Некоторые показатели микроэлементного и антиоксидантного статуса крыс при хромовой интоксикации

Выводы. 1. Показатели физического развития мальчиков 11-17 лет, проживающих в горной и равнинной ЭГЗ РД, близки к общероссийским, хотя и имеют тенденцию к снижению.

2. Физическое развитие мальчиков предгорной ЭГЗ РД существенно отстает от их сверстников, проживающих в горной и равнинной ЭГЗ. Это отставание усугубляется с 13-14 лет.

Литер атура

1. Баранов А.А. Профилактические технологии в педиатрии: научные и практические проблемы. Педиатрия. Журнал им. Г.Н. Сперанского. 2003; 5: 4-7.

2. Баранов А.А., Щеплягина Л.А., Ильин А.Г., Кучма В.Р. Состояние здоровья детей как фактор национальной безопасности . Российский педиатрический журнал. 2005; 2: 4-8.

3. Медик В.А., Котова Т.Е., Сеченова Л.В. Особенности состояния здоровья детей (по результатам Всероссийской диспансеризации). Здравоохранение Российской Федерации. 2004; 2: 46-9.

4. Пляскина И.В. Здоровье современных школьников. В кн.: Детское здравоохранение России: стратегии развития: Материалы IX съезда педиатров России. М.; 2001: 461.

5. Юрьев В.В., Симиходский А.С., Воронович Н.Н., Хомич М.М. Рост и развитие ребенка: краткий справочник. СПб.: Питер; 2009: 37-42.

References

1. Baranov A.A. Preventive technologies in pediatrics: scientific and practical problems . Pediatriya. Zhurnal im. G.N.Speranskogo. 2003; 5: 4-7.

2. Baranov A.A., Shcheplyagina L.A., Il’in A.G., Kuchma V.R. Children’s health as a factor of national security. Rossiyskiy pedi-atricheskiy zhurnal. 2005; 2: 4-8.

3. Medik V.A., Kotova T.E., Sechenova L.V Features children’s health (based on clinical examination of the All-Russia) Zdra-vookhranenie Rossiyskoy Federatsii. 2004; 2: 46-9.

4. Plyaskina I.V Health today’s students. In: Child health in Russia: Development Strategy: Proceedings of the IX Congress ofpediatricians of Russia [Detskoe zdravookhranenie Rossii: strategii razviti-ya:MaterialyIXs"ezdapediatrovRossii]. Moscow; 2001: 461.

5. Yur’ev V.V., Simikhodskiy A.S., Voronovich N.N., Khomich M. M. Child growth and development: a brief guide [Rost i razvi-tie rebenka: kratkiy spravochnik]. St. Petersburg; 2009: 37-42.

Поступила 03.08.12 Received 03.08.12

Профилактическая токсикология и гигиеническое нормирование

О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014 УДК 614.7:616-099-02:546.76]-092.9

Михайлова И.В., Чеснокова Л.А., Шарапова Н.В., Смолягин А.И., Красиков С.И.

некоторые показатели микроэлементного и антиоксидантного статуса крыс при хромовой интоксикации

ГБОУ ВПО “Оренбургская государственная медицинская академия” Минздравсоцразвития, Оренбург

Исследовали хроническое влияние Cr (VI) на содержание в крови крыс хрома, железа, меди, цинка, никеля и активность антиоксидантных ферментов эритроцитов крыс Вистар. Показано, что концентрация хрома многократно возрастает, при этом уровень других металлов в большей или меньшей степени снижается. Также установлены уменьшение активности антиоксидантных ферментов супероксиддисмутазы, каталазы и активизация процессов свободнорадикального окисления. Таким образом, можно предположить, что влияние Cr (VI) реализуется как через дисбаланс микроэлементов, так и активацию процессов свободнорадикального окисления.

Ключевые слова: хром; кровь; микроэлементы; супероксиддисмутаза; каталаза; свободнорадикальное окисление; крысы.

I. V. Mikhailova, L. A. Chesnokova, N. V. Sharapova, A. I. Smolyagin, S. I. Krasikov - SOME INDICES OF TRACE ELEMENTS AND ANTIOXIDANT STATUS IN RATS UNDER CHROMIC INTOXICATION

Orenburg State Medical Academy, Orenburg, Russian Federation, 460000

There was investigated the effect of chronic Cr (VI) on the content of chromium, iron, copper, zinc, nickel in the blood of rats and activity of antioxidant enzymes of erythrocytes in Wistar rats. The chromium concentration has been shown to increase multifold while the level of other metal is more or less declining. Also it was found a decrease in the activity of such antioxidant enzymes as superoxide dismutase, catalase, and the activation of the processes of free radical oxidation. Thus, it can be assumed that the effect of Cr (VI) is implemented via an imbalance of trace elements and the activation of the processes offree radical oxidation.

Key words: chromium, blood, minerals, superoxide dismutase, catalase, free radical oxidation, rats.

Для корреспонденции: Михайлова Ирина Валерьевна, michaylova74@yandex. ru

71

гиена и санитария

З/2014

Многочисленные ли-

тературные данные свидетельствуют о прямом влиянии состояния окружающей среды на здоровье человека, обусловленном действием многих экопатогенных факторов, в том числе тяжелых металлов [1, 3, 8, 9], содержание которых в объектах окружающей среды может использоваться в качестве индикатора экологической обстановки [5, 6, 11]. Ранее показано, что длительное поступление в организм лабораторных животных ионов хрома (VI) оказывает выраженное влияние на иммунную систему [4]. Вместе с тем конкретные механизмы, посредством которых реализуется иммуносупрессивное действие, изучены в меньшей степени. Исследования последних десятилетий показали способность активных металлов производить реактивные радикалы в биологических системах [17] и потенцировать прооксидантное действие друг друга, результатом чего является угнетение активности антиоксидантных ферментов [3]. В связи с этим целью данного исследования является изучение состояния некоторых показателей микроэлементного и антиоксидантного статуса организма лабораторных животных, подверженных воздействию бихромата калия.

Материалы и методы

Экспериментальные исследования проведены на 70 здоровых, половозрелых крысах-самцах Вистар массой 250-300 г. Все животные были разделены на две группы и содержались на стандартном пищевом рационе. Первая группа являлась контролем и получала воду. На протяжении 45, 90 и 135 сут животные второй группы вместе с питьевой водой получали бихромат калия (“Полихим”, Россия) из расчета 20 мг/кг. Через 45, 90 и 135 сут животных выводили из эксперимента под эфирным наркозом в соответствии с этическими нормами и рекомендациями по гуманизации работы с лабораторными животными, изложенными в Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других целей (Страсбург, 1985). Содержание микроэлементов (Fe, Cu, Zn, Cr, Ni) в крови крыс Вистар определялось на атомно-абсорбционном спектрометре “Квант-2А” (ООО “Корчек”, Москва). Антиоксидантный статус оценивали по активности супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы, которые измерялись в лизатах отмытых эритроцитов. Активность СОД определяли на основе скорости аутоокисления адреналина в адренохром в щелочной среде при длине волны 347 нм [7], активность каталазы - по скорости разложения перекиси водорода при длине волны 240 нм [18]. Все измерения выполнены на сканирующем спектрофотометре “Genesys 5” (США). Состояние свободнорадикального перекисного окисления липидов (ПОЛ) оценивали по интенсивности спонтанной и Fe2+-индуцированной хемилюминесценции [10]. Результаты статистически обработаны с использованием /-критерия Стьюдента и //-критерия Манна-Уитни.

Результаты и обсуждение

Из представленных в табл. 1 результатов содержания микроэлементов в периферической крови животных

Таблица 1

Содержание микроэлементов (в мкг/г) в периферической крови крыс Вистар в экспериментальных группах по трем срокам наблюдения

Группа Срок Cr Zn Fe Ni Cu

1-я группа n = 24 (контроль) 0,02 ± 0,01 4,82 ± 0,27 400 ± 32 0,18 ± 0,06 0,93 ± 0,05

2-я группа 45 дней (n = 20) 0,33 ± 0,03 6,30 ± 0,66 326 ± 16 0,04 ± 0,004 0,89 ± 0,04

90 дней (п = 17) 0,20 ± 0,03* 5,86 ± 0,36 394 ± 21 0,08 ± 0,02 0,67 ± 0,03*

135дней 0,52 ± 0,09*** 3,88 ± 0,68*** 202 ± 45*’** 0,02 ± 0,003** 0,52 ± 0,10***

Примечание. Здесь и в табл. 2: различия достоверны при р < 0,05: жирным шрифтом - от уровня контроля; * - 45, 90 и 135 дней; ** - 90 и 135 дней.

на трех этапах эксперимента видно, что имеет место многократное (в 10 раз и более) увеличение концентрации хрома в группе, употреблявшей питьевую воду, содержащую хром, относительно контрольной группы. Одновременно с этим содержание меди, железа и никеля закономерно снижается, начиная с ранних этапов эксперимента, и достигает максимального снижения на 135-й день. При этом на заключительном этапе эксперимента уровень меди в 1,8 раза ниже, железа в 2 раза ниже, никеля в 9 раз ниже, чем на начальных этапах эксперимента. Наряду с этим содержание цинка на 45-й и 90-й дни эксперимента повысилось на 15-20% относительно исходного значения, а к концу опыта снизилось, подобно остальным элементам. Концентрации цинка менялись в меньшей степени, причем изменения носили двухстадийный характер. В целом полученные результаты показали, что при хроническом поступлении хрома с питьевой водой его концентрация в крови многократно возрастает, тогда как концентрации других металлов в большей или меньшей степени уменьшаются.

На рис. 1 представлена активность антиоксидантных ферментов СОД и каталазы в эритроцитах на различных сроках эксперимента. Из приведенных данных следует, что хроническое поступление бихромата калия закономерно ведет к снижению активности обоих ферментов. При этом активность СОД в середине эксперимента была выше нормы на фоне наиболее выраженной депрессии каталазы, в дальнейшем также отмечено снижение примерно на треть от уровня контроля. Параллельно со снижением активности каталазы хроническое

Активность (в усл. ед/гНв) каталазы (а) и СОД (б) в крови экспериментальных животных (1-я группа - контроль).

72

Таблица 2

Влияние бихромата калия на интенсивность процессов СРО в сыворотке крови крыс Вистар по срокам экспозиции

Срок Спонтанная светимость, усл. ед. Быстрая вспышка, усл. ед. Светосумма медле ной вспышки, усл.

Контроль (n = 15) 0,33 ± 0,05 0,75 ± 0,22 2,01 ± 0,32

45 дней (n = 8) 0,25 ± 0,03 0,36 ± 0,02 4,60 ± 1,27

90 дней (n = 4) 0,39 ± 0,10* 4,87 ± 2,59 5,10 ± 2,08

135 дней (n = 6) 0,52 ± 0,31 1,09 ± 0,43# 2,50 ± 0,43

поступление хрома в организм вызывало активизацию процессов СРО (табл. 2), что проявлялось достоверным повышением уровня спонтанной светимости и амплитуды быстрой вспышки на 90-е сутки и тенденцией к повышению светосуммы на 135-е сутки.

Таким образом, анализ результатов представленных выше исследований показал, что хроническое поступление Cr (VI) приводит к его кумуляции в организме с одновременным снижением уровня важнейших микроэлементов - меди, железа, никеля и цинка. Подобный эффект объясняется тем, что ионы шестивалентного хрома, находящиеся обычно в тетраэдрической конфигурации, активно проникают в клетки через каналы для транспорта изоструктурных фосфатов и сульфатов [17]. Одновременно с этим хроническое поступление хрома с питьевой водой приводит к его накоплению в организме с последующим нарушением всасывания других элементов в кишечнике. В основе данного нарушения может лежать окисление хромом других ионов, в частности железа, до форм, не способных всасываться. Окислительная способность Cr (VI) объясняется более высоким редокс-потенциалом относительно других элементов. Другая причина обусловлена возможной конкуренцией за белки-переносчики металлов на мембранах энтероцитов, которая в условиях хронического присутствия высоких доз Cr (VI) способствует вытеснению им из транспорта прочих микроэлементов.

Снижение концентрации микроэлементов может быть также связано с нарушением механизмов лиганд-ного гомеостаза, что проявляется в конкуренции за центры связывания металлов в белках-переносчиках, и, как следствие - вытеснение хромом других элементов. Развившийся в плазме крови дефицит микроэлементов, в частности железа, меди, цинка, может быть причиной нарушения образования антиоксидантных ферментов, которое наблюдалось уже на начальных стадиях эксперимента, поскольку данные микроэлементы являются составной частью кофактора этих ферментов.

В свою очередь низкий уровень активности антиоксидантных ферментов может быть причиной выраженной активизации процессов свободнорадикального окисления и окислительного стресса. Дальнейшую активизацию процессов перекисного окисления липидов можно рассматривать как эффект прямого влияния ионов хрома на свободнорадикальные механизмы. Действительно, согласно современным представлениям, ионы Cr (VI), попадая в организм, подвергаются процессу восстановления до Cr (III), в этой степени окисления в комплексе с белком он поступает в различные органы [12]. Способностью восстанавливать Cr (VI) об-

ладают аскорбат, цистеин, липоевая кислота, НАД(Ф)Н, фруктоза, рибоза и другие соединения [13-15], но наиболее вероятными восстановителями являются глутатион и аскорбат [16]. Кроме того, образование в процессе восстановления Cr6+ до О^-интермедиатов с промежуточными неустойчивыми степенями окисления может сопровождаться появлением активных форм кислорода (гидроксильных радикалов). Таким образом, включаясь в процесс одноэлектронного восстановления, хром активирует процессы свободнорадикального окисления. Генерация активных форм кислорода, возможно, происходит при взаимодействии Crn+ (6 < n < 3) с перекисью водорода по реакциям Хабера-Вейса и Фентона.

Обращает на себя внимание тот факт, что на поздних этапах эксперимента в ряде случаев отмечено снижение интенсивности СРО. Подобный эффект может быть связан, с одной стороны, с изменением содержания основного субстрата ПОЛ - ненасыщенных жирных кислот в биомембранах вследствие их истощения из-за постоянного вовлечения в окислительные процессы. С другой стороны, это результат активации адаптационных механизмов защиты организма от длительного воздействия хрома, однако данное предположение требует экспериментального подтверждения.

Быводы

1. В периферической крови крыс, получавших хром, выявлен дисбаланс микроэлементов, который выражался в снижении концентрации меди, железа, никеля и, напротив, в увеличении содержания хрома и цинка.

2. Выявлено подавление активности СОД и каталазы эритроцитов крыс Вистар, подвергшихся воздействию хрома.

3. Поступление хрома в организм вызывало активизацию процессов свободнорадикального окисления, что проявлялось в повышении уровня спонтанной светимости, увеличении амплитуды быстрой вспышки и повышении светосуммы.

Литер атур а

1. Боев В.М. Микроэлементы и доказательная медицина. М.: Медицина; 2005.

2. Красиков С.И., Тиньков А.Н., Тиньков А.А., Захарова О.В., Шарапова Н.В., Боев В.М. Зависимость между содержанием металлов и интенсивностью окислительного стресса в организме. Гигиена и санитария. 2010; 6: 44-7.

3. Красиков С.И., Тиньков А.Н., Тиньков А.А., Захарова О.В., Шарапова Н.В., Скальная М.Г. Влияние металлов в организме на выраженность свободно-радикальных процессов и липопротеиновый спектр работников газовой промышленности. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2011; 1: 51-5.

4. Михайлова И.В. Влияние хрома и бензола на иммунную систему и уровень микроэлементов в биосредах крыс Вистар. Информационный архив. 2010; 4(3-4): 85-8.

5. Ревич Б.А. Химические элементы в волосах человека как индикатор воздействия загрязнения производств и окружающей среды. Гигиена и санитария. 1990; 3: 55-9.

6. Сидоренко Г.И., Румянцев Г.И., Новиков С.М. Актуальные проблемы изучения воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения. Гигиена и санитария. 1998; 4: 4-8.

7. Сирота Т.В. Новый подход в исследовании процесса аутоокисления адреналина и использование его для измерения активности супероксиддисмутазы. Вопросы медицинской химии. 1999; 45(3): 263-72.

8. Скальный А.В., Есенин А.В. Мониторинг и оценка риска воздействия свинца на человека и окружающую среду с использованием биосубстратов человека. Токсикологический

73

[гиена и санитария 3/2014

вестник. 1996; 6: 16-23.

9. Уральшин А.Г. Исследование состояния заболеваемости населения в городах с предприятиями металлургии в Челябинской области. Гигиена и санитария. 1994; 3: 6-9.

10. Фахрутдинов Р.Р. Свободнорадикальное окисление в биологическом материале и хемилюминесцентные методы исследования в экспериментальной и клинической медицине. Уфа; 2002: 102-4.

11. Юдина Т.В., Гинденскиольд РС., Егорова М.В. Определение тяжелых металлов в волосах. Гигиена и санитария. 1988; 2: 50-2.

References:

1. Boev V M . Trace elements and evidence-based medicine [Mik-roelementy i dokazatel’naya meditsina]. Moscow: Meditsina; 2005.

2. Krasikov S.I., Tin’kov A.N., Tin’kov A.A., Zakharova O.V., Sharapova N.V., Boev V.M. The relationship between the metal content and the intensity of oxidative stress in the body. Gigiena i sanitariya. 2010; 6: 44-7.

3. Krasikov S.I., Tin’kov A.N., Tin’kov A.A., Zakharova O.V, Sharapova N.V., Skal’naya M.G. Effect of metals in the body expression of the free-radical processes and lipoprotein spectrum gas industry workers . Voprosy biologicheskoy, meditsinskoy i far-matsevticheskoy khimii. 2011; 1: 51-5.

4. Mihajlova I.V. Effect of chromium and benzene on the immune system and the level of trace elements in biological media Wistar rats . Informatsionnyy arkhiv. 2010; 4

5 . Revich B .A . Chemical elements in human hair as an indicator of the impact of pollution and environmental industries . Gigiena i sanitariya. 1990; 3: 55-9.

6. Sidorenko G.I., Rumjancev G.I., Novikov S.M. Actual problems ofstudying the impact of environmentalfactors on human health . Gigiena i sanitariya. 1998; 4: 4-8.

7 . Sirota T. V A new approach to the study of adrenaline auto-oxidation process and its use for the measurement of superoxide dismutase activity. Voprosy meditsinskoy khimii. 1999; 45

О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014 УДК 614.7:612.6.05.014.46

Минина В.И.12, Дружинин В.Г.12, Головина Т.А.1, Глушков А.Н.2

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ У НАСЕЛЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

районов кемеровской области

1ФГБУ ВПО «Кемеровский государственный университет», 650043, г. Кемерово; 2ФГБУН «Институт экологии человека» Сибирского отделения РАН, 650065, г. Кемерово

Проведен анализ хромосомных аберраций (ХА) в лимфоцитах крови у жителей 9 населенных пунктов из 6 сельскохозяйственных районов Кемеровской области. Обследовали 267 детей-подростков и 124 взрослых, не занятых на промышленных предприятиях. Средняя частота ХА составил 2,65% у детей и 3,35% у взрослых, что можно рассматривать как фоновый региональный уровень. Не выявлено модифицирующее влияние таких факторов как пол, возраст, наличие вредных привычек (курение) на частоту цитогенетических нарушений у жителей сельскохозяйственных районов Кемеровской области.

Ключевые слова: хромосомные аберрации; региональный фоновый уровень мутаций.

V I. Minina12, VG. Druzhinin12, T.A. Golovina1, A.N. Glushkov2 - CYTOGENETIC EFFECTS IN THE POPULATION IN AGRICULTURAL REGIONS OF THE KEMEROVO REGION

Kemerovo State University, Kemerovo, Russian Federation, 650043 Ufa; 2Institute of Human Ecology of Siberian branch of Russian Academy of Schiences, Kemerovo, Russian Federation, 650065

There was performed an analysis of chromosomal aberrations in peripheral blood lymphocytes of the inhabitants of 9 settlements from 6 agricultural regions of the Kemerovo region. 267 children-adolescents and 124 adults not involved in the industry were examined. The average level of chromosomal aberrations was 2.65% in children and 3.35% in adults. It can be regarded as a background regional level. There was no revealed the modifying ability of such factors as gender, age, presence of harmful habits (smoking) on the formation of the frequency of cytogenetic abnormalities in residents of rural areas of the Kemerovo region.

Key words: chromosomal aberrations, regional background levels of mutations.

8. Skal’nyj A.V., Esenin A.V. Monitoring and evaluation of the risk of lead exposure to humans and the environment with the use of human biological substrates . Toksikologicheskiy vestnik. 1997; 6: 15-22.

9. Ural’shin A.G. Investigation of the incidence of the urban population with metallurgical plants in Chelyabinsk region. Gigiena i sanitariya. 1994; 3: 6-9.

10. Fahrutdinov R.R. Free radical oxidation in biological material and chemiluminescent methods of research in experimental and clinical medicine [Svobodnoradikal ’noe okislenie v biologicheskom materiale i khemilyuminestsentnye metody issledovaniya v eksperimental ’noy i klinicheskoy meditsine]. Ufa; 2002.

11. Judina T.V, Gindenskiol’d R.S., Egorova M.V. Determination of heavy metals in hair. Gigiena i sanitariya. 1988; 2: 50-2.

12. Bagchi D., Stohs S.J., Downs B.W., Bagchi M., Preuss H.G. Cytotoxicity and oxidative mechanisms of different forms of chromium. Toxicology. 2002; 180: 5-22.

13. Chen F., Ye J.P, Zhang X.Y., Rojanasakul Y, Shi X.L. One-eledron reduction of chromium (VI) by alpha-lipoic acid and related hydroxyl radical generation, dG hydroxylation and nuclear transcription factor - kappaB activation . Arch. Biochem. Biophys. 1997; 338(2): 165-72.

14. Kasprzak K.S. Oxidative DNA and protein damage in metal -induced toxicity and carcinogenesis. Free Rad. Biol. Med. 2002; 32: 958-67.

15 . Rao C . P , Kaiwar S . P Reduction of potassium chromate by D-fructose, D-galactose, D-mannose, D-glucose and L-sorbose. Carbohydr. Res. 1993; 244: 15-25.

16. Standeven A.M., Wetterhahn K.E. Ascorbate is the principal reductant of chromium(VI) in rat lung ultrafiltrates and cytosols, and mediates chromium-DNA binding in vitro . Carcinogenesis. 1992; 13: 1319-24.

17 . Valko M . , Morris H . , Cronin M . T. Metals, toxicity, oxidative stress Curr. Med. Chem. 2005; 12(10): 1161-208.

18. Zuck H. Catalase. In: Bergmeger H., ed. Methods of enzymatic analysis. New York: Pergamon Press; 1963: 85-94.

Поступила 27.07.12 Received 27.07.12

74