Анализ изменений сердечно-сосудистой системы крыс при действии свинцовой интоксикации и мышечной нагрузки

Введение. Одним из факторов риска возникновения сердечно-сосудистых заболеваний является загрязнение производственной и окружающей среды некоторыми токсичными металлами, среди которых особое значение придаётся свинцу. Экспозиция организма к вредным веществам в производственных условиях часто сочетается с мышечной работой различной степени тяжести, однако влияние этого сочетания на развитие патологических процессов, связанных вредной экспозицией, изучено недостаточно.

Материалы и методы. Субхронический эксперимент продолжительностью 6 нед был проведён на белых беспородных крысах-самцах. Интоксикация моделировалась путём повторных внутрибрюшинных инъекций 3-водного ацетата свинца 3 раза в неделю. Для моделирования мышечной нагрузки выбран бег со скоростью 25 м/мин в течение 10 мин 5 дней в неделю. Выполнены биохимические и электрокардиографические исследования, регистрировались параметры артериального давления. На изолированных многоклеточных препаратах миокарда правого желудочка изучали сократимость в изометрическом и физиологическом режимах сокращения. Методом электрофореза в полиакриламидном геле определяли соотношение тяжёлых цепей миозина. С помощью in vitro motility assay измеряли скорость скольжения реконструированных тонких филаментов по миозину.

Результаты. Физическая нагрузка при свинцовой интоксикации нормализовала уровень кальция и активность ангиотензин-превращающего фермента в сыворотке крови, а также вольтаж изоэлектрической линии и амплитуду зубца Т на электрокардиограмме. Показано увеличение уровня креатининкиназы-МВ при сочетанном действии свинца и физической нагрузки. Влияние физической нагрузки при свинцовой интоксикации на сократимость миокарда неоднозначно: нормализовалась максимальная скорость изотонического укорочения в трабекулах, но в большей степени, чем при свинцовой интоксикации, снизилась максимальная скорость развития силы в изометрическом режиме в папиллярных мышцах. Частично нормализовалась максимальная скорость скольжения реконструированных тонких филаментов по миозину и соотношение тяжёлых цепей миозина.

Заключение. В целом использованная мышечная нагрузка ослабляет проявления кардиотоксического действия свинца.

Участие авторов:

Клинова С.В. — сбор данных литературы, сбор и обработка материала, написание текста;

Минигалиева И.А., Проценко Ю.Л., Никитина Л.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование;

Сутункова М.П., Привалова Л.И. — концепция и дизайн исследования;

Рябова Ю.В. — сбор данных литературы, сбор и обработка материала;

Герцен О.П. — сбор и обработка материала, написание текста;

Набиев С.Р., Балакин А.А., Лукин О.Н., Лисин Р.В., Кузнецов Д.А., Чернышов И.Н. — сбор и обработка материала;

Панов В.Г. — статистическая и математическая обработка;

Кацнельсон Л.Б. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование.

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.

Заключение локального этического комитета ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора: содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с требованиями Хельсинкской декларации и «International guiding principles for biomedical research involving animals», разработанными the Council for International Organizations of Medical Sciences and the International Council for Laboratory Animal Science (2012). Исследования были одобрены Локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 8 от 08.11.2018 г.).

Поступила: 04.10.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 30.12.2021

1. Key scientific findings for lead (KSFfL). United Nations Environment Program; 2010. Avaliable at: https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/22871/Key_Scientific_Findings_Lead_EN.pdf

2. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «ИТС 13-2020 Производство свинца, цинка и кадмия». М.: Бюро НТД; 2020.

3. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2019 году». М.; 2020.

4. Трахтенберг И.М., Лубянова И.П., Апыхтина Е.Л. Роль свинца и железа как техногенных химических загрязнителей в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний. Медицина профилактическая. 2010; 49(7-8): 36-9.

5. Alissa E.M., Ferns G.A. Heavy metal poisoning and cardiovascular disease. J. Toxicol. 2011; 2011: 870125. https://doi.org/10.1155/2011/870125

6. Solenkova N.V., Newman J.D., Berger J.S., Thurston G., Hochman J.S., Lamas G.A. Metal pollutants and cardiovascular disease: mechanisms and consequences of exposure. Am. Heart J. 2014; 168(6): 812-22. https://doi.org/10.1016/j.ahj.2014.07.007

7. Lamas G.A., Navas-Acien A., Mark D.B., Lee K.L. Heavy metals, cardiovascular disease, and the unexpected benefits of chelation therapy. J. Am. Coll. Cardiol. 2016; 67(20): 2411-8. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2016.02.066

8. Yang W.Y., Zhang Z.Y., Thijs L., Cauwenberghs N., Wei F.F., Jacobs L., et al. Left ventricular structure and function in relation to environmental exposure to lead and cadmium. J. Am. Heart Assoc. 2017; 6(2): e004692. https://doi.org/10.1161/JAHA.116.004692

9. Institute for Health Metrics and Evaluation (IHME). GBD Compare. Seattle, WA: IHME, University of Washington; 2017. Avaliable at: https://vizhub.healthdata.org/gbd-compare

10. Llerena F., Maynar M., Barrientos G., Palomo R., Robles M.C., Caballero M.J. Comparison of urine toxic metals concentrations in athletes and in sedentary subjects living in the same area of Extremadura (Spain). Eur. J. Appl. Physiol. 2012; 112(8): 3027-31. https://doi.org/10.1007/s00421-011-2276-6

11. Maynar-Mariño M., Llerena F., Bartolomé I., Crespo C., Muñoz D., Robles M.C., et al. Effect of long-term aerobic, anaerobic and aerobic-anaerobic physical training in seric toxic minerals concentrations. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 45: 136-41. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2017.10.007

12. Roshan V.D., Assali M., Moghaddam A.H., Hosseinzadeh M., Myers J. Exercise training and antioxidants: effects on rat heart tissue exposed to lead acetate. Int. J. Toxicol. 2011; 30(2): 190-6. https://doi.org/10.1177/1091581810392809

13. Shahandeh M., Roshan V.D., Hosseinzadeh S., Mahjoub S., Sarkisian V. Chronic exercise training versus acute endurance exercise in reducing neurotoxicity in rats exposed to lead acetate. Neural Regen. Res. 2013; 8(8): 714-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-5374.2013.08.006

14. Nikitina L.V., Kopylova G.V., Shchepkin D.V., Katsnelson L.B. Study of the interaction between rabbit cardiac contractile and regulatory proteins. An in vitro motility assay. Biochemistry (Mosc.). 2008; 73(2): 178-84. https://doi.org/10.1134/S0006297908020090

15. Gordon A.M., Homsher E., Regnier M. Regulation of contraction in striated muscle. Physiol. Rev. 2000; 80(2): 853-924. https://doi.org/10.1152/physrev.2000.80.2.853

16. Shaffer J.F., Wong P., Bezold K.L., Harris S.P. Functional differences between the N-terminal domains of mouse and human myosin binding protein-C. J. Biomed. Biotechnol. 2010; 2010: 789798. https://doi.org/10.1155/2010/789798

17. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259): 680-5. https://doi.org/10.1038/227680a0

18. Mashanov G.I., Molloy J.E. Automatic detection of single fluorophores in live cells. Biophys. J. 2007; 92(6): 2199-211. https://doi.org/10.1529/biophysj.106.081117

19. Protsenko Y.L., Katsnelson B.A., Klinova S.V., Lookin O.N., Balakin A.A., Nikitina L.V., et al. Effects of subchronic lead intoxication of rats on the myocardium contractility. Food Chem. Toxicol. 2018; 120: 378-89. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.07.034

20. Katsnelson B.A., Klinova S.V., Gerzen O.P., Balakin A.A., Lookin O.N., Lisin R.V., et al. Force-velocity characteristics of isolated myocardium preparations from rats exposed to subchronic intoxication with lead and cadmium acting separately or in combination. Food Chem. Toxicol. 2020; 144: 111641. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111641

21. Mast F., Elzinga G. Heat released during relaxation equals force length area in isometric contractions of rabbit papillary muscle. Circ. Res. 1990; 67(4): 893-901. https://doi.org/10.1161/01.res.67.4.893

22. Myers R.H., Montgomery D.C., Anderson-Cook Ch.M. Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. (Wiley Series in Probability and Statistics). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc.; 2016.

23. Rius R.A., Govoni S., Trabucchi M. Regional modification of brain calcium antagonist binding after in vivo chronic lead exposure. Toxicology. 1986; 40(2): 191-7. https://doi.org/10.1016/0300-483X(86)90078-8

24. Lombardi G., Ziemann E., Banfi G., Corbetta S. Physical activity-dependent regulation of parathyroid hormone and calcium-phosphorous metabolism. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(15): 5388. https://doi.org/10.3390/ijms21155388

25. Ferrara N. Role of vascular endothelial growth factor in the regulation of angiogenesis. Kidney Int. 1999: 56(3): 794-814. https://doi.org/10.1046/j.1523-1755.1999.00610.x

26. Silveira E.A., Siman F.D., de Oliveira Faria T., Vescovi M.V., Furieri L.B., Lizardo J.H., et al. Low-dose chronic lead exposure increases systolic arterial pressure and vascular reactivity of rat aortas. Free Radic. Biol. Med. 2014; 67: 366-76. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2013.11.021

27. Carmignani M., Boscolo P., Poma A., Volpe A.R. Kininergic system and arterial hypertension following chronic exposure to inorganic lead. Immunopharmacol. 1999; 44(1-2): 105-10. https://doi.org/10.1016/S0162-3109(99)00115-0

28. Sugiura S., Kobayakawa N., Fujita H., Yamashita H., Momomura S., Chaen S., et al. Comparison of unitary displacements and forces between 2 cardiac myosin isoforms by the optical trap technique. Molecular basis for cardiac adaptation. Circ. Res. 1998; 82(10): 1029-34. https://doi.org/10.1161/01.RES.82.10.1029

29. Morgan J.P., Chesebro J.H., Pluth J.R., Puga F.J., Schaff H.V. Intracellular calcium transients in human working myocardium as detected with aequorin. J. Am. Coll. Cardiol. 1984: 3(2 Pt. 1): 410-8. https://doi.org/10.1016/S0735-1097(84)80028-5

30. Klinova S.V., Minigalieva I.A., Privalova L.I., Valamina I.E., Makeyev O.H., Shuman E.A., et al. Further verification of some postulates of the combined toxicity theory: New animal experimental data on separate and joint adverse effects of lead and cadmium. Food Chem. Toxicol. 2020; 136: 110971. https://doi.org/10.1016/j.fct.2019.110971