Толерантность животных в условиях моделирования загрязнения среды тяжелыми металлами

Антропогенное загрязнение окружающей природной среды, особенно микроэлементами из группы тяжелых металлов, приводит к негативным последствиям для здоровья населения и растительного и животного мира [1].

Решение вопросов детоксикации антропогенных загрязнителей – актуальнейшая задача, в первую очередь, для специалистов-химиков, биологов и практических медицинских работников. В профилактике неблагоприятного воздействия ТМ ведущая роль отведена использованию детоксицирующих препаратов. Перспективным технологическим приемом является поиск и внедрение в производство субстанций природного происхождения, обладающих одновременно технологической и физиологической функциональностью [2].

Растительное сырье содержит биологически активные вещества, обладающие антиоксидантной активностью, обусловленное наличием большого количества функциональных групп (-ОН, -СООН, и др.). Если организм подвергается действию экстремальных факторов (радиация, яды), происходит образование слишком большого количества повреждающих молекул, и в таком случае организму требуется большее количество антиоксидантов. Наличие функциональных групп обеспечивают соединения, содержащиеся в природном сырье со способностью связывать токсичные элементы и выводить их из организма, т.е. детоксикационной способностью [3].

Одним из таких препаратов растительного и животного происхождения является прополис. В составе прополиса обнаружено более 50 веществ, которые представлены тремя группами биологически активных веществ: кислотами, полифенолами и соединениями изопреноидной структуры. Существенную часть веществ составляют соединения флавоноидной природы, в том числе флавоны (хризин, тектохризин), флавонолы (галангин, изальпинин, рамноцитрин, кемпферид) и флавононы (пиноцембрин, пиностробин).

Близкое сходство состава флавоноидов в прополисе и почках некоторых древесных пород позволило предположить, что пчелы собирают его с почек березы, тополя, ольхи, ивы, каштана, вяза и некоторых хвойных деревьев, причем первенствующее положение в этом ряду у березы бородавчатой, то есть пчелы точно выбирают сильнодействующие природные лекарственные начала [4].

Цель: изучить детоксикационную способность экстрактов прополиса ( Propolis ), листьев березы ( Betula pendula ), хвои сосны ( Pinus sylvestris L. ) по отношению к ионам свинца и кадмия в физиологическом опыте на крысах.

Материалы и методы

Определение антиоксидантной активности (АОА) экстрактов растительных препаратов проведено на анализаторе АОА «Антиоксидант» (ООО «НПП Полиант», г. Томск). АОА исследуемых препаратов оценивали по кинетическому критерию К (мкмоль/л∙мин), который отражает количество прореагировавших с образцом кислородных форм, следствие этого – эффективность взаимодействия образца с кислородными радикалами [5].

Для физиологического опыта были сформированы 3 группы крыс линии Wistar по принципу аналогов (по 10 гол). Контрольная группа лабораторных животных получала основной рацион (ОР), 1-я опытная группа крыс – ОР с добавлением 15 мг ионов свинца и 1,5 мг ионов кадмия на 1 кг живой массы в течение 10 дн., 2-я опытная группа – ОР с добавлением свинца и кадмия в течение 10 дн., затем ОР с добавлением 0,5 мл растительного экстракта: прополис : листья березы : хвоя сосны = 1 : 1 : 1. Экстракт вводили животным per or. Опыт продолжался 49 дн. Исследования проведены по каждой группе отдельно, но в одно и то же время в одинаковых условиях. По окончании эксперимента у животных исследованы сердечная мышца, печень, почки, селезенка, мышечная и костная ткани на содержание в них ионов свинца и кадмия.

С целью определения эффекта детоксикации свинца и кадмия в физиологическом опыте использованы ацетаты кадмия и свинца: Cd(CH 3 COO) 2 ∙ 2H 2 O, Pb(CH 3 COO) 2 ∙ 3H 2 O.

Исследования на содержание свинца и кадмия проводили методами, сертифицированными метрологической службой Госстандарат РФ. Токсиканты определяли по методикам, разработанным фирмой «Техноаналит ЛТД» и ТЦСМиС, прошедшими государственную сертификацию, на приборе ТА-07 методом инверсионной вольтамперометрии, основанном на способности свинца и кадмия, накопленных на рабочем электроде из анализируемого раствора, растворяться при определенных потенциалах. Массовые концентрации металлов устанавливали по методу добавок аттестованных образцов [6].

Результаты исследований

Коэффициенты суммарной антиоксидантной активности 40%-ных спиртовых экстрактов растительного сырья приведены в табл. 1. У исследованных образцов наблюдалось ингибиро- вание предельного тока электровосстановления кислорода и сдвиг потенциала в положительную область, что говорит о преимущественном взаимодействии данных веществ не с молеку-

Таблица 1

Коэффициенты суммарной антиоксидантной активности экстрактов растительного сырья, К мкмоль/л∙мин

Прополис	Березовые листья	Хвоя сосны
18,9 ± 0,5	21,7 ± 0,6	14,6 ± 0,5

лярным кислородом, а с его активными радикалами, проявляя антирадикаль-ный механизм действия.

Все изученные образцы экстрактов обладают высокой антиоксидантной активностью, превышающей антиоксидантную активность известного антиоксиданта дигидрокверцетина, К = 1,46 ммоль/л∙мин [7], и могут быть рекомендованы в качестве дополнительных антиоксидантов для профилактики ряда заболеваний организма.

Биологически активные вещества, содержащиеся в сырье природного происхождения, а именно в прополисе, в листьях березы, хвое сосны, обладают антиоксидантной активностью и могут обладать детоксикационной способностью к антропогенным загрязнителям, таким как свинец и кадмий.

В физиологическом опыте рассматривали совместное влияние тяжелых металлов свинца и кадмия на организм крыс и изменение содержания тяжелых металлов под влиянием растительных экстрактов, которые животные получали в качестве детоксикантов. Определение остаточных концентраций свинца и кадмия во внутренних органах и тканях лабораторных животных представлены в табл. 2, 3. Исследованы сердце, печень, почки, селезенка, мышечная и костная ткань.

В результате исследований установлено: в сердце 1-й опытной группы крыс произошло достоверное увеличение содержание свинца по сравнению с контролем на 60 % (р ≤ 0,01). Под действием детоксикантов у животных 2-й опытной группы концентрация свинца в сердце уменьшилась в 3 раза относительно 1-й (р ≥ 0,01).

Таблица 2

Содержание свинца в органах и тканях лабораторных животных, мг/кг

Группа	Контрольная	1-я опытная	2-я опытная
Сердце	0,009 ± 0,001	0,024 ± 0,002**	0,008 ± 0,001
Мышечная ткань	0,010 ± 0,001	0,035 ± 0,002***	0,002 ± 0,001
Селезенка	0,008 ± 0,001	0,012 ± 0,002	0,005 ± 0,001*
Печень	0,010 ± 0,002	0,036 ± 0,00364**	0,009 ± 0,001
Почки	0,007 ± 0,001	0,077 ± 0,004***	0,066 ± 0,003***
Костная ткань	0,013 ± 0,001	0,489 ± 0,018***	0,451 ± 0,016***

*р ≤ 0,05; ** р ≤ 0,01; *** р ≤ 0,001.

Содержание свинца в мышечной ткани животных в 1-й опытной группе увеличилось в 3,5 раза относительной животных контрольной группы (р ≤ 0,001). Во 2-й опытной группе наблюдалось снижение содержания свинца по сравнению с 1-й группой в 17,5 раза (р ≤ 0,001).

В селезенке у животных 2-й опытной группы содержание свинца относительно 1-й снизилось на 58,3 % вследствие применения детоксикантов (р ≤ 0,05), уменьшение содержание свинца наблюдалось относительно контрольной группы на 37,5 % (р ≤ 0,05).

Концентрация металла в печени крыс увеличилась в 1-й опытной группе в 3,6 раза (р ≤ 0,01). Во 2-й опытной группе крыс, получавших растительные экстракты – происходило значительное уменьшение концентрации свинца относительно 1-й группы вследствие действия детоксикантов – на 75 % (р ≤ 0,01).

В почках животных во всех опытных группах содержание токсиканта превышало контрольное значение в 9,4–11,0 раз (р ≤ 0,001). Однако применение растительных экстрактов уменьшило концентрацию свинца на 14,3 % во 2-й опытной группе (р ≤ 0,05) относительно животных, не получавших экстракты.

В костной ткани всех опытных групп крыс произошло достоверное увеличение свинца по сравнению с контролем в 34,7–37,6 раз (р ≤ 0,001).

Таким образом, можно сказать, что растительные экстракты существенно снижают концентрацию свинца в органах и тканях лабораторных животных.

Таблица 3

Содержание кадмия в органах и тканях лабораторных животных, мг/кг

Группа	Контрольная	1-я опытная	2-я опытная
Сердце	0,0036 ± 0,0005	0,0217 ± 0,0011***	0,0026 ± 0,0004
Мышечная ткань	0,0017 ± 0,0003	0,0042 ± 0,0005**	0,0018 ± 0,0003
Селезенка	0,0023 ± 0,0005	0,0048 ± 0,0006	0,0022 ± 0,0004
Печень	0,0021 ± 0,0003	0,0665 ± 0,0018***	0,0557 ± 0,0022**
Почки	0,0061 ± 0,0005	0,1544 ± 0,0116***	0,1075 ± 0,0073***
Костная ткань	0,0017 ± 0,0002	0,0027 ± 0,0004	0,0018 ± 0,0003

** р ≤ 0,01; *** р ≤ 0,001.

В результате исследований установлено: в сердце крыс 1-й опытной группы произошло достоверное увеличение содержание кадмия в 6,0 раз по сравнению с контролем (р ≤ 0,001). Под действием детоксикантов у животных 2-й опытной группы концентрация кадмия в сердце уменьшилась в 8,4 раз относительно 1-й группы (р ≤ 0,001).

Содержание кадмия в мышечной ткани животных в 1-й опытной группе увеличилась в 2,5 раза относительно крыс контрольной группы (р ≤ 0,01), во 2-й опытной группе произошло снижение содержания кадмия по сравнению с 1-й под действием детоксиканта на 57,1 % (р ≤ 0,05).

В селезенке у животных 2-й опытной группы содержание кадмия относительно 1-й снижалось на 54,2 % вследствие применения детоксикантов (р ≤ 0,05–0,01).

Концентрация кадмия в печени крыс увеличилась в 1-й опытной группе в 31,7 раза по сравнению с контрольной (р ≤ 0,001). У крыс 2-й опытной группы, получавших растительные экстракты, происходило уменьшение концентрации кадмия относительно животных 1-й опытной группы вследствие действия детоксикантов – на 16,2 (р ≤ 0,05).

В почках животных в опытных группах содержание токсиканта превышало контрольное значение в 17,6–25,3 раза (р ≤ 0,001) по сравнению с животными контрольной группы. Однако применение растительных экстрактов уменьшило концентрацию кадмия у крыс 2-й опытной группы на 30,4 % (р ≤ 0,05) относительно животных 1-й группы.

В костной ткани крыс 1-й опытной группы произошло увеличение кадмия по сравнению с животными контрольной группы в 1,6 раз (р ≥ 0,05). У крыс 2-й опытной группы произошло уменьшение содержания кадмия в костной ткани относительно животных 1-й опытной группы на 33,3 %, однако достоверно не отличалось от животных контрольной группы (р ≥ 0,05).

Таким образом, в физиологическом опыте рассматривали совместное влияние тяжелых металлов свинца и кадмия на организм крыс и изменение их содержания под влиянием растительных экстрактов, которые животные получали в качестве детоксикантов. В результате исследований установлено, что растительные экстракты существенно снижают концентрацию кадмия в органах и тканях лабораторных животных.

Выводы

• 1.    Фоновое содержание кадмия в органах и тканях лабораторных животных составляет 0,0017–0,0061 мг, свинца – 0,009–0,013 мг на 1 кг живой массы.

• 2.    Установлено, что органы и ткани обладают избирательностью в аккумуляции свинца: костная ткань → почки → печень → мышечная ткань → сердце → селезенка. По степени накопления кадмия в органах и тканях крыс установлена закономерность: почки → печень → сердце → мышечная ткань → селезенка → костная ткань.

• 3.    Экстракт прополиса: листья березы: хвоя сосны снижает концентрацию свинца и кадмия в органах и тканях лабораторных животных. Спиртовой экстракт уменьшает содержание свинца во внутренних органах опытных животных относительно не получавших их (1-й опытной группы) на 7,8–94,3 %; содержание кадмия – на 16,2–88,0 %.