Токсикологическое действие свинец – и кадмийсодержащих соединений на организм животных

1.3 Токсикологическое действие свинец – и кадмийсодержащих соединений на организм животных

Одной из наиболее важных биологических проблем является оценка степени опасности токсикоэлементов для человека и животных.

Попав в организм, соединения тяжелых металлов могут стать причиной не только острых и хронических отравлений, но и появление отдельных последствий, которые возможны из-за канцерогенного, гонадотоксического, тератогенного (L.Friberg et al., 2000; V . Geldmacher, M. Mallinckrodt, 2004; К.А. Winship, 2005) и эмбриотоксического действия ( B. N. Nayak et al., 2000).

Поступающие из мест всасывания токсические вещества находятся в растворенном состоянии в плазме крови или взаимодействуют с белками плазмы крови, в первую очередь, с альбумином (А.И. Луйк, В.Д. Лукьянчук, 2004; Т.М. Зайцева и др., 2005). При этом взаимодействие белков и малых молекул осуществляется ковалентными, ионными, водородными и слабыми электростатическими связями.

Однако Jugo Sloboden (2000) и K.A.Winship (2001) установили, что распределение свинца между плазмой крови и кровяными клетками весьма различно и составляет 1,43-1,95 % и 98,05-98,57 % соответственно.

Наряду с этим, при определении количества токсикоэлемента в цельной крови и сыворотке установлено, что сыворотка крови является мобильным и активным носителем свинца, а цельная кровь служит резервуаром (D.T. Nixon et al., 2005; J. Jonglard et al., 2007).

И.Б. Беклишев и Стеценко (2001) отмечают, что свинец вызывает структурные изменения в мембране эритроцитов. Причем в самом эритроците он взаимодействует непосредственно с гемоглобином, при этом образуются нерастворимые комплексы, в связи с чем, период жизнедеятельности эритроцитов сокращается, некоторые клетки разрушаются. Кроме того, наблюдается выделение из эритроцитов ионов калия и снижение механической устойчивости клетки (M.R. Moore, 2005).

В настоящее время установлено, что свинец в небольших количествах, еще 10 лет назад, считавшихся безопасным, вызывает субклиническое действие, отдельные проявления которого получили название биологических маркеров токсичности. Так, анемию обуславливает ингибиторное действие свинца на дегидратазу дельта-аминолевули-новой кислоты (ДАЛК) и феррохелатазу (ФХ) – ферментов, участвующих в синтезе гемма (H.Grzyber et al., 2001; P.J. Landrigan , 2003).

Поражения органов кроветворения объясняют прямым токсическим воздействием соединений тяжелых металлов на молодые клетки кроветворения, в частности, угнетением некоторых ферментативных процессов, ответственных за пролиферацию и дифференцировку этих клеток, а также уменьшением проницаемости мембран эритроцитов, в связи с чем, затрудняется транспорт биологически важных веществ мембраны.

В условиях эксперимента при введении животным свинца ацетата отмечается увеличение концентрации свинца в крови, при этом содержание эритроцитов в крови снижается, а ретикулоцитов увеличивается. В костном мозгу обнаруживается существенное увеличение пронормобластов, а также ранних промежуточных и поздних нормо- бластов (A.K. Gautam, A.R. Chowdhury, 2007).

Специальными исследованиями установлено, что свинец влияет на ряд важных и взаимосвязанных клеточных систем, в том числе на дыхание митохондрий и синтез белка (B.A. Fowler et al., 2003).

Хорошо изучено влияние свинецсодержащих веществ на нервную систему, как центральную, так и периферическую (А.И. Бурханов, 1992).

Ученый Б.А. Абеумов (2003), проводивший свои исследования на собаках, показал, что при интоксикации свинцом происходят определенные взаимосвязанные гемо- и ликвородинамические изменения, которые вызывают декомпенсированные состояния в цереброспинальной системе, приводящие к нарушению функции мозга. А исследователь T.W. Clarkson (2001) считает, что ЦНС является основной "мишенью" токсического действия неорганических соединений свинца, особенно алкильных производных.

Данные, полученные некоторыми исследователями о накоплении свинца в мозгу противоречивы. Так, K.A. Winship (2003) считает, что накопление токсикоэлемента происходит, главным образом, в сером веществе и базальных ганглиях. А по данным H.Sоurander et al., (2004), свинец накапливается в белом веществе мозга, что в свою очередь, приводит к развитию энцефалопатии.

Наряду с этим, характерным проявлением действия соединений свинца на нервную систему является поражение двигательных аксонов (P.J. Landrigan, 2003), а изменение в нервных клетках по мнению (Z. Anca, A. Ossian, 2005) происходит в результате ингибирования свинцом метаболизма глюкозы.

До сих пор было принято считать, что опасность представляет свинец, циркулирующий в крови, тогда как его отложение в костях _ от 60 до 90% от его общего поступления в организм рассматривалось как механизм детоксикации (Hu Howard, F.L. Milder, 2005). Однако при быстром переходе токсикоэлемента из костей в кровь может произойти острое отравление. Кроме того, шведские ученые показали, что продолжительность задержки свинца в костях зависит от их типа: в губчатых костях период полувыведения свинца в костях зависит от их типа: в губчатых костях период полувыведения свинца составляет до 5 лет, тогда как в плотных костях он в 2-4 раза больше (J. Raloff, 2008).

Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах (S. Stoev, S. Lazarova, 2005), активно влияет на синтез белка ( В.Г. Сафронов и др., 2003), энергетический обмен клетки и её генетический аппарат (С. Фотеева и др., 2007).

Свинецсодержащие соединения подавляют ферментативные процессы превращения порфиринов и кровообразование (M.Z. Khan et al., 2003), ингибирует SH-содержащие ферменты (В.Г. Софронов и др, 2004), холинэстеразу (А.В. Новиков, А.В. Конюхова, 2000), различные АТФазы, угнетает окисление жирных кислот, нарушает белковый, липидный и углеводный обмены (S. Cheshnudjeva, H. Stranchev, 2006; С.А. Лавина, С.А. Карпова, 2007).

Соединения свинца нарушают деятельность сердечно-сосудистой системы, вызывая изменения электрической и механической активности сердечной мышцы, морфологические и биохимические изменения в миокарде с признаками сосудистой дегенерации, повреждения мышечной стенки сосудов и нарушения сосудистого тонуса.

При проведении гематологических исследований С.Лазаревой и др. (2005) у овец, получавших четырехкратно с интервалом в 15 дней ацетата свинца, уже через 24 часа после первого поступления установлена анемия, базофильно пунктированные эритроциты, тромбоцитопения, повышение концентрации гемоглобина, повышение гематокрита, анизоцитоз, моноцитопения и уменьшение гранулоцитов. А в результате проведенных морфологических исследований на 11-й день после четвертого введения обнаружено катаральный энтерит с некрозами в тонких кишках, дистрофические изменения и некроз печени, зернистая и гиалиновая дистрофия с базофильными ядерными включениями в некоторых клетках извитых почечных канальцев, а также дистрофические изменения надпочечников, миокарда, головного мозга и скелетной мускулатуры. Органические соединения свинца, например тетраэтилсвинец, высокотоксичны для нервных тканей. Они подавляют метаболизм глюкозы, синтез РНК и ДНК, повреждают миелиновые оболочки нервных клеток, что сопровождается снижением скорости передачи нервного возбуждения (J. Stem, 2000).

Соединения свинца обладают канцерогенностью и генотоксичностью, они могут вызывать мутации, нарушая третичную структуру и функции ферментов синтеза и репарации ДНК (S. Kaya et al., 2001; S.S. Haneef et. al.,2001; S.De Guise et al., 2003).

M. Kirova (1996) установила обратно пропорциональную зависимость между содержанием свинца в крови и молоке лактирующих животных в районах с металлургической деятельностью и активностью ДАЛ–дегидрогеназы в эритроцитах. Показатель энзимной активности ДАЛ–дегидрогеназы в крови лактирующих животных может быть достоверным индикатором повышения уровня свинца в молоке и крови лактирующих животных.

Кроме того, загрязнение окружающей среды свинцом и кадмием стало одной из причин развития плацентарной недостаточности. При нарушении формирования плаценты может развиться сосудистая или ферментативная недостаточность.

Так, при воздействии уксуснокислого свинца структурные и метаболические изменения в системе мать–плацента–плод крысы связаны с развитием адаптивно–компенсаторных процессов, что выражается в гипертрофии и гиперплазии митохондрий, мембранных профилей гранулярного эндоплазматического ретикулума и элементов аппарата Гольджи. При этом воздействие свинца с 16 по 20-сутки беременности сопровождается более глубокими деструктивными изменениями в клетках плаценты, происходящими в комплексе с процессами истощения энергоресурсов (И.Ф. Степаненко, 2002).

Л.Ф. Минина, О.Ц. Цыренжапов (2005) и др. предполагают, что существует определенная связь между количеством поступающего в организм животных свинца и развитием мочекаменной болезни. При этом добавки селена и цеолита снижает токсическое воздействие избытка свинца.

Кадмийсодержащие вещества, поступившие в кровь до 90%, обнаруживаются в ее форменных элементах преимущественно в лимфоцитах (A. Bernara, R. Lanweryt, 2004).

У млекопитающих в переносе кадмия в крови участвует белок – микроглобулин (I. Dremner, 2001). А наибольшая скорость растворения в плазме крови зарегистрирована для окиси кадмия (M. Frenet et al., 2003).

Соединения кадмия, как и свинца, также обладают нейротоксическим действием (P. Vig et al., 2002). Кроме того, специальными исследованиями установлено, что при введении в организм лабораторных животных кадмия хлорида снижается общее содержание липидов в крови. При этом количество фосфолипидов, галактолипидов и свободного холестерина уменьшается на 27, 29 и 36 % соответственно (S. Gulati et al., 2003).

Другими авторами установлено угнетающее влияние кадмия на синтез белков клетками печени и расценено как ранний признак токсического влияния элемента (I.Y. Mitone et al., 2007).

Опасность кадмия состоит в том, что период полувыведения его составляет 16 и более лет, а это значит, он накапливается в организме и вызывает хроническое отравление без выраженных клинических симптомов или схожие симптомы с признаками отравления другими соединениями тяжелых металлов (М.А. Малярова, 2006).

В организме соединения тяжелых металлов в наибольших количествах накапливаются в почках и печени (I. Bremner, 1989) и тем самым оказывают токсическое действие (H.-W. Sehliproter et al., 2006).

Нефротоксическое действие кадмия проявляется поражением канальцев почек, характерным признаком которого является протеинурия с повышенным выделением низкомолекулярных белков сыворотки крови: бета-микроглобулина, ретинолсвязывающего белка, лизоцима и РНКазы. Одновременно при этом наблюдается выход с мочой большого количества и других веществ, выделяющихся в норме через клубочки так же, как и белки, глюкоза, аминокислоты и кальций. При тяжелых поражениях нарушается фильтрация в клубочках (C.G. Elinder et al., 2004; E.L. Sebai et al., 2005).

Токсическое действие свинца связывают, в первую очередь, с тем, что его ионы при поступлении в организм взаимодействуют с сульфгидрильными группами белков, в частности ферментов, образуя устойчивые соединения – меркаптиды и, блокируя, таким образом, различные ферментные системы (S.O. Knowles, W.E. Donaldson, 2000). Кадмий же взаимодействует еще и с аминными и карбоксильными группами. В результате потери протеинами многих физико-химических и биологических свойств, нарушается белковый, углеводный и жировой обмены (Б.А. Атчабаров и др., 2002).

Кроме того, метаболизм и биологическое действие соединений тяжелых металлов было установлено после открытия тщательного изучения свойств специфических белков металлотионеинов. В печени животных с металлотионеином взаимодействует преимущественно цинк, а почках – цинк и кадмий, примерно в равных количествах. Причем содержание металлотионеинов в печени меньше, нежели в почках.

Биосинтез металлотионеинов и их содержание значительно увеличиваются в печени, почках, поджелудочной железе и слизистой оболочке кишечника при поступлении в организм соединений тяжелых металлов (H. Webb, C. Cain, 2002; D. Eaton, B. Toal, 2003).

Функция металлотионеинов заключается во взаимодействии металлов и уменьшении их токсичности (G.F. Nordberd, 2004; M.D. Ender et al., 2006).

Механизм действия кадмия проявляется в связывании с отрицательно заряженными группами мембран и модификации заряда на их поверхности. А это приводит к изменению микровязкости мембраны (О.И. Лебедь, 2004).

Неорганический кадмий не вызывает острых поражений почек, эффект его действия на почки связан с накоплением металлотионеин- связанного кадмия. При достижении критической концентрации металлотионеин-связанного кадмия клетка погибает(J.R.Glaister, 2006).

Специфическое заболевание, вызванное кадмиевым отравлением под названием "итай-итай" было выявлено в Японии. Клиника такого заболевания проявляется в нарушении различных функций организма в результате остеомаляции. При этом развивается сильная хрупкость костей.

При изучении гематологических и биохимических показателей мочи овец, получавших низкие дозы кадмия сульфата (4,5 мг/кг) в течение 8 дней С. Лазаровой (2005) было установлено в первые четыре дня опыта снижение объема мочи, экскреции креатинина, мочевины, ионов кальция, натрия, калия и хлора и увеличение ее удельного веса с выделением протеина, глюкозы и фосфатов. В дальнейшем количество мочи увеличилось и сопровождалось резким повышением содержания креатинина, мочевины, ионов кальция, калия и фосфатов в моче.

При внесении в сыворотку крови лошадей in vitro водных растворов нитрата кадмия и ацетата свинца в различных дозах изучали кинетику ферментативных реакций (С.А. Лавина, 2007). Соединения кадмия и свинца снижали активность щелочной фосфатазы, достоверно снижали активность I-нафтилацетатэстеразы и недостоверно – активность ацетилхолинэстеразы, но не влияли на активность оксидазы in vitro.

Влияние кадмия на щелочную фосфатазу обусловлено тем, что он является антиметаболитом по отношению к Zn²⁺, замещая его в ферменте. Таким образом, снижается активность фермента, снижается скорость катализируемых им реакций и связывание субстратом. Влияние свинца на различные ферменты обусловлено тем, что его соединения связываются с сульфгидрильными, фосфатными и карбоксильными группами ферментов, тем самым, снижая активность ферментов.

При изучении генотоксического действия кадмия на лимфоидные клетки мышей in vivo К. В. Привезенцев, Н. П. Сирота и др. (2006) доказали, что в основе генотоксичности кадмия для эукариотических клеток лежит способность индуцировать однонитевые разрывы и щелочелабильные сайты в ДНК, а образование цитогенетических повреждений, типа микроядер, подтверждает данные об индукции однонитевых разрывов ДНК при действии кадмия на эукариотические клетки.

Похожие работы

Муха (diptera muscidae) как продуцент кормового белка для птиц на Востоке Казахстана

Скачать

235604

20

3

... состав мух птицехозяйств г. Семипалатинска, установить наиболее приемлемого в экологическом и биологическом отношении вида для использования как продуцента биомассы личинок используемого в качестве кормового белка. Сборы фаунистического материала и экологические наблюдения зоофильных мух проведены на территориях птицефабрик и малых птицехозяйств (ТОО КАСКЕ) Семипалатинского Прииртышья в период с ...

Технология инкубации яиц, выведение, обработка и сортировка цыплят-бройлеров в ООО "Реал"

Скачать

97435

10

1

... как яйцо продаётся уже предварительно обработанное дез.растворами и облученное ультрафиолетовыми лучами непосредственно на предприятии - поставщике яиц. 2.3 Технология инкубирования яиц Операции в инкубаторе выполняются в такой последовательности: ·  приемка, оценка и отбор пригодных для инкубации яиц; ·  в племенной работе к этим операциям прибавляется разбор яиц по линиям; ·  породам и ...

Инвестиции

Скачать

158811

60

0

... проекта достигает значения, большего 1. 3. Средняя норма рентабельности проекта (средняя за период реализации проекта чистая бухгалтерская прибыль в сопоставлении со средними инвестициями) – 64,16%. Использование только данного показателя не позволяет обосновать экономическую эффективность проекта. 4. Внутренняя норма рентабельности (ставка доходности или дисконтирования, при которой чистый ...

Санитарно-гигиенические требования к инкубации яиц

Скачать

66556

22

1

... показатель выводимости яиц, вывода молодняка. 1.8 Инкубаторий и основные типы инкубаторов Все проводимые в инкубатории операции можно объединить в три группы: приемка и обработка яиц, инкубация яиц, вывод и обработка молодняка. Производственные помещения инкубатория должны быть изолированы друг от друга, в них необходимо поддерживать определенные параметры микроклимата. Перед началом ...