medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2021-100-11-1303-1309medlit-1852Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONНакопление кадмия в органах экспериментальных животных и его влияние на содержание эссенциальных элементов при хронической интоксикацииAccumulation of cadmium in organs of experimental animals and its effect on the content of essential elements in the chronic intoxicationhttps://orcid.org/0000-0002-0037-6791ФазлыеваАнна СергеевнаFazlievaAnna S.

Мл. науч. сотр. химико-аналитического отдела ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа.

e-mail: nytik-21@yandex.ru

MD, junior researcher of Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation.

e-mail: nytik-21@yandex.ru

nytik-21@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0039-6757КаримовД. О.KarimovDenis O.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0421-4802ДаукаевР. А.DaukaevRustem A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2818-1558КуриловМ. В.KurilovMihail V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1848-7959ЗиатдиноваМ. М.ZiatdinovaMunira M.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6605-9994ВаловаЯ. В.ValovaYana V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0445-9057АфонькинаС. Р.AfonkinaSvetlana R.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7682-2703ЗеленковскаяЕ. Е.ZelenkovskayaEvgeniya E.noemail@neicon.ruФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»РоссияUfa Research Institute of Occupational Health and Human EcologyRussian Federation2021061220211001113031309Copyright © Фазлыева А.С., Каримов Д.О., Даукаев Р.А., Курилов М.В., Зиатдинова М.М., Валова Я.В., Афонькина С.Р., Зеленковская Е.Е., 20212021Фазлыева А.С., Каримов Д.О., Даукаев Р.А., Курилов М.В., Зиатдинова М.М., Валова Я.В., Афонькина С.Р., Зеленковская Е.Е.Fazlieva A.S., Karimov D.O., Daukaev R.A., Kurilov M.V., Ziatdinova M.M., Valova Y.V., Afonkina S.R., Zelenkovskaya E.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/1852Введение

Введение. В данной статье представлены результаты изучения воздействия хлорида кадмия и его накопление в печени, почках, крови экспериментальных животных. Проведена оценка влияния кадмия на количество основных биоэлементов (цинк, медь, кальций) в органах.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментальные группы белых беспородных крыс ежедневно в течение 3 мес подвергались воздействию раствора хлорида кадмия, содержащего 1; 10 и 100 мкг кадмия. Воздействие кадмием оценивалось через 1; 4; 12; 30; 60 и 90 дней. Концентрации кадмия, кальция, меди и цинка измеряли методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Результаты

Результаты. Концентрация кадмия в цельной крови статистически не различалась с контрольной группой. Накопление кадмия в крови наблюдали только через 3 мес воздействия дозой 100 мкг. Накопление кадмия в печени происходило через 1 и 2 мес интоксикации в зависимости от дозы. В почках повышение уровня кадмия произошло во всех экспериментальных группах через 1 мес затравки. Содержание металла зависело от уровня воздействия, но различий между печенью и почками не наблюдали. Концентрация цинка и кальция уменьшалась в почках и печени.

Заключение

Заключение. Изменение содержания кальция и цинка, сопровождающееся повышенными уровнями кадмия в печени и почках, позволяет предположить, что кадмий может препятствовать биологическим процессам, в которых участвуют данные элементы.

Заключение биоэтической комиссии: биоэтическая комиссия ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» (протокол заседания БЭК от 10.06.2021 г. № 4-06) установила, что все виды исследований, используемые в экспериментальной работе с животными, проведены в строгом соответствии с законодательством Российской Федерации, положениями «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей», требованиями и рекомендациями «Руководства по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских технологиях». Сотрудники лаборатории пользовались гуманными и рациональными методами содержания, обращения с животными и их использования в научных целях и для проведения испытаний (исследований).

Участие авторов

Участие авторов:Фазлыева А.С. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста;Каримов Д.О., Даукаев Р.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование;Курилов М.В., Зиатдинова М.М., Валова Я.В. — сбор материала и обработка данных;Афонькина С.Р., Зеленковская Е.Е. — сбор данных литературы.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 11.06.2021 / Принята к печати: 28.09.2021 / Опубликована: 30.11.2021

Introduction

Introduction. This article presents the results of studying the effects of cadmium chloride and its accumulation in experimental animals’ liver, kidneys, and blood. The impact of cadmium consumption on basic bioelements (zinc, copper, calcium) in organs was assessed.

Materials and methods

Materials and methods. Experimental groups of white outbred rats were exposed daily for three months to a cadmium chloride solution containing 1, 10 and 100 μg of cadmium. Cadmium exposure was assessed at 1, 4, 12, 30, 60 and 90 days. The concentrations of cadmium, calcium, copper and zinc were measured by atomic absorption spectrometry.

Results

Results. Whole blood cadmium concentration was not statistically different from the control group. The accumulation of cadmium in the blood was observed only after three months of exposure to a dose of 100 μg. The accumulation of cadmium in the liver occurred after one and two months of intoxication, depending on the dose. In the kidneys, an increase in cadmium occurred in all experimental groups after one month of injection. The metal content depended on the level of exposure, but no difference was observed between the liver and kidney. The concentration of zinc and calcium decreased in the kidneys and liver.

Conclusion

Conclusion. Changes in calcium and zinc, accompanied by elevated levels of cadmium in the liver and kidneys, suggest that cadmium may interfere with the biological processes in which these elements are involved.

Contribution

Contribution:Fazlieva A.S. — the concept and design of the study. collection and processing of material. statistical processing. writing a text; Karimov D.O., Daukaev R.A. — the concept and design of the study, еditing;Kurilov M.V., Ziatdinova M.M., Valova Y.V. — collection and processing of the material;Afonkina S.R., Zelenkovskaya E.E. — collection of literature data.All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

The conclusion of the bioethical commission: the bioethical commission of the Ufa Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology (minutes of the BEC meeting dated June 10, 2021, No. 4-06) established that all types of research used in experimental work with animals were carried out in strict accordance with the legislation of the Russian Federation. Federation, the provisions of the “European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientific Purposes”, requirements and recommendations of “Guidelines for laboratory animals and alternative models in biomedical technology.” Laboratory staff used humane and rational methods of keeping, handling animals and their use for scientific purposes and testing (research).

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: June 06, 2021 / Accepted: September 28, 2021 / Published: November 30, 2021

кадмийкрысыпеченьпочкибиоэлементыcadmiumratsliverkidneysbioelementsReferencesGall J.E., Boyd R.S., Rajakaruna N. Transfer of heavy metals through terrestrial food webs: a review. Environ. Monit. Assess. 2015; 187(4): 1-21. https://doi.org/10.1007/s10661-015-4436-3Gall J.E., Boyd R.S., Rajakaruna N. Transfer of heavy metals through terrestrial food webs: a review. Environ. Monit. Assess. 2015; 187(4): 1–21. https://doi.org/10.1007/s10661-015-4436-3Mann R.M., Vijver M.G., Peijnenburg W. Metals and metalloids in terrestrial systems: Bioaccumulation, biomagnification and subsequent adverse effects. In: Ecological Impacts of Toxic Chemicals. Bentham Science Publishers; 2011: 43-62.Mann R.M., Vijver M.G., Peijnenburg W. Metals and metalloids in terrestrial systems: Bioaccumulation, biomagnification and subsequent adverse effects. In: Ecological Impacts of Toxic Chemicals. Bentham Science Publishers; 2011: 43–62.Efremova M., Izosimova A. Contamination of agricultural soils with heavy metals. Sustainable agriculture. 2012: 250-2.Efremova M., Izosimova A. Contamination of agricultural soils with heavy metals. Sustainable agriculture. 2012: 250–2.Jiao W., Chen W., Chang A.C., Page A.L. Environmental risks of trace elements associated with long-term phosphate fertilizers applications: a review. Environ. Pollution. 2012; 168: 44-53. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2012.03.052Jiao W., Chen W., Chang A.C., Page A.L. Environmental risks of trace elements associated with long-term phosphate fertilizers applications: a review. Environ. Pollution. 2012; 168: 44–53. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2012.03.052Suwazono Y., Kido T., Nakagawa H., Nishijo M., Honda R., Kobayashi E., et al. Biological half-life of cadmium in the urine of inhabitants after cessation of cadmium exposure. Biomarkers. 2009; 14(2): 77-81. https://doi.org/10.1080/13547500902730698Suwazono Y., Kido T., Nakagawa H., Nishijo M., Honda R., Kobayashi E., et al. Biological half-life of cadmium in the urine of inhabitants after cessation of cadmium exposure. Biomarkers. 2009; 14(2): 77–81. https://doi.org/10.1080/13547500902730698Ciobanu C., Slencu B.G., Cuciureanu R. Estimation of dietary intake of cadmium and lead through food consumption. Rev. Med. Chir. Soc. Med. Nat. Iasi. 2012; 116(2): 617-23.Ciobanu C., Slencu B.G., Cuciureanu R. Estimation of dietary intake of cadmium and lead through food consumption. Rev. Med. Chir. Soc. Med. Nat. Iasi. 2012; 116(2): 617–23.Zhang H., Reynolds M. Cadmium exposure in living organisms: A short review. Sci. Total Environ. 2019; 678: 761-7. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.395Zhang H., Reynolds M. Cadmium exposure in living organisms: A short review. Sci. Total Environ. 2019; 678: 761–7. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.395Andjelkovic M., Buha Djordjevic A., Antonijevic E., Antonijevic B., Stanic M., Kotur-Stevuljevic J., et al. Toxic effect of acute cadmium and lead exposure in rat blood, liver and kidney. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019; 16(2): 274. https://doi.org/10.3390/ijerph16020274Andjelkovic M., Buha Djordjevic A., Antonijevic E., Antonijevic B., Stanic M., Kotur-Stevuljevic J., et al. Toxic effect of acute cadmium and lead exposure in rat blood, liver and kidney. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019; 16(2): 274. https://doi.org/10.3390/ijerph16020274Egger A.E., Grabmann G., Gollmann-Tepeköylü C., Pechriggl E.J., Artner C., Türkcan A., et al. Chemical imaging and assessment of cadmium distribution in the human body. Metallomics. 2019; 11(12): 2010-9. https://doi.org/10.1039/c9mt00178fEgger A.E., Grabmann G., Gollmann-Tepeköylü C., Pechriggl E.J., Artner C., Türkcan A., et al. Chemical imaging and assessment of cadmium distribution in the human body. Metallomics. 2019; 11(12): 2010–9. https://doi.org/10.1039/c9mt00178fХадарцева М.П., Брин В.Б. Кадмиевая нефропатия в условиях измененного обмена кальция. Саарбрюккен: LAP LAMBERT; 2012Khadartseva M.P., Brin V.B. Cadmium Nephropathy in Conditions of Altered Calcium Metabolism [Kadmievaya nefropatiya v usloviyakh izmenennogo obmena kal’tsiya]. Saarbryukken: LAP LAMBERT; 2012. (in Russian)Zhang T., Gao X., Luo X., Li L., Ma M., Zhu Y., et al. The effects of long-term exposure to low doses of cadmium on the health of the next generation of mice. Chem. Biol. Interact. 2019; 312: 108792. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2019.108792Zhang T., Gao X., Luo X., Li L., Ma M., Zhu Y., et al. The effects of long-term exposure to low doses of cadmium on the health of the next generation of mice. Chem. Biol. Interact. 2019; 312: 108792. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2019.108792Satarug S., Gobe G.C., Ujjin P., Vesey D.A. A comparison of the nephrotoxicity of low doses of cadmium and lead. Toxics. 2020; 8(1): 18. https://doi.org/10.3390/toxics8010018Satarug S., Gobe G.C., Ujjin P., Vesey D.A. A comparison of the nephrotoxicity of low doses of cadmium and lead. Toxics. 2020; 8(1): 18. https://doi.org/10.3390/toxics8010018ATSDR’s Substance Priority List. Available at: https://wwwn.cdc.gov/TSP/ToxProfiles/ToxProfiles.aspx?id=48&tid=15ATSDR’s Substance Priority List. Available at: https://wwwn.cdc.gov/TSP/ToxProfiles/ToxProfiles.aspx?id=48&tid=15Thijssen S., Maringwa J., Faes C., Lambrichts I., Kerkhove E.V. Chronic exposure of mice to environmentally relevant, low doses of cadmium leads to early renal damage, not predicted by blood or urine cadmium levels. Toxicology. 2007; 229(1-2): 145-56. https://doi.org/10.1016/j.tox.2006.10.011Thijssen S., Maringwa J., Faes C., Lambrichts I., Kerkhove E.V. Chronic exposure of mice to environmentally relevant, low doses of cadmium leads to early renal damage, not predicted by blood or urine cadmium levels. Toxicology. 2007; 229(1–2): 145–56. https://doi.org/10.1016/j.tox.2006.10.011Lind Y., Engman J., Jorhem L., Glynn A.W. Cadmium accumulation in liver and kidney of mice exposed to the same weekly cadmium dose continuously or once a week. Food Chem. Toxicol. 1997; 35(9): 891-5. https://doi.org/10.1016/S0278-6915(97)00068-9Lind Y., Engman J., Jorhem L., Glynn A.W. Cadmium accumulation in liver and kidney of mice exposed to the same weekly cadmium dose continuously or once a week. Food Chem. Toxicol. 1997; 35(9): 891–5. https://doi.org/10.1016/S0278-6915(97)00068-9Evcimen M., Aslan R., Gulay M.S. Protective effects of polydatin and grape seed extract in rats exposed to cadmium. Drug. Chem. Toxicol. 2020; 43(3): 225-33. https://doi.org/10.1080/01480545.2018.1480629Evcimen M., Aslan R., Gulay M.S. Protective effects of polydatin and grape seed extract in rats exposed to cadmium. Drug. Chem. Toxicol. 2020; 43(3): 225–33. https://doi.org/10.1080/01480545.2018.1480629Jurczuk M., Brzóska M., Moniuszko-Jakoniuk J., Gałażyn-Sidorczuk M., Kulikowska-Karpińska E. Antioxidant enzymes activity and lipid peroxidation in liver and kidney of rats exposed to cadmium and ethanol. Food Chem. Toxicol. 2004; 42(3): 429-38. https://doi.org/10.1016/j.fct.2003.10.005Jurczuk M., Brzóska M., Moniuszko-Jakoniuk J., Gałażyn-Sidorczuk M., Kulikowska-Karpińska E. Antioxidant enzymes activity and lipid peroxidation in liver and kidney of rats exposed to cadmium and ethanol. Food Chem. Toxicol. 2004; 42(3): 429–38. https://doi.org/10.1016/j.fct.2003.10.005Winiarska-Mieczan A., Kwiecień M. The effect of exposure to cd and pb in the form of a drinking water or feed on the accumulation and distribution of these metals in the organs of growing wistar rats. Biol. Trace Elem. Res. 2016; 169(2): 230-6. https://doi.org/10.1007/s12011-015-0414-4Winiarska-Mieczan A., Kwiecień M. The effect of exposure to cd and pb in the form of a drinking water or feed on the accumulation and distribution of these metals in the organs of growing wistar rats. Biol. Trace Elem. Res. 2016; 169(2): 230–6. https://doi.org/10.1007/s12011-015-0414-4Ахполова В.О., Брин В.Б. Современные представления о кинетике и патогенезе токсического воздействия тяжелых металлов (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2020; 27(1): 55-61. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2020-16578Akhpolova V.O., Brin V.B. Actual concepts of heavy metals’ kinetics and pathogenesis of toxicity. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2020; 27(1): 55–61. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2020-16578 (in Russian)Richter P., Faroon O., Pappas R.S. Cadmium and cadmium/zinc ratios and tobacco-related morbidities. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2017; 14(10): 1154. https://doi.org/10.3390/ijerph14101154Richter P., Faroon O., Pappas R.S. Cadmium and cadmium/zinc ratios and tobacco-related morbidities. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2017; 14(10): 1154. https://doi.org/10.3390/ijerph14101154Бузоева М.Р., Брин В.Б. Влияние мелаксена на функциональное состояние почек в условиях кадмиевой интоксикации на фоне гиперкальциемии. Вестник новых медицинских технологий. 2019; 26(3): 64-7. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2019-16433Buzoeva M.R., Brin V.B. Melaxen influence on the functional state of the kidneys under conditions of cadmium intoxication on the background of hypercalcemia. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2019; 26(3): 64–7. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2019-16433 (in Russian)Brzóska M.M., Moniuszko-Jakoniuk J., Jurczuk M., Gałazyn-Sidorczuk M., Rogalska J. Effect of short-term ethanol administration on cadmium retention and bioelement metabolism in rats continuously exposed to cadmium. Alcohol. 2000; 35(5): 439-45. https://doi.org/10.1093/alcalc/35.5.439Brzóska M.M., Moniuszko-Jakoniuk J., Jurczuk M., Gałazyn-Sidorczuk M., Rogalska J. Effect of short-term ethanol administration on cadmium retention and bioelement metabolism in rats continuously exposed to cadmium. Alcohol. 2000; 35(5): 439–45. https://doi.org/10.1093/alcalc/35.5.439Kumar N., Kumari V., Ram C., Bharath Kumar B.S., Verma S. Impact of oral cadmium intoxication on levels of different essential trace elements and oxidative stress measures in mice: a response to dose. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25(6): 5401-11. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0868-3Kumar N., Kumari V., Ram C., Bharath Kumar B.S., Verma S. Impact of oral cadmium intoxication on levels of different essential trace elements and oxidative stress measures in mice: a response to dose. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25(6): 5401–11. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0868-3

The authors declare that there are no conflicts of interest present.