Механизмы токсичности хлорида никеля в эксперименте у крыс

Экология / Промышленная экология и медицина труда

к.м.н Такоева Е.А., к.м.н. Дзугкоев С.Г., д.м.н. Дзугкоева Ф.С., Можаева И.В.

Учреждение Российской Академии Наук Институт биомедицинских исследований ВНЦ РАН и правительства РСО-Алания

Механизмы токсичности хлорида никеля в эксперименте у крыс

Никель является необходимым микроэлементом для обеспечения метаболизма и жизнедеятельности организма. Содержится преимущественно в клетках органов и тканей с интенсивным обменом веществ, включая железы внутренней секреции, печень, почки и костную ткань. Потребность в нем организма удовлетворяется за счет поступления его с продуктами питания и водой. Вместе с тем загрязнение никелем и его соединениями окружающей среды признается одной из главных проблем экологии и охраны здоровья населения не только в нашем регионе, но и в РФ, ибо избыточное поступление никеля в организм приводит к развитию патологических состояний. По данным ВОЗ никель включен в официальный список экотоксикантов, обладающих канцерогенными свойствами. Никель оказывает мембрано-, ферменто- и генотоксическое действие. Поражает все висцеральные системы, в том числе почки, основной экскреторный орган. Более того, имеются данные, что нарушение функции почек может служить индикатором вредных воздействий аномальных концентраций цветных тяжелых металлов на организм. На фоне длительного контакта с никелем развиваются нарушения функционального состояния почек, заканчивающиеся хронической необратимой нефропатией. Все вышеуказанное и определило цель. Целью исследования было изучение водо- и электролито-выделительной функции почек, макро- и микрогемодинамики, интенсивности перекисного окисления липидов и ферментов антиокислительной (АОЗ) защиты клеток на фоне интоксикации хлоридом никеля в эксперименте. Опыты проводились на 270 крысах-самцах линии Вистар, массой 170-200гр. Крысы в течение эксперимента находились на стандартном пищевом рационе и имели свободный доступ к воде и пище в течение суток. Хроническую никелевую интоксикацию вызывали путем ежедневного парентерального введения раствора хлорида никеля в дозах 0,3; 0,5 и 0,8 мг/кг массы животного в течение 2 недель и 1 месяца. Исследовали основные процессы мочеобразования: скорость клубочковой фильтрации по клиренсу эндогенного Cr, рассчитывали канальцевую R_H₂_O_,используя формулы Ю.В. Наточина (1974г.). Для анализа электролито-выделительной функции почек, определяли экскрецию Na и K с мочой, их концентрацию в крови, Фз ионов, рассчитывали канальцевую R_Naв %. Изучали активность Na,K,АТФ-азы в корковом и мозговом слоях почечной ткани по приросту неорганического фосфора в среде инкубации по методу Scou ТС, 1957. Для выяснения патогенетического механизма нарушений исследовали интенсивность перекисного окисления липидов в мембранах эритроцитов и в гомогенатах коркового и мозгового слоев почечной ткани по данным изменения концентрации малонового диальдегида, определяемого методом Аsakаwa T., (1980). №5. О состоянии антиокислительной защиты судили по активности СОД и каталазы в сыворотке крови, определяемых соответственно методом аутоокисления адреналина и М.А. Королюка и соав., (1988). Влияние никелевой интоксикации на различные звенья сосудистой системы: магистральные сосуды и микроциркуляторное звено – изучали в 6 точках локации. Кровоток регистрировали ультразвуковым портативным допплерографом ММ-Д-Ф фирмы «МИНИМАКС» на наркотизированных интактных животных и крысах с никелевой интоксикацией. Использовали датчик с частотой 10 МГц. Для каждой зоны локации прибор регистрировал основные параметры кровотока: среднюю (М), систолическую (S) и диастолическую (D) скорости кровотока, пульсовой индекс (Pi), градиент давления (GD). Результаты всех серий опытов обработаны статистически с применением «t» критерия Стьюдента с использованием программы Microsoft Excel, проводили корреляционный анализ. Изучение показателей водо-выделительной функции почек на фоне парентерального введения разных дозировок хлорида никеля во всех исследуемых группах экспериментальных животных выявило, что происходит достоверное понижение спонтанного диуреза, обусловленное статистически достоверным снижением скорости клубочковой фильтрации, тогда как канальцевая реабсорбция воды имела лишь тенденцию к понижению. Следовательно, угнетение диуреза было обусловлено достоверным снижением скорости клубочковой фильтрации. Исследование электролито-выделительной функции показало, что происходит повышенная экскреция натрия и калия с мочой.№8. Ответственным за повышенное выделение натрия является снижение канальцевой реабсорбции катиона, тогда как величина его фильтрационного заряда у исследуемых животных оказалась сниженной. На фоне 5% водной нагрузки почасовые изменения приводят к снижению объема трехчасового диуреза, при этом падает процент выведения водной нагрузки, и сопровождается увеличением суммарной экскреции с мочей, как натрия, так и калия, что свидетельствует о нарушении способности почек работать в условиях гидремии. Для выяснения механизма нарушения электролито-выделительной функции почек мы исследовали активность Nа⁺,К⁺-АТФазы в гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани. Активность Nа⁺,К⁺-АТФазы достоверно снижается как в корковом, так и в мозговом веществе почечной ткани, что и обуславливает снижение канальцевой реабсорбции Na. Участие перекисного окисления липидов в развитии никелевой нефропатии, мы оценивали по концентрации конечного продукта ПОЛ - МДА. У экспериментальных крыс на фоне экспозиции хлоридом никеля повышается концентрация МДА в эритроцитах, причем более выраженное повышение отмечено при подкожном введении хлорида никеля в дозе 0,8 мг/кг в течение 1 месяца. Аналогичные изменения выявлены и в клетках почечной ткани: происходит достоверное повышение концентрации МДА как в корковом, так и в мозговом веществе почечной ткани во всех группах животных. Более выраженная интенсификация процессов ПОЛ отмечается при никелевой интоксикации в течение 1 месяца. В тесной взаимосвязи с процессами свободнорадикального окисления находится антиоксидантная система организма, основная функция которой заключается в ограничении процессов перекисного окисления липидов практически во всех его звеньях. Чтобы оценить реакцию системы антиоксидантной защиты организма в ответ на развитие оксидативного стресса при хронической интоксикации, мы определяли активность супероксиддисмутазы превращающей супероксид-анион-радикал в перекись водорода, и одновременно каталазы, расщепляющей Н₂О₂до молекулярного О₂ и Н₂О. Данные показали достоверное снижение активности супероксиддисмутазы, хотя отмечалось повышение активности каталазы в сыворотке крови. Эти данные свидетельствуют о том, что причиной активации процессов ПОЛ наряду с образованием активных форм кислорода, является угнетение антиокислительной системы клеток, что проявляется снижением активности супероксиддисмутазы и компенсаторным повышением активности каталазы. Системные изменения, вызванные солями никеля, проявлялись в дисциркуляторных гемодинамических нарушениях, вследствие изменения тонуса сосудов и повреждения эндотелиоцитов. Данные показали, что на фоне интоксикации хлоридом никеля выявляется снижение жидкостного обмена тканей - перфузии, систолической и диастолической скоростей кровотока в сосудах микроциркуляции. При анализе перфузии на фоне хронической интоксикации выявлено повышение пульсаторного индекса (индекса Гослинга), который отражает упруго-эластические свойства (плотность) сосудистой стенки. Реографический индекс - Пурсело, повышался. В крупных артериальных сосудах (БА) отмечено повышение средней и диастолической скоростей кровотока (М и D), градиент давления также повышен (GD). Но в отличие от сосудов микроциркуляторного звена, отмечено снижение и пульсаторного и реографического индексов (Pl и Rl), что свидетельствует о тенденции к увеличению сердечного выброса. Повышение средней скорости кровотока, отмечалось в магистральных артериях (БА, ПА) на фоне снижения реографического и пульсаторного индексов, вероятно, является механизмом, направленным на компенсацию жидкостного обмена в этих условиях. Т.о. оксидативный стресс приводит к дисциркуляторным нарушениям сосудистой системы и расстройствам микроциркуляции, снижению перфузии тканей, тогда как макрогемодинамика в брюшной аорте и ПА характеризуется повышением средней и систолической скоростей кровотока. Патогенетическим звеном повреждения эндотелиоцитов, является малоновый диальдегид приводящий к дисфункции эндотелия и изменению тонуса сосудов. Метаболические нарушения, сопровождающиеся дисбалансом окислительно-востановительных процессов, активацией ПОЛ и недостаточностью АОЗ клеток с образованием избытка МДА, изменяющего физико-химические свойства цитоплазматических мембран клеток, снижением активности Na⁺,К⁺-АТФ-азы, уменьшением канальцевой реабсорбции натрия и повышению экскреции катиона.

Литература:

1. Борисенкова Р.В., Гвоздева Л.Л., Луценко Л.А. Канцерогенная опасность никеля и его соединений (обзор литературы). Медицина труда и промышленная экология.-2001г.-№1.-С.27-30.

2. Ларкин А.А. Оценка эффективности средств индивидуальной защиты кожи при воздействии соединений никеля. Медицина труда и промышленная экология.-2007г.-№9.-С.22-27.

3. Липатов Г.Я., Адриановский В.И., Петрова О.А. Состояние иммунного статуса и пути его коррекции у металлургов в производстве меди и никеля. Медицина труда и промышленная экология.-2007г.-№3.-С.35-39.

4. Носков С.Н. Определение потенциальной пылевой нагрузки на организм в эксперименте, моделирующем условия никелевого производства. Вестник Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им.И.И. Мечникова–СПб.-2007.-№1(2). (приложение) - С.79.