Malaysia. Environ Monit Assess. 2019;191(10):637. doi: 10.1007/s10661-019-7755-y.

5. Youness ER, Mohammed NA, Morsy FA. Cadmium impact and osteoporosis: mechanism of action. Toxicol Mech Methods. 2012;22(7):560-7. doi: 10.3109/15376516.2012.702796.

6. 90. Akesson A, Bjellerup P, Lundh T, Lidfeldt J, Nerbrand C, Samsioe G, Skerfving S, Vahter M. Cadmium-induced effects on bone in a population-based study of women. Environ Health Perspect. 2006;114(6):830-4. doi: 10.1289/ehp.8763.

7. 91. Jain RB. Co-exposures to toxic metals cadmium, lead, and mercury and their impact on unhealthy kidney function. Environ Sci Pollut Res Int. 2019;26(29):30112-30118. doi: 10.1007/s11356-019-06182-y.

8. 92. Wang C, Nie G, Zhuang Y, Hu R, Wu H, Xing C, Li G, Hu G, Yang F, Zhang C. Inhibition of autophagy enhances cadmium-induced apoptosis in duck renal tubular epithelial cells. Ecotoxicol Environ Saf. 2020;205:111188. doi: 10.1016/j.ecoenv.2020.111188.

9. Jin T, Nordberg G, Ye T, Bo M, Wang H, Zhu G, Kong Q, Bernard A. Osteoporosis and renal dysfunction in a general population exposed to cadmium in China. Environ Res. 2004;96(3):353-9. doi: 10.1016/j.envres.2004.02.012.

10. Chen X, Zhu G, Jin T, Lei L, Liang Y. Bone mineral density is related with previous renal dysfunction caused by cadmium exposure. Environ Toxicol Pharmacol. 2011;32(1):46-53. doi: 10.1016/j.etap.2011.03.007.

11. Jarup L, Alfven T. Low level cadmium exposure, renal and bone effects - the OSCAR study. Biometals. 2004;17(5):505-9. doi: 10.1023/b:biom.0000045729.68774.a1.

12. Нефьодов О.О. Визначення впливу кадмію на показники ембріогенезу при ізольованому введенні та в комбінації з цитратами селену та германію / О.О. Нефьодов, Д.В. Білишко, К.А. Кушнарьова, О.С. Шевченко, В.Ф. Шаторна, О.І. Кефелі-Яновська, О.Г. Козловська // Медичні перспективи. 2020. Т. 25, № 1. С. 24-31.

13. Доклінічні дослідження лікарських засобів; за ред. А. В. Стефанова. Київ: Авіценна, 2001 - 528 с.

References

1. U.S. Environmental Protection Agency: Chemicals and Toxics Topics. US EPA (n.d.). Retrieved from https://www.epa.gov/environmental-topics/chemicals-and-toxics-topics. [in English].

2. Lin Q, Xu S. (2020) Co-transport of heavy metals in layered saturated soil: Characteristics and simulation. Environ Pollut, 261,114072. [in English]

3. Romaniuk A.M., Sikora V.V., Lindina Y.M., Lindin M.S. (2017). Poshyrenist' vazhkykh metaliv u navkolyshn'omu seredovyshchi ta yikh rol' u zhyttyediyal'nosti orhanizmu (ohlyad literatury) [Prevalence of heavy metals in the environment and their role in the vital activity of the organism (literature review)]. Bukovyna Medical Herald. 2(82), 163-168. [in Ukrainian]

4. Janaydeh M, Ismail A, Zulkifli SZ, Omar H. (2019) Toxic heavy metal (Pb and Cd) content in tobacco cigarette brands in Selangor state. Peninsular Malaysia. Environ Monit Assess., 191(10), 637. [in English].

5. Youness ER, Mohammed NA, Morsy FA. (2012) Cadmium impact and osteoporosis: mechanism of action. ToxicolMechMethods. 22(7), 560-7. [in English].

6. Akesson A, Bjellerup P, Lundh T, Lidfeldt J, Nerbrand C, Samsioe G, Skerfving S, Vahter M. (2006) Cadmium-induced effects on bone in a population-based study of women. Environ Health Perspect. 114(6), 830-4. [in English].

7. Jain RB. (2019) Co-exposures to toxic metals cadmium, lead, and mercury and their impact on unhealthy kidney function. Environ Sci Pollut Res Int. 26(29), 30112-30118. [in Engli sh].

8. Wang C, Nie G, Zhuang Y, Hu R, Wu H, Xing C, Li G, Hu G, Yang F, Zhang C. (2020) Inhibition of autophagy enhances cadmium-induced apoptosis in duck renal tubular epithelial cells. Ecotoxicol Environ Saf 205, 111188. [in English].

9. Jin T, Nordberg G, Ye T, Bo M, Wang H, Zhu G, Kong Q, Bernard A. (2004) Osteoporosis and renal dysfunction in a general population exposed to cadmium in China. Environ Res. 96(3), 353-9. [in English].

10. Chen X, Zhu G, Jin T, Lei L, Liang Y. (2011) Bone mineral density is related with previous renal dysfunction caused by cadmium exposure. Environ Toxicol Pharmacol. 32(1), 46-53. [in English].

11. Jarup L, Alfven T. (2004) Low level cadmium exposure, renal and bone effects - the OSCAR study. Biometals. 17(5), 505-9. [in English].

12. Nefodov O.O., Bilyshko D.V., Kushnaryova K.A., Shevchenko O.S., Shatorna V.F. (2020). Vyznachennya vplyvu kadmiyu na pokaznyky embriohenezu pry izol'ovanomu vvedenni ta v kombinatsiyi z tsytratamy selenu ta hermaniyu [Determination of the effect of cadmium on embryogenesis indicators when administered alone and in combination with selenium and germanium citrates]. Medical perspectives, 25(1), 24-31. [in Ukrainian]

13. Stefanov, A.V. (Eds.) (2001). Preclinicalstudies of medicines. Kyiv: Avicenna. [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru