Степень накопления и особенности взаимодействия токсичных и эссенциальных элементов в организме лабораторных животных (экспериментальные исследования)

Лебедев C.B., Барышева Е.С., Малышева Н.В.

Институт биоэлементологии Оренбургского государственного университета

СТЕПЕНЬ НАКОПЛЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОКСИЧНЫХ И ЭССЕНЦИАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ

Представлены результаты комплексных исследований на модели лабораторных животных (крыс) по изучению сочетанного влияния токсичных (Cd, Pb) и эссенциапьных (I, Se, Zn) элементов на организм животных. Установлены специфические особенности действия оцениваемых элементов на минеральный обмен, обнаружена протективная роль йода, селена и цинка в отношение ряда химических веществ.

Важнейшей особенностью обмена химических элементов в организме является их взаимодействие друг с другом, это взаимодействие проявляется как в виде синергических или антагонистических эффектов, так и в способности взаимно активизировать, либо тормозить абсорбцию друг друга в пищеварительном тракте (Скальный А.В., Рудаков И.А., 2004).

Одним из мощных дестабилизирующих факторов в отношение обмена эссенциальных элементов является избыточное поступление в организм тяжелых металлов. В конечном итоге, данное действие выражается в проявлении эффектов токсичности, затрагивающих основополагающие функции живых организмов (Владимцева Т.М. и др., 2003). В списке токсикантов особое место занимают свинец и кадмий, избыточное поступление которых в организм может усугубляться наличием дефицита эссенциальных элементов, обладающих способностью к выведению вредных для организма веществ.

Исследования, направленные на выявление особенностей накопления токсичных и эссенци-альных элементов в органах и тканях, в зависимости от нутриентной обеспеченности рациона питания, являются актуальными.

Материалы и методы

Исследования проведены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели самок крыс линии Wistar. Для проведения эксперимента было отобрано 40 двухмесячных крыс, которых в течение трех недель содержали на специально приготовленном полированном рисе (варка в течение 15 мин в дистиллированной воде с последующим удалением отвара и промывкой). Для профилактики авитаминозных состояний у животных, в соответствии с рекомендациями Института питания РАМН, в рацион вводили комплекс витаминов.

Поение осуществлялось бидистиллированной водой.

После периода выравнивания животные методом пар-аналогов были разделены на две группы (n = 20) и переведены на режим основного учетного периода, в течение которого подопытные крысы содержались на полусинтетичес-ком рационе, разработанном Институтом питания РАМН (2001). С тем отличием, что особям I группы в рацион вводили токсические дозы свинца в виде сернокислого свинца - 0,004 мг/ гол  сут, и кадмия в виде сернокислого кадмия -3 мг/гол  сут. В рацион II группы помимо перечисленных токсикантов вводили комбинацию эссенциальных элементов - йод в виде йодистого калия в количестве 0,332 мкг/гол  сут, селен -в виде селенопирана - 0,0001 г/гол  сут и цинк -в виде сернокислого цинка - 0,042 мг/гол  сут). Величины токсических дозировок рассчитаны по рекомендациям Дж^ Эмсли (1993).

В начале и конце периодов под эфирным рауш-наркозом проводили убой животных, после чего отделяли кости, кожу, скелетную мускулатуру, внутренние органы с последующим измельчением и формированием средней пробы по каждой особи

Анализ биосубстратов осуществлялся в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрией с индуктивно-связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer, США) Пробоподго-товка осуществлялась методом микроволнового разложения на приборе Multiwave 3000.

Результаты и обсуждение

Сравнительная характеристика результатов исследований элементного состава тела в начале и конце основного учетного периода показывает, что присутствие токсических дозировок кадмия и свинца в рационе сопряжено со сниже-

нием содержания в тканях I группы йода на 70,9% (Р<0,05) и цинка на 7,6% (Р< 0,05), а также алюминия - на 38,2%, при этом коэффициент накопления из рациона питания кадмия составил 0,007, свинца - 0,016 (табл. 1, рис. 1, 2).

Следует отметить, что под влиянием токсичных элементов содержание селена в тканях животных I группы увеличивалось, что связано с относительно большим поступлением селена с кормом после 3-х недель гипоселеноза. Косвенно это могло быть вызвано и повышением активности глутатионпероксидазы, осуществляющей детоксикацию кадмия и свинца (Пурмаль А.П, 1998; Скальный A.B., 1999). Наши данные подтверждаются результатами А.Л. Горбачева (2001), который, основываясь на данных микроэлементного профиля волос жителей Якутии, проживающих в разных экологических зонах, обнаружил факт достоверной положительной связи селена с тяжелыми металлами (свинцом, кадмием), уровни которых у жителей Якутии существенно превышали фоновые.

Снижение количества цинка в тканях связано с его положительным влиянием на всасываемость кадмия и снижением сорбции свинца. Аналогичное действие по отношению к свинцу оказывает йод (Скальный A.B., Рудаков И.А., 2004).

Таблица. Содержание химических элементов в тканях подопытных животных

Эле- мент Группа

в начале учетного периода в конце учетного периода

I группа II группа

токсичные и потенциально-токсичные микроэлементы

Ag 0,40±0,03 0,49±0,02 0,81±0,03**

Al 206,53±30,34 127,71±14,18 170,0±18,82

Cd 0,34±0,04 147,65±23,2** 199,5±28,53**

Pb 6,55±0,68 7,46±0,33 3,15±0,16*

макроэлементы

Ca 933,35±66,47 963,15±27,48 1485,3±40,0**

K 208,80±24,79 243,04±15,23 293,3±18,25

Mg 37,21±3,37 38,01±0,40 46,64±0,42

Na 87,69±10,26 120,34±5,60 103,0±4,81

P 703,88±58,96 780,11±2,32 1050,3±14,76*

эссенциальные и условно-эссенциальные микроэлементы

Cr 7,64±0,86 18,58±1,05** 13,88±0,81*

Cu 126,76±17,76 150,84±12,57 134,9±10,89

Fe 4945,2±607,2 5867,7±471,9 4922,27±492,1

I 51,03±7,54 14,84±0,05* 43,69±0,87

Mn 99,29±14,50 165,78±22,17 182,5±22,40

Se 11,17±1,42 21,09±1,13** 41,93±2,09**

Zn 3312,89±320,51 3066,43±58,98 3559,19±73,4

V 1,48±0,18 2,64±0,16* 1,09±0,05

As 4,67±0,59 16,04±1,29** 9,85±0,84*

Примечание: * - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001

"К"

0,400

0,200

0,000

-0,200

-0,400

-0,600

-0,800

-1,000

Mn Cu Cd Ca Fe Pb K

Na

Ag V

Cr

As Se Элементы

Рисунок 1. Коэффициент накопления химических элементов в I группе за учетный период

Рисунок 2. Коэффициент накопления химических элементов во II группе за учетный период

Анализ элементного статуса тканей животных II группы относительно начала эксперимента показывает, что в теле крыс почти в 5 раз сократилось содержание йода с тенденцией к накоплению цинка. При этом «К» накопления в тканях свинца уменьшился на 60% (Р < 0,05). Подобный факт подтверждает наличие антагонистических связей, а значит, протективный эффект эссенциальных микроэлементов, вводимых в рацион питания животных II группы, по отношению к токсикантам, особенно к свинцу.

Казалось бы, обнаружена парадоксальная особенность: вместо ожидаемого возрастания накопления селена в тканях животных II группы мы наблюдаем снижение коэффициента его использования от 0,235 в I группе до 0,116 - во II. Можно предположить, что при введении в рацион токсичных элементов происходит менее выраженная реакция взаимодействия с эс-сенциальными микроэлементами, депонированными в организме, чем при совокупном потреблении данных элементов из рациона. Это опосредованно свидетельствует о взаимодействии и степени всасывания элементов в желудочно-кишечном тракте, что в некоторой степени раскрывает механизм антитоксического действия селена.

Рассматривая различие в действии токсических доз кадмия, свинца и их сочетания с пре-

паратами йода, селена, цинка, следует отметить, что нагрузка организма тяжелыми металлами приводит к увеличению отложения в теле крыс ванадия на 78,4% (Р < 0,05). Это имело место на фоне снижения его пула в организме животных II группы на 35,8%. Вместе с тем свинцовый и кадмиевый токсикоз сопровождались угнетением обмена кальция и фосфора, содержание которых в тканях тела животных I группы за 3 недели учетного периода почти не претерпело изменений, тогда как во II группе достоверно увеличилось на 59,1 (Р < 0,01) и 49,2% (Р < 0,05), соответственно.

Итак, комплексное введение токсичных и эссенциальных микроэлементов усиливает выведение одних и накопление других, что в большей степени раскрывает антагонистические свойства эссенциальных элементов, а также способность к энтеральному всасыванию в организме при совместном поступлении в организм.

Таким образом, проведенные исследования демонстрируют степень взаимодействия токсичных и эссенциальных микроэлементов в организме. Выявленная протективная роль йода, селена и цинка, проявляющаяся в снижении накопления токсикантов в тканях тела, позволяет разработать методы снижения действия токсических элементов в организме человека и животных.

Список использованной литературы:

1. Аникина Л.В., Никитина Л.П. Селен - экология, патология, коррекция. - Чита, 2002. - 400 с.

2. Берестенко С.В. Применение препаратов, содержащих масло семян тыквы, при простатите, бесплодии и доброкачественной гиперплазии предстательной железы // Микроэлементы в медицине, 2004 г. - Том 5. - Вып. 3. - С. 29 - 33.

3. Владимцева Т.М., Успенская Ю.А., Нефедова В.В., Егорова А.Б. Окислительный стресс и нарушение морфологии гамет // Акушерство и гинекология, 2003. - №2 - С. 58 - 59.

4. Горбачев А.Л., Скальный А.В., Ефимова А.В. Физиологическая роль селена и его вариации в организме жителей Северо-Востока России // Микроэлементы в медицине, 2001 г. - Том 2. - Вып. 4. - С. 31 - 36.

5. Панченко Л.Ф., Маев И.В., Гуревич К.Г. Клиническая биохимия микроэлементов. - М.: ГОУ ВУНМЦ М3 РФ, 2004. - 363 с.

6. Пурмаль А.П. Антропогенная токсикация планеты. Часть 1 // Сорос. образоват. ж., 1998. - №9 - С. 39 - 45.

7. Скальный А.В. Микроэлементозы человека (диагностика и лечение). - М.: изд-во КМК, 1999. - 96 с.

8. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. - М.: «Мир», 2004. - 271 с.

9. Эмсли Дж. Элементы.. - М.: Мир, 1993.

Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию в рамках программы «Университеты России» по гранту УР 11.01.235.