Нейротоксические эффекты сочетанного действия хлорида кадмия и физической нагрузки и протекторное действие биопрофилактических средств

Введение. Химические соединения, обладающие нейротропным эффектом, широко распространены в промышленности, что делает проблему токсических поражений нервной системы актуальной для медицины труда. Поскольку профессиональная деятельность работников промышленных предприятий зачастую ассоциирована с сочетанным влиянием на организм химических факторов и различных факторов трудового процесса, следует рассматривать их комплексное негативное воздействие на организм.

Цель исследования — изучение влияния сочетанного действия физической нагрузки и хлорида кадмия на некоторые интегральные показатели нейротоксического действия в субхроническом эксперименте на крысах, а также оценка эффективности биопрофилактического комплекса.

Материалы и методы. В течение шести недель белые беспородные крысы-самцы получали внутрибрюшинно хлорид кадмия в разовой дозе 0,77 мг/кг массы тела три раза в неделю на фоне вынужденной физической нагрузки пять раз в неделю (бег) по 10 мин со скоростью 25 м/мин. Половина животных в течение всего периода экспозиции получала специально разработанную добавку к пище с кормом и питьём — биопрофилактический комплекс, состоящий из энтеросорбента пектина, глутамата натрия, комбинации витаминов и микроэлементов.

Результаты. Состояние нервной системы при воздействии кадмия на фоне физической нагрузки характеризовалось формированием депрессивного, тревожного состояния, снижением исследовательской активности наряду с нарушением пространственной памяти. Под воздействием разработанного биопрофилактического комплекса выявлено снижение токсического действия кадмия и тяжёлой физической нагрузки, показано улучшение состояния организма.

Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением показателей поведенческой активности крыс-самцов в экспериментальном исследовании при субхроническом воздействии с использованием только одной дозы кадмия.

Заключение. Кадмий в сочетании с физической нагрузкой при субхроническом воздействии способен вызывать некоторые нейротоксические эффекты. При применении специально разработанного комплекса биопротекторов эти эффекты либо ослабевают, либо нивелируются (в зависимости от показателя). Подобные меры могут применяться для снижения рисков неблагоприятных последствий для здоровья, вызванных изученными факторами.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с этическими нормами обращения с животными (приняты Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для исследовательских и иных научных целей). Протокол исследования одобрен Локальным независимым этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 4 от 30.09.2022 г.).

Участие авторов:
Рябова Ю.В. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Шабардина Л.В. — сбор и обработка данных, написание текста;
Кескевич А.А. — сбор и обработка данных, написание текста;
Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования;
Бутакова И.В. — сбор и обработка данных;
Батенева В.А. — сбор и обработка данных;
Привалова Л.И. v концепция и дизайн исследования, научное редактирование текста.
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: 05.02.2024 / Принята к печати: 09.02.2024 / Опубликована: 15.03.2024

1. 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

2. Wang B., Du Y. Cadmium and its neurotoxic effects. Oxid. Med. Cell. Longev. 2013; 2013: 898034. https://doi.org/10.1155/2013/898034

3. Karoui-Kharrat D., Kaddour H., Hamdi Y., Mokni M., Amri M., Mezghani S. Response of antioxidant enzymes to cadmium-induced cytotoxicity in rat cerebellar granule neurons. Open Life Sci. 2017; 12(1): 113–9. https://doi.org/10.1515/biol-2017-0013

4. Branca J.J.V., Morucci G., Pacini A. Cadmium-induced neurotoxicity: still much ado. Neural Regen. Res. 2018; 13(11): 1879–82. https://doi.org/10.4103/1673-5374.239434

5. Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Гурвич В.Б., Привалова Л.И., Панов В.Г. и др. Сочетанное действие свинца и физической нагрузки на организм крыс в субхроническом эксперименте. Гигиена и санитария. 2021; 100(12): 1404–11. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-12-1404-1411 https://elibrary.ru/sjnnkh

6. Yang L., Wu C., Li Y., Dong Y., Wu C.Y., Lee R.H., et al. Long-term exercise pre-training attenuates Alzheimer’s disease-related pathology in a transgenic rat model of Alzheimer’s disease. Geroscience. 2022; 44(3): 1457–77. https://doi.org/10.1007/s11357-022-00534-2

7. Carmichael M.D., Davis J.M., Murphy E.A., Brown A.S., Carson J.A., Mayer E., et al. Recovery of running performance following muscle-damaging exercise: relationship to brain IL-1beta. Brain Behav. Immun. 2005; 19(5): 445–52. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2005.03.012

8. Meeusen R., Watson P., Hasegawa H., Roelands B., Piacentini M.F. Central fatigue: the serotonin hypothesis and beyond. Sports Med. 2006; 36(10): 881–909. https://doi.org/10.2165/00007256-200636100-00006

9. Хусаинов Д.Р., Коренюк И.И., Шахматова В.И., Туманянц К.Н., Трибрат Н.С., Хорольская К.Д. и др. Особенности когнитивных процессов крыс в условиях умеренной гипомагнитной среды. Биофизика. 2020; 65(5): 1025–33. https://doi.org/10.31857/S000630292005021X https://elibrary.ru/fhuupp

10. Wu C., Yang L., Li Y., Dong Y., Yang B., Tucker L.D., et al. Effects of exercise training on anxious-depressive-like behavior in Alzheimer rat. Med. Sci. Sports Exerc. 2020; 52(7): 1456–69. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000002294

11. Lumley T., Diehr P., Emerson S., Chen L. The importance of the normality assumption in large public health data sets. Annu. Rev. Public Health. 2002; 23: 151–69. https://doi.org/10.1146/annurev.publhealth.23.100901.140546

12. Leret M.L., Millán J.A., Antonio M.T. Perinatal exposure to lead and cadmium affects anxiety-like behaviour. Toxicology. 2003; 186(1–2): 125–30. https://doi.org/10.1016/s0300-483x(02)00728-x

13. Gonçalves J.F., Nicoloso F.T., da Costa P., Farias J.G., Carvalho F.B., da Rosa M.M., et al. Behavior and brain enzymatic changes after long-term intoxication with cadmium salt or contaminated potatoes. Food Chem. Toxicol. 2012; 50(10): 3709–18. https://doi.org/10.1016/j.fct.2012.07.016

14. Lamtai M., Chaibat J., Ouakki S., Berkiks I., Rifi E.H., El Hessni A., et al. Effect of chronic administration of cadmium on anxiety-like, depression-like and memory deficits in male and female rats: possible involvement of oxidative stress mechanism. J. Behav. Brain Sci. 2018; 8(5): 240–68. https://doi.org/10.4236/jbbs.2018.85016

15. Taniguti E.H., Ferreira Y.S., Stupp I.J.V., Fraga-Junior E.B., Mendonça C.B., Rossi F.L., et al. Neuroprotective effect of melatonin against lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior in mice. Physiol. Behav. 2018; 188: 270–5. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2018.02.034

16. Singh P.K., Singh M.K., Yadav R.S., Nath R., Mehrotra A., Rawat A., et al. Omega-3 fatty acid attenuates oxidative stress in cerebral cortex, cerebellum, and hippocampus tissue and improves neurobehavioral activity in chronic lead-induced neurotoxicity. Nutr. Neurosci. 2019; 22(2): 83–97. https://doi.org/10.1080/1028415X.2017.1354542

17. Model C.S., Gomes L.M., Scaini G., Ferreira G.K., Gonçalves C.L., Rezin G.T., et al. Omega-3 fatty acids alter behavioral and oxidative stress parameters in animals subjected to fenproporex administration. Metab. Brain Dis. 2014; 29(1): 185–92. https://doi.org/10.1007/s11011-013-9473-4

18. Hirota K., Matsuoka M. N-acetylcysteine restores the cadmium toxicity of Caenorhabditis elegans. Biometals. 2021; 34(5): 1207–16. https://doi.org/10.1007/s10534-021-00322-z

19. Morgan A.M., Hassanen E.I., Ogaly H.A., Al Dulmani S.A., Al-Zahrani F.A.M., Galal M.K., et al. The ameliorative effect of N-acetylcysteine against penconazole induced neurodegenerative and neuroinflammatory disorders in rats. J. Biochem. Mol. Toxicol. 2021; 35(10): e22884. https://doi.org/10.1002/jbt.22884

20. Ragheb S.R., El Wakeel L.M., Nasr M.S., Sabri N.A. Impact of rutin and vitamin C combination on oxidative stress and glycemic control in patients with type 2 diabetes. Clin. Nutr. ESPEN. 2020; 35: 128–35. https://doi.org/10.1016/j.clnesp.2019.10.015

21. Gonçalves J.F., Fiorenza A.M., Spanevello R.M., Mazzanti C.M., Bochi G.V., Antes F.G., et al. N-acetylcysteine prevents memory deficits, the decrease in acetylcholinesterase activity and oxidative stress in rats exposed to cadmium. Chem. Biol. Interact. 2010; 186(1): 53–60. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2010.04.011

22. Li X., Lv Y., Yu S., Zhao H., Yao L. The effect of cadmium on Aβ levels in APP/PS1 transgenic mice. Exp. Ther. Med. 2012; 4(1): 125–30. https://doi.org/10.3892/etm.2012.562

23. Ambali S.F., Idris S.B., Onukak C., Shittu M., Ayo J.O. Ameliorative effects of vitamin C on short-term sensorimotor and cognitive changes induced by acute chlorpyrifos exposure in Wistar rats. Toxicol. Ind. Health. 2010; 26(9): 547–58. https://doi.org/10.1177/0748233710373086

24. Moosavirad S.A., Rabbani M., Sharifzadeh M., Hosseini-Sharifabad A. Protective effect of vitamin C, vitamin B12 and omega-3 on lead-induced memory impairment in rat. Res. Pharm. Sci. 2016; 11(5): 390–6. https://doi.org/10.4103/1735-5362.192490

25. Dixit S., Bernardo A., Walker J.M., Kennard J.A., Kim G.Y., Kessler E.S., et al. Vitamin C deficiency in the brain impairs cognition, increases amyloid accumulation and deposition, and oxidative stress in APP/PSEN1 and normally aging mice. ACS Chem. Neurosci. 2015; 6(4): 570–81. https://doi.org/10.1021/cn500308h

26. da Costa M., Bernardi J., Costa L., Fiuza T., Brandão R., Ribeiro M.F., et al. N-acetylcysteine treatment attenuates the cognitive impairment and synaptic plasticity loss induced by streptozotocin. Chem. Biol. Interact. 2017; 272: 37–46. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2017.05.008

27. Kitamura Y., Ushio S., Sumiyoshi Y., Wada Y., Miyazaki I., Asanuma M., et al. N-acetylcysteine attenuates the anxiety-like behavior and spatial cognition impairment induced by doxorubicin and cyclophosphamide combination treatment in rats. Pharmacology. 2021; 106(5-6): 286–93. https://doi.org/10.1159/000512117

28. Zysset-Burri D.C., Bellac C.L., Leib S.L., Wittwer M. Vitamin B6 reduces hippocampal apoptosis in experimental pneumococcal meningitis. BMC Infect. Dis. 2013; 13: 393. https://doi.org/10.1186/1471-2334-13-393

29. Lisakovska O., Labudzynskyi D., Khomenko A., Isaev D., Savotchenko A., Kasatkina L., et al. Brain vitamin D3-auto/paracrine system in relation to structural, neurophysiological, and behavioral disturbances associated with glucocorticoid-induced neurotoxicity. Front. Cell. Neurosci. 2023; 17: 1133400. https://doi.org/10.3389/fncel.2023.1133400

30. AlJohri R., AlOkail M., Haq S.H. Neuroprotective role of vitamin D in primary neuronal cortical culture. eNeurologicalSci. 2018; 14: 43–8. https://doi.org/10.1016/j.ensci.2018.12.004

31. Razak M.A., Begum P.S., Viswanath B., Rajagopal S. Multifarious beneficial effect of nonessential amino acid, glycine: a review. Oxid. Med. Cell. Longev. 2017; 2017: 1716701. https://doi.org/10.1155/2017/1716701

32. Torkova A.A., Lisitskaya K.V., Filimonov I.S., Glazunova O.A., Kachalova G.S., Golubev V.N., et al. Physicochemical and functional properties of Cucurbita maxima pumpkin pectin and commercial citrus and apple pectins: A comparative evaluation. PLoS One. 2018; 13(9): e0204261. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204261

33. Méndez-Armenta M., Ríos C. Cadmium neurotoxicity. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2007; 23(3): 350–8. https://doi.org/10.1016/j.etap.2006.11.009