Preview

Нефрология

Расширенный поиск

Нефропротекторные эффекты ацизола на фоне токсического действия сульфата кадмия

Полный текст:

Аннотация

ЦЕЛЬЮ ИССЛЕДОВАНИЯ было изучение патогенетических механизмов нарушения функции почек при длительном введении сульфата кадмия и профилактических эффектов ацизола, являющегося антигипоксантным и антиоксидант-ным препаратом. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Работа была проведена на 60 крысах-самцах линии Вистар, разделённых на три группы: интактные; контроль с изолированным введением сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг массы тела; опыт с профилактическим введением ацизола на фоне введения соли кадмия в той же дозировке. Исследовались мочеобразовательная функция почек, концентрация натрия и мочевины в слоях тканей почки и активность Na++-АТФазы. РЕЗУЛЬТАТЫ. У животных с введением сульфата кадмия отмечено увеличение шестичасового спонтанного диуреза и экскреции натрия с мочой, за счет снижения реабсорбции воды и катиона, выраженная протеинурия. Эти изменения коррелируют со снижением концентрации натрия и мочевины во всех слоях почек, чему также соответствует снижение активности фермента - Na+/К+-АТФазы в слоях ткани почек. Введение животным ацизола на фоне кадмиевой интоксикации привело к уменьшению выраженности нарушений процессов реабсорбции в канальцах почек, некоторому восстановлению активности Na+/К+-АТФазы, существенному снижению протеинурии. В гистологической картине отличия между группами с изолированным введением соли кадмия и сочетанным введением сульфата кадмия и ацизола заключаются в уменьшении степени выраженности проявлений всех патологических процессов. Увеличено количество канальцев с сохраненным просветом. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Таким образом, очевидным становится положительное действие ацизола, который приводит к снижению выраженности структурно-функциональных изменений в канальцевом аппарате нефронов почек. В основе протективного действия ацизола, видимо, лежит его антигипоксическое действие, ослабляющее гипоксическое повреждение канальцев при действии металлов.

Для цитирования:


Кокаев Р.И., Брин В.Б. Нефропротекторные эффекты ацизола на фоне токсического действия сульфата кадмия. Нефрология. 2016;20(5):90-96.

For citation:


Kokaev R.I., Brin V.B. Nephroprotective effects of acizol on the background of cadmium sulphate intoxication. Nephrology (Saint-Petersburg). 2016;20(5):90-96. (In Russ.)

ВВЕДЕНИЕ

Антропогенное загрязнение  окружающей среды кадмием ведет к кумуляции в организме и стимулирует возникновение ряда патологиче­ских процессов. Патологические эффекты кадмия реализуются благодаря его влиянию на процессы окислительного фосфорилирования [1, 2], конку­рентное замещение цинка в ряде металлоэнзимов, участвующих в процессе клеточного дыхания, и изменение их активности [3], усиление активно­сти перекисного окисления липидов [4-6], а также нарушение обмена жизненно важных электроли­тов [7]. Перечисленные механизмы могут приво­дить к развитию тяжелых острых и хронических процессов, поражению практически всех органов и систем, включая почки [8-11].

В наших предыдущих экспериментах была вы­явлена способность кадмия вызывать уменьшение осмотической стойкости мембран эритроцитов и развитие выраженной анемии с прогрессивным снижением уровня гемоглобина [12], что может быть связано как с гемолизом эритроцитов, так и с влиянием кадмия на обмен меди и железа, не­посредственно участвующих в процессе кровет­ворения. Указанные изменения могут усиливать прооксидантное действие избытка кадмия, равно как и угнетение ферментов антиоксидантной за­щиты, что также отмечалось ранее в наших иссле­дованиях [12].

Препарат ацизол (металлокомплекс соли цинка с 1-винилимидазолом), являясь антигипоксантом, показал эффективность в снижении патологиче­ского влияния кадмия на гематологические прояв­ления и систему перекисного окисления липидов в условиях хронической кадмиевой интоксикации.

Целью данного исследования было изучение патогенетических механизмов нарушения функ­ции почек при длительном введении сульфата кадмия и анализ возможных профилактических эффектов ацизола.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В проведении экспериментов руководствова­лись статьёй 11-й Хельсинской декларации Все­мирной медицинской ассоциации (1964), «Меж­дународными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использо­ванием животных» (1985) и Правилами лабора­торной практики в Российской Федерации (при­каз МЗ РФ от 19.06.2003 г. № 267).

Работа проведена на 60 крысах-самцах линии Вистар массой 200-300 г, разделенных на три группы: 1-я - интактные крысы, 2-я - крысы с введением кадмия (Cd), 3-я - опытные крысы с введением с ацизола (Cd+Ац). Животным двух групп вводили подкожно раствор сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг (в пересчете на металл) каждый день в течение двух месяцев. Животным опытной группы 3 одновременно с кадмием вводили рас­твор ацизола через зонд в желудок ежедневно в дозе 30 мг/кг, также в течение двух месяцев.

Через 1 мес и через 2 мес эксперимента иссле­довали у контрольных, опытных и интактных жи­вотных показатели выделительной функции по­чек при спонтанном шестичасовом диурезе. Для сбора мочи животные помещались в обменные клетки на 6 ч. После этого в условиях спонтанно­го диуреза определялись объём диуреза, скорость клубочковой фильтрации по клиренсу эндоген­ного креатинина, канальцевая реабсорбция воды. Концентрацию белка, креатинина в биологиче­ских жидкостях (моче и плазме крови) определя­ли с помощью спектрофотометра «Apel PD-303» (Япония), концентрацию натрия - методом пла­менной фотометрии («ФПА-2», Россия).

В конце эксперимента животных забивали с использованием тиопенталового наркоза, и в гомогенатах тканей почек послойно определяли концентрацию натрия и мочевины, а также актив­ность Na++ -АТФазы по методу J.C. Scow (1957).

Для гистологических исследований образцы ткани почек фиксировали в 10% нейтральном формалине, после чего подвергали заливке в па­рафин с последующим приготовлением срезов толщиной 7-8 мкм. Срезы окрашивали гематокси­лином и эозином. Изучение срезов проводилось в проходящем свете при помощи микроскопа Микмед-1 под увеличением 80*200*400.

Статистический анализ результатов исследо­вания проводили с использованием программы «GraphPad Prizm 6.1» (США). Данные приведены в форме средней арифметической величины (М) и ошибки средней (±m). Учитывая нормальное рас­пределение исследуемых показателей, применяли параметрические статистические методы. Для по­парного сравнения независимых групп использо­вался t-критерий Стьюдента, для выявления взаи­мосвязей рассчитывали коэффициент корреляции r Пирсона. Нулевую статистическую гипотезу об отсутствии различий и связей отвергали при p<0,05.

 

Рис. 1. Влияние ацизола на показатели водовыделительной функции почек при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

Подкожное введение сульфата кадмия через один месяц интоксикации (рис. 1) приводит к до­стоверному увеличению относительно интактных животных, спонтанного шестичасового диуреза за счет существенного снижения канальцевой ре­абсорбции (p<0,001). Через два месяца экспери­мента при мало меняющейся клубочковой филь­трации (p<0,1) диурез увеличивался (p<0,001) еще в большей степени за счет прогрессивного снижения канальцевой реабсорбции (p<0,001).

В группе животных с одновременным введе­нием ацизола (см. рис. 1) также отмечается уве­личение спонтанного диуреза (p<0,001) уже че­рез один месяц, что, однако, обусловлено значи­тельным увеличением клубочковой фильтрации (p<0,01) и меньшей степенью снижения канальце­вой реабсорбции [p<0,01; достоверное отличие от контроля (Cd) - р<0,001]. В конце второго месяца эксперимента увеличение спонтанного диуреза и снижение канальцевой реабсорбции стали более выраженными (р<0,001), повышение клубочковой фильтрации стало носить менее выраженный ха­рактер (р<0,05).

Уровень экскреции натрия достоверно уве­личился (рис. 2) при изолированном введении соли кадмия только в конце второго месяца экс­перимента (р<0,001), что было обусловлено сни­жением его канальцевой реабсорбции (р<0,001), несмотря на достоверное снижение фильтрацион­ного заряда катиона (р<0,05).

У животных с профилактическим введением ацизола (см. рис. 2) через один месяц эксперимен­та было отмечено увеличение экскреции натрия с мочой (р<0,01), за счет увеличения фильтраци­онного заряда (р<0,01), без снижения показателя относительной канальцевой реабсорбции, что от­личало эти изменения от таковых в группе с введением только кадмия. Через два месяца сочетан­ного введения соли кадмия и ацизола увеличение экскреции натрия относительно фона (р<0,001) было вызвано как увеличением фильтрационно­го заряда этих ионов (р<0,05), так и снижением канальцевой реабсорбции (р<0,05). Однако сни­жение уровня канальцевой реабсорбции ионов относительно фона носит менее выраженный ха­рактер, чем в группе с изолированным введением сульфата кадмия (р<0,05).

С целью изучения механизма нарушения воды и электролитов определяли концентрацию натрия и мочевины в гомогенатах почечной ткани по­слойно. Как представлено в табл. 1, у животных с введением сульфата кадмия концентрация на­трия во всех слоях почек была достоверно ниже таковой относительно интактных (кора: р<0,02; медулла и сосочек: р<0,001). Такое же достовер­ное снижение концентрации мочевины (табл. 2) отмечается в медуллярном и папиллярном слоях почек (медулла и сосочек: p<0,001) у животных с изолированным введением кадмия.

У группы животных с сочетанным введением ацизола и тяжелого металла содержание как на­трия, так и мочевины (см. табл. 1, 2) в слоях почек также достоверно было ниже значений у интактных животных, однако концентрации их в мозго­вом и сосочковом слоях были достоверно выше таковых у контрольных животных (медулла и со­сочек p<0,001).

Изменения функции почек имеют статисти­чески значимые корреляционные взаимосвязи с содержанием осмотически активных веществ в слоях ткани почек, по оси сравнения: интактные - контроль (Cd) - опыт (Cd+Ац). К примеру, снижение канальцевой реабсорбции воды у жи­вотных групп сравнения имеет положительную корреляционную взаимосвязь со снижением кон­центрации, натрия в корковом (r=0,94), мозговом (r=0,92, p<0,01) и сосочковом (r=0,91, p<0,01) сло­ях, а также мочевины в корковом (r=0,90 p<0,01), мозговом (r=0,97 p<0,01) и сосочковом (r=0,98, p<0,01) слоях. Таким образом, можно полагать, что увеличение объема диуреза является резуль­татом снижения канальцевой реабсорбции воды из-за уменьшения действия вазопрессина в условиях недостаточного осмотического градиента слоев почек.

 

Рис. 2. Влияние ацизола на почечную обработку натрия при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг.

 

 

Таблица 1

Влияние ацизола на концентрацию натрия (ммоль/кг сухой массы) в слоях ткани почек при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг М±m)

Слои ткани

Группы животных

почек

Интактные

Cd

Cd+Ац

Кора

25,12±0,16

21,88±0,24 ↕

23,2±0,29 ↕

Медулла

40,23±0,70

31,5±0,54 ↕

35,53±0,33 ↕ Δ

Папилла

94,45±0,60

81,11±0,92 ↕

87,6±0,55 ↕ Δ

Примечание. ↕ - достоверное отличие от фона; Δ - достовер­ное отличие от контроля.

 

Таблица 2

Влияние ацизола на концентрацию мочевины (ммоль/кг влажной массы) в слоях ткани почек при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг М±m)

Слои ткани почек

Группы животных

Интактные

Cd

Cd+Ац

Кора

19,1 ±0,22

18,3±0,21

18,7±0,35

Медулла

53,6±0,84

46,5±0,67 ↕

48,6±0,75 ↕ Δ

Папилла

159,4±1,14

138,1±1,50 ↕

143,2±0,95 ↕ Δ

Примечание. ↕ - достоверное отличие от фона; Δ - достовер­ное отличие от контроля.

 

 

Рис. 3. Влияние ацизола на концентрацию белка в моче при подкожном введении сульфата кадмия в дозе 0,1 мг/кг

 

 

Рис. 4. Кадмиевая нефропатия при подкожном введении соли кадмия в дозе 0,1 мг/кг. Вакуолизация цитоплазмы эпителия канальцев и эндотелия капилляров с тотальным колликвационным некрозом клеток (А); вакуолизированный просвет канальцев (Б); периваскулярные инфильтраты (В). Ув. 400.

 

 

Рис. 5. Профилактическое влияние интрагастрального вве­дения ацизола на кадмиевую нефропатию при подкожном введении соли кадмия в дозе 0,1 мг/кг. Уменьшение призна­ков кариолизиса по сравнению с группой с изолированным введением соли кадмия (А); уменьшено количество клеток с тотальным колликвационным некрозом (Б); большее количе­ство канальцев с сохраненным просветом (В). Ув. 400.

Отмеченные изменения функционального со­стояния почек и изменения осмотического концен­трирования ткани почек не раскрывают в полной мере механизмов, приводящих к вышеописанным проявлениям. Учитывая тропность многих тяже­лых металлов, в частности кадмия, к нарушению дыхательных систем клеток и, следовательно, энергообразования, а также возможность прямо­го токсического воздействия кадмия на многие ферментные системы, нами была исследована ак­тивность фермента Na++-АТФазы в слоях ткани почек. Активность Na++-АТФазы у животных с хронической кадмиевой интоксикацией была снижена относительно таковой у интактных жи­вотных: в корковом слое - на 11,5% относитель­но интактных (с 2,6±0,11 до 2,3±0,15 мкмоль Рн/ мг белка/ч, р<0,05); в мозговом слое - на 27,4% (с 7,18±0,28 до 5,21±0,33 мкмоль Рн/мг белка/ч, р<0,001). На фоне профилактического введения ацизола уменьшение активности фермента было не столь выраженным. Так, уменьшение актив­ности Na++-АТФазы в корковом слое произо­шло на 7,7% относительно интактных (с 2,6±0,11 до 2,4±0,08 мкмоль Рн/мг белка/ч, р<0,1), что на 4,1% меньше, чем у контрольных животных, а в медуллярном - на 11,6% (с 7,18±0,28 до 6,35±0,28 мкмоль Рн/мг белка/ч, р<0,01), что также отража­ет меньшую степень угнетения активности фер­мента на 17,9% относительно контроля с изолиро­ванным введением сульфата кадмия. Изменение активности Na++-АТФазы в слоях ткани почек у животных групп сравнения коррелирует с при­веденными выше соответствующими значениями концентрации натрия как в корковом, так и мозго­вом веществе почек (r=0,99, р<0,01).

Повреждающее действие тяжелого металла подтверждается увеличением концентрации бел­ка в моче (рис. 3) уже через 1 мес изолированного введения соли кадмия (р<0,001), а через два ме­сяца прирост был почти в пять раз (р<0,001). В группе с сочетанным введением соли кадмия и ацизола достоверное увеличение концентрации белка в моче отмечалось только через два месяца эксперимента, выраженность чего была в значи­тельно меньшей степени (р<0,01), чем в контроль­ной группе.

Отмеченные нами как в этом, так и предыду­щих исследованиях, функциональные изменения в деятельности почек находят своё отражение в картине гистологических исследований ткани по­чек. Так, введение животным соли кадмия в дозе 0,1 мг/кг в течение 2 мес привело к значительным изменениям (рис. 4), представленным проявлени­ями дистрофии, некроза, дисциркуляторных про­цессов и воспалительной реакции. Превалируют патогистологические признаки повреждения ка­нальцев.

Структурные отличия между группами с изоли­рованным введением соли кадмия и сочетанным введением сульфата кадмия и ацизола заключа­ются в уменьшении степени выраженности про­явлений всех вышеуказанных патологических процессов (рис. 5). Также уменьшено количество клеток эпителия канальцев, в которых гидропическая дистрофия достигает перехода в тотальный колликвационный некроз. Количество каналь­цев с сохраненным просветом также значительно больше, чем в группе с изолированным введением сульфата кадмия.

ОБСУЖДЕНИЕ

Отмеченные под влиянием сульфата кадмия из­менения выделительной функции почек, проявив­шиеся в увеличении диуреза и экскреции натрия вследствие снижения канальцевой реабсорбции как воды, так и катиона натрия, могут быть обу­словлены рядом факторов. Одним из возможных механизмов, приводящих к нарушению процес­са реабсорбции в нефронах, можно считать пря­мое избирательное действие кадмия на эпителий проксимальных отделов канальцев. Снижение со­держания натрия и мочевины в слоях ткани почек, приводящее к падению осмотического градиента, наличие выраженных корреляционных связей между функциональными показателями деятель­ности почки и концентрацией осмотически ак­тивных молекул в слоях ткани почек, позволяет думать о сниженной эффективности вазопресси- нового механизма концентрирования мочи в связи с токсическим действием кадмия.

Нефропротекторная эффективность ацизола проявилась в основном в уменьшении выражен­ности дисфункции канальцевого аппарата нефронов. Увеличенный диурез у крыс опытной группы с введением кадмия и ацизола был обусловлен в большей степени приростом клубочковой филь­трации, чем снижением канальцевой реабсорб­ции. Такой прирост скорости клубочковой филь­трации может быть объяснен гемодинамическими эффектами ацизола [13]. Еще одним важным благоприятным эффектом ацизола можно считать снижение степени выраженности протеинурии при воздействии кадмия.

Протективное действие ацизола нашло свое отражение в гистологической картине ткани по­чек, где на фоне введения препарата отмечено снижение выраженности дистрофического и некробиотического действия кадмия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, применение ацизола, обладаю­щего антигипоксическими свойствами, снижает выраженность структурно-функциональных из­менений канальцевого аппарата почек.

Об авторах

Р. И. Кокаев
Северо-Осетинская государственная медицинская академия
Россия


В. Б. Брин
Северо-Осетинская государственная медицинская академия
Россия


Список литературы

1. Wang T, Wang Q, Song R et al. Cadmium induced inhibition of autophagy is associated with microtubule disruption and mitochondrial dysfunction in primary rat cerebral cortical neurons. Neurotoxicol Teratol 2016; 53:11-18

2. Yuan XБ Jiang CXБ Xu H et al. Cadmium-induced apoptosis in primary rat cerebral cortical neurons culture is mediated by a calcium signaling pathway. PLoS One 2013; 8(5):e64330

3. Pinter TB, Stillman MJ. Kinetics of zinc and cadmium exchanges between metallothionein and carbonic anhydrase. Biochemistry 2015; 54(40):6284-6293

4. Merra E, Calzaretti G, Bobba A et al. Antioxidant role of hydroxytyrosol on oxidative stress in cadmium-intoxicated rats: different effect in spleen and testes. Drug Chem Toxicol 2014; 37(4):420-426

5. Cosic DD, Bulat ZP, Ninkovic M et al. Effect of subacute cadmium intoxication on iron and lipid peroxidation in mouse liver. Toxicol Lett 2007; 172: S209

6. Nazima B, Manoharan V, Miltonprabu S. Oxidative stress induced by cadmium in the plasma, erythrocytes and lymphocytes of rats: Attenuation by grape seed proanthocyanidins. Hum Exp Toxicol 2016; 35(4): 428-447

7. Брин ВБ, Кокаев РИ, Бабаниязов ХХ, Пронина НВ. Влияние ацизола на нефротоксическое действие соли кадмия у крыс. Кубанск науч мед вестн 2008; (5): 33-37

8. Mori H, Sasaki G, Nishikawa M, Hara M. Effects of subcytotoxic cadmium on morphology of glial fibrillary acidic protein network in astrocytes derived from murine neural stem/progenitor cells. Environ Toxicol Pharmacol 2015; 40(2): 639-644

9. Lee WK, Torchalski B, Thévenod F. Cadmium-induced ceramide formation triggers calpain-dependent apoptosis in cultured kidney proximal tubule cells. Am J Physiol Cell Physiol 2007; 293(3):839-847

10. Zhao H, Liu W, Wang Y et al. Cadmium induces apoptosis in primary rat osteoblasts through caspase and mitogen-activated protein kinase pathways. J Vet Sci 2015; 16(3): 297-306

11. Reyes JL, Molina-Jijon E, Rodrfguez-Mufioz R et al. Tight junction proteins and oxidative stress in heavy metals-induced nephrotoxicity. Biomed Res Int 2013; 2013: 730789

12. Брин ВБ, Кокаев РИ, Бабаниязов ХХ, Пронина НВ. Возможности профилактики токсических эффектов кадмия металлокомплексом соли цинка - ацизолом. Вестн Нов Мед Техн 2008; 15 (4): 213-216

13. Брин ВБ, Бабаниязов ХХ, Кабисов ОТ и др. Влияние ацизола на показатели системной гемодинамики в условиях хронической свинцовой интоксикации. Вестн Нов Мед Техн 2008; 15 (3): 21-22


Для цитирования:


Кокаев Р.И., Брин В.Б. Нефропротекторные эффекты ацизола на фоне токсического действия сульфата кадмия. Нефрология. 2016;20(5):90-96.

For citation:


Kokaev R.I., Brin V.B. Nephroprotective effects of acizol on the background of cadmium sulphate intoxication. Nephrology (Saint-Petersburg). 2016;20(5):90-96. (In Russ.)

Просмотров: 62


ISSN 1561-6274 (Print)
ISSN 2541-9439 (Online)