Накопление кадмия в органах экспериментальных животных и его влияние на содержание эссенциальных элементов при хронической интоксикации

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

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

1. Gall 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/s10661-015-4436-3

2. 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.

3. Efremova M., Izosimova A. Contamination of agricultural soils with heavy metals. Sustainable agriculture. 2012: 250-2.

4. 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.2012.03.052

5. Suwazono 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/10.1080/13547500902730698

6. 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.

7. 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.2019.04.395

8. 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/ijerph16020274

9. Egger 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/c9mt00178f

10. Хадарцева М.П., Брин В.Б. Кадмиевая нефропатия в условиях измененного обмена кальция. Саарбрюккен: LAP LAMBERT; 2012

11. 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.2019.108792

12. 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/toxics8010018

13. ATSDR’s Substance Priority List. Available at: https://wwwn.cdc.gov/TSP/ToxProfiles/ToxProfiles.aspx?id=48&tid=15

14. Thijssen 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.2006.10.011

15. Lind 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)00068-9

16. Evcimen 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/10.1080/01480545.2018.1480629

17. Jurczuk 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.2003.10.005

18. Winiarska-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/s12011-015-0414-4

19. Ахполова 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/10.24411/1609-2163-2020-16578

20. 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/ijerph14101154

21. Бузоева 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/10.24411/1609-2163-2019-16433

22. 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/35.5.439

23. Kumar 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