Влияние измененного кальциевого гомеостазиса на развитие почечных проявлений кадмиевой интоксикации
На правах рукописи
ХАДАРЦЕВА МАДИНА ПЕТРОВНА
ВЛИЯНИЕ измененного кальциевого гомеостазиса НА развитие почечных проявлений кадмиевой интоксикации
14.03.03 – патологическая физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Владикавказ – 2012
Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Осетинская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор,
заслуженный работник высшей школы РФ,
заслуженный деятель науки РСО-Алания,
БРИН Вадим Борисович
Официальные оппоненты:
ХЕТАГУРОВА Лариса Георгиевна, доктор медицинских наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ, заслуженный деятель науки РСО-Алания, заведующая кафедрой патологической физиологии ГБОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития России.
КОЖИН Александр Алексеевич, доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, Лауреат Премии правительства РФ, профессор кафедры биофизики и биокибернетики ЮФУ (Ростов-на-Дону).
Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.
Защита состоится «27» марта 2012 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 208.095.01 при ГБОУ ВПО «Северо-Осетинская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития» (362019, г. Владикавказ, ул. Пушкинская, 40).
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГБОУ ВПО «Северо-Осетинская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации».
Автореферат разослан «22» февраля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор медицинских наук, профессор И.Г.Джиоев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. За четыре последних десятилетия резко возрос интерес к кадмию, как химическому элементу, загрязняющему окружающую среду и влияющему на здоровье населения, что обусловлено увеличивающимися масштабами получения и применения этого элемента в промышленности. Вопрос о поиске эффективных способов профилактики кадмиевой интоксикации на сегодняшний день остается открытым. Поступает металл в организм, в основном, алиментарным и ингаляционным путем (Jeong S.H., 2000; Сперанская О., 2008). Избыток кадмия приводит к развитию тяжелых острых и хронических состояний: поражению нервной и сердечно-сосудистой системы (Minami A., 2001), почек (Nordberg G.F., 2009), вплоть до синдрома Фанкони (Gonick H.C., 2008), печени, репродуктивных органов, дыхательных путей и др. (Nawrot T et al., 2006).
Многие экспериментальные исследования показывают, что одними из основных органов с максимальным проявлением повреждающего действия кадмия являются почки (Tang W., Shaikh Z.A., 2001; L’Azou B. et al., 2002), причем степень и характер повреждения напрямую зависят от пути поступления в организм и достигаемой концентрации металла в клетке. Установлено, что кадмий преимущественно накапливается в наиболее проксимальных отделах канальцев (Stinson L., 2003). В ряде исследований выявлена зависимость обмена жизненно важных электролитов, в частности кальция, от токсического воздействия соединений кадмия (Ohta H., Ymauchi Y. et al. 2000), в том числе на уровне мембранного транспорта. Выявлена связь патогенетического действия кадмия на кальциевый обмен с повышением выведения кальция из организма (Nawrot T. E., 2010), вплоть до развития остеопороза. Известно, что кадмий во многом следует метаболическим путям кальция (Куценко С.А., 2002). Их взаимоотношения реализуются на клеточном и молекулярном уровнях и являются результатом способности ксенобиотика подражать действию кальция или замещать его в физиологических процессах. Физиологический антагонизм кадмия и кальция проявляется уже на уровне всасывания (Блинков И.Л., 2004; Park J., 2002). Однако особенности токсических эффектов кадмия в условиях измененного гомеостазиса кальция остаются недостаточно изученными.
Целью настоящего исследования было изучение влияния измененного кальциевого гомеостазиса на нефротоксичность сульфата кадмия и кумуляцию его в бедренных костях при внутрижелудочном и подкожном введении металла.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- В контрольных группах изучить влияние измененного кальциевого обмена на электролито-водовыделительную функцию почек, баланс основных катионов в крови, осмолярность мочи и уровень экскреции белка в условиях 6-часового спонтанного диуреза.
- Исследовать почечные проявления хронической кадмиевой интоксикации на фоне экспериментальной гипокальциемии в условиях 6-часового спонтанного диуреза, а также ее влияние на содержание основных катионов в плазме крови.
- Исследовать почечные проявления хронической кадмиевой интоксикации на фоне экспериментальной гиперкальциемии в условиях 6-часового спонтанного диуреза, а также ее влияние на содержание основных катионов в плазме крови.
- Определить содержание кальция и кадмия в бедренных костях крыс линии Wistar в условиях измененного кальциевого гомеостазиса, кадмиевой интоксикации, а также их сочетания.
- Выявить наличие возможных гистоструктурных повреждений почек крыс с хронической кадмиевой интоксикацией в условиях измененного кальциевого обмена.
Научная новизна. В ходе исследования установлено усиление повреждающего действия кадмия в условиях экспериментальной гипокальциемии, что проявляется более выраженной нефропатией и повышенным накоплением металла в костной ткани крыс. Данные изменения наблюдаются у паратиреоидэктомированных животных с подкожными инъекциями металла, а также при введении металла на фоне избытка кальцитонина. Однако при интрагастральном поступлении кадмия после паратиреоидэктомии отмечается некоторое уменьшение его поражающего эффекта на почки и кумуляции в костях. Вероятно, это обусловлено меньшим всасыванием металла в пищеварительном тракте оперированных крыс, отличающихся сниженной активностью кальциевых транспортных систем, связанной с недостатком паратгормона. Впервые выявлено, что экспериментальная гиперкальциемия, полученная применением витамина D3, хлорида кальция и их сочетания, уменьшает выраженность почечных проявлений интоксикации кадмием и ограничивает его накопление в костях. В случае интрагастрального введения металла в условиях гипервитаминоза D3 функциональные и гисто-структурные изменения в почках более выражены, увеличено содержание кадмия в костном матриксе, что, по-видимому, вызвано интенсивным всасыванием тяжелого металла в пищеварительном тракте. Новизна работы подтверждена получением приоритетных справок на заявленные изобретения: заявка №2011128961/14(042803) от 12.07.2011г., заявка №2011129131/14(043042) от 13.07.2011г., заявка №2011129178/14(043096) от 13.07.2011 г.
Научно-практическая значимость работы. Исследование носит экспериментальный характер. Полученные сведения расширяют представления о механизмах действия избытка кадмия на почки и костную ткань. Выявлены сдвиги электролито-водовыделительной функции почек в условиях гипо- и гиперкальциемии, а также влияние кальцийрегулирующих гормонов на почечные проявления кадмиевой интоксикации и содержание кальция и кадмия в трубчатых костях. Данные проведенных исследований относятся к области фундаментальных знаний. Полученные результаты могут стать основой для разработки способов профилактики и лечения хронической интоксикации сульфатом кадмия.
Экспериментальные данные могут быть внедрены в учебный процесс на кафедрах, изучающих вопросы медицинской экологии, при исследовании патогенетических механизмов влияния кадмиевой интоксикации на другие органы и системы организма, при разработке способов профилактики и дезинтоксикационной терапии избыточного поступления в организм других тяжелых металлов.
Результаты работы используются в лекциях и научных исследованиях на кафедрах нормальной физиологии, патологической физиологии и в курсе профпатологии ГБОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Гипопаратиреоз в эксперименте снижает выраженность проявлений кадмиевой нефропатии, что может быть обусловлено уменьшением всасывания сульфата кадмия в пищеварительном тракте при его внутрижелудочном введении.
2. Гипокальциемия в эксперименте усугубляет нефропатическое действие сульфата кадмия при подкожном введении металла животным с паратиреоидэктомией и на фоне инъекций кальцитонина при обоих путях введения металла.
3. Гиперкальциемия в эксперименте оказывает в целом превентивное действие на развитие кадмиевой нефропатии.
4. Гипервитаминоз D3 в эксперименте увеличивает выраженность почечных проявлений кадмиевой интоксикации, видимо, повышая усвоение сульфата кадмия в пищеварительном тракте при внутрижелудочном его введении.
Личный вклад автора: Автором самостоятельно выполнена экспериментальная часть работы, математическая и статистическая обработка данных, проведен анализ и обобщение полученных результатов.
Публикации и апробация диссертационной работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 – в журналах, рекомендованных ВАК Минобразования России.
Основные положения работы доложены и обсуждались на I региональной междисциплинарной конференции молодых ученых «Наука – Обществу» (Владикавказ, 2010 г.); VII международной научной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010); IX и X научных конференциях молодых ученых СОГМА и ИБМИ ВНЦ РАН (Владикавказ 2010, 2011 гг.); II международной научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Владикавказ, 2011 г.), а также на II региональной научно-практической конференции «Новые технологии в рекреации здоровья населения» (г.Владикавказ, 2011).
Структура диссертации. Диссертация изложена на 217 страницах, иллюстрирована – 102 рисунками и 46 таблицами, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, двух глав, содержащих результаты собственных исследований, заключения, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Библиографический указатель включает 226 источников, из них - 155 зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Материал и методы. Работа проведена на 320 крысах-самцах линии Вистар, массой 250-300 грамм одной возрастной группы. С целью исследования функции почек в условиях спонтанного диуреза крысы помещались в обменные клетки, где в течение 6 часов у них собиралась моча. В моче определяли осмолярность, концентрацию эндогенного креатинина, натрия, калия, кальция и общего белка.
Концентрацию натрия и калия в моче и плазме крови определяли методом пламенной фотометрии. Концентрацию кальция в моче и плазме определяли спектрофотометрически с помощью набора «Кальций-Арсеназо-Агат» ООО «Агат-Мед» (г. Москва, Россия). Содержание эндогенного креатинина в моче и плазме крови определяли спектрофотометрически с помощью набора «Креатинин» «Агат-Мед» (г. Москва, Россия). Концентрацию общего белка определяли по методу Лоури. Полученные значения использовались для расчета скорости клубочковой фильтрации воды по клиренсу эндогенного креатинина, канальцевой реабсорбции воды, фильтрационного заряда и относительной канальцевой реабсорбции основных катионов, экскреции белка по общепринятым формулам.
Модель гипопаратиреоза в эксперименте у крыс создавали путем удаления паращитовидных желез. Наркотизированным и обездвиженным животным выжигали паращитовидные железы электротермокаутером. Спустя 1,5 месяца после операции определяли содержание кальция в плазме крови и для дальнейших экспериментов отбирали животных с ярко выраженной гипокальциемией. В качестве контрольной группы использовали ложнооперированных крыс, которым производился аналогичный объем оперативного вмешательства за исключением удаления околощитовидных желез. Вторая модель гипокальциемии создавалась с помощью подкожных инъекций препарата «Миакальцик» - синтетического кальцитонина лосося - в дозе 0,6 МЕ/100 г массы тела животного ежедневно в течение 30 дней. По окончании эксперимента животные обеих моделей отличались гипотрофией, выпадением шерсти, вялостью.
Модели экспериментальной гиперкальциемии создавались тремя путями: формированием экспериментального гипервитаминоза D3, интрагастральным введением раствора хлорида кальция, а также сочетанием гипервитаминоза D3 с введением хлорида кальция. Для получения в эксперименте гипервитаминоза D3 вводили препарат «Аквадетрим» - водный раствор кальцитриола - через атравматичный зонд в желудок в дозировке 2500 МЕ (0,17 мл)/100 г массы тела животного ежедневно в течение 30 дней. Вторая модель экспериментальной гиперкальциемии создавалась внутрижелудочным введением 10% раствора хлорида кальция в количестве 0,15 мл на 100 г массы тела животного в течение 30 дней. Третья модель создавалась путем одновременного ежедневного введения через зонд в желудок витамина D3 в дозе 2500 МЕ/100 г массы тела и раствора хлорида кальция в дозе 0,15 мл/100 г в течение 2 месяцев.
Для получения токсического вещества сульфат кадмия растворяли в дистиллированной воде таким образом, что на 1 мл раствора приходилось 0,3 мг кадмия (в пересчете на металл). На каждые 100 г веса крысы инъецировали 0,1 мл токсического раствора. Полученный раствор сульфата кадмия вводили интрагастрально либо подкожно в дозировке 0,3 мг/кг, ежедневно 1 раз в сутки в течение 30 дней. В сочетанных моделях введение токсического вещества начинали с первого дня опыта при общей длительности эксперимента 30 дней, и с 30 дня при общей длительности эксперимента 60 дней. Крысам с экспериментальным гипопаратиреозом и ложнооперированным животным сульфат кадмия вводили через 1,5 месяца после операции. По истечении срока эксперимента животные забивались под тиопенталовым наркозом для исследования плазмы крови и тканей.
При проведении экспериментов руководствовались статьей 11 Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1964), «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и Правилами лабораторной практики в Российской Федерации (приказ МЗ РФ № 267 от 19.06.2003 г.).
Для исследования морфологических изменений образцы тканей (почки) фиксировали в 10 % нейтральном формалине, после чего заливали парафином с последующим приготовлением срезов толщиной 7-8 микрон. Срезы окрашивались гематоксилином и эозином. Изучение срезов проводилось в проходящем свете при помощи микроскопа Микмед-1 под увеличением 80*200*400.
Для определения содержания кадмия и кальция в костной ткани проводилась минерализация бедренных костей по ГОСТ 26929 и приготовление испытуемого раствора по ГОСТ 30178-96. В полученном растворе содержание кадмия определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре (Квант-АФА), кальция - после предварительного разведения с помощью спектрофотометра (PV1251C).
Полученные значения обрабатывались статистически, непараметрическим методом сравнения средних величин с помощью дисперсионного анализа ANOVA и U-критерия Манна-Уитни, а также методом корреляционного анализа с расчетом коэффициента корреляции Пирсона. Для расчетов и построения графиков использовалась программа «Graph Pad Prism 5.0».
Результаты исследования и их обсуждение
1. Особенности функционального состояния почек крыс при экспериментальной гипокальциемии. Экспериментальный послеоперационный гипопаратиреоз через 1,5 месяца приводил к следующим изменениям функционального состояния почек: увеличению объема спонтанного диуреза относительно фоновых показателей вследствие снижения канальцевой реабсорбции воды (r=-0,986), росту скорости клубочковой фильтрации. Наблюдался натриурез, обусловленный падением канальцевой реабсорбции натрия (r=-0,975). Экскреция калия снижалась. Канальцевая реабсорбция кальция у паратиреоидэктомированных животных уменьшалась, в результате чего усилилось выведение катиона с мочой (r=-0,996). Его фильтрационный заряд находился в пределах фоновых показателей. Осмолярность мочи понижалась, имела место умеренная протеинурия. В плазме крови снижалась концентрация натрия и кальция, наблюдалась гиперкалиемия.
Подкожные инъекции гипокальциемического гормона кальцитонина приводили к увеличению объема спонтанного диуреза, при этом нарастала скорость клубочковой фильтрации и уменьшалась канальцевая реабсорбция воды. Экскреция натрия и кальция повышалась. Фильтрационный заряд натрия и калия возрастал, кальция – находился в пределах фоновых значений. Канальцевая реабсорбция кальция была достоверно ниже. Осмолярность мочи уменьшалась, экскреция белка не отличалась от таковой интактных крыс. В плазме крови происходило снижение содержания натрия и кальция.
2. Влияние экспериментальной гипокальциемии на нефротоксичность сульфата кадмия. Интрагастральное введение ксенобиотика на фоне паратиреоидэктомии вызывало увеличение объема 6-часового спонтанного диуреза относительно фоновых крыс при неизмененной скорости клубочковой фильтрации. Полиурия имела отрицательную корреляцию с относительной канальцевой реабсорбцией воды (r = -0,998), которая оказалась сниженной (табл.1). Натриурез в сочетанной с паратиреоидэктомией модели был выше фоновых значений за счет падения его канальцевой реабсорбции (r = -0,997). Фильтрационный заряд катиона находился в пределах показателей интактных крыс. Отмечалась тенденция к снижению выведения калия с мочой, однако фильтрационный заряд калия увеличивался. Паратиреоидэктомированные крысы с внутрижелудочным введением сульфата кадмия характеризовались усиленным кальциурезом из-за уменьшения канальцевой реабсорбции катиона (r=-0,989), несмотря на его сниженный фильтрационный заряд. Осмолярность мочи в этой группе снижалась. Вышеописанные изменения функции почек в этой группе животных имели меньшую выраженность по сравнению с показателями контрольных серий с изолированным введением сульфата кадмия интактным и ложнооперированным крысам. Протеинурия, как основной признак кадмиевой нефропатии, в сочетанной с гипопаратиреозом модели была несколько ниже, чем у животных, получавших только металл. В плазме крови отмечалась гипонатри- и гипокальциемия, а также увеличение содержания калия.
Подкожное введение сульфата кадмия животным с гипопаратиреозом вызывало резкое увеличение объема спонтанного диуреза, который превысил как фоновые показатели, так и значения, полученные в контрольных группах крыс с изолированным введением кадмия. Полиурия была обусловлена снижением канальцевой реабсорбцией воды (r=-0,998). Скорость клубочковой фильтрации уменьшалась. Отмечался рост экскреции натрия при сниженном фильтрационном заряде, что было обусловлено уменьшением канальцевой реабсорбции катиона. У паратиреоидэктомированных крыс с подкожными инъекциями кадмия увеличивалось выведение калия с мочой за счет повышения его фильтрационного заряда. Экскреция кальция возрастала, фильтрационный заряд и относительная канальцевая реабсорбция катиона снижались. Описанные изменения имели более выраженный характер по сравнению с контрольными группами, получавшими только инъекции сульфата кадмия. В сочетанной с экспериментальным гипопаратиреозом модели отмечалось нарушение способности почек к осмотическому концентрированию мочи. Имела место более выраженная протеинурия, чем в группах интактных и ложнооперированных крыс, получавших кадмий. В электролитном составе плазмы крови наблюдались гипонатри- и кальциемия, а также повышение уровня калия.
Внутрижелудочное введение сульфата кадмия на фоне кальцитониновой гипокальциемии вызывало выраженную полиурическую реакцию при сниженной скорости клубочковой фильтрации. Увеличение объема спонтанного диуреза объяснялось уменьшением канальцевой реабсорбции воды (r = -0,994). Полученные изменения в данной группе экспериментальных животных оказались достоверно более выраженными относительно таковых у контрольной группы крыс, получавшей только сульфат кадмия. В сочетанной модели отмечалось усиление натри- и кальциуреза, снижение канальцевой реабсорбции катионов, при этом их фильтрационные заряды уменьшались. Экскреция калия с мочой также усиливалась. Фильтрационный заряд электролита был выше фоновых значений (табл. 1). В исследуемой группе отмечалось снижение осмолярности мочи и увеличение экскреции белка в большей степени, чем при изолированной интоксикации кадмием. Отмечалась гиперкалиемия, а содержание натрия и кальция в плазме крови снижалось.
Парентеральное введение кадмия в сочетании с подкожными инъекциями гипокальциемического гормона вызывало выраженную полиурическую реакцию на фоне снижения скорости клубочковой фильтрации. Увеличение объема диуреза было обусловлено резким угнетением канальцевой реабсорбции воды (r=-0,991). Экскреция всех исследуемых электролитов была повышена. Аналогичные изменения, но меньшей выраженности, отмечались и в контрольной серии с изолированным поступлением металла. Имело место снижение канальцевой реабсорбции натрия и кальция на фоне меньших значений фильтрационных зарядов катионов. Фильтрационный заряд калия, наоборот, был значительно выше фоновых значений. Концентрирующая способность почек была резко нарушена, что было обусловлено угнетением канальцевой реабсорбции воды (r=-0,992). Имела место более выраженная по сравнению с контролем протеинурия (табл. 1). Отмечались гипонатри- и гипокальциемия, а также гиперкалиемия.
Таблица 1.
Влияние хронической кадмиевой интоксикации на основные процессы мочеобразования и экскрецию белка с мочой у крыс в условиях экспериментальной гипокальциемии (М±m).
| Условия опыта | Процессы мочеобразования | Экскреция белка, мг/час/100г | ||
| Диурез, мл/час/100г | СКФ, мл/час/100г | RН2О, % | ||
| I | II | III | IV | V |
| Фон | 0,06± 0,002 | 19,49± 0,183 | 99,70± 0,009 | 1,21 ±0,025 |
| Сd в/ж | 0,16 ± 0,006*) | 18,34 ± 0,128*) | 99,10 ± 0,017*) | 1,85± 0,041*) |
| ЛО+Cd в/ж | 0,15 ± 0,009*) | 18,47 ± 0,117*) | 99,13 ± 0,018*) | 1,82± 0,037*) |
| ГПТ+Cd в/ж | 0,15 ± 0,007*) | 19,10 ± 0,144#) | 99,24 ± 0,069*) | 1,59±0,066*) #) |
| КТ+Cd в/ж | 0,23 ± 0,01*) #) | 17,16 ± 0,279*) | 98,84 ± 0,033*) #) | 2,29± 0,054*) |
| Сd п/к | 0,19 ±0,007*) | 16,16 ± 0,337*) | 98,85 ± 0,066*) | 2,13± 0,051*) |
| ЛО+Cd п/к | 0,19 ± 0,006*) | 15,83 ± 0,313*) | 98,95 ± 0,063*) | 2,12± 0,068*) |
| ГПТ+Cd п/к | 0,25 ± 0,009*) &) | 14,40 ± 0,349*) &) | 98,43 ± 0,035*) &) | 2,77± 0,051*) &) |
| КТ+Cd п/к | 0,22 ± 0,009*) &) | 15,08 ± 0,288*) &) | 98,52 ± 0,054*) | 2,63± 0,064*)&) |
Примечание:
( * ) – достоверное (р0,01) изменение по сравнению с фоном;
( # ) – достоверное (р0,01) изменение относительно группы животных с изолированным в/ж введением сульфата кадмия;
( & ) – достоверное (р0,01) изменение относительно группы животных с изолированным п/к введением сульфата кадмия;
Проведенные исследования выявили меньшие функциональные нарушения почек при интрагастральном введении сульфата кадмия на фоне гипопаратиреоза по сравнению с интактными и ложнооперированными животными с аналогичным путем поступления металла. Вероятно, это связано с тем, что кадмий, использующий кальциевые транспортные системы (эпителиальные каналы энтероцитов, транспортные белки, кальциевые АТФ-азы) для проникновения во внутреннюю среду организма, на фоне гипопаратиреоза всасывается в кровь в меньших количествах, т.к. нехватка паратгормона ведет к значительному снижению функции и количества этих систем в желудочно-кишечном тракте. Таким образом, меньшее количество тяжелого металла попадает в клетки и, как результат – уменьшается его токсическое действие на почки. Данное предположение отчасти подтверждается экспериментальными сериями с инъекциями кальцитонина, когда всасывание кадмия из желудочно-кишечного тракта, по-видимому, не ограничивается, а возникающая гипокальциемия способствует большему нефротоксическому эффекту металла. Это легко объясняется способностью кадмия к молекулярной мимикрии и замещению кальция во многих физиологических реакциях. Выраженная гипокальциемия, как результат экспериментального гипопаратиреоза либо избытка кальцитонина, способствует проникновению кадмия в клетки в больших количествах, что усиливает его патологические эффекты и усугубляет проявления нефропатии.
3. Особенности функционального состояния почек при экспериментальной гиперкальциемии. Избыток витамина D3 вызывал увеличение объема спонтанного диуреза на фоне сниженной скорости клубочковой фильтрации. Полиурия была вызвана угнетением канальцевой реабсорбцией воды (r=-0,939). Экскреция натрия повышалась вследствие снижения его канальцевой реабсорбции (r = -0,979). Фильтрационный заряд катиона падал. Отмечался усиленный калиурез, несмотря на снижение фильтрационного заряда катиона. Через 1 месяц введения витамина D3 отмечался выраженный по сравнению с фоном кальциурез. Фильтрационный заряд и канальцевая реабсорбция катиона были выше показателей интактных животных. Осмолярность мочи снижалась, экскреция белка была в пределах нормы. Уровень натрия в плазме крови снижался, калия и кальция – увеличивался.
Модель гиперкальциемии, связанная с внутрижелудочным введением раствора хлорида кальция, не вызывала каких-либо изменений электролито-водовыделительной функции почек животных за исключением почечной обработки кальция, экскреция которого увеличилась за счет роста его фильтрационного заряда. Осмолярность мочи и экскреция белка не отличались от фоновых значений. В плазме крови отмечалось увеличение содержания кальция.
Модель гиперкальциемии, сочетающая введение витамина D3 и хлорида кальция, характеризовалась увеличением объема спонтанного диуреза вследствие уменьшения канальцевой реабсорбции воды (r=-0,946). Натриурез нарастал из-за снижения канальцевой реабсорбции натрия (r=-0,962), фильтрационный заряд электролита имел тенденцию к снижению. Почечная обработка калия достоверно не отличалась от показателей интактной группы. Данная модель гиперкальциемии характеризовалась усиленным кальциурезом, вызванным снижением относительной канальцевой реабсорбции катиона (r=-0,979) и повышением его фильтрационного заряда. Осмолярность мочи в данной экспериментальной группе снижалась, экскреция белка достоверно не менялась относительно значений интактного контроля. Содержание натрия в плазме крови уменьшалось, кальция – увеличивалось, а калия – достоверно не менялось.
4. Влияние экспериментальной гиперкальциемии на нефротоксичность сульфата кадмия. Интрагастральное введение сульфата кадмия крысам на фоне гипервитаминоза D3 сопровождалось ярко выраженным снижением скорости клубочковой фильтрации и канальцевой реабсорбции воды, а также полиурической реакцией. Изолированное интрагастральное поступление металла приводило к аналогичным, но менее выраженным сдвигам всех описанных показателей (табл. 2). Экскреция натрия увеличивалась при сниженном фильтрационном заряде. Натриурез был обусловлен угнетением канальцевой реабсорбции катиона (r=-0,984). В данной сочетанной модели отмечалось усиление выведения калия с мочой вследствие увеличения фильтрационного заряда катиона. Экскреция кальция увеличивалась относительно фоновых крыс и животных с изолированным введением кадмия, что объяснялось более значительным уменьшением канальцевой реабсорбции катиона (r = -0,998). Фильтрационный заряд кальция уменьшался. Осмолярность мочи значительно снижалась, также наблюдалось нарастание протеинурии относительно изолированной кадмиевой интоксикации. Содержание натрия и кальция в плазме крови снижалось, отмечалась гиперкалиемия.
Парентеральное введение металла в условиях гипервитаминоза D3 отличалось меньшим нефропатическим эффектом по сравнению с животными, получавшими только кадмий. Отмечалась полиурия, обусловленная снижением канальцевой реабсорбции воды (r= - 0,998). Скорость клубочковой фильтрации была меньше фоновых значений (табл. 2). Наблюдалось усиление экскреции натрия вследствие снижения его канальцевой реабсорбции (r= - 0,758). Фильтрационный заряд при этом уменьшался. Экскреция калия и его фильтрационный заряд возрастали. Происходило увеличение экскреции кальция, несмотря на снижение его фильтрационного заряда. Кальциурез был результатом угнетения канальцевой реабсорбции катиона (r= - 0,891). Отмечалось снижение осмолярности мочи и протеинурия. Концентрация калия в плазме крови крыс с хронической кадмиевой интоксикацией на фоне экспериментального гипервитаминоза D3 увеличивалась, но в меньшей степени, чем при изолированном введении металла, натрия и кальция – снижалась не столь выражено, как у животных, получавших только инъекции кадмия.
Внутрижелудочное введение кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии, полученной введением хлорида кальция, приводило к увеличению объема спонтанного диуреза, обусловленному снижением канальцевой реабсорбции воды (r=-0,964). Однако эти изменения были выражены гораздо меньше, чем в группе с изолированным введением соли кадмия. Показатели почечной обработки натрия и калия у животных с данной сочетанной моделью достоверно не отличались от фоновых значений. Наблюдался усиленный кальциурез, связанный со снижением относительной канальцевой реабсорбции катиона (r=-0,985), фильтрационный заряд катиона уменьшался. При введении металла на фоне гиперкальциемии показатели осмолярности мочи и экскреции белка не имели достоверных отличий от фона. В данной экспериментальной модели отмечалась гиперкалиемия, натрий и кальций плазмы крови находились на фоновом уровне.
Таблица 2.
Влияние хронической кадмиевой интоксикации на основные процессы мочеобразования и экскрецию белка с мочой у крыс в условиях экспериментальной гиперкальциемии (М±m).
| Условия опыта | Процессы мочеобразования | Экскреция белка, мг/час/100г | ||
| Диурез, мл/час/100г | СКФ, мл/час/100г | RН2О, % | ||
| I | II | III | IV | V |
| Фон | 0,06± 0,002 | 19,49± 0,183 | 99,70± 0,009 | 1,21 ±0,025 |
| Сd. в/ж | 0,16 ± 0,006*) | 18,34 ± 0,328*) | 99,10 ± 0,047*) | 1,85± 0,041*) |
| ГВD + Cd в/ж | 0,25 ±0,007*)#) | 16,3 ± 0,235*)#) | 98,58 ± 0,03*) #) | 2,21± 0,064*)#) |
| СаСl2+ Cd в/ж | 0,09 ± 0,005*) )#) | 19,12 ± 0,291*) #) | 99,48 ± 0,054*) #) | 1,28± 0,035 #) |
| ГВD+СаСl2+ Cd в/ж | 0,11 ± 0,006*) #) | 19,06 ± 0,246*) #) | 99,32 ± 0,061*) #) | 1,31± 0,053 #) |
| Сd п/к | 0,19 ±0,008*) | 15,51 ± 0,735*) | 98,73 ± 0,105*) | 2,13± 0,051*) |
| ГВD+Cd п/к | 0,13 ± 0,008*) &) | 17,35 ± 0,16*) | 99,12 ± 0,054*)&) | 1,77±0,059*)&) |
| СаСl2+Cd п/к | 0,11 ± 0,007*) &) | 17,47 ± 0,27*) &) | 99,26 ± 0,039*) &) | 1,48± 0,029 &) |
| ГВD+СаСl2+ Cd п/к | 0,11 ± 0,005*) &) | 19,01 ± 0,157*) &) | 99,33 ± 0,067*) &) | 1,33± 0,041 &) |
Примечание:
( * ) – достоверное (р0,01) изменение по сравнению с фоном;
( # ) – достоверное (р0,01) изменение относительно группы животных с изолированным в/ж введением сульфата кадмия;
( &) – достоверное (р0,01) изменение относительно группы животных с изолированным п/к введением сульфата кадмия;
Подкожные инъекции сульфата кадмия в сочетании с внутрижелудочным введением хлорида кальция вызывали увеличение объема спонтанного диуреза за счет снижения канальцевой реабсорбции воды (r=-0,988), несмотря на уменьшение скорости клубочковой фильтрации относительно фоновых показателей. В сочетанной модели отмечался натриурез, вызванный снижением канальцевой реабсорбции катиона, его фильтрационный заряд падал. У крыс с изолированным введением кадмия описываемые сдвиги были более выражены. В группе с подкожными инъекциями кадмия на фоне экспериментальной гиперкальциемии достоверных изменений почечной обработки калия не происходило. Экскреция кальция увеличивалась, несмотря на снижение его фильтрационного заряда благодаря уменьшению канальцевой реабсорбции катиона (r = -0,997). Наблюдалось снижение осмолярности мочи и усиление протеинурии. Сравнение с группой, получавшей только металл, выявило меньшую выраженность нарушения работы почек. Падение уровня натрия и кальция в плазме крови и повышение содержания калия, наблюдаемые при изолированном поступлении металла, в сочетанной модели сохранялись, но были не столь выражены.
Внутрижелудочное введение кадмия на фоне модели гиперкальциемии, созданной введением раствора хлорида кальция на фоне гипервитаминоза D3 вызывало выраженную по сравнению с фоном полиурическую реакцию, однако относительно животных с изолированной кадмиевой интоксикацией объем диуреза был достоверно ниже. Диуретический эффект был связан с уменьшением канальцевой реабсорбции воды (r=-0,993). Однако эти сдвиги имели меньшую выраженность относительно таковых при изолированном введении сульфата кадмия. Изменения почечной обработки натрия в данной сочетанной модели характеризовались увеличением экскреции катиона, падением фильтрационного заряда и угнетением его канальцевой реабсорбции. Экскреция и фильтрационный заряд калия у животных сочетанной модели не отличались от таковых интактных животных. Экскреция кальция была достоверно ниже, а фильтрационный заряд и реабсорбция кальция – выше, чем при изолированной кадмиевой интоксикации. Осмолярность мочи была близка к фоновым значениям, показатели экскреции белка не отличались от значений интактных крыс (табл. 2). У животных сочетанной модели гипонатри- и гиперкалиемия, характерные для кадмиевой интоксикации, отсутствовали, а уровень кальция крови превышал фоновые значения.
Подкожные инъекции сульфата кадмия на фоне введения кальцитриола и хлорида кальция характеризовались меньшим объемом 6-часового спонтанного диуреза относительно группы животных с изолированным парентеральным введением кадмия, что, в свою очередь, было обусловлено более сохранной реабсорбирующей функцией канальцев. Парентеральное введение кадмия на фоне данной экспериментальной гиперкальциемии не вызывало достоверных отличий в почечной обработки натрия и калия. Наблюдался усиленный кальциурез, обусловленный снижением относительной канальцевой реабсорбции электролита (r=-0,989). При инъекциях металла на фоне гиперкальциемии способность почек к осмотическому концентрированию мочи была нарушена в меньшей степени, чем при изолированном введении металла. Протеинурия в сочетанной модели практически отсутствовала (табл. 2). Электролитный состав плазмы крови в сочетанной модели характеризовался небольшой гипонатриемией, уровень калия был в пределах нормы, а содержание кальция превышало фоновые значения.
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что интрагастральное введение сульфата кадмия на фоне гипервитаминоза D3 в эксперименте проявляется более явными нарушениями работы почек, чем при изолированном поступлении металла. По нашему мнению, это объясняется усиленным всасыванием кадмия в пищеварительном тракте в условиях избытка витамина D3, приводящего к увеличению количества кальциевых транспортных систем в энтероцитах, используемых кадмием для поступления во внутреннюю среду организма. Во всех остальных случаях введения металла на фоне экспериментальной гиперкальциемии отмечается не столь выраженное нарушение мочеобразовательной функции почек, что, возможно, связано с ограничением поступления кадмия в кровь высоким уровнем кальция, а значит и меньшим проявлением токсических эффектов этого тяжелого металла.
5. Влияние экспериментальной гипо- и гиперкальциемии на содержание кальция и кадмия в трубчатых костях крыс с кадмиевой интоксикацией. На фоне экспериментального гипопаратиреоза снижалось содержание кальция в бедренных костях крыс без достоверных отличий в кумуляции кадмия. Кальцитонин повышал кальцификацию костного матрикса, уровень кадмия при этом оставался на фоновом значении. Все 3 модели гиперкальциемии приводили к увеличению содержания кальция в трубчатых костях крыс, уровень кадмия оставался в пределах нормы.
Состояние гипопаратиреоза при внутрижелудочном введении сульфата кадмия характеризуется меньшим содержанием кадмия в костной ткани, чем при изолированной кадмиевой интоксикации. Во всех остальных случаях гипокальциемия потенцировала кумуляцию тяжелого металла в кости и значительно снижала содержание кальция.
Сочетание внутрижелудочного введения сульфата кадмия и гипервитаминоза D3 сопровождалось большей кумуляцией тяжелого металла в костном матриксе по сравнению с контрольной группой, получавшей только кадмий. В остальных экспериментальных сериях с гиперкальциемией содержание кадмия в бедренных костях было достоверно ниже контрольных значений (рис. 1, 2).
6. Гистологическое исследование почек. Степень выраженности морфологических изменений почечной ткани разных экспериментальных групп соответствовала их функциональным нарушениям.
Результаты проведенных исследований позволили нам обобщить их в следующие патогенетические схемы развития хронической кадмиевой интоксикации в условиях измененного кальциевого гомеостазиса. Из первой схемы (рис. 3) видно, что экспериментальная гипокальциемия в целом усугубляет повреждающие эффекты сульфата кадмия, т.к. картина нефропатии при этом более выражена и содержание ксенобиотика в костях увеличено. Данные изменения характерны для паратиреоидэктомированных крыс с подкожным введением сульфата кадмия и животных, получавших металл на фоне инъекций кальцитонина. При внутрижелудочном введении кадмия в условиях гипопаратиреоза отмечается уменьшение его нефропатического действия, кумуляция ксенобиотика в костной ткани снижается. Вероятно, это связано с угнетением всасывания металла в пищеварительном тракте крыс из-за низкой активности кальциевых транспортных систем энтероцитов после паратиреоидэктомии.
Рис. 3. Влияние экспериментальной гипокальциемии на нефротоксичность сульфата кадмия при внутрижелудочном и подкожном его введении.
Курсив – предполагаемый эффект
Жирный шрифт – установленные в работе эффекты
- влияние гипопаратиреоза при внутрижелудочном введении сульфата кадмия;
- влияние гипопаратиреоза при подкожном введении сульфата кадмия; влияние кальцитонина при внутрижелудочном и подкожном введении сульфата кадмия
Вторая патогенетическая схема (рис. 4) демонстрирует, что в целом экспериментальная гиперкальциемия снижает выраженность почечных проявлений кадмиевой интоксикации и уменьшает накопление металла в костях. И лишь интрагастральное введение металла в условиях гипервитаминоза D3 сопровождается нарастанием функциональных и морфологических проявлений кадмиевой нефропатии, увеличенной кумуляцией кадмия в костной ткани, что, вероятно, обусловлено потенцированным всасыванием его в желудочно-кишечном тракте.
Рис. 4. Влияние экспериментальной гиперкальциемии на нефротоксичность сульфата кадмия при внутрижелудочном и подкожном его введении.
Курсив – предполагаемый эффект;
Жирный шрифт – установленные в работе эффекты.
- влияние гипервитаминоза D3 при внутрижелудочном введении сульфата кадмия;
- влияние гипервитаминоза D3 при подкожном введении сульфата кадмия; влияние хлорида кальция, а также сочетания гипервитаминоза D3 и хлорида кальция при внутрижелудочном и подкожном введении сульфата кадмия.
выводы:
- Экспериментальная гипокальциемия, моделируемая у крыс удалением околощитовидных желез, при внутрижелудочном введении сульфата кадмия уменьшает выраженность функциональных и морфологических признаков нефропатии, снижает накопление кадмия в бедренных костях, относительно крыс с изолированным введением металла. При парентеральном введении сульфата кадмия после паратиреоидэктомии имеет место усиление его повреждающего действия, что проявляется функционально и морфологически более выраженной картиной нефропатии и повышенным накоплением металла в костной ткани.
- Модель гипокальциемии, получаемая подкожным введением кальцитонина, в сочетании как с интрагастральным, так и с парентеральным поступлением сульфата кадмия характеризуется большим повреждающим эффектом металла на почки и большей кумуляцией его в костном матриксе по сравнению с контрольными группами.
- Экспериментальная гиперкальциемия, вызванная гипервитаминозом D3, при интрагастральном поступлении сульфата кадмия усугубляет нефротоксичность металла и повышает его содержание в костях. Подкожное введение сульфата кадмия на фоне избытка витамина D3, проявляется меньшим нарушением функционального состояния и гистологической картины почек, сниженной кумуляцией кадмия в костной ткани относительно животных с изолированным введением металла.
- Интрагастральное введение хлорида кальция оказывает выраженное протекторное действие при развитии почечных проявлений кадмиевой интоксикации, вызванной как внутрижелудочным, так и подкожным введением металла, накопление кадмия в костном матриксе при этом уменьшается.
- Состояние экспериментальной гиперкальциемии, полученное одновременным введением кальцитриола и хлорида кальция, обладает протективным действием в отношении хронической кадмиевой нефропатии с энтеральным поступлением сульфата кадмия, что подтверждается менее выраженными почечными проявлениями кадмиоза и меньшим содержанием тяжелого металла в кости по сравнению с контрольной группой.
- Экспериментальная гиперкальциемия, вызванная избытком витамина D3 и введением на этом фоне хлорида кальция, оказывает самый выраженный профилактический эффект при подкожном поступлении сульфата кадмия с минимальными морфологическими изменениями почечной паренхимы и меньшим накоплением тяжелого металла в костной ткани.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Хадарцева М.П. Влияние внутрижелудочного введения препарата «Аквадетрим» на функцию почек// «Молодые ученые медицине»: Тезисы докладов девятой научной конференции молодых ученых. – Владикавказ, 2010г. – С.160-162.
- Брин В.Б., Хадарцева М.П. Характеристика почечных проявлений кадмиевой интоксикации при экспериментальном гипервитаминозе D // Вестник МАНЭБ. – Санкт-Петербург, 2010. – Т. XV, №4. – С.90 – 93.
- Хадарцева М.П. Влияние внутрижелудочного введения препарата «Аквадетрим» на функцию почек и электролитный состав плазмы крови// I Региональная конференция молодых ученых «Наука-Обществу». – Владикавказ, 2010[эл. ресурс].
- Хадарцева М.П., Брин В.Б. Влияние внутрижелудочного и подкожного введения сульфата кадмия на электролито-водовыделительную функцию почек при экспериментальном гипопаратиреозе // Владикавказский медико-биологический вестник. – Владикавказ, 2011г. - Т. XII, вып.19. - С.55-59.
- Хадарцева М.П. Почечные проявления кадмиевой интоксикации на фоне экспериментальной гипокальциемии//«Молодые ученые медицине»: Тезисы докладов десятой научной конференции молодых ученых. – Владикавказ, 2011г. – С.56-58.
- Хадарцева М.П. Влияние внутрижелудочного и подкожного введения сульфата кадмия на электролито-водовыделительную функцию почек при экспериментальном гипервитаминозе D // Медицинский вестник Северного Кавказа.– Ставрополь, 2011 г. - №3 (23). - С. 64- 67.
- Хадарцева М.П. Профилактическое влияние гиперкальциемии на изменения водо-электролитовыделительной функции почек в условиях экспериментальной кадмиевой интоксикации// II Международная научно-практическая конференция «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки»: Сборник работ. – Владикавказ, 2011. – С. 79-80.
- Хадарцева М.П. Профилактика нефротоксического действия кадмия в эксперименте//Материалы 5-й научно-практической конференции «Новые технологии в рекреации здоровья населения».– Владикавказ, 2011.- С. 125-129.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ:
СКФ – скорость клубочковой фильтрации;
RH2O – канальцевая реабсорбция воды;
Сd в/ж – внутрижелудочное введение сульфата кадмия;
Сd п/к – подкожное введение сульфата кадмия;
ГПТ – гипопаратиреоз;
ЛО – ложная операция;
КТ – кальцитонин;
ГВD – гипервитаминоз D3;
CaCl2 – раствор хлорида кальция.
