medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-5-483-488qdnqjtmedlit-4053Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONОсобенности накопления кадмия в гонадах разнополых лабораторных животныхPeculiarities of cadmium accumulation in the gonads in heterosexual laboratory animalshttps://orcid.org/0000-0002-5455-6472УсмановаЭльза НаилевнаUsmanovaElza N.4usmanova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0039-6757КаримовДенис ОлеговичKarimovDenis O.karimovdo@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0421-4802ДаукаевРустем АскаровичDaukaevRustem A.ufa.lab@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5596-8180ХуснутдиноваНадежда ЮрьевнаKhusnutdinovaNadezhda Yu.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0445-9057АфонькинаСветлана РазифовнаAfonkinaSvetlana R.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2042-8162МусабировДмитрий ЭдуардовичMusabirovDmitry E.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7682-2703ЗеленковскаяЕвгения ЕвгеньевнаZelenkovskayaEvgeniya E.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0037-6791ФазлыеваАнна СергеевнаFazlievaAnna S.noemail@neicon.ruФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияUfa Research Institute of Occupational Health and Human EcologyRussian Federation2024170620241035483488Copyright © Усманова Э.Н., Каримов Д.О., Даукаев Р.А., Хуснутдинова Н.Ю., Афонькина С.Р., Мусабиров Д.Э., Зеленковская Е.Е., Фазлыева А.С., 20242024Усманова Э.Н., Каримов Д.О., Даукаев Р.А., Хуснутдинова Н.Ю., Афонькина С.Р., Мусабиров Д.Э., Зеленковская Е.Е., Фазлыева А.С.Usmanova E.N., Karimov D.O., Daukaev R.A., Khusnutdinova N.Y., Afonkina S.R., Musabirov D.E., Zelenkovskaya E.E., Fazlieva A.S.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/4053Введение

Введение. В настоящем исследовании изучали биоаккумуляцию кадмия в гонадах разнополых крыс и оценили воздействие низких доз кадмия на уровень эссенциальных элементов при субхронической интоксикации пероральным путём. Наши результаты показали, что кадмий накапливается как в женских, так и в мужских репродуктивных органах независимо от дозы воздействия, а также влияет на содержание кальция, цинка и меди в гонадах животных.

Материалы и методы

Материалы и методы. Трём группам разнополых белых беспородных крыс ежедневно в течение трёх месяцев внутрижелудочно вводили раствор хлорида кадмия, содержащего 1 (Cd1), 10 (Cd10) и 100 (Cd100) мкг кадмия на кг массы тела. Воздействие кадмием оценивалось через 1; 4; 12; 30; 60 и 90 дней. Концентрации кадмия, кальция, меди и цинка в гонадах измеряли методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Результаты

Результаты. Через 1 день во всех группах наблюдали резкое увеличение концентрации кадмия. Содержание превысило контроль до 60 раз. Через 4 дня уровень кадмия во всех группах снизился до 0,02 мг/кг и оставался примерно на одном уровне до 30 дней. В семенниках выявлено повышение концентрации кадмия в начале эксперимента, затем наблюдалось плавное снижение, но к концу исследования концентрация кадмия оставалась выше по сравнению с контрольной группой. Содержание меди в яичниках самок не изменялось, в то время как у самцов выявлено увеличение во всех группах в 1,7 раза. Концентрация кальция в яичниках самок опытных групп была выше по сравнению с контрольной группой в 1,4–1,6 раза, в то время как у самцов установлена тенденция снижения содержания данного элемента. Содержание цинка в яичниках самок не менялось независимо от дозы кадмия, в органах у самцов наблюдали небольшое увеличение.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Оценка накопления кадмия в гонадах разнополых животных проведена без изучения репротоксичности и патоморфологии.

Заключение

Заключение. В настоящем исследовании наблюдались заметные изменения в концентрации эссенциальных элементов в гонадах лабораторных животных, что может быть показателем нарушения клеточного гомеостаза. Выявлено, что гонады самок более восприимчивы к кадмию, так как содержание данного элемента было выше, чем в гонадах самцов.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» Роспотребнадзора (протокол № 01–02 от 08.02.2024 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях.

Участие авторов

Участие авторов: Усманова Э.Н. – концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста; Каримов Д.О., Даукаев Р.А. – концепция и дизайн исследования, редактирование; Хуснутдинова Н.Ю. – дизайн исследования, сбор материала; Афонькина С.Р., Мусабиров Д.Э. – сбор материала и обработка данных, сбор данных литературы; Зеленковская Е.Е., Фазлыева А.С. – сбор данных литературы. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование выполнено в рамках отраслевой научно-исследовательской программы Роспотребнадзора на 2021–2025 гг. «Научное обоснование национальной системы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия, управления рисками здоровью и повышения качества жизни населения России», НИР № 6.1.9 «Экспериментальное обоснование высокочувствительных маркёров воздействия токсичных металлов на организм и разработка мер профилактики».

Поступила

Поступила: 14.02.2024 / Поступила после доработки: 13.03.2024 / Принята к печати: 09.04.2024 / Опубликована: 17.06.2024

Introduction

Introduction. The present study examined the bioaccumulation of cadmium in the gonads in heterosexual rats and assessed the effects of low doses of cadmium on the level of essential elements during subchronic intoxication by oral route. Our results showed cadmium to accumulate in both female and male reproductive organs, regardless of exposure dose, and also affects the calcium, zinc, and copper content in the gonads in animals.

Materials and methods

Materials and methods. Three groups of different-sex white outbred rats were intragastrically injected with a cadmium chloride solution containing 1 (Cd1), 10 (Cd10) and 100 (Cd100) µg of cadmium per kg of body weight daily for 3 months. Cadmium exposure was assessed after 1, 4, 12, 30, 60, and 90 days. Concentrations of cadmium, calcium, copper, and zinc in the gonads were measured by atomic absorption spectrometry.

Results

Results. After 1 day, a sharp increase in cadmium concentration was observed in all groups. The content exceeded the control up to 60 times. After 4 days, cadmium levels in all groups decreased to 0.02 mg/kg and remained approximately at the same level until 30 days. An increase in cadmium concentration was detected in the testes at the beginning of the experiment, then a smooth decrease was observed, but by the end of the study the cadmium concentration remained higher than in the control group. The copper content in the ovaries of females did not change, while in males an increase by 1.7 times was detected in all groups. The calcium concentration in the ovaries of females was by 1.4–1.6 times higher than that in controls; in males, on the contrary, a trend towards to a decrease in calcium was established. The zinc content in the ovaries of females did not change regardless of the dose of cadmium; a slight increase was observed in the organs of males.

Limitations

Limitations. The assessment of cadmium accumulation in the gonads of heterosexual animals was carried out without studying reprotoxicity and pathomorphology.

Conclusion

Conclusion. In the present study, marked changes in the concentration of essential elements in the gonads of laboratory animals were observed, which may be an indicator of disruption of cellular homeostasis. The gonads of females were revealed to be more susceptible to cadmium, since the content of this element was higher than in the gonads of males.

Compliance with ethical standards. The study was approved by the local ethics committee of the Ufa Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology of Rospotrebnadzor (protocol No. 01–02 of 02.08.2024), and was conducted in accordance with the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experiments or for Other Scientific Purposes.

Contribution

Contribution: Usmanova E.N. – 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; editing; Khusnutdinova N.Yu. – design of the study; collection of material; Afonkina S.R. – collection and processing of material; collection of literature data; Musabirov D.E. – collection and processing of material; collection of literature data; Zelenkovskaya E.E., Fazlieva A.S. – collection of literature data. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

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

Acknowledgement

Acknowledgement. The study was carried out within the framework of the industry research program of the Federal Service for Supervision in Protection of the Rights of Consumer and Man Wellbeing for 2021–2025. “Scientific substantiation of the national system for ensuring sanitary and epidemiological well-being, managing health risks and improving the quality of life of the population of Russia”, research work No. 6.1.9 “Experimental substantiation of highly sensitive markers of the effects of toxic metals on the body and development of preventive measures.”

Received

Received: February 14, 2024 / Revised: March 13, 2024 / Accepted: April 9, 2024 / Published: June 17, 2024

кадмийкрысыгонады животныхэссенциальные элементыcadmiumratsanimal gonadsessential elementsReferencesZou M., Zhou S., Zhou Y., Jia Z., Guo T., Wang J. Cadmium pollution of soil-rice ecosystems in rice cultivation dominated regions in China: A review. Environ. Pollut. 2021; 280: 116965. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116965Zou M., Zhou S., Zhou Y., Jia Z., Guo T., Wang J. Cadmium pollution of soil-rice ecosystems in rice cultivation dominated regions in China: A review. Environ. Pollut. 2021; 280: 116965. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116965Satarug S. Dietary cadmium intake and its effects on kidneys. Toxics. 2018; 6(1): 15. https://doi.org/10.3390/toxics6010015Satarug S. Dietary cadmium intake and its effects on kidneys. Toxics. 2018; 6(1): 15. https://doi.org/10.3390/toxics6010015Rzymski P., Niedzielski P., Rzymski P., Tomczyk K., Kozak L., Poniedziałek B. Metal accumulation in the human uterus varies by pathology and smoking status. Fertil. Steril. 2016; 105(6): 1511–8.e3. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.02.006Rzymski P., Niedzielski P., Rzymski P., Tomczyk K., Kozak L., Poniedziałek B. Metal accumulation in the human uterus varies by pathology and smoking status. Fertil. Steril. 2016; 105(6): 1511–8.e3. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.02.006Nordberg G.F., Bernard A., Diamond G.L., Duffus J.H., Illing P., Nordberg M., et al. Risk assessment of effects of cadmium on human health (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 2018; 90(4): 755–808. https://doi.org/10.1515/pac-2016-0910Nordberg G.F., Bernard A., Diamond G.L., Duffus J.H., Illing P., Nordberg M., et al. Risk assessment of effects of cadmium on human health (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 2018; 90(4): 755–808. https://doi.org/10.1515/pac-2016-0910Farimani Raad H., Pardakhti A., Kalarestaghi H. Carcinogenic and non-carcinogenic health risk assessment of heavy metals in ground drinking water wells of Bandar Abbas. Pollution. 2021; 7(2): 395–404.Farimani Raad H., Pardakhti A., Kalarestaghi H. Carcinogenic and non-carcinogenic health risk assessment of heavy metals in ground drinking water wells of Bandar Abbas. Pollution. 2021; 7(2): 395–404.Andjelkovic 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/c9mt00178fMonsefi M., Fereydouni B. The effects of cadmium pollution on female rat reproductive system. J. Infertil. Reprod. Biol. 2013; 1(1): 1–6.Monsefi M., Fereydouni B. The effects of cadmium pollution on female rat reproductive system. J. Infertil. Reprod. Biol. 2013; 1(1): 1–6.Satarug 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/toxics8010018Wu X., Guo X., Wang H., Zhou S., Li L., Chen X., et al. A brief exposure to cadmium impairs Leydig cell regeneration in the adult rat testis. Sci. Rep. 2017; 7(1): 6337. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06870-0Wu X., Guo X., Wang H., Zhou S., Li L., Chen X., et al. A brief exposure to cadmium impairs Leydig cell regeneration in the adult rat testis. Sci. Rep. 2017; 7(1): 6337. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06870-0Santana V.P., Salles É.S., Correa D.E., Gonçalves B.F., Campos S.G., Justulin L.A., et al. Long-term effects of perinatal exposure to low doses of cadmium on the prostate of adult male rats. Int. J. Exp. Pathol. 2016; 97(4): 310–6. https://doi.org/10.1111/iep.12193Santana V.P., Salles É.S., Correa D.E., Gonçalves B.F., Campos S.G., Justulin L.A., et al. Long-term effects of perinatal exposure to low doses of cadmium on the prostate of adult male rats. Int. J. Exp. Pathol. 2016; 97(4): 310–6. https://doi.org/10.1111/iep.12193Ali W., Ma Y., Zhu J., Zou H., Liu Z. Mechanisms of cadmium-induced testicular injury: a risk to male fertility. Cells. 2022; 11(22): 3601. https://doi.org/10.3390/cells11223601Ali W., Ma Y., Zhu J., Zou H., Liu Z. Mechanisms of cadmium-induced testicular injury: a risk to male fertility. Cells. 2022; 11(22): 3601. https://doi.org/10.3390/cells11223601Kumar S., Sharma A. Cadmium toxicity: effects on human reproduction and fertility. Rev. Environ. Health. 2019; 34(4): 327–38. https://doi.org/10.1515/reveh-2019-0016Kumar S., Sharma A. Cadmium toxicity: effects on human reproduction and fertility. Rev. Environ. Health. 2019; 34(4): 327–38. https://doi.org/10.1515/reveh-2019-0016de Souza Predes F., Diamante M.A., Dolder H. Testis response to low doses of cadmium in Wistar rats. Int. J. Exp. Pathol. 2010; 91(2): 125–31. https://doi.org/10.1111/j.1365-2613.2009.00692.xde Souza Predes F., Diamante M.A., Dolder H. Testis response to low doses of cadmium in Wistar rats. Int. J. Exp. Pathol. 2010; 91(2): 125–31. https://doi.org/10.1111/j.1365-2613.2009.00692.xXu L.C., Sun H., Wang S.Y., Song L., Chang H.C., Wang X.R. The roles of metallothionein on cadmium-induced testes damages in Sprague-Dawley rats. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2005; 20(1): 83–7. https://doi.org/10.1016/j.etap.2004.10.008Xu L.C., Sun H., Wang S.Y., Song L., Chang H.C., Wang X.R. The roles of metallothionein on cadmium-induced testes damages in Sprague-Dawley rats. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2005; 20(1): 83–7. https://doi.org/10.1016/j.etap.2004.10.008Зиатдинова М.М., Валова Я.В., Мухаммадиева Г.Ф., Фазлыева А.С., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю. Оценка активности генов МТ2А и МТ3 в печени и почках крыс в ответ на введение разных доз хлорида кадмия. Медицина труда и экология человека. 2021; (1): 93–101. https://doi.org/10.24412/2411-3794-2021-10109 https://elibrary.ru/lcamjhZiatdinova M.M., Valova Ya.V., Mukhammadieva G.F., Fazlyeva A.S., Karimov D.O., Khusnutdinova N.Yu. Estimation of the activity of the mt2a and mt3 genes in the liver and kidney of rats in response to the administration of different doses of cadmium chloride. Meditsina truda i ekologiya cheloveka. 2021; (1): 93–101. https://doi.org/10.24412/2411-3794-2021-10109 https://elibrary.ru/lcamjh (in Russian)Cuypers A., Plusquin M., Remans T., Jozefczak M., Keunen E., Gielen H., et al. Cadmium stress: an oxidative challenge. Biometals. 2010; 23(5): 927–40. https://doi.org/10.1007/s10534-010-9329-xCuypers A., Plusquin M., Remans T., Jozefczak M., Keunen E., Gielen H., et al. Cadmium stress: an oxidative challenge. Biometals. 2010; 23(5): 927–40. https://doi.org/10.1007/s10534-010-9329-xHalliwell B., Gutteridge J.M. Role of free radicals and catalytic metal ions in human disease: an overview. Methods Enzymol. 1990; 186: 1–85. https://doi.org/10.1016/0076-6879(90)86093-bHalliwell B., Gutteridge J.M. Role of free radicals and catalytic metal ions in human disease: an overview. Methods Enzymol. 1990; 186: 1–85. https://doi.org/10.1016/0076-6879(90)86093-bUetani M., Kobayashi E., Suwazono Y., Kido T., Nogawa K. Cadmium exposure aggravates mortality more in women than in men. Int. J. Environ. Health Res. 2006; 16(4): 273–9. https://doi.org/10.1080/09603120600734220Uetani M., Kobayashi E., Suwazono Y., Kido T., Nogawa K. Cadmium exposure aggravates mortality more in women than in men. Int. J. Environ. Health Res. 2006; 16(4): 273–9. https://doi.org/10.1080/09603120600734220Nasiadek M., Krawczyk T., Sapota A. Tissue levels of cadmium and trace elements in patients with myoma and uterine cancer. Hum. Exp. Toxicol. 2005; 24(12): 623–30. https://doi.org/10.1191/0960327105ht575oaNasiadek M., Krawczyk T., Sapota A. Tissue levels of cadmium and trace elements in patients with myoma and uterine cancer. Hum. Exp. Toxicol. 2005; 24(12): 623–30. https://doi.org/10.1191/0960327105ht575oaNasiadek M., Danilewicz M., Klimczak M., Stragierowicz J., Kilanowicz A. Subchronic exposure to cadmium causes persistent changes in the reproductive system in female Wistar rats. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019; 2019: 6490820. https://doi.org/10.1155/2019/6490820Nasiadek M., Danilewicz M., Klimczak M., Stragierowicz J., Kilanowicz A. Subchronic exposure to cadmium causes persistent changes in the reproductive system in female Wistar rats. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019; 2019: 6490820. https://doi.org/10.1155/2019/6490820Bhardwaj J.K., Panchal H., Saraf P. Cadmium as a testicular toxicant: a review. J. Appl. Toxicol. 2021; 41(1): 105–17. https://doi.org/10.1002/jat.4055Bhardwaj J.K., Panchal H., Saraf P. Cadmium as a testicular toxicant: a review. J. Appl. Toxicol. 2021; 41(1): 105–17. https://doi.org/10.1002/jat.4055

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