Особенности формирования интоксикации ацетатом свинца у крыс с наследственным химическим грузом

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

Оригинальная статья / Original article

УДК 615.9: 546.815: 616.8-055.6

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2500-1582-2019-2-189-194

Особенности формирования интоксикации ацетатом свинца у крыс с наследственным химическим грузом

© Е.А. Капустина, Л.М. Соседова, В.А. Вокина

Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований, г. Ангарск, Россия

Резюме: Влияние свинца на организм вызывает повреждения в различных системах - дисфункцию кроветворения, сердечно-сосудистой системы, печени и почек, головного мозга, мужской половой системы с повреждением ДНК. Выяснить влияние длительности воздействия свинцовой интоксикации на проявления у потомства первого поколения, полученного от затравленных крыс-самцов. Проведена затравка потомства крыс свинцом в дозе 60 мг/кг в течение 25 дней. Животные обследованы в открытом поле, определено содержание гемоглобина в крови. Статистический анализ с помощью критерия U-Манна-Уитни. Выявлено изменение поведения у потомства, полученного от затравленных свинцом самцов. У потомства без трансгенерационного груза изменений в поведении нет. Содержание гемоглобина у всех групп животных не отличалось от контрольных значений. На проявления свинцовой интоксикации влияет не только длительность интоксикации, но и внутреннее состояние организма, в том числе свинцовая интоксикация родителей. Механизмы данного явления требуют дальнейшего изучения.

Ключевые слова: свинец, белые крысы, потомство, трансгенерационный эффект, открытое поле

Информация о статье: Дата поступления 30 марта 2019 г.; дата принятия к печати 30 апреля 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 июня 2019 г.

Формат цитирования: Капустина Е.А., Соседова Л.М., Вокина В.А. Особенности формирования интоксикации ацетатом свинца у крыс с наследственным химическим грузом. XXI век. Техносферная безопасность. 2019;4(2): 189-194. DOI: http://doi.org^10.21285/2500-1582-2019-2-189-194

Features of intoxication by lead acetate in rats with hereditary chemical load

Ekaterina A. Kapustina, Larisa M. Sosedova, Vera A. Vokina

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, Russia

Abstract: The effect of lead on the body causes damage in various systems - dysfunctions of blood formation, the cardiovascular system, liver and kidneys, brain, the male reproductive system and DNA damage. The article aims to identify the lead intoxication effect on the offspring of the first generation of male rats. Male albino rats received daily lead acetate with drinking water during 25 days (60 mg/kg) Animals were examined in the open field; the hemoglobin content in the blood was determined. The statistical analysis using the U-Mann-Whitney test was carried out. Behavior changes in the offspring from males intoxicated with lead were identified. In the offspring without transgenerational load, no changes in behavior were identified. The hemoglobin content in all groups of animals did not differ from control values. The manifestations of lead intoxication are influenced by the duration of intoxication and the internal state of the body. The mechanisms of this phenomenon require further studies.

Keywords: lead, albino rats, offspring, transgeneration effect, open field

Information about the article: Received March 30, 2019; accepted for publication April 30, 2019; available online June 28, 2019.

For citation: Kapustina E.A., Sosedova L.M., Vokina V.A. Features of intoxication by lead acetate in rats with hereditary chemical load. XXI vek. Tekhnosfemaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere Safety. 2019;4(2):189-194. (In Russian) DOI: http://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-2-189-194

2019;4(2):189-194

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

189

-J

Е.А. Капустина, Л.М. Соседова, В.А. Вокина. Особенности формирования интоксикации ацетатом свинца у крыс с наследственным химическим грузом E.A. Kapustina, L.M. Sosedova, V.A. Vokina. Features of intoxication by lead acetate

in rats with hereditary chemical load

Введение

Воздействие свинца остается серьезной проблемой здравоохранения. Под воздействием антропогенного фактора уровень содержания вещества в окружающей среде увеличился более чем в 100 раз за последние три столетия. Влияние металла и его соединений на организм вызывает повреждения в различных системах - дисфункции кроветворения, сердца и сосудов, печени, почек, головного мозга [1, 2]. Также доказано, что свинец оказывает негативное воздействие на мужскую половую систему, вызывая снижение качества спермы и повреждения ДНК сперматозоидов [3].

В наших предыдущих исследованиях выявлены изменения в поведении потомства белых крыс первого и второго поколений, полученного от самцов со свинцовой интоксикацией и также подвергавшихся воздействию токсиканта. У животных без трансгенерационного груза также выявлялись изменения активности при затравке свинцом [4]. Результаты эксперимента показали наличие у свинца трансгенерационного эффекта -воздействие на следующее поколение, передающееся через мужские половые клетки.

Целью настоящего исследования являлось выяснение влияния длительности воздействия свинца на проявления свинцовой интоксикации у потомства первого поколения с химическим наследственным грузом.

Методы

Эксперимент проведен в виварии ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований» на шестидесяти беспородных белых крысах-самцах массой 240-260 г. Животные содержались в специальном помещении с 12-часовым светлым/темным циклом, регулируемой влажностью и температурой (22 ± 3°С), со свободным доступом к чистой водопроводной воде и пище, включающей в себя необходимые микроэлементы и витамины.

Исследования на крысах проведены в

соответствии с Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Страсбург, 1986), а также «Правил лабораторной практики» (Приказ Минздравсоцраз-вития от 23 августа 2010 г. № 708н). На проведение исследований получено разрешение Локального этического комитета (протокол № 5 от 14.11.12 г.). Моделирование свинцовой интоксикации у белых крыс-самцов, от которых получено потомство, осуществляли путем добавления раствора ацетата свинца в питьевую воду.

В течение семи недель ежедневно каждое животное получало по 60 мг/кг в пересчете на свинец (группа «опыт + РЬ»). Дозировка выбрана с учетом результатов исследования, показавшего наличие изменений в строении половых клеток затравленных животных [5]. Воздействие свинца в данной экспозиции в нашем предшествующем эксперименте приводило к изменениям в поведении подопытных особей. Животные контрольной группы получали чистую воду. После окончания экспозиции крысы-самцы обеих групп были подсажены к интактным самкам и дала потомство. Потомство крыс опытной группы включено в группу PbF1, потомство интактных особей - в группы РЬ и контрольную. В каждой из групп было по 8 крыс.

В возрасте трех месяцев животные групп PbF1 и РЬ подвергались воздействию свинца в течение двадцати пяти дней (половина от длительности затравки, вызвавшей изменения поведения в предыдущем эксперименте) [4]. Ежедневно каждое животное получало по 60 мг/кг в пересчете на свинец.

После окончания воздействия проведено обследование животных в открытом поле. Открытое поле позволяет оценить воздействие свинца на двигательную активность и поведение животных [6].

Для оценки воздействия свинца на систему кроветворения определено содержание гемоглобина в периферической крови крыс [7]. Гемоглобин определяли с помощью

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2):189-194

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

стандартного коммерческого набора «Гемоглобин-Агат» фирмы ООО «Агат-Мед» гемо-глобинцианидным методом на фотометре фотоэлектрическом КФК-3.

Для статистической обработки результатов использовали пакет прикладных программ «Statistica 6.0» (StatSoft, лицензия № AXXR004E642326FA). Результаты исследования представлены в виде медианы и интерквартильного диапазона, Me (Q25-Q75). Для сравнений количественных показателей использовали непараметрический метод U-критерий Манна-Уитни. Нулевые гипотезы об отсутствии различий между группами отвергали при достигнутом уровне значимости соответствующего статистического критерия р < 0,017 с учетом поправки Бонферрони.

Результаты и их обсуждение

Анализ результатов обследования экспериментальных животных выявил изменения в поведении животных группы PbF1 (табл. 1).

Особи данной группы проявляли значимо меньшую двигательную активность. Это выражалось в большем количестве и длительности актов «сидит», а также в меньшей длительностью локомоций. Зна-

чимо меньшее количество стоек с упором у животных группы PbF1 выявило угнетение ориентировочной активности.

При анализе результатов исследования поведения белых крыс в открытом поле двигательная и поведенческая активность группы Pb не имела отличий от контрольной группы.

Воздействие свинца в данной экспозиции на систему крови всех групп экспериментальных животных не выявлено (табл. 2).

Анализ результатов описанного исследования показывает, что воздействие свинца на организм животных в концентрации 60 мг/кг продолжительностью 25 дней не оказало существенного влияния на поведение белых крыс без наследственного химического груза. Для особей с наследственным химическим грузом воздействие свинцом в половозрелом возрасте в течение указанного срока вызвала изменения деятельности нервной системы - угнетение двигательной и ориентировочной активности. Воздействие свинца на систему крови в данном режиме не привело к значимым изменениям в содержании гемоглобина у всех групп животных.

Таблица 1 Table 1

Поведение белых крыс в открытом поле, Me

Число поведенческих актов

Поведенческие акты Группы животных

группа Pb группа F1Pb контроль

Локомоции 17,5

Стойки с упором 3,0

Сидит 0,5

Суммарная длительность поведенческих актов, с

Локомоции 83,0

Сидит 1,2

*статистическая значимость при сравнении с контролем, р<0,017.

2019;4(2):189-194

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

191

Л

Е.А. Капустина, Л.М. Соседова, В.А. Вокина. Особенности формирования интоксикации ацетатом свинца у крыс с наследственным химическим грузом E.A. Kapustina, L.M. Sosedova, V.A. Vokina. Features of intoxication by lead acetate

in rats with hereditary chemical load

Содержание гемоглобина в крови белых крыс, Me

Таблица 2

Table 2

Группы животных Содержание гемоглобина, г/л

группа Pb 152,5

группа F1b 155,7

контроль 162,9

Исследования подтверждают, что свинец оказывает влияние на потомство. Так, M. G^ssowska с соавторами (2016) показали, что влияние токсиканта даже в малых дозах на беременных самок способствует развитию отклонений в формировании нервной системы их потомства - нарушения развития синапсов в тканях мозга и далее нейротрансмиссии и дисфункции мозга. Однако антенатальное воздействие свинца - прямое действие на организм формирующегося плода. Интересны исследования возможности опосредованного влияния токсиканта через половые клетки.

M. Gomes, A. Gon?alves, (2015) и C. Li (2018) доказали в экспериментальных исследованиях на мышах и клетках человека генотоксичность свинца, обнаружив изменения структуры и целостности ДНК в мужских половых клетках после свинцовой интоксикации. Также установлено [11], что ответы на воздействие токсиканта на крыс различных линий отличаются друг от друга. У особей вида Long Evans свинцовая интоксикация вызывала значительные нарушения памяти при сравнении с видом Sprague Dawley.

Поведенческие изменения, выяв-

1. Zimet Z., Bilban M., Fabjan T., Suhadolc K., Poljsak B., Osredkar J. Lead Exposure and Oxidative Stress in Coal Miners // Biomedical and Environmental Sciences. 2017. V. 30, № 11. P. 841-845.

DOI: 10.3967/bes2017.113

2. Yue Wu, Jun-Ming Gu, Yun Huang, Yan-Ying Duan,

ленные у животных группы PbF1 в описанном эксперименте, сходны с активностью, проявленной у особей с более длительной затравкой (50 дней) во время нашего предыдущего исследования [4], в котором у крыс как в группе с химическим грузом, так и без него, наблюдалось угнетение исследовательского поведения и двигательной активности. Настоящий эксперимент показал, что изменения в активности у потомства группа F1Pb проявились уже через 25 дней воздействия. У потомства без химического наследственного груза двигательная активность и поведение не отличались от контроля при такой же схеме затравки.

Механизмы трансгенерационного эффекта свинца требуют дальнейшего изучения для разработки мер профилактики интоксикации, которая необходима еще до момента планирования потомства.

Выводы

У потомства белых крыс с наследственным химическим грузом, при свинцовой интоксикации изменения в поведении проявляются раньше, чем у особей без трансгенерационного влияния.

кии список

Rui-Xue Huang, Jian-An Hu. Dose-response relationship between cumulative occupational lead exposure and the associated health damages: a 20-Year cohort study of a smelter in China // International journal of environmental research and public health. 2016. V. 13, № 3. P. 328. doi: 10.3390/ijerph13030328

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2):189-194

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

3. Pant N., Kumar G., Upadhyay A.D., Patel D.K., Gupta Y.K., Chaturvedi P.K. Reproductive toxicity of lead, cadmium, and phthalate exposure in men // Environ Sci Pollut Res Int. 2014. V. 21, № 18. P. 11066-74.

doi: 10.1007/s 11356-014-2986-5

4. Соседова Л.М., Капустина Е.А., Вокина В.А. Влияние интоксикации ацетатом свинца самцов белых крыс на функционирование нервной системы их потомства // Гигиена и санитария. 2018. Т. 97, № 10. С. 972-975. doi: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10

5. Ayinde O.C., Ogunnowo S., Ogedegbe R.A. Influence of vitamin C and vitamin E on testicular zinc content and testicular toxicity in lead exposed albino rats // BMC pharmacology and toxicology. 2012. 14. Р. 13-17. doi: 10.1186/2050-6511-13-17

6. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения / Пер. с англ. Е.Н. Живописцевой; под ред. и с предисл. А.С. Батуева. М.: Высш. шк., 1991. 399 с.

7. Fihri A.F., Al-Waili N.S., El-Haskoury R., Bakour M., Amarti A., Ansari M.J., Lyoussi B. Protective Effect of Morocco Carob Honey Against Lead-Induced Anemia and Hepato-Renal Toxicity // Cellular physiology and

biochemistry : international journal of experimental cellular physiology, biochemistry, and pharmacology. 2016. Vol. 39, № 1. P. 115-122. doi: 10.1159/000445610

8. G^ssowska M., Baranowska-Bosiacka I., Moczy-diowska J., Frontczak-Baniewicz M., Gewartowska M., Struzynska L., Gutowska I., Chlubek D., Adamczyk A. Perinatal exposure to lead (Pb) induces ultrastructural and molecular alterations in synapses of rat offspring // Toxicology. 2016. № 12, Vol. 373. P.13-29.

doi: 10.1016/j.tox.2016.10.014

9. Li C., Zhao K., Zhang H., Liu L., Xiong F., Wang K., Chen B. Lead exposure reduces sperm quality and DNA integrity in mice // Environmental toxicology. 2018 May. 33(5). P. 594-602. doi: 10.1002/tox.22545

10. Gomes M., Gongalves A., Rocha E., Sa R., Alves A., Silva J., Barros A., Pereira M.L., Sousa M. Effect of in vitro exposure to lead chloride on semen quality and sperm DNA fragmentation // Zygote. 2015. 23(3). P. 384-93. doi: 10.1017/S0967199413000671

11. Verma M., Schneider J.S. Strain specific effects of low level lead exposure on associative learning and memory in rats // Neurotoxicology. 2017. 62. P. 186-191. doi: 10.1016/j.neuro.2017.07.00

References

1. Zlatko Zimet, Marjan Bilban, Teja Fabjan, Kristina Suhadolc, Borut Poljsak, Josko Osredkar. Lead Exposure and Oxidative Stress in Coal Miners. Biomedical and Environmental Sciences, 2017, 30(11): 841-845. DOI: 10.3967/bes2017.113

2. Yue Wu, Jun-Ming Gu, Yun Huang, Yan-Ying Duan, Rui-Xue Huang, Jian-An Hu. Dose-response relationship between cumulative occupational lead exposure and the as-sociated health damages: a 20-Year cohort study of a smelter in China. International journal of environmental research and public health. 2016, vol. 13. no. 3, pp. 328. doi: 10.3390/ijerph13030328

3. Pant N., Kumar G., Upadhyay A.D., Patel D.K., Gupta Y.K., Chaturvedi P.K. Reproductive toxicity of lead, cadmium, and phthalate exposure in men. Environ Sci Pollut Res Int. 2014, vol. 21, no. 18, pp. 11066-74.

doi: 10.1007/s11356-014-2986-5

4. Sosedova L.M., Kapustina E.A., Vokina V.A. Соседова Л.М., Капустина Е.А., Вокина В.А. Gigiena i sani-tariya [Hygiene and Sanitation]. 2018, vol. 97, no. 10, pp. 972-975.

doi: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10

5. Ayinde O.C., Ogunnowo S., Ogedegbe R.A. Influence of vitamin C and vitamin E on testicular zinc content and testicular toxicity in lead exposed albino rats. BMC pharmacology and toxicology. 2012. 14. Р. 13:17. doi: 10.1186/2050-6511-13-17

6. Buresh Ya., Bureshova O., Kh'yuston D.P. Metodiki i osnovnye eksperimenty po izu-cheniyu mozga i povedeniya [Methods and main experiments on the study of the brain and behavior]. Moscow: Vysshaya shkola Publ., 1991. 399 p.

7. Fihri A.F., Al-Waili N.S., El-Haskoury R., Bakour M., Amarti A., Ansari M.J., Lyoussi B. Protective Effect of Morocco Carob Honey Against Lead-Induced Ane-mia and Hepato-Renal Toxicity. Cellular physiology and biochemistry: international jour-nal of experimental cellular physiology, biochemistry, and pharmacology. 2016, vol. 39, no. 1, pp. 115-122.

doi: 10.1159/000445610

8. G^ssowska M., Baranowska-Bosiacka I., Moczy-diowska J., Frontczak-Baniewicz M., Gewartowska M., Struzynska L., Gutowska I., Chlubek D., Adamczyk A. Perinatal exposure to lead (Pb) induces ultrastructural and mo-lecular alterations in synapses of rat offspring. Toxicology. 2016. № 12, Vol. 373. pp.1 3-29.

doi: 10.1016/j.tox.2016.10.014

9. Li C., Zhao K., Zhang H., Liu L., Xiong F., Wang K., Chen B. Lead exposure reduces sperm quality and DNA integrity in mice. Environ-mental toxicology. 2018, vol. 33, no. 5, pp. 594-602. doi: 10.1002/tox.22545

10. Gomes M., Gongalves A., Rocha E., Sa R., Alves A., Silva J., Barros A., Pereira M.L., Sousa M. Effect of in vitro exposure to lead chloride on semen quality and

2019;4(2):189-194

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

193

Е.А. Капустина, Л.М. Соседова, В.А. Вокина. Особенности формирования интоксикации ацетатом свинца у крыс с наследственным химическим грузом E.A. Kapustina, L.M. Sosedova, V.A. Vokina. Features of intoxication by lead acetate

in rats with hereditary chemical load

sperm DNA fragmentation. Zygote. 2015, vol. 23, no. 3,

pp. 384-93. doi: 10.1017/S0967199413000671

11. Verma M., Schneider J.S. Strain specific effects of

Критерии авторства

Капустина Е.А, Соседова Л.М., Вокина В.А.

имеют равные авторские права.

Капустина Е.А. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в этой работе.

Сведения об авторах Капустина Екатерина Александровна,

кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины, Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований, 665827, г. Ангарск, 12а микрорайон, 3, Россия; e-mail: kapustinkae@yandex.ru Соседова Лариса Михайловна, доктор медицинских наук, профессор, заведующая лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины, Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований, 665827, г. Ангарск, 12а микрорайон, 3, Россия; e-mail: tox_lab@mail.ru Вокина Вера Александровна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины, Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований, 665827, г. Ангарск, 12а микрорайон, 3, Россия; e-mail: tox_lab@mail.ru

low-level lead exposure on associative learning and memory in rats. Neurotoxicology. 2017, no. 62, pp. 186-191. doi: 10.1016/j.neuro.2017.07.006

Contribution

Ekaterina A. Kapustina, Larisa M. Sosedova, Vera A. Vokina have equal author's rights. Ekaterina A. Kapustina bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

Information about the authors Ekaterina A. Kapustina,

Cand. Sci. (Med.), research officer, Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine,

East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, 12-3A, Angarsk, 665827, Russia; e-mail: kapustinkae@yandex.ru Larisa M. Sosedova,

Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of Laboratory of biomodeling and translational medicine, East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, 12-3A, Angarsk, 665827, Russia; e-mail: tox_lab@mail.ru

Vera A. Vokina,

Cand. Sci. (Biol.), research officer, Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine, East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, 12-3A, Angarsk, 665827, Russia; e-mail: tox_lab@mail.ru

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2):189-194