Интегральные показатели кардиотоксичности свинца и кадмия на фоне физической нагрузки

Введение. Современное металлургическое производство характеризуется сочетанным воздействием вредных факторов. Широко распространёнными загрязнителями являются свинец и кадмий. Вредным физическим фактором, сопутствующим труду рабочих, является физическая нагрузка.

Цель работы — экспериментальное изучение влияния свинца или кадмия, а также физической нагрузки на интегральные показатели кардиотоксичности у крыс.

Материалы и методы. Были проведены два эксперимента на крысах продолжительностью 6 нед по изучению интегральных показателей кардиотоксичности свинца или кадмия и их изменения под влиянием физической нагрузки. Растворы солей свинца или кадмия вводились внутрибрюшинно 3 раза в неделю. Физическая нагрузка моделировалась на беговой дорожке (10 мин в день, 5 дней в неделю). В конце эксперимента неинвазивно регистрировали электрокардиограмму и параметры артериального давления.

Результаты. Свинец и кадмий оказывают кардиотоксическое действие, которое заметно по изменению электрокардиографических показателей. Выраженных гемодинамических изменений в проведённых нами исследованиях обнаружено не было. Физическая нагрузка несколько ослабляет кардиотоксические эффекты свинца по показателям электрокардиограммы, в то время как проявления кадмиевой интоксикации она усиливает.

Ограничения исследования. В экспериментах использованы беспородные либо линейные крысы, что может оказывать влияние при сопоставлении экспериментальных данных. Электрофизиологические процессы в работе сердца различаются у мелких грызунов и крупных млекопитающих, поэтому стоит с осторожностью экстраполировать данные, полученные в эксперименте на грызунах, на человека.

Заключение. Выявленная неоднозначность влияния физической нагрузки на кардиотоксические эффекты тяжёлых металлов требует дальнейшего изучения данной проблемы.

Соблюдение этических стандартов. Исследования были одобрены Локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 8 от 08.11.2018 г., протокол № 4 от 30.09.2022 г.).

Участие авторов:
Клинова С.В. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста;
Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования;
Шабардина Л.В. — 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 финансовой поддержки.

Поступила: 03.10.2023 / Принята к печати: 15.11.2023 / Опубликована: 08.12.2023

1. Yang A.M., Lo K., Zheng T.Z., Yang J.L., Bai Y.N., Feng Y.Q., et al. Environmental heavy metals and cardiovascular diseases: Status and future direction. Chronic Dis. Transl. Med. 2020; 6(4): 251–9. https://doi.org/10.1016/j.cdtm.2020.02.005

2. Charkiewicz A.E., Backstrand J.R. Lead toxicity and pollution in Poland. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(12): 4385. https://doi.org/10.3390/ijerph17124385

3. Chen Z., Huo X., Chen G., Luo X., Xu X. Lead (Pb) exposure and heart failure risk. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2021; 28(23): 28833–47. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13725-9

4. ВОЗ. Отравление свинцом; 2023. Доступно: https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/lead-poisoning-and-health

5. Bressler J.P., Goldstein G.W. Mechanisms of lead neurotoxicity. Biochem. Pharmacol. 1991; 41(4): 479–84. https://doi.org/10.1016/0006-2952(91)90617-e

6. Chai S.S., Webb R.C. Effects of lead on vascular reactivity. Environ. Health Perspect. 1988; 78: 85–89. https://doi.org/10.1289/ehp.887885

7. 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

8. Davuljigari C.B., Gottipolu R.R. Late-life cardiac injury in rats following early life exposure to lead: reversal effect of nutrient metal mixture. Cardiovasc. Toxicol. 2020; 20(3): 249–60. https://doi.org/10.1007/s12012-019-09549-2

9. Elgharabawy R.M., Alhowail A.H., Emara A.M., Aldubayan M.A., Ahmed A.S. The impact of chicory (Cichoriumintybus L.) on hemodynamic functions and oxidative stress in cardiac toxicity induced by lead oxide nanoparticles in male rats. Biomed. Pharmacother. 2021; 137: 111324. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.111324

10. Carmignani M., Volpe A.R., Boscolo P., Qiao N., Di Gioacchino M., Grilli A., et al. Catcholamine and nitric oxide systems as targets of chronic lead exposure in inducing selective functional impairment. Life Sci. 2000; 68(4): 401–15. https://doi.org/10.1016/s0024-3205(00)00954-1

11. Possomato-Vieira J.S., Gonçalves-Rizzi V.H., do Nascimento R.A., Wandekin R.R., Caldeira-Dias M., Chimini J.S., et al. Clinical and experimental evidences of hydrogen sulfide involvement in lead-induced hypertension. Biomed Res. Int. 2018; 2018: 4627391. https://doi.org/10.1155/2018/4627391

12. Simões M.R., Preti S.C., Azevedo B.F., Fiorim J., Freire D.D. Jr, Covre E.P., et al. Low-level chronic lead exposure impairs neural control of blood pressure and heart rate in rats. Cardiovasc. Toxicol. 2017; 17(2): 190–9. https://doi.org/10.1007/s12012-016-9374-y

13. Simões M.R., Azevedo B.F., Alonso M.J., Salaices M., Vassallo D.V. Chronic low-level lead exposure increases mesenteric vascular reactivity: role of cyclooxygenase-2-derived prostanoids. Front. Physiol. 2021; 11: 590308. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.590308

14. Navas-Acien A., Guallar E., Silbergeld E.K., Rothenberg S.J. Lead exposure and cardiovascular disease. A systematic review. Environ. Health Perspect. 2007; 115(3): 472–82. https://doi.org/10.1289/ehp.9785

15. Shvachiy L., Geraldes V., Amaro-Leal Â., Rocha I. Persistent effects on cardiorespiratory and nervous systems induced by long-term lead exposure: results from a longitudinal study. Neurotox. Res. 2020; 37(4): 857–70. https://doi.org/10.1007/s12640-020-00162-8

16. Machoń-Grecka A., Dobrakowski M., Kasperczyk A., Birkner E., Kasperczyk S. Angiogenesis and lead (Pb): is there a connection? Drug Chem. Toxicol. 2022; 45(2): 589–93. https://doi.org/10.1080/01480545.2020.1734607

17. Elinder C.G., Kjellström T., Hogstedt C., Andersson K., Spång G. Cancer mortality of cadmium workers. Br. J. Ind. Med. 1985; 42(10): 651–5. https://doi.org/10.1136/oem.42.10.651

18. Ernst P., Thériault G. Known occupational carcinogens and their significance. Can. Med. Assoc. J. 1984; 130(7): 863–7.

19. IARC. Review of Human Carcinogens (Package of 6 Volumes: A, B, C, D, E, F). IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans; 2012. Available at: https://publications.iarc.fr/124

20. WHO. Children and digital dumpsites: E-waste exposure and child health; 2021. Available at: https://www.who.int/publications/i/item/9789240023901

21. Genchi G., Sinicropi M.S., Lauria G., Carocci A., Catalano A. The effects of cadmium toxicity. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(11): 3782. https://doi.org/10.3390/ijerph17113782

22. Ozturk I.M., Buyukakilli B., Balli E., Cimen B., Gunes S., Erdogan S. Determination of acute and chronic effects of cadmium on the cardiovascular system of rats. Toxicol. Mech. Methods. 2009; 19(4): 308–17. https://doi.org/10.1080/15376510802662751

23. Turdi S., Sun W., Tan Y., Yang X.., Cai L.., Ren J. Inhibition of DNA methylation attenuates low-dose cadmium-induced cardiac contractile and intracellular Ca(2+) anomalies. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2013; 40(10): 706–12. https://doi.org/10.1111/1440-1681.12158

24. Diaz D., Ujueta F., Mansur G., Lamas G.A., Navas-Acien A., Arenas I.A. Low-level cadmium exposure and atherosclerosis. Curr. Environ. Health Rep. 2021; 8(1): 42–53. https://doi.org/10.1007/s40572-021-00304-w

25. Li X., Zheng Y., Zhang G., Wang R., Jiang J., Zhao H. Cadmium induced cardiac toxicology in developing Japanese quail (Coturnix japonica): Histopathological damages, oxidative stress and myocardial muscle fiber formation disorder. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2021; 250: 109168. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2021.109168

26. Кацнельсон Б.А. О некоторых механизмах комбинированного действия, играющих роль в этиопатогенезе силикоза. В кн.: Комбинированное действие химических и физических факторов производственной среды. Свердловск; 1972: 10–9.

27. Speich M., Pineau A., Ballereau F. Minerals, trace elements and related biological variables in athletes and during physical activity. Clin. Chim. Acta. 2001; 312(1–2): 1–11. https://doi.org/10.1016/s0009-8981(01)00598-8

28. Rodríguez Tuya I., Pinilla Gil E., Maynar Mariño M., García-Moncó Carra R.M., Sánchez Misiego A. Evaluation of the influence of physical activity on the plasma concentrations of several trace metals. Eur. J. Appl. Physiol. 1996; 73(3–4): 299–303. https://doi.org/10.1007/BF02425490

29. 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

30. 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

31. Chojnacka K., Zielińska A., Górecka H., Dobrzański Z., Górecki H. Reference values for hair minerals of Polish students. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2010; 29(3): 314–9. https://doi.org/10.1016/j.etap.2010.03.010

32. Скальный А.А. Физическая активность и обмен микроэлементов. Микроэлементы в медицине. 2020; 21(2): 3–12. https://doi.org/10.19112/2413-6174-2020-21-2-3-12 https://elibrary.ru/pcbtxw

33. Tian X., Xue B., Wang B., Lei R., Shan X., Niu J., et al. Physical activity reduces the role of blood cadmium on depression: A cross-sectional analysis with NHANES data. Environ. Pollut. 2022; 304: 119211. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119211

34. Юшков Б.Г., Корнева Е.А., Черешнев В.А. Понятие нормы в физиологии и патологии. Физиологические константы лабораторных животных. Екатеринбург; 2021. https://elibrary.ru/xhqgvo

35. Xing N., Ji L., Song J., Ma J., Li S., Ren Z., et al. Cadmium stress assessment based on the electrocardiogram characteristics of zebra fish (Danio rerio): QRS complex could play an important role. Aquat. Toxicol. 2017; 191: 236–44. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2017.08.015

36. Резник Е.В., Селиванов А.И., Луценко А.Р., Гаранина Л.К., Голухов Г.Н. Современные подходы к ведению больных с гиперкалиемией. Архивъ внутренней медицины. 2022; 12(1): 5–21. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2022-12-1-5-21 https://elibrary.ru/qbumzc

37. Obaid A.A., Almasmoum H., Almaimani R.A., El-Boshy M., Aslam A., Idris S., et al. Vitamin D and calcium co-therapy mitigates pre-established cadmium nephropathy by regulating renal calcium homeostatic molecules and improving anti-oxidative and anti-inflammatory activities in rat. J. Trace Elem. Med. Biol. 2023; 79: 127221. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2023.127221

38. Решетняк О.А. Корреляционные связи между содержанием кадмия, калия и кальция в организме и показателями сердечно-сосудистой системы спортсменов. Педагогика, психология и медико-биологические проблемы физического воспитания и спорта. 2013; (10): 68–73. https://elibrary.ru/rbddkp

39. Гатагонова T.M. Биоэлектрическая активность миокарда и насосная функция сердца у рабочих, занятых в производстве свинца. Гигиена и санитария. 1995; (3): 16–9. https://elibrary.ru/yhebbt

40. Бурда И.Ю., Лысенко Н.В., Яблучанский Н.И. Значение продолжительности комплекса qrs ЭКГ в клиническом течении и исходах сердечно-сосудистых заболеваний. Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. Серия: Медицина. 2009; (17): 73–81. https://elibrary.ru/sfvxmf

41. Regencia Z.J., Dalmacion G.V., Baja E.S. Effect of heavy metals on ventricular repolarization and depolarization in the Metropolitan Manila Development Authority (MMDA) traffic enforcers’ health study. Arch. Environ. Occup. Health. 2022; 77(2): 87–95. https://doi.org/10.1080/19338244.2020.1853017

42. Peralta A.A., Schwartz J., Gold D.R., Coull B., Koutrakis P. Associations between PM2.5 metal components and QT interval length in the Normative Aging Study. Environ. Res. 2021; 195: 110827. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.110827

43. Sroczyński J., Biskupek K., Piotrowski J., Rudzki H. Effect of occupational exposure to lead, zinc and cadmium on various indicators of the circulatory system of metallurgical workers. Med. Pr. 1990; 41(3): 152–8. (in Polish)

44. Protsenko Y.L., Klinova S.V., Gerzen O.P., Privalova L.I., Minigalieva I.A., Balakin A.A., et al. Changes in rat myocardium contractility under subchronic intoxication with lead and cadmium salts administered alone or in combination. Toxicol. Rep. 2020; 7: 433–42. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2020.03.001

45. Гудратов Н.О. Линейные мыши: достоинства и недостатки. Биомедицина (Баку). 2004; (4): 40–2.