Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРАСНОЙ КРОВИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ МЕДНО-ЦИНКОВОЙ КОЛЧЕДАННОЙ РУДЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Зиякаева К.Р. 1 Габдулхакова И.Р. 1 Зайнетдинова А.Т. 2 Шамратова В.Г. 2 Каюмова А.Ф. 1 Фазлыахметова М.Я. 1
1 ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава РФ
2 Башкирский государственный университет
Исследованы показатели красной крови и осмотическая резистентность эритроцитов (ОРЭ) крыс самцов на фоне длительного воздействия медно-цинковой колчеданной руды. Под воздействием соединений тяжелых металлов, входящих в состав руды, мембрана эритроцитов претерпевала изменения в составе белково-липидных компонентов, что вызывало набухание эритроцитов, снижение их осмотической резистентности и уменьшение срока жизни эритроцитов. Установлено снижение ОРЭ на 10-е сутки эксперимента и сдвиг эритрограммы влево в опытной группе животных по сравнению с интактными животными. К концу эксперимента (120-е сутки) осмотическому гемолизу подвергались все популяции эритроцитов, гемолиз наступал при более высокой концентрации NaCl. К этому сроку уменьшилось количество эритроцитов и концентрация гемоглобина, в то время как увеличился средний объем и ширина распределения эритроцитов, наблюдался анизоцитоз.
осмотическая устойчивость
эритроциты
анемия
анизоцитоз
руда
1. Большой Д.В. Изучение распределения металлов между различными фракциями крови при экспозиции Zn, Cd, Mn и Pb in vitro /Д.В. Большой // Актуальные проблемы транспортной медицины. – 2009. – Т. 18, № 4. – С. 71-75.
2. Влияние ионов тяжелых металлов на мембранную устойчивость эритроцитов в норме и при различной патологии организма / Н.К. Кочарли [и др.] // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11. – С. 299-303.
3. Влияние полиметаллической пыли медно-цинковых колчеданных руд на состояние минерального обмена и костной ткани. / Э.Ф. Аглетдинов [и др.] // Вестник Оренбургского ГУ. – 2011. – № 15 (134). – С. 15-18.
4. Профессиональные риски нарушения здоровья работников, занятых добычей и переработкой полиметаллических руд. / Л.К. Каримов, П.В. Серебряков, Э.Р. Шайхисламова, И.В. Яцына – Уфа: ООО «Принт-2», 2016. – 337 с.
5. Фаршатова Е.Р., Меньшикова И.А., Камилов Ф.К. Влияние металлов, содержащихся в медно-цинковых колчеданных рудах, на метаболизм костной ткани / Е.Р. Фаршатова, И.А. Меньшикова, Ф.К. Камилов // Медицинский вестник Башкортостана. – 2014. – № 4. – С. 57-59.
6. Сабирова И.Р. Лейкопоэз и лейкоциты периферической крови при воздействии полихлорированных бифенилов: дис. … канд. мед. наук. – Тюмень, 2004. – С. 20-28.
7. Grimm F.A. Metabolism and metabolites of polychlorinated biphenyls (PCBs) / F.A. Grimm [et al.] // Crit Rev Toxicol. – 2015. – Vol. 45(3). – P. 245-272.
8. Состояние устойчивости эритроцитов как звено адаптации организма. / А.И. Савлуков [и др.] // Медицинский вестник Башкортостана. – 2011. – Т. 6. – № 4. – С. 13-17.
9. Василевская Н.Л. Методика определения резистентности эритроцитов /Н.Л. Василевская // Бюл. эксперт. биол. мед. – 1955. – Вып. 12. – С. 67-72.
10. Давлетгареева Г.Р. Неферментативное звено антиоксидантной защиты костной ткани при интоксикации компонентами медно-цинковой колчеданной руды / Г.Р. Давлетгареева, Е.Р. Фаршатова, Ф.Х. Камилов // Медицинский вестник Башкортостана. – 2017. – Т. 12, № 1 (67). – С. 51-54.
11. Козак М.В. Возрастные изменения осмотической резистентности /М.В. Козак // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2010. – № 2 (2). – С. 648-652.
12. Влияние гистохрома на осмотическую резистентность эритроцитов в экспериментах in vitro и in vivo / О.С. Талалаева [и др.] // Сибирский медицинский журнал. – 2012. – T. 27. – № 4. – С. 70-74.
13. Отдаленные последствия эритропоэза в эритробластических островках костного мозга крыс после воздействия полихлорированных бифенилов в дозе 1/20 LD50 / А.Ф. Каюмова [и др.] // Вятский медицинский вестник. – 2017. – № 1 (53). – С. 33-38.

В последнее время большое внимание уделяется изучению влияния ионов тяжелых металлов на устойчивость мембраны эритроцитов, так как основной мишенью их токсического воздействия на клетки является именно биологическая мембрана [1]. Ранее было установлено, что ионы тяжелых металлов оказывают влияние на мембранную устойчивость эритроцитов, которая выражается в изменении оптической плотности суспензии эритроцитов в зависимости от концентрации и длительности воздействия тяжелых металлов. Токсическое действие различных соединений тяжелых металлов обусловлено образованием прочных связей тяжелых металлов с белками мембраны, нарушая ее проницаемость для ионов и стабильность белково-липидных комплексов. Подобное действие «белковых ядов», активно фиксирующихся на красных кровяных клетках, приводит к нарушению целостности мембраны эритроцитов [2].

В Республике Башкортостан расположено одно из крупнейших предприятий горнодобывающей промышленности – ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (УГОК), где добываются 70 % цинка и 30 % меди в России [3]. У рабочих, постоянно контактирующих при добыче руды с полиметаллической пылью, изменяется функциональное состояние организма, снижаются его адаптационные возможности, что приводит к повышению риска возникновения профессиональных и общих заболеваний [4]. Например, развиваются системные изменения костной ткани с высокой частотой остеопении и остеопороза. Одним из патогенетических механизмов развития нарушений метаболизма костной ткани может быть избыточное поступление и накопление таких элементов, как медь, цинк, хром, свинец, кадмий и мышьяк [5]. Известно, что многие токсические вещества, такие как полихлорированные бифенилы, диоксинсодержащие вещества индуцируют процессы свободнорадикального окисления, которые протекают в липидном слое мембран клеток, что приводит к уменьшению ненасыщенности ее жирнокислотных компонентов, к уменьшению микровязкости и, следовательно, пластичности мембраны [6,7].

В связи с предполагаемым мембранотоксическим действием медно-цинковой колчеданной руды нами были изучены осмотическая резистентность эритроцитов, которая отражает функциональное состояние эритроцитов при адаптации к различным стрессовым факторам [8]. По осмотической эритрограмме можно судить об интенсивности и характере кроветворения, в частности, эритропоэзе. Исследования были проведены в гематологической лаборатории кафедры нормальной физиологии ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет», город Уфа.

Цель. Изучить динамику показателей красной крови и осмотическую резистентность эритроцитов (ОРЭ) периферической крови при длительном воздействии медно-цинковой колчеданной руды на организм экспериментальных животных в условиях in vivo и в эксперименте in vitro.

Материал и методы. Эксперименты проведены на 90 белых беспородных крысах-самцах с исходной массой 200–300 граммов. Животным опытной группы (n=60) в течение четырех месяцев индивидуально ежедневно перед стандартным кормлением один раз в сутки перорально вводили рудный порошок, из расчета 60 мг руды на 100 г веса животного. Все болезненные манипуляции с крысами, в том числе забор крови, осуществляли под эфирным наркозом в соответствии с Национальным стандартом Российской Федерации «Принципы надлежащей лабораторной практики», утвержденным и введенным в действие Приказом Ростехрегулирования от 02.12.2009 (№ 544-ст ГОСТ Р. 53434-2009). Забор крови осуществляли из хвостовой вены на 10-е, 30-е, 60-е, 90-е и 120-е сутки эксперимента. Действие руды изучали на модели осмотического гемолиза эритроцитов с применением растворов убывающих концентраций хлорида натрия [9]. В опыте in vitro в пробирки с раствором хлорида натрия добавляли 50 мг порошка медно-цинковой колчеданной руды и 20 мкл крови интактных крыс. Степень гемолиза эритроцитов оценивали на спектрофотометре ПЭ-5400ВИ при длине волны 540 нм. Воздействие медно-цинковой колчеданной руды на разные популяции эритроцитов рассчитывали следующим образом: высокоустойчивые молодые клетки с процентом гемолиза 90 % (р90); среднеустойчивые зрелые эритроциты, процент гемолиза составил 50 % (р50) и низкоустойчивые старые клетки, характеризующееся 10 % гемолиза (р10). По результатам осмотического гемолиза строили эритрограммы.

На ветеринарном гематологическом анализаторе Эксиго (Vet Exigo 19, Sweden) в периферической крови определяли следующие показатели: абсолютное количество эритроцитов (RBC (1012/L)), уровень гемоглобина (HGB (g/L)), гематокрит (HCT (%)), средний объем эритроцитов (MCV (fL)), среднее содержание гемоглобина в эритроцитах (MCH (pg)) и среднюю концентрацию гемоглобина в эритроцитах (MCHC (g/L)), ширину распределения эритроцитов в абсолютных единицах (RDWa (fL)) и в процентах (RDW (%)). Статистическую обработку полученных данных проводили в программе StatSoft Statistica 10. Для каждого показателя рассчитывали среднее значение и стандартную ошибку среднего значения. В качестве критерия оценки достоверности различий между опытными и интактными животными использовали непараметрический критерий достоверности Манна – Уитни. Различия считались достоверными при р < 0,05.

Результаты и обсуждения. На рисунке 1 представлены эритрограммы крови крыс контрольной и опытной групп в эксперименте in vivo на 10-е, 30-е, 60-е, 90-е, 120-е сутки.

Рис. 1. Эритрограммы осмотической резистентности эритроцитов под влиянием медно-цинковой колчеданной руды in vivo

Осмотическая резистентность популяции низкоустойчивых эритроцитов (р10) в опытных группах на разных сроках введения руды в целом существенно не отличалась от контрольных величин, однако на 120-е сутки эксперимента гемолиз эритроцитов наступал при более высоких концентрациях хлорида натрия, свидетельствуя о наиболее низкой резистентности старых клеток крови. Судя по сдвигу эритрограмм влево, то есть в область повышенной концентрации NaCl, в опытных группах уже на 10-е сутки эксперимента снижалась осмотическая резистентность популяции среднеустойчивых эритроцитов (р50). Так, в контроле р50 соответствовало 0,3 % NaCl, а в опытной группе – 0,37 % NaCl. На 30-е, 60-е и 90-е сутки эксперимента сдвиг увеличивался и соответствовал 0,41 % NaCl. На 120-е сутки сдвиг усиливался и р50 приходилось на 0,44 % NaCl. Для популяции высокоустойчивых эритроцитов (р 90) наблюдалась аналогичная, но менее выраженная тенденция. В контрольной группе р90 приходилось на 0,14 % NaCl, в опытной группе на 10-е сутки – на 0,16 % NaCl, на 120-е сутки – на 0,2 % NaCl.

В условиях in vitro под влиянием медно-цинковой колчеданной руды эритрограмма сдвигалась влево (рис. 2) для р50 и р90. Популяция низкоустойчивых эритроцитов (р10) в опыте «руда in vitro» и в образце «контроль» отличалась незначительно. В наибольшей степени местное действие руды наблюдалось на популяции молодых клеток (р90). В образце «контроль» р90 приходилось на 0,14 % NaCl, а в образце «руда in vitro» соответственно на 0,2 % NaCl, что соответствовало значению ОРЭ р90 опыта in vivo на 120-е сутки воздействия руды.

Рис. 2. Эритрограммы осмотической резистентности эритроцитов под влиянием медно-цинковой колчеданной руды in vitro

Результаты анализа количественных показателей красной крови представлены в таблице. На 10-е сутки воздействия медно-цинковой колчеданной руды наблюдалось увеличение показателя MCV на фоне снижения показателя HGB и эритроцитарного индекса MCHC. На 30-е сутки введения руды в организм крысы отмечалось снижение всех показателей красной крови, кроме эритроцитарного индекса MCV, который увеличился на 2,31 % по сравнению с контрольной группой. На 60-е сутки эксперимента тенденция к увеличению объема эритроцитов сохранялась. MCV достигал максимального значения на 120-е сутки воздействия медно-цинковой колчеданной руды и отличался от величины MCV контрольной группы на 10,22 %. Параллельно происходило увеличение показателя RDWа на 14 % по сравнению с контрольным значением, свидетельствующее об анизоцитозе. Динамика эритроцитарного индекса МСНС, свидетельствующая о степени насыщенности эритроцитов гемоглобином, имела волнообразный характер, так на 10-е и 60-е сутки снижался, а на 30-е сутки повышался, далее на 120-е сутки отмечалась стабилизация с приближением к значению контрольной группы. Значение показателей RBC, HCT, HGB повторно снижалось на 120-е сутки эксперимента, что свидетельствовало о срыве регуляций, связанных с производством эритроцитов в костном мозге.

Динамика изменения гематологических показателей красной крови крыс при длительном воздействии медно-цинковой колчеданной руды

Показатели

контроль

опыт, 10 дней

опыт, 30 дней

опыт,60 дней

опыт, 90 дней

опыт, 120 дней

RBC, (1012/L)

7,53±0,11

7,23±0,23, р=0,14

6,33±0,26, р=0,0008

6,97±0,45,

р = 0,22

6,61±0,19, р=0,006

6,36± 0,14, р= 0,000019

HCT, (%)

39,05± 0,45

37,65± 1,11, р=0,23

33,64±1,16, р=0,0007

39,3±2,40,

р = 0,97

36,96±0,95, р=0,23

36,38± 0,74, р=0,008

HGB, (g/L)

142,55± 1,53

131±3,74, р=0,006

119,2±4,2, р=0,001

133,8± 9,56,

р = 0,47

133,64±3,53, р=0,15

132±0,28, р=0,000006

MCV, (fL)

51,94±0,5

52,12± 0,37, р=0,2

53,14± 0,67, р=0,07

56,41± 1,26,

р = 0,003

55,94± 0,61, р=0,0003

57,25±0,68, р=0,00008

RDWa, (fL)

36,06±0,7

36,85± 0,38, р=0,01

35,58± 0,35, р=0,38

37,87± 1,01,

р = 0,04

40,11±0,59, р=0,0002

41,15 ± 0,51, р=0,0002

RDW%, (%)

22,06± 0,18

24,55± 0,8, р=0,002

21,56±0,21, р=0,22

21,07±0,14, р = 0,003

22,15±0,13, р=0,5

21,65±0,2, р=0,15

MCHC, (g/L)

365,45± 1,06

348,25±1,7, р=0,0007

355,4± 1,28, р=0,001

348,00± 0,89,

р = 0,0008

361,64±2,17, р=0,08

363,18 ± 0,34, р=0,000006

MCH, (pg)

18,98± 0,17

18,18 ± 0,07, р=0,003

18,8±0,35, р=0,56

19,82±0,43, р = 0,06

20,22± 0,18, р=0,0007

20,77 ± 0,17, р=0,00002

Примечания: р – достоверность отличий показателей опытной группы от контрольной, рассчитанная с помощью теста Манна – Уитни.

Увеличение объема происходило при одновременном снижении устойчивости к гемолитическому воздействию. Очевидно, под действием медно-цинковой колчеданной руды менялась проницаемость клеточных мембран, нарушался внутриклеточный баланс ионов, что приводило к набуханию эритроцитов и снижению их осмотической резистентности.

Заключение и выводы

Нарушения функций мембран под влиянием токсичных веществ во многих случаях являются причиной патологических изменений в клетке и организме в целом. Тяжелые металлы медно-цинковой колчеданной руды фиксируются на мембранах эритроцитов, блокируя тиоловые группы мембранных протеинов, нарушая стабильность их белково-липидных комплексов [10]. Вероятно, что изменения, происходящие в составе липидов мембраны, торможения в них процессов аэробного гликолиза, метаболизма и накопления гемолитически активной перекиси водорода вследствие торможения пероксидазы, приводят к развитию одного из характерных симптомов токсического действия соединений этой группы – к гемолизу [11, 12]. Известно, при энергодефиците может наблюдаться потеря эритроцитами дисковидной формы и приближение их фактического объема к критическому, что также может быть одной из причин снижения резистентности эритроцитов под воздействием длительного введения в организм тяжелых металлов. Начиная с 10-х суток введения медно-цинковой колчеданной руды в организм животного, наблюдался сдвиг эритрограмм влево и снижение осмотической резистентности эритроцитов периферической крови in vivo, свидетельствующие об отрицательном воздействии руды на эритроциты. Одновременное возрастание объема эритроцитов указывало на нарушение ионного гомеостаза, опосредованное мембранно-деструктивным воздействием руды на клетки. Учитывая, что ОРЭ является маркером степени повреждения мембран, можно констатировать, что наибольший эффект токсического воздействия медно-цинковой колчеданной руды достигался на 120-е сутки, когда гемолиз отмечался в популяции не только зрелых и молодых популяций эритроцитов, но и старых клеток. Появление эритроцитов с аномальным объемом было связано с нарушенной продукцией эритроцитов костным мозгом и другими тканями с гемопоэтическими свойствами, а увеличение численности старых эритроцитов свидетельствовало о торможении эритропоэза [13].

Таким образом, наблюдаемые изменения количественных показателей красной крови и осмотической резистентности эритроцитов могли явиться следствием как прямого, так и опосредованного воздействия тяжелых металлов и их метаболитов в составе медно-цинковой колчеданной руды на мембрану эритроцитов и клетки костного мозга, в частности, эритрона. При длительной интоксикации рудой снижается антиоксидантная активность тканей (печени, почек) в результате развивающегося дефицита природных антиоксидантов в организме, процессы перекисного окисления липидов приобретают неконтролируемый характер, что и приводит к сокращению срока жизни эритроцитов.


Библиографическая ссылка

Зиякаева К.Р., Габдулхакова И.Р., Зайнетдинова А.Т., Шамратова В.Г., Каюмова А.Ф., Фазлыахметова М.Я. ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРАСНОЙ КРОВИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ МЕДНО-ЦИНКОВОЙ КОЛЧЕДАННОЙ РУДЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=27141 (дата обращения: 24.02.2020).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074