Введение к работе
Актуальность исследования. Изменение состояния окружающей среды в промышленно развитых странах побуждает проводить интенсивное изучение воздействия экологических факторов на биологические объекты. Во многих странах приоритетной группой экотоксикантов считаются тяжелые металлы и, в частности, кадмий. Загрязненность окружающей среды тяжелыми металлами отмечается в ряде регионов России, в том числе в Поволжье.
По информации комитета охраны окружающей среды и природопользования Саратовской области, в Саратове на протяжении последних лет сохраняется превышение предельно допустимых концентраций по кадмию в грунтовых водах, почве и снеговом покрове, обусловленное наличием в селитебной зоне города стационарных промышленных источников загрязнения (О состоянии…, 2002, 2006).
Особенность кадмия состоит в том, что он очень медленно выводится из организма, и длительное поступление даже небольших доз этого элемента в условиях экологического неблагополучия может привести к развитию нарушений деятельности сердечно-сосудистой, нервной, иммунной систем, функций почек, печени, развитию онкологических заболеваний, появлению врожденных пороков развития у потомства (Shukla et al., 1988; Jamall et al., 1989; Wang et al., 1994; El-Safty et al., 1996; Koyu et al., 2006). Считается, что главным механизмом токсического действия кадмия является индукция окислительного стресса. В связи с этим весьма перспективной представляется оценка про-антиоксидантного баланса организма в условиях экологического неблагополучия с целью ранней диагностики и патогенетически обоснованного лечения заболеваний. Одной из основных антиоксидантных систем клетки является глутатионовая система, представляющая собой трипептид глутатион и группу ферментов, катализирующих реакции с его участием. В многочисленных работах зарубежных ученых показано влияние кадмия на глутатионовую систему детоксикации (Ulusu et al., 2003; El-Demerdash et al., 2004; Casalino et al., 2004, 2006; Han et al., 2006; Esrefoglu et al., 2007; Sinha et al., 2007). Тем не менее, в литературе отсутствуют сведения об активности этой системы и интенсивности процессов перекисного окисления у потомства при воздействии соединений кадмия в период беременности и лактации.
Актуальность настоящего исследования связана с необходимостью прогнозирования последствий влияния ионов кадмия на организмы матери и ребенка с целью разработки профилактических мероприятий по снижению детской заболеваемости и смертности, особенно в послеродовой период.
Цель исследования: выявление экотоксикологического воздействия кадмия на антиоксидантные процессы у млекопитающих в модельной системе белых крыс и их потомства.
Задачи исследования:
- изучить активность ферментов глутатионовой системы (глутатион-S-трансферазы и глутатионредуктазы) и содержание восстановленного глутатиона в эритроцитах, а также процессы свободнорадикального окисления в тканях самок белых крыс при воздействии нитрата кадмия и рассмотреть их изменения в процессе адаптации;
- оценить ответную реакцию глутатионовой системы эритроцитов у двух- и четырехмесячного потомства самок белых крыс, подвергавшихся влиянию ионов Cd2+ во время беременности;
- исследовать активность глутатионовой системы в эритроцитах, печени, почках, сердце и мозге двух- и четырехмесячного потомства белых крыс при неонатальном воздействии ионов Cd2+;
- рассмотреть динамику процессов свободнорадикального окисления в плазме крови и органах двух- и четырехмесячного потомства после токсического действия ионов Cd2+ в неонатальный период;
- оценить половые различия и органоспецифичность кадмиевого воздействия, определить особенность действия различных доз ионов Cd2+ на активность глутатионовой системы и уровень свободнорадикального окисления в организме экспериментальных животных.
Научная новизна. Показано, что подострое воздействие нитрата кадмия сопровождается краткосрочным увеличением активности ферментов глутатионовой системы и содержания восстановленного глутатиона в эритроцитах. Впервые установлено, что воздействие кадмия на самок крыс во время беременности вызывает изменения активности глутатионовой системы эритроцитов, связанные с полом и возрастом потомства. В группе самок активность повышается к двухмесячному возрасту с последующей нормализацией к четырем месяцам развития. У самцов наблюдается сниженная активность глутатионовой системы к двум месяцам, сменяющаяся повышением к четырехмесячному возрасту. Впервые выявлено дозозависимое снижение интенсивности работы глутатионовой системы, содержания антиоксидантов и усиление перекисного окисления липидов (ПОЛ) в эритроцитах, печени, почках, сердце и мозге у двухмесячного потомства, получавшего Cd2+ с материнским молоком. Установлено, что к четырехмесячному возрасту активность глутатионовой системы возрастает в печени и эритроцитах, в почках и сердце возвращается к контрольному уровню, а в мозге остается сниженной. Отмечено, что процессы свободнорадикального окисления усиливаются при неонатальном воздействии кадмия у двухмесячных животных, к четырехмесячному возрасту наблюдается тенденция к стабилизации во всех изученных органах. В плазме крови к четырехмесячному возрасту пероксидация прогрессирует. Введение токсиканта в пренатальный или неонатальный периоды приводит к более интенсивному изменению изучаемых параметров у потомства в группе самцов по сравнению с самками.
Научно-практическая значимость. Показано, что наиболее подвержены токсическому влиянию низких доз кадмия процессы ПОЛ и активность глутатионовой системы мозга. Установлено, что пренатальный и неонатальный периоды являются столь чувствительными для токсического воздействия, что даже незначительные количества кадмия, проникающие к плоду или в организм потомства с материнским молоком, способны вызывать изменения в функционировании глутатионовой системы и нарушения процессов свободнорадикального окисления, которые регистрируются у подопытных животных даже по достижении половой зрелости. В связи с этим представляется целесообразным рекомендовать пересмотр в сторону уменьшения предельно допустимых концентраций кадмия для снижения риска развития патологических состояний. Изменение активности глутатионовой системы может быть признано маркером не только прямого, но и опосредованного через материнский организм экотоксикологического воздействия кадмия на потомство. Выявленные гендерные различия в реакции на кадмиевую интоксикацию могут в дальнейшем послужить основой для подбора антидотов или ведения антитоксической терапии не только в зависимости от возраста и дозы токсиканта, но и с учетом пола.
Основные результаты работы используются в научно-педагогической деятельности кафедры биохимии и биофизики Саратовского государственного университета. Материалы диссертации включены в руководство к практическим занятиям по экологической токсикологии для студентов биологического факультета СГУ, применяются в работе Центральной научно-исследовательской лаборатории Саратовского государственного медицинского университета.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были доложены и обсуждены на: 6-й международной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2003); 2-м Съезде токсикологов Украины (Киев, 2004); 5-й открытой окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2004); международной научной конференции «Свободные радикалы и антиоксиданты» (Лодзь, Польша, 2004); 9-й международной научной конференции «Науки о жизни 04» (Нова Горица, Словения, 2004); 6-м конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2005); 43-м конгрессе Европейского общества токсикологов и 6-м конгрессе токсикологии в развивающихся странах «Евротокс 2006/6 КТРС» (Кавтат/Дубровник, Хорватия, 2006); 6-й международной научной конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2006); международной научной конференции «Свободные радикалы, антиоксиданты и старение» (Астрахань, 2006); научной конференции «Исследования молодых ученых и студентов в биологии» (Саратов, 2007); международной научной конференции «Структурные преобразования органов и тканей на этапах онтогенеза в норме и при воздействии антропогенных факторов. Экология и здоровье человека» (Астрахань, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, две из которых в изданиях перечня ВАК РФ.
Декларация личного участия автора. Лабораторные эксперименты проведены автором лично по плану, согласованному с научным руководителем. Обработка полученных данных, их интерпретация и оформление осуществлены автором самостоятельно. В совместных публикациях вклад автора составил 50-80%.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, состоит из введения, трёх глав, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 430 источников, в том числе - 341 зарубежный, иллюстрирована 28 рисунками и 11 таблицами.
Похожие диссертации на Экотоксикологическое влияние кадмия на антиоксидантные процессы млекопитающих в модельной системе белых крыс и их потомства
