Особенности биологического действия бихромата калия и бензола на крыс Вистар

Михайлова И.В., Смолягин А.И., Ермолина Е.В., Боев М.В., Боев В.М.

Оренбургская государственная медицинская академия

ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ БИХРОМАТА КАЛИЯ И БЕНЗОЛА НА КРЫС ВИСТАР

Изучены особенности иммунного и микроэлементного статуса у крыс Вистар при парентеральном введении с питьевой водой бихромата калия (К2Сг207), бензола (С6Н6) и смеси (бихромат калия+бензол). Выявлено, что исследуемые вещества обладают иммунодепрессивным действием как на показатели крови, количество клеток в тимусе, селезенке, так и на реакцию гиперчувствительности замедленного типа, а также вызывают сдвиги в содержании микроэлементов в крови и органах.

Одними из приоритетных веществ в формировании антропогенной опасности для здоровья человека, и в том числе через питьевую воду, являются бензол и соединения хрома [8, 13]. Огромную роль в формировании загрязнения окружающей среды хромом играет выброс поллютантов, образующихся в процессе горения топлива. Высокие концентрации производных бензола обнаруживаются в зоне влияния нефтеперерабатывающих комплексов и при работе автотранспорта [9]. Комплексная оценка токсичности металлов и органических веществ, содержащихся в питьевой воде, является одним из актуальных направлений экологических исследований. Это определяется особенностями их распространения в водной среде и характером проявления биологического действия при поступлении в организм человека с питьевой водой. В связи с этим цель данной работы состояла в исследовании влияния бихромата калия (К2Сг207) и бензола (С6Н6), растворенных в питьевой воде, на иммунологические показатели и содержание микроэлементов в крови и органах крыс Вистар.

Материалы и методы

Экспериментальные исследования проведены на 134 здоровых, половозрелых крысах-сам-цах Вистар массой 250-300 г. Все животные были разделены на 4 группы и содержались на стандартном пищевом рационе. Первая группа - контроль (п = 33) получала дистиллированную воду. На протяжении 45 суток животные 2, 3, 4 групп вместе с питьевой водой получали: вторая группа (п = 35) - бензол из расчета 0,6 мл/кг, третья группа (п = 33) - бихромат калия из расчета 20 мг/кг, четвертая группа (п = 33) -смесь бихромата калия (из расчета 20 мг/кг) и бензола (из расчета 0,6 мл/кг).

Выбор доз, способа введения и длительности эксперимента обоснован выполненными ранее исследованиями [12]. Животных вы-

водили из эксперимента декапитированием, которое осуществлялось под эфирным наркозом. В крови, тимусе, селезенке и КМ определяли число и состав клеток в соответствии с лабораторными методами исследования экспериментальных животных [4], а также массу тимуса, селезенки, надпочечников. Для оценки клеточного иммунного ответа воспроизводили реакцию гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) к эритроцитам барана (ЭБ). Для этого крысам каждой группы проводили иммунизацию путем внутрибрюшин-ного введения 10% взвеси ЭБ в объеме 1 мл на 100г массы тела. Через 4 суток после иммунизации вводилась разрешающая доза ЭБ (107 клеток на 1 г массы тела в объеме 0,1 мл) в подошвенную поверхность стопы, в другую стопу вводили 0,1 мл физраствора. Тестирование реакции проводили через 24 часа путем взвешивания стоп опытной и контрольной лапок [3].

Содержание микроэлементов в крови, селезенке и печени крыс определялось в спектральной лаборатории Областного ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Оренбургской области» атомно-адсорбционным методом.

Результаты обрабатывались статистически методами вариационной статистики.

Результаты и обсуждение

Анализ полученных результатов показал, что в опыте и контроле на протяжении 45 дней наблюдения за животными отсутствовала их гибель. У крыс 2, 3 и 4 групп наблюдались однотипные изменения, наиболее выраженные у животных 4-ой группы. Результаты исследования числа клеток периферической крови, органов (тимус, селезенка) и массы органов представлены в таблице 1. Как видно из данных указанной таблицы в периферической крови выявлено снижение числа лейкоцитов у крыс 4 группы, увеличение числа пролимфоцитов и моноцитов - у крыс 2 и 4 групп. Исследование

селезенки показало уменьшение количества клеток на орган наряду с тенденцией к увеличению массы органа (3 и 4 группы). В сплено-цитограмме выявлено повышение числа пролимфоцитов и, напротив, уменьшение количества зрелых лимфоцитов (2, 3 и 4 группы). На фоне снижения массы тимуса наблюдалось уменьшение количества клеток на орган (2, 3 и 4 группы). Не выявлено существенного влияния изученных веществ на количество клеток в костном мозге.

Реакция ГЗТ у опытных групп крыс была достоверно снижена у крыс 2 и 3 групп, причем интенсивность развития реакции ГЗТ у 2 группы крыс составляла 60 ± 1,41%, в 3 группе - 78,4 ± 2,52% от уровня контроля.

Масса надпочечников была увеличена по сравнению с интактной группой крыс (2 и 4 группы).

В крови опытных крыс из семи изученных микроэлементов уровни марганца, свинца существенно не изменялись по сравнению с содержанием микроэлементов в контрольной группе животных. Однако обращает на себя внимание снижение концентрации меди в 3 группе, цинка в 4 группе, железа и никеля (во всех группах) и, напротив, увеличение содержания хрома - во всех группах (табл.2).

В печени из семи изученных микроэлементов уровни меди, цинка, железа были снижены в 2, 3, 4 группах крыс, содержание хрома увеличено в 3 и 4 группах, никеля в 3 группе (табл.3).

В целом, сравнивая содержание микроэлементов в крови и печени крыс, выявлено, что в исследуемых биосредах уровни меди, цинка и железа были снижены, уровень хрома повышен по сравнению с контрольной группой.

Таблица 1. Влияние бихромата калия, бензола и их смеси на крыс Вистар

Исследуемые параметры 1 группа 2 группа 3 группа 4 группа

Масса крысы (г) 250±17,19 263±9,45 263±9,95 229±7,41

Лейкоциты • 109 10,55±0,55 10,29±0,63 11,79±0,81 8,21±0,76*

Тимус Масса органа (мг) 291±17,63 272±8,25 260±21,53 249±14,95

Кол-во клеток на орган (млн) 489±52,11 369±22,99* 471±42,61 351±33,06*

Селезенка Масса органа (мг) 1006±32,73 948±43,58 1049±36,50 1016±56,31

Кол-во клеток на орган (млн) 1049±67,40 762±54,43* 1153±58,60 794±82,79*

Масса надпочечников (мг) 23,00±1,32 27,84±1,16* 22,95±1,24 27,53±1,20*

Примечание: здесь и далее * - достоверность отличий показателей в опыте и контроле (р<0,05).

Таблица 2. Содержание микроэлементов в крови крыс Вистар

Г руппы Си РЬ 7п Мп Ре N1 Сг

1 группа 1,07 ±0,05 н/о 5,03 ±1,17 0,07 ±0,004 359,11 ±9,14 0,15 ±0,03 0±0

2 группа 1,02 ±0,02 н/о 4,76 ±0,10 0,07 ±0,002 357,55 ±15,31 0,10 ±0,01* 0,04 ±0,01*

3 группа 0,89 ±0,04* н/о 6,30 ±0,66 0,06 ±0,004 325,72 ±16,07 0,04 ±0,004* 0,33 ±0,03*

4 группа 1,14 ±0,05 н/о 4,34 ±0,15* 0,08 ±0,004 361,02 ±10,36 0,08 ±0,01* 0,48 ±0,034*

Таблица 3. Содержание микроэлементов в печени крыс Вистар

Г руппы Си РЬ 7п Мп Ре N1 Сг

1 группа 2 ±0,08 н/о 16,22 ±0,84 0,08 ±0,01 38,46 ±1,89 0,1 ±0,01 0,09 ±0,02

2 группа 1,83 ±0,11 н/о 13,72 ±0,65* 0,11 ±0,01 32,04 ±2,21* 0,14 ±0,03 0,07 ±0,01

3 группа 1,96 ±0,04 н/о 13,98 ±0,46* 0,06 ±0,004* 30,71 ±1,40* 0,22 ±0,01* 3,18 ±0,09*

4 группа 1,92 ±0,10 н/о 13,99 ±1,00 0,07 ±0,01 29,04 ±1,57* 0,17 ±0,04 2,89 ±0,19*

Таким образом, установлено, что хром и бензол, поступая в организм, вызывают сдвиги в содержании микроэлементов, как в крови, так и в органах. Дисбаланс микроэлементов можно объяснить тем, что с одной стороны крысы получали хром вместе с питьевой водой, а с другой стороны, с тем, что на всасывание хрома оказывают влияние цинк и железо [2] - содержание которых было снижено у экспериментальных животных. При недостаточности этих микроэлементов содержание хрома возрастает в крови и печени. Кроме того, с учетом взаимодействия хрома с другими микроэлементами предполагается существование его конкуренции с железом за связывание с общим носителем (трансферри-ном) у крыс и человека [1]. Снижение концентрации железа в крови приводит к увеличению содержания хрома в крови и органах. Растворы Сг+6 более, чем Сг+3, раздражают кожу, обладают большей вероятностью сенсибилизирующего действия, более токсичны, могут поражать почки (особенно почечные канальца), так как после всасывания в кишечнике Сг+6 связывается с белками крови, восстанавливаясь в Сг+3 и переходит в ткани. Селезенка и почки содержат самое большое количество хрома.

Выявленные иммунологические изменения показывают, что исследуемые вещества, обладают иммунодепрессивным действием как на показатели крови, количество клеток в тимусе, селезенке, так и на реакцию ГЗТ. Полученные данные свидетельствуют о выраженном депрессивном влиянии хрома и бензола на Т-систему иммунитета крыс. Одной из причин выявленных сдвигов снижения числа зрелых лимфоцитов и уменьшения массы тимуса может быть снижение уровня цинка в крови крыс, поскольку недостаток этого микроэлемента у экспериментальных животных по данным [15], сопровождался уменьшени-

ем числа лимфоцитов, циркулирующих в крови, и существенным понижением массы тимуса и числа тимоцитов [7]. Бензол в зависимости от длительности экспозиции и концентрации как и дефицит цинка усиливает атрофию тимуса (истощение тимоцитов в корковом слое и мозговой зоне), а также вызывает лейкопению [5], что может объяснить выявленное нами снижение числа лейкоцитов. Вместе с тем, в основе полученных эффектов могут лежать нарушения костномозгового кроветворения (резкое угнетение продукции лейкоцитов, тромбоцитов и эритроцитов, т. е. всех трех основных типов форменных элементов крови) [10, 14].

В литературе имеются данные об особой чувствительности тимуса и лимфоцитов периферической крови к повышенному содержанию гормонов надпочечников. Хроническая интоксикация бензолом протекает с нарушением функции надпочечников [6], при этом, возможно, нарушается и кортикостероидная функция, так как повышение активности коры надпочечников, сопровождается увеличением содержания в крови кортикостероидов [4]. Это в свою очередь, может являться следствием гиперфункции надпочечников и приводить к увеличению массы надпочечников, выявленной нами.

Было показано [11], что при интоксикации бензолом и хромом происходит активация процессов СРО, которая так же может являться одной из причин выявленных изменений иммунологических параметров, так как избыточная активация свободнорадикального окисления оказывает негативное влияние на иммунокомпетен-тные клетки, нарушая их способность к пролиферации, к колониеобразованию предшественников, изменяя соотношение регуляторных субпопуляций лимфоцитов, нарушая синтез ДНК и белка в лимфоцитах, и как следствие этого, приводя к подавлению иммунных реакций.

Полученные результаты показали сложный и неоднозначный характер изменений иммунологических показателей и содержания микроэлементов в крови и органах крыс Вистар под влиянием бихромата калия (К2Сг207) и бензола

(С6Н6), растворенных в питьевой воде, и могут быть использованы для расшифровки влияния комплексного воздействия неорганических и органических соединений на иммунную систему и микроэлементный статус организма.

Список использованной литературы:

1. Авцын А.П. и др. Микроэлементозы человека. - Москва, 1991. - 496 с.

2. Бингам Ф.Т. и др. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. Пер. с англ. /Под ред. Х.Зигеля, А.Зигель. - М.: Мир, 1993. - 368 с.

3. Волчегорский И. А. и др. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма. -Челябинск, 2000. - 167 с.

4. Горизонтов П.Д. и др. Стресс и система крови /АМН СССР. - М.: Медицина, 1983. - 240 с.

5. Данилова Т.И. Разработка системы гигиенической оценки иммунотоксического действия химических веществ в эксперименте на примере бензола. Автореф. дисс.... канд. мед. наук. - Москва, 1987. - 16 с.

6. Захаров В.Н. и др. Изменения системы крови при воздействии радиации и бензола. - Новосибирск: Наука, 1990. - 239 с.

7. Кудрин А.В и др. Иммунофармакология микроэлементов. - Москва, 2000. - 537 с.

8. Пинигин М. А. и др. Комбинированное и комплексное воздействие загрязнения окружающей среды //Среда обитания и здоровье населения: Материалы Всеросс. науч.-практ. конф. - Оренбург. - 2001. - Т.2.- С. 83-84.

9. Самсонов В.М. Токсико-гигиеническая характеристика 1,2,4,5 - тетраметилбензола и влияние его на организм // Среда обитания и здоровье населения: Материалы Всеросс. науч.-практ. конф. - Оренбург. - 2001. - Т.2.- С. 121-124.

10. Сорокина Н.С., Евлашко Ю.П. Профессиональные заболевания химической этиологии с преимущественным поражением системы крови //Профессиональные заболевания /Под ред. Н.Ф. Измерова. - М.: Медицина, 1996. - Т.1. - С. 94-135.

11. Тимошинова С.В. и др. Влияние хронической интоксикации хромом и бензолом на антиоксидантный статус крыс//Вестник ОГУ. - 2004. - №10. - С. 132-133.

12. Утенин В.В. Г игиеническая характеристика хрома и бензола и морфофункциональные аспекты их взаимодействия на организм в условиях эксперимента. Автореф. дисс.... канд. мед. наук. - Оренбург, 2002. - 24 с.

13. Barceloux D.G. Chromium //J. Toxicol. Clin. Toxicol. - 1999. - Vol. 37. - №2. - P. 173-194.

14. Hristeva-Mircheva V. Changes in the peripheral blood of workers with occupation exposure to aromatic hydrocarbons //Int. Arch. Occup. Environ. Health. - 1998. - Vol. 71. - Suppl.. - P. 81-83.

15. Nishi Y. et al. Zinc concentration in leukocytes: mononuclear cells, granulocytes, T-lymphocytes, non-T lymphocytes and monocytes //Hiroshima J. Med. Sci. - 1981. - Vol. 30. - №2. - P. 65-69.