Экспериментальное исследование изменения токсических эффектов действия кадмия на фоне физической нагрузки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. В современном мире условия труда на промышленных предприятиях зачастую связаны с экспозицией организма к химическим веществам на фоне мышечной работы. С учётом данных о сочетанном действии тяжёлых металлов на фоне мышечной нагрузки можно ожидать усиление токсического эффекта кадмия. Экспериментальное исследование и фактическая оценка сочетанного действия необходимы во избежание недооценки или завышения реальных рисков.

Цель исследования ‒ изучение сочетанного действия на организм субхронической кадмиевой интоксикации на фоне физической нагрузки.

Материалы и методы. В субхроническом эксперименте беспородные крысы-самцы (четыре группы по 14 животных в каждой) подвергались воздействию хлорида кадмия в разовой дозе 0,77 мг/кг м. т., вынужденной физической нагрузке (бег на тредмиле), сочетанному действию упомянутых факторов либо выступали в качестве контрольной группы. По завершении экспериментального исследования оценивались гематологические, биохимические, морфометрические параметры организма животных. Статистическую оценку межгрупповых различий полученных результатов проводили с помощью t-критерия Стьюдента p < 0,05. Для математического моделирования использовался Response Surface Method (RSM) с построением изобол Лёве.

Результаты. Как при изолированном, так и при сочетанном действии кадмия статистически значимые неблагоприятные сдвиги были отмечены по 27,5% оцениваемых показателей ‒ морфометрических, гематологических, биохимических, цитологических и гистоморфометрических.

Основанный на модели поверхности отклика математический анализ показал, что типология сочетанного действия химического и физического факторов варьирует в зависимости от того, по какому конкретному эффекту оно оценивается, а также от дозы и уровня эффекта.

Ограничение исследования. Для эксперимента были использованы лабораторные животные только одного биологического вида и пола. Кадмий (в форме хлорида кадмия) использовали в одной концентрации. Мышечная нагрузка была одной интенсивности.

Заключение. Уточнённые принципы действия кадмия и физической нагрузки как факторов влияния рабочей среды на организм в условиях эксперимента in vivo могут служить основой для научного обоснования критериев оценки риска во избежание недооценки или завышения реальных рисков в производственных условиях.

Соблюдение этических стандартов. Исследование было одобрено Этическим комитетом ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, протокол № 4 от 30.09.2022 г.

Участие авторов:
Минигалиева И.А. – концепция и дизайн исследования, научное редактирование;
Шабардина Л.В. – сбор и обработка материала, написание текста;
Рябова Ю.В. – сбор и обработка материала, концепция и дизайн исследования, подготовка рисунков, написание текста;
Панов В.Г. – статистическая обработка, подготовка рисунков;
Кунгурцева А.К. – сбор и обработка материала, подготовка рисунков;
Сахаутдинова Р.Р. – сбор и обработка материала, подготовка рисунков.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи.

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 20.06.2024 / Принята к печати: 31.07.2024 / Опубликована: 10.09.2024

Об авторах

Ильзира Амировна Минигалиева

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0097-7845

Доктор биол. наук, зав. отд. токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

Россия

Лада Владимировна Шабардина

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: lada.shabardina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8284-0008

Мл. науч. сотр. отд. токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: lada.shabardina@mail.ru

Россия

Юлия Владимировна Рябова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-2677-0479

Канд. мед. наук, зав. лаб. научных основ биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

Россия

Владимир Григорьевич Панов

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека; Институт промышленной экологии Уральского отделения Российской академии наук

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-6718-3217

Канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. отд. токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия; ст. науч. сотр. лаб. математического моделирования в экологии и медицине, ИПЭ УрО РАН, 620990, Екатеринбург, Россия

Россия

Александра Кирилловна Кунгурцева

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-3262-8527

Мл. науч. сотр. отд. токсикологии и биопрофилактики ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

Россия

Рената Рашидовна Сахаутдинова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-2726-9259

Канд. мед. наук, зав. ДЛО НПО Лабораторно-диагностических технологий, ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

Россия

Список литературы

  1. Klinova S.V., Minigalieva I.A., Privalova L.I., Valamina I.E., Makeyev O.H., Shuman E.A., et al. Further verification of some postulates of the combined toxicity theory: New animal experimental data on separate and joint adverse effects of lead and cadmium. Food Chem. Toxicol. 2020; 136: 110971. https://doi.org/10.1016/j.fct.2019.110971
  2. Klinova S.V., Minigalieva I.A., Protsenko Y.L., Sutunkova M.P., Gurvich V.B., Ryabova J.V., et al. Changes in the cardiotoxic effects of lead intoxication in rats induced by muscular exercise. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(8): 4417. https://doi.org/10.3390/ijms23084417
  3. Горская Т.В. Оценка условий труда в металлургии с учетом сочетанного воздействия вредных производственных факторов: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М.; 2007. https://elibrary.ru/nookot
  4. 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. Occup. Physiol. 1996; 73(3-4): 299–303. https://doi.org/10.1007/BF02425490
  5. 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
  6. Maynar M., Llerena F., Grijota F.J., Pérez-Quintero M., Bartolomé I., Alves J., et al. Serum concentration of cobalt, molybdenum and zinc in aerobic, anaerobic and aerobic-anaerobic sportsmen. J. Int. Soc. Sports Nutr. 2018; 15(1): 28. https://doi.org/10.1186/s12970-018-0233-z
  7. Qin F., Yang Y., Wang S.T., Dong Y.N., Xu M.X., Wang Z.W., et al. Exercise and air pollutants exposure: A systematic review and meta-analysis. Life Sci. 2019; 218: 153–64. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2018.12.036
  8. Kim S.R., Choi S., Kim K., Chang J., Kim S.M., Cho Y., et al. Association of the combined effects of air pollution and changes in physical activity with cardiovascular disease in young adults. Eur. Heart J. 2021; 42(25): 2487–97. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehab139
  9. Chaney S., Blomquist W., Muller K., Goldstein G. Biochemical changes in humans upon exposure to sulfuric acid aerosol and exercise. Arch. Environ. Health. 1980; 35(4): 211–6.
  10. Рябова Ю.В., Шабардина Л.В., Кескевич А.А., Минигалиева И.А., Сутункова М.П., Бутакова И.В. и др. Нейротоксические эффекты сочетанного действия хлорида кадмия и физической нагрузки и протекторное действие биопрофилактических средств. Гигиена и санитария. 2024; 103(2): 165–71. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-2-165-171 https://elibrary.ru/uapwut
  11. Varaksin A.N., Panov V.G., Katsnelson B.A., Minigalieva I.A. Using various nonlinear response surfaces for mathematical description of the type of combined toxicity. Dose Response. 2018; 16(4): 1559325818816596. https://doi.org/10.1177/1559325818816596
  12. 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
  13. Sutunkova M.P., Minigalieva I.A., Klinova S.V., Panov V.G., Gurvich V.B., Privalova L.I., et al. Some data on the comparative and combined toxic activity of nanoparticles containing lead and cadmium with special attention to their vasotoxicity. Nanotoxicology. 2021; 15(2): 205–22. https://doi.org/10.1080/17435390.2020.1845410
  14. Усманова Э.Н., Фазлыева А.С., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю., Репина Э.Ф., Даукаев Р.А. Динамика накопления кадмия в печени и почках крыс при острой интоксикации. Медицина труда и экология человека. 2019; (2): 69–73. https://doi.org/10.24411/2411-3794-2019-10024 https://elibrary.ru/efdllb
  15. Matović V., Buha A., Ðukić-Ćosić D., Bulat Z. Insight into the oxidative stress induced by lead and/or cadmium in blood, liver and kidneys. Food Chem. Toxicol. 2015; 78: 130–40. https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.02.011
  16. Kamenova K., Gluhcheva Y., Dorkov P., Ivanova J. Comparative assessment of the effects of meso-2,3-dimercaptosuccinic acid and salinomycin on spleen function of cadmium-exposed mice. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2019; 26(32): 33304–10. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06473-4
  17. Ciarrocca M., Rosati M.V., Tomei F., Pacchiarotti A., Corbosiero P., Di Pastena C., et al. Correlation between cadmium and blood counts in workers exposed to urban stressor. Arch. Environ. Occup. Health. 2015; 70(2): 70–6. https://doi.org/10.1080/19338244.2013.778807
  18. Mukhopadhyay S., Mukhopadhyay S., Addya S., Bhattacharya D.K., Chatterjee G.C. Effects of cadmium treatment in vitro on the antioxidant protection mechanism and activation of human blood platelets. Thromb. Res. 1988; 50(3): 419–27. https://doi.org/10.1016/0049-3848(88)90271-x
  19. Venter C., Oberholzer H.M., Bester J., van Rooy M.J., Bester M.J. Ultrastructural, confocal and viscoelastic characteristics of whole blood and plasma after exposure to cadmium and chromium alone and in combination: An ex vivo study. Cell Physiol. Biochem. 2017; 43(3): 1288–300. https://doi.org/10.1159/000481841
  20. Gena P., Calamita G., Guggino W.B. Cadmium impairs albumin reabsorption by down-regulating megalin and ClC5 channels in renal proximal tubule cells. Environ. Health Perspect. 2010; 118(11): 1551–6. https://doi.org/10.1289/ehp.0901874
  21. Satarug S., Gobe G.C., Vesey D.A., Phelps K.R. Cadmium and lead exposure, nephrotoxicity, and mortality. Toxics. 2020; 8(4): 86. https://doi.org/10.3390/toxics8040086
  22. Bongers C.C.W.G., Alsady M., Nijenhuis T., Tulp A.D.M., Eijsvogels T.M.H., Deen P.M.T., et al. Impact of acute versus prolonged exercise and dehydration on kidney function and injury. Physiol. Rep. 2018; 6(11): e13734. https://doi.org/10.14814/phy2.13734
  23. Aja P.M., Ekpono E.U., Awoke J.N., Famurewa A.C., Izekwe F.I., Okoro E.J., et al. Hesperidin ameliorates hepatic dysfunction and dyslipidemia in male Wistar rats exposed to cadmium chloride. Toxicol. Rep. 2020; 7: 1331–8. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2020.09.014
  24. Ige S.F., Akhigbe R.E. Common onion (Allium cepa) extract reverses cadmium-induced organ toxicity and dyslipidaemia via redox alteration in rats. Pathophysiology. 2013; 20(4): 269–74. https://doi.org/10.1016/j.pathophys.2013.04.002
  25. Olisekodiaka M.J., Igbeneghu C.A., Onuegbu A.J., Oduru R., Lawal A.O. Lipid, lipoproteins, total antioxidant status and organ changes in rats administered high doses of cadmium chloride. Med. Princ. Pract. 2012; 21(2): 156–9. https://doi.org/10.1159/000333385
  26. Prabu S.M., Shagirtha K., Renugadevi J. Amelioration of cadmium-induced oxidative stress, impairment in lipids and plasma lipoproteins by the combined treatment with quercetin and α-tocopherol in rats. J. Food Sci. 2010; 75(7): T132–40. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2010.01757.x
  27. Сахаутдинова Р.Р., Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Бушуева Т.В. Применение цитологического метода исследования мазков у экспериментальных животных для оценки токсического действия металлосодержащих наночастиц. Гигиена и санитария. 2020; 99(1): 120–4. https://doi.org/10.33029/0016-9900-2020-99-1-120-124 https://elibrary.ru/xnxbbx
  28. Блинова Т.В., Страхова Л.А., Колесов С.А. Влияние интенсивных физических нагрузок на биохимические показатели систем антиоксидантной защиты и оксида азота у спортсменов-пловцов. Медицина труда и промышленная экология. 2019; 59(10): 860–5. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2019-59-10-860-865 https://elibrary.ru/nmuznl
  29. da Silva F.O.C., Macedo D.V. Physical exercise, inflammatory process and adaptive condition: an overview. Rev. Bras. Cineantropom. Desempenho Hum. 2011; 13(4): 320–8. https://doi.org/10.5007/1980-0037.2011v13n4p320
  30. Peake J.M., Neubauer O., Walsh N.P., Simpson R.J. Recovery of the immune system after exercise. J. Appl. Physiol. (1985). 2017; 122(5): 1077–87. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00622.2016
  31. Nordberg M., Nordberg G.F. Metallothionein and cadmium toxicology – historical review and commentary. Biomolecules. 2022; 12(3): 360. https://doi.org/10.3390/biom12030360
  32. Anatskaya O.V., Vinogradov A.E. Genome multiplication as adaptation to tissue survival: Evidence from gene expression in mammalian heart and liver. Genomics. 2007; 89(1): 70–80. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2006.08.014

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Минигалиева И.А., Шабардина Л.В., Рябова Ю.В., Панов В.Г., Кунгурцева А.К., Сахаутдинова Р.Р., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.