Одно из приоритетных мест в нарушении иммунологической реактивности занимают тяжелые металлы. Исследованиям иммунотоксического влияния химических факторов окружающей и/или производственной среды уделяется пристальное внимание во всем мире [1, 2]. Воздействие на человека соединений тяжелых металлов приводит к нарушению приспособительных реакций организма в целом, что проявляется снижением общебиологической его резистентности. При этом происходит формирование иммунопатологического процесса [2]. В основе иммунологических сдвигов, вызываемых токсическими веществами, лежат различные механизмы от грубого повреждения стволовых клеток костного мозга (нарушения их пролиферации и дифференцировки) до изменения продукции цитокинов, модуляции рецепторов на мембранах иммунокомпетентных клеток, количественных и качественных нарушений клеток иммунной системы [4]. Токсическое действие многих ксенобиотиков проявляется в крови снижением количества красных и белых кровяных телец. Показатели состояния кроветворной системы организма можно рассматривать в качестве маркеров неблагоприятного экологического воздействия [3,5].
Известно, что наиболее наглядным и информативным индикатором, позволяющим оценить состояние иммунологической реактивности, является воспаление. Течение асептического воспаления может усугубляться иммунодефицитным состоянием, вызванным действием ксенобиотиков [6,7]. В связи с вышеизложенным, наши исследования были посвящены изучению гематологических показателей крови при асептическом воспалении, вызванном на фоне интоксикации соединениями ванадия и хрома
Материал и методы исследования
Работа выполнена в рамках проекта «Молекулярно-биологические особенности течения асептического воспаления, ассоциированного с экологенной иммунодепрессией» (сроки реализации: 2015-2017 гг.) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Республики Казахстан.
Эксперименты выполнены на 100 белых крысах-самцах массой 180-240 г., содержавшихся в стандартных условиях вивария на обычном пищевом рационе. Проведены 4 серии экспериментов: 1 серия –контроль; 2 серия –половозрелые крысы с асептическим воспалением; 3 серия – крысы, затравленные ванадатом аммония (ВА) и бихроматом калия (БК); 4 серия – половозрелые крысы + асептическое воспаление + ВА и БК. Животных 2-4 серий делили по 3 подгруппы по 10 крыс в каждой. Асептическое воспаление моделировали путем подкожного введения в межлопаточную область 0,3 мл скипидара на вазелиновом масле. Перед этим у крыс в межлопаточной области выстригали шерсть и подкожно вводили 0,5 мл воздуха. Комбинированную затравку ванадатом аммония и бихроматом калия производили ежедневно (кроме воскресенья) в течение двух недель из расчета по 5 мг/кг м.т. перорально при помощи металлического зонда. Сразу после двухнедельной затравки ВА и БК у крыс моделировали асептическое воспаление. Исследования крови проводили через 1, 7 и 14 суток от начала моделирования асептического воспаления.
Исследования проводились с соблюдением норм и правил проведения экспериментов с участием животных (заявка №166, решение ЛЭК КазНМУ им. С.Д.Асфендиярова, протокол № 3 от 01.04.2015).
Результаты и обсуждение
Исследованиями, проведенными через 1 сутки после моделирования асептического воспаления, в крови у крыс установлено резкое уменьшение форменных элементов крови, о чем свидетельствовало статистически значимое снижение гематокрита крови (НСТ) на 13,3% (р=0,022, z=-2,286) (таблица 1).
Таблица 1
Распределение среднего содержания лейкоцитов, эритроцитов и НСТ в крови у крыс с асептическим воспалением в сравнении с контролем (через 1 сутки)
|
Элементы крови * |
Контроль |
Воспаление |
Mann-Whitney U - Test |
||||||
|
N |
Mean (SD) |
95% ДИ |
N |
Mean (SD) |
95% ДИ |
||||
|
WBC, (х103/μL) |
10 |
8,9(1,3) |
7,7 |
10,0 |
6 |
3,0(1,3)1,6 |
1,6 |
4,4 |
0,003** z=3,0 |
|
RBC, (х106/μL) |
10 |
8,3(0,9) |
7,5 |
9,1 |
6 |
7,1(0,5) |
6,36 |
7,7 |
0,038** z=2,071 |
|
HCT, % |
10 |
42,1(4,1) |
38,3 |
45,8 |
6 |
36,5(2,0) |
34,3 |
38,6 |
0,022** z=-2,286 |
|
НФ (abs) (х103/μL) |
10 |
1,5(0,3) |
1,2 |
1,7 |
6 |
0,4(0,3) |
0,1 |
0,7 |
0,003* * z=3,0 |
|
ЛФ (abs) (х103/μL) |
10 |
6,6(1,0) |
5,7 |
7,5 |
6 |
2,3(1,0) |
1,3 |
3,4 |
0,003** z=3,0 |
|
Мн (abs) (х103/μL) |
10 |
0,6(0,1) |
0,5 |
0,7 |
6 |
0,2(0,1) |
0,1 |
0,3 |
0,003** z=3,0 |
|
Примечание: *- WBC (общее число лейкоцитов), RBC (общее число эритроцитов), HGB (концентрация гемоглобина), НСТ (показатель гематокрита), MCV (сред. объем эритр. в общем объеме пробы), MCH (средний объем гемоглобина в эритроците), МСНС (средняя конц. Нв в эритроците), НФ (нейтрофилы), Мн (моноциты); **- по Mann-Whitney U Test статистическая значимость по отношению к контролю |
|||||||||
Так, среднее содержание лейкоцитов и его подмножеств, таких как нейтрофилы, лимфоциты и моноциты статистически значимо отставало от показателей контроля на 33,7% (р=0,003, z=3,0), 26,7% (р=0,003, z=3,0), 34,8% (р=0,003, z=3,0) и 33,3% (р=0,003, z=3,0) соответственно. Уменьшение содержания эритроцитов (М(СО)) с 8,3 (0,9) до 7,1 (0,5) носило статистически значимый характер (р=0,038, z=2,071). По-видимому, такое снижение форменных элементов крови носило перераспределительный или транзиторный характер и расценивалась нами как стресс-реакция в ответ на введение скипидара.
Гематологическими исследованиями, проведенными через 7 суток, было установлено восстановление общего количества лейкоцитов в периферической крови у крыс с асептическим воспалением, статистически значимо превышавшее как показатели контроля на 27,6% (р=0,003, z=3,0), так и показатели предыдущего срока в 4,1 раза (р=0,011, z=-2,558) (таблица 2).
Таблица 2
Распределение среднего содержания лейкоцитов в крови у крыс с асептическим воспалением в сравнении с контролем (через 7 суток)
|
Элементы крови |
Контроль |
Воспаление |
Mann-Whitney U - Test |
||||||
|
N |
Mean (SD) |
95% ДИ |
N |
Mean (SD) |
95% ДИ |
||||
|
WBC, (х103/μL) |
10 |
8,9(1,3) |
7,7 |
10,0 |
6 |
12,3(1,0) |
10,7 |
14,0 |
0,003* z=3,0 0,011** z=-2,558 |
|
НФ (abs) (х103/μL) |
10 |
1,5(0,3) |
1,2 |
1,7 |
6 |
3,6(1,2) |
1,8 |
5,0 |
0,008* z=-2,646 0,011** z=-2,558 |
|
ЛФ (abs) (х103/μL) |
10 |
6,6(1,0) |
5,7 |
7,5 |
6 |
7,4(1,5) |
5,0 |
10,0 |
0,257* 0,011** z=-2,558 |
|
Мн (abs) (х103/μL) |
10 |
0,6(0,1) |
0,5 |
0,7 |
6 |
1,1(0,4) |
0,5 |
2,0 |
0,030* z=-2,173 0,011** z=-2,558 |
|
Примечание: *- по Mann-Whitney U Test статистическая значимость по отношению к контролю; ** - по отношению к 1 суткам |
|||||||||
К данному сроку исследования среднее (СО) абсолютного содержания нейтрофилов и моноцитов крови составило 3,6 (1,2) и 1,1 (0,4), что оказалось статистически значимо выше показателей контроля в 2,4 (р=0,008, z=-2,646) и 1,8 раза (р=0,030, z=-2,173), а также показателей предыдущего срока исследования в 9 (р=0,011, z=-2,558) и 5,5 раз (р=0,011, z=-2,558) соответственно. По сравнению с предыдущим сроком исследования возрастало и абсолютное содержание лимфоцитов с 2,3 предыдущего срока до 7,4, статистически значимая разница которой составила 68,9% (р=0,011, z=-2,558). По сравнению с контролем отмечался незначительный прирост лимфоцитов на 10,8% (р=0,257) (таблица 2).
К 14 суткам эксперимента картина крови приближалась к показателям контроля. Так, средние значения лейкоцитов, лимфоцитов и моноцитов значительно приближались к контрольному уровню. Между тем, отмечалось незначительное напряжение гранулоцитарного ростка гемопоэза, о чем судили по среднему содержанию нейтрофилов крови, которое продолжало превышать показатели контроля на 73,3% (р=0,053) и первых суток исследований в 6,5 раз (р=0,020, z=-2,324) соответственно. Между тем, по сравнению с 7 сутками исследования количество нейтрофилов снижалось на 27,8% (р=0,157).
Таким образом, развитие асептического воспаления в крови у опытных крыс вызывало транзиторное уменьшение лейкоцитарного пула и эритроцитов в первый срок исследования. В последующий срок исследования наблюдалось восстановление красной крови, повышение лейкоцитарного пула за счет лимфоцитов, моноцитов и нейтрофилов, что соответствовало разворачивающейся картине асептического воспаления. К 14 сроку отмечалось угасание нейтрофильной реакции крови, что полностью отражало динамику заживающего воспаления.
Исследованиями, проведенными через 1 сутки после моделирования асептического воспаления, установлено, что в картине крови у крыс, затравленных ВА и БК, наблюдалось резкое снижение лейкоцитов (таблица 3). Так, общее содержание лейкоцитов в крови у опытных крыс по сравнению с контролем оказалось статистически значимо сниженным на 57,3% (р=0,001, z=3,240). Причиной тому послужило почти двукратное статистически значимое снижение абсолютного содержания лимфоцитов (р=0,008, z=2,662), моноцитов (р=0,015, z=2,430) и эозинофилов (р=0,043, z=2,025).
Таблица 3
Распределение среднего содержания лейкоцитов в крови у опытных крыс с асептическим воспалением, в сравнении с контролем (через 1 сутки)
|
Элементы крови * |
Контроль |
Металлы+воспаление (опыт) |
Mann-Whitney U - Test |
||||||
|
N |
Mean (SD) |
95% ДИ |
N |
Mean (SD) |
95% ДИ |
||||
|
WBC, (х103/μL) |
10 |
8,9(1,3) |
7,7 |
10,0 |
8 |
3,8(2,0) |
2,1 |
5,4 |
0,001* z=3,240 |
|
ЛФ (abs) (х103/μL) |
10 |
6,6(1,0) |
5,7 |
7,5 |
8 |
3,6(1,9) |
2,1 |
5,2 |
0,008* z=2,662 |
|
Мн(abs) (х103/μL) |
10 |
0,6(0,1) |
0,5 |
0,7 |
8 |
0,3(0,2) |
0,1 |
0,5 |
0,015* z=2,430 |
|
Э (abs) (х103/μL) |
10 |
0,2(0,1) |
0,1 |
0,2 |
8 |
0,1(0,1) |
0 |
0,2 |
0,043* z=2,025 |
|
Примечание: *- по Mann-Whitney U Test статистическая значимость по отношению к контролю |
|||||||||
Также, у опытных крыс с асептическим воспалением развивалась анемия. Среднее содержание гемоглобина (М, 95% ДИ) снижалось с 143,9 (95% ДИ от 135,8 до 151,9) контроля до 121,9 (95% ДИ от 117,2 до 126,5), что составило статистически значимую разницу в 15,3% (р=0,001, z=3,240). К 7 суткам исследования тенденция к снижению гематологических параметров крови у опытных крыс с асептическим воспалением сохранялась. Так, по сравнению с предыдущим сроком исследования, также как и по сравнению с группой животных, получавших ВА и БК, содержание эритроцитов снижалось на 6,5% (р=0,074) и 7,7% (р=0,074) соответственно (таблица 4). Между тем, от контроля параметры среднего содержания эритроцитов и их среднего объема (MCV) статистически значимо отставали на 13,2% (р=0,021, z=2,315) и 7,8% (р=0,008, z=2,662) соответственно.
Таблица 4
Распределение среднего содержания эритроцитов и гемоглобина в крови у опытных крыс с асептическим воспалением, в сравнении с контролем и группой животных, затравленных тяжелыми металлами (через 7 суток)
|
Элементы крови * |
Контроль |
Металлы |
Металлы+ воспаление (опыт) |
Mann-Whitney U - Test |
|||
|
N |
Mean (SD) |
N |
Mean (SD) |
N |
Mean (SD) |
||
|
RBC, (х106/μL) |
10 |
8,3 (0,9) |
11 |
7,8 (0,5) |
8 |
7,2 (0,5) |
0,021* z=2,315 |
|
HGB, (g/L) |
10 |
143,9 (8,7) |
11 |
125,7 (7,3) |
8 |
111,4 (9,9) |
0,001* z=3,240 0,031** z=2,153 |
|
HCT, % |
10 |
42,1 (4,1) |
11 |
36,9 (1,9) |
8 |
32,0 (2,7) |
0,002* z=3,125 0,027** z=2,205 |
|
MCV, fL |
10 |
48,5 (1,8) |
11 |
46,8 (3,3) |
8 |
44,7 (2,4) |
0,008* z=2,662 |
|
MCH, pg |
10 |
16,9 (0,6) |
11 |
15,1 (1,2) |
8 |
15,6 (0,9) |
0,011* z=2,546 |
|
Примечание: *- по Mann-Whitney U Test статистическая значимость по отношению к контролю; ** - по отношению к металлам |
|||||||
К этому сроку исследования установлено прогрессирующее снижение уровня гемоглобина на 22,6% (р=0,001, z=3,240) по сравнению с контролем и на 11,4% (р=0,031, z=2,153) по сравнению с металлами. Средний объем гемоглобина в эритроците (МСН) также оказался сниженным на 7,7% (р=0,011, z=2,546) по сравнению с контрольными показателями. В крови опытных животных по сравнению с контролем отмечалась потеря общего содержания лейкоцитов на 29,2% (р=0,009, z=2,604) преимущественно за счет снижения абсолютного содержания лимфоцитов на 41% (р=0,002, z=3,125) (рисунок 1).
Рис. 1. Распределение среднего содержания лейкоцитов и лимфоцитов в крови у опытных крыс с асептическим воспалением в сравнении с контролем (через 7 суток)
Исследованиями, проведенными через 14 суток, установлено статистически значимое увеличение абсолютного содержания нейтрофилов на 73,3% (р=0,001, z=-3,334) по сравнению с уровнем контроля, на 30% (р=0,006, z=-2,752) по сравнению с животными, затравленными ВА и БК, и на 53% (р=0,021, z=-2,309) по сравнению с предыдущим сроком. Остальные параметры крови от показателей предыдущего срока исследования практически не отличались.
Заключение
На основании приведенных экспериментальных данных можно заключить, что реакция периферической крови крыс, затравленных ВА и БК, на воспаление характеризовалась в первые сутки исследования резким снижением лейкоцитарного пула, развитием анемии, которые к последующему сроку исследования лишь прогрессировали. На 14 сутки исследования показатели крови не восстанавливались, за исключением развившегося нейтрофильного лейкоцитоза. В результате проведенных исследований крови установлено развитие иммунодепрессии у крыс, затравленных соединениями тяжелых металлов, что существенно усугубило течение асептического воспаления.