Особенности накопления кадмия в гонадах разнополых лабораторных животных

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

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

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

1. Zou 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.2021.116965

2. Satarug S. Dietary cadmium intake and its effects on kidneys. Toxics. 2018; 6(1): 15. https://doi.org/10.3390/toxics6010015

3. Rzymski 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.2016.02.006

4. Nordberg 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-2016-0910

5. 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.

6. 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

7. 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

8. Monsefi M., Fereydouni B. The effects of cadmium pollution on female rat reproductive system. J. Infertil. Reprod. Biol. 2013; 1(1): 1–6.

9. 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

10. Wu 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/s41598-017-06870-0

11. Santana 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.12193

12. Ali 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/cells11223601

13. Kumar 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-2019-0016

14. de 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.x

15. Xu 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.2004.10.008

16. Зиатдинова 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/lcamjh

17. 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-x

18. Halliwell 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-b

19. Uetani 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/10.1080/09603120600734220

20. Nasiadek 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/10.1191/0960327105ht575oa

21. Nasiadek 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/10.1155/2019/6490820

22. Bhardwaj 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