Кальций является распространенным макроэлементом в организме млекопитающих. Он входит в состав костной ткани, необходим для мышечного сокращения, процесса свертывания крови, передачи гормонального сигнала и множества других функций. Уровень Ca2+ в клетке регулирует активацию факторов транскрипции, синтез и восстановление ДНК, регуляцию клеточного цикла, апоптоз, поэтому определение его концентрации имеет важное значение для оценки состояния организма.
Во время беременности потребности в кальции резко возрастают, что абсолютно необходимо для роста и формирования нервной системы, костной ткани, зубов, мышц и сердца плода. Этот макроэлемент поступает к плоду через плаценту, процесс переноса осуществляется согласованной работой транспортных механизмов, связывающих белков, гормонов. Недостаточное поступление кальция во время беременности негативно влияет на состояние здоровья как матери, так и плода. Дефицит кальция способствует патологическому течению беременности и родов, неблагоприятно влияет на формирование плаценты. У беременных женщин гипокальциемия может приводить к развитию тетании, у родильниц в послеродовом периоде возможно развитие остеопении. Дефицит кальция у плода может осложниться внутриутробным рахитом. Однако эти данные касаются алиментарного дефицита кальция во время беременности.
Более сложная ситуация возникает при развитии патологии плаценты и внутриутробной гипоксии, когда на фоне адекватного потребления этого катиона матерью возникают проблемы с его доставкой плоду. Известно, что при внутриутробной гипоксии ряд молекул, участвующих в поддержании гомеостаза кальция, изменяют свою активность, происходит избыточное поступление кальция в клетку через активацию рецепторов и каналов [1], что отрицательно сказывается на сосудистом тонусе, провоцирует ишемию. В литературе имеются противоречивые данные о влиянии данной патологии беременности на уровень кальция в крови [2].
Экспериментальной моделью, позволяющей получить внутриутробную гипоксию плода, является нарушение маточно-плацентарного кровообращения (НМПК). В условиях внутриутробной гипоксии для улучшения кровообращения необходимо повышение концентрации сосудорасширяющих веществ. В наших предыдущих работах было выявлено, что НМПК изменяет морфологию сосудов плаценты, приводит к нарушению выработки оксида азота – важнейшего вазодилататора в организме беременных животных, т.е. провоцирует развитие эндотелиальной дисфункции [3, 4]. Ишемия плаценты активирует саногенетические механизмы, направленные на улучшение кровообращения. Этот орган начинает выделять сосудосуживающие вещества, что приводит к еще большему возрастанию эндотелиальной дисфункции и прогрессированию ишемии, т.е. формируется классический порочный круг. Также в этих условиях нами отмечались усиление свободнорадикальных процессов и развитие окислительного стресса. Активация перекисного окисления липидов истощает запасы эндогенных антиоксидантов, первым расходуется альфа-токоферол. Поэтому, с нашей точки зрения, целесообразно провести коррекцию возможных нарушений обмена кальция донатором оксида азота и антиоксидантом альфа-токоферолом.
Цель исследования – определить содержание кальция в крови у беременных крыс и плодов при нарушении маточно-плацентарного кровообращения, а также в постнатальном периоде развития после проведения экспериментальной терапии донатором оксида азота и альфа-токоферолом.
Материал и методы исследования
Исследование было одобрено на заседании локального этического комитета ФГБОУ ВО ИвГМА МЗ РФ и проводилось с учетом правил лабораторной практики в РФ (ГОСТ Р-53434-2009) и директив Европейской Конвенции (1986 г.) на 60 взрослых белых беспородных крысах-самках. Животные находились на стандартном рационе питания. Определение первого дня беременности осуществляли по появлению сперматозоидов во влагалищных мазках.
Животные были разделены на 6 групп:
1) небеременные крысы-самки (n=10);
2) животные с нормальной беременностью (n=10);
3) беременные крысы с экспериментальным НМПК (n=10). Операцию НМПКпроводили по методике, предложенной М.М. Вартановой (1984 г.). При этом осуществлялась перевязка трети преплацентарных сосудов. Операцию проводили на 16-й день беременности, т.е. в тот период, когда у крыс завершается процесс плацентации и внутриутробное кровообращение происходит через плаценту. Перед операцией животных наркотизировали золетилом в дозе 30 мг на 1 кг массы;
4) животные с НМПК, получавшие с момента операции донатор оксида азота. С этой целью оперированным крысам на внутреннюю поверхность ушной раковины наклеивали пластырь, содержащий нитроглицерин – Депонит‑10 (Schwarz Pharma, Германия) (n=10). Пластырь меняли ежедневно до окончания периода гестации;
5) животные с НМПК, получавшие с момента операции альфа-токоферол. Использовали раствор альфа-токоферола масляный («Марбиофарм», Россия), который вводили внутримышечно в дозе 150 мг/кг 2 раза в неделю до окончания беременности (n=10);
6) ложнооперированные беременные крысы-самки (группа сравнения) (n=10).
У взрослых животных (небеременных крыс и у беременных на 22-й день беременности) брали кровь из подъязычного сплетения. Забор крови у плодов и крысят осуществляли путем декапитации. Оценку содержания кальция у плодов проводили на 22-й день (последний день беременности), в постнатальном периоде развития – на 2-й, 15-й и 30-й дни жизни. В сыворотке крови определяли концентрацию Ca125 с помощью набора производства Human. Результат выражали в ммоль/л (мМ).
Статистическую обработку данных проводили с помощью компьютерной программы Statistica 6,0. Учитывая характер распределения, отличный от нормального, сравнение средних величин в группах проводили с использованием критерия Манна–Уитни. Статистически значимыми считали различия при р<0,05. В таблице данные представлены в виде M±m.
Результаты исследования и их обсуждение
Показатели ложнооперированных животных 6-й группы достоверно не отличаются от аналогичных показателей крыс 2-й группы. У крыс с нормальной беременностью отмечается развитие гипокальциемии по сравнению с небеременными животными (таблица).
Масса тела и концентрация кальция в сыворотке крови у взрослых крыс, плодов и крысят
|
|
Показатели |
Группы |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
Взрослые крысы |
Концентрация кальция, мМ |
1,98±0,18 |
1,28±0,16* |
1,87±0,28# |
1,10±0,20*# |
1,22±0,12*# |
|
Плоды, 22-й день жизни |
масса, г |
|
4,94±0,12 |
4,79±0,20 |
4,92±0,18 |
4,60±0,28 |
|
Концентрация кальция, мМ |
|
2,02±0,23 |
2,87±0,22° |
1,82±0,21# |
2,10±0,24# |
|
|
Новорожденные крысята |
масса, г |
|
5,75±0,21 |
6,68±0,30 |
7,26±0,14 |
5,59±0,08 |
|
Концентрация кальция, мМ |
|
1,41±0,07 |
2,10±0,20° |
1,21±0,09# |
1,25±0,11# |
|
|
Крысята, 15-й день |
Масса, г |
|
20,74±0,66 |
17,01±1,11° |
23,06±1,21# |
25,6±0,41# |
|
Концентрация кальция, мМ |
|
1,53±0,11 |
1,41±0,11 |
1,23±0,12 |
1,25±0,10 |
|
|
Крысята, 30-й день |
Масса, г |
|
37,5±1,10 |
36,8±1,32 |
49,6±1,25# |
47,8±1,46# |
|
Концентрация кальция, мМ |
|
1,32±0,03 |
1,73±0,09° |
1,12±0,14# |
1,15±0,15# |
|
Примечание: * – достоверное отличие 1-й группы от 2-й группы (р<0,05); ° – достоверное отличие от 2-й группы (р<0,05); # – достоверное отличие от 3-й группы (р<0,05).
Наиболее закономерным объяснением этой особенности является поступление кальция через плаценту к плоду. Однако снижение кальция в крови может быть результатом снижения его поступления в организм при беременности за счет изменения процессов моторики, секреции, всасывания в пищеварительной системе, увеличения объема циркулирующей крови и развитияфизиологической гемодилюции, а также увеличения скорости клубочковой фильтрации в нефронах. Следствием подобных преобразований является изменение объема распределения, интенсивности метаболизма и элиминации иона. При этом уровень Са2+ у плодов значительно выше, чем в материнском организме. Подобное изменение может быть связано с более высокой паратиреоидной активностью. Кроме того, при беременности увеличивается образование оксида азотаэндотелиальной NO-синтазой, которая является кальций-зависимым ферментом, акальций-независимый синтез играет меньшую роль, т.е. кальций используется на эти процессы.
У животных с нарушением маточно-плацентарного кровообращенияконцентрация ионов кальция достоверно увеличивается по сравнению с крысами с нормальной беременностью и почти не отличается от концентрации ионов кальция у небеременных крыс, что, вероятно, связано с ухудшением плацентарного кровотока, нарушением проницаемости микрососудов и энергетического обеспеченияпереноса Са2+ к плоду, а также с измененной экспрессией ряда транспортных белков [5]. Кроме того, как уже указывалось выше, при данной патологии беременности нарушается кальций-зависимый синтез оксида азота и Са2+ не используется для этого процесса. В то же время важную роль играет снижение потребления кальция гипоксичным плодом. Также нарушение минерализации костной ткани можно объяснить активацией в условиях гипоксии работы стресс-реализующей системы. Увеличивается выработка кортиколиберина, адренокортикотропного гормона и кортизола, последний стимулирует процесс резорбции костной ткани, нарушает дифференцировку остеобластов и стимулирует остеокласты. Но градиент кальция между матерью и плодом сохраняется.
Использование «Депонита» или альфа-токоферола на фоне НМПК не вызывает достоверных изменений в материнском организме по сравнению со 2-й группой животных. Эта особенность свидетельствует в пользу положительного влияния экзогенного оксида азота и альфа-токоферола при нарушении маточно-плацентарного кровообращения.
У 22-дневных плодов крыс и новорожденных крысят во всех группах масса тела достоверно не меняется. Отсутствие отличий в массе тела при НМПК можно объяснить активацией защитно-компенсаторных механизмов и развитием гиперперфузии внутренних органов, а также отсутствием изменений в выработке анаболических гормонов – соматотропного, тироксина, инсулиноподобного фактора роста. Экспериментальная терапия донатором оксида азота в аспекте массы тела связана с вазодилатацией и снижением выделения сосудосуживающих веществ, а введение альфа-токоферола не только уменьшает повреждение тканей свободными радикалами, но и улучшает процессы клеточной регуляции.
При этом у плодов, которые развивались в условиях нарушения маточно-плацентарного кровообращения, уровень кальция достоверно повышен по сравнению с плодами интактных крыс, это изменение сохраняется на 2-е сутки постнатального развития. По литературным данным [6], у гипоксичных плодов в структурах центральной нервной системы увеличивается содержание катехоламинов, которые являются стимуляторами образования паратгормона, снижающего минерализацию костной ткани, ингибируя активность остеобластов. В то же время развитие гиперкатехоламинемии свидетельствует об участии гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы плода в осуществлении адаптивных реакций. Как уже упоминалось выше, глюкокортикоиды также снижают минерализацию костной ткани. Можно предположить, что при патологии беременности уменьшается образование неколлагенового кальцийсвязывающего белка, показателя формирования кости – остеокальцина [7]. В результате нарушаются процессы минерализации костной ткани. Эти изменения в организме плодов и новорожденных крысят становятся особенно актуальными в раннем неонатальном периоде, когда добавляется еще и родовый стресс. Использование «Депонита» или альфа-токоферола на фоне НМПК не вызывает достоверных изменений в организме плодов и новорожденных крысят по сравнению со 2-й группой животных. Получается, что внутриутробное улучшение кровообращения при поступлении донатора оксида азота положительно влияет на внутриутробный обмен кальция. Также внутриутробное снижение свободнорадикальных процессов посредством введения альфа-токоферола оказывает анаболическое действие на скелет, повышая минеральную плотность костей.
На 15-й день постнатального периода развития масса тела крысят, развивавшихся в условиях внутриутробной гипоксии, достоверно снижается. Такую особенность можно объяснить нарушением стимулирующего влияния оксида азота на морфогенез мышечной ткани и внутренних органов. Концентрация Са2+ в этих условиях снижается и находится на уровне интактных крысят во всех группах. В данный период жизни можно предположить снижение уровня стрессовой реакции и, как следствие, остеорезорбтивного действия глюкокортикоидов, а также и нормализацией поступления кальция с материнским молоком. Использование «Депонита» или альфа-токоферола на фоне НМПК также не вызывает достоверных изменений в организме крысят на 15-й день жизни по сравнению со 2-й группой животных. Таким образом, положительная динамика, которая возникла еще во внутриутробном периоде развития, сохраняется.
К 30-му дню постнатального онтогенеза масса крысят, развивавшихся при внутриутробной гипоксии, возрастает до уровня интактных животных 2-й группы. Подобная положительная динамика может являться обманчивой. В постнатальном периоде развития у крысят, подвергавшихся внутриутробной гипоксии, энергетический обмен замедляется. Также возможно возникновение нарушения толерантности к глюкозе, гипоинсулинемии, гипергликемии, что сопровождается изменением уровня триацилглицеридов, холестерина и лептина. Поэтому увеличение массы тела происходит не за счет нормального морфогенеза органов, а за счет увеличения отложения жира в организме.
В то же время на 30-й день постнатального периода развития концентрация кальция повышается, т.е. к этому возрасту опять происходит декомпенсация регуляции минерального обмена. Вероятно, внутриутробно возникший дисбаланс регуляторных гормонов бесследно не исчезает и проявляется, несмотря на нормализацию поступления кальция в организм. Другой причиной этого нарушения может быть переход крысят на самостоятельное питание и нехватка вследствие этого легко усвояемого кальция материнского молока.
Использование на фоне НМПК «Депонита» или введение альфа-токоферола вызывают увеличение массы тела. Также в этот период наблюдения отмечается изменение кальциевого гомеостаза – уровень кальция ниже контрольных значений. Это, вероятно, связано с тем, что оксид азота и альфа-токоферол положительно влияют на процессы морфогенеза и функционирования органов. Также возможными механизмами могут быть уменьшение степени тяжести предшествующих гипоксии плода и активности стресс-реализующих механизмов, улучшение процесса транспорта кальция через плаценту и минерализация скелета, нормализация гормональной регуляции кальциевого обмена.
Выводы
1. Внутриутробная гипоксия существенно нарушает кальциевый гомеостаз как матери, так и плода, что приводит к изменению его регуляции и возникновению нарушений кальциевого обмена в постнатальном онтогенезе.
2. Использование донатора оксида азота и альфа-токоферола принарушении маточно-плацентарного кровообращения в постнатальном периоде развития препятствует возникновению нарушений обмена кальция.
Библиографическая ссылка
Иванова А.С. СОСТОЯНИЕ КАЛЬЦИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА У БЕРЕМЕННЫХ КРЫС И КРЫСЯТ, РАЗВИВАВШИХСЯ В УСЛОВИЯХ ВНУТРИУТРОБНОЙ ГИПОКСИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2021. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=31304 (дата обращения: 09.09.2024).