Техногенне забруднення довкілля важкими металами, зокрема, сполуками кадмію, залишається актуальним у світі вже багато років. Повномасштабна війна в Україні тільки загострила цю проблему для нашої країни, її екології та здоров’я населення [1, 2]. Справжня шкода, якої зазнає здоров’я людей від впливу малих доз сполук кадмію, повністю ще не вивчена, хоча в останні десятиліття в цьому напрямі здійснено багато досліджень [1, 3]. Відомо, що механізм токсичного впливу кадмію на організм людини і тварин полягає в його здатності активувати процеси пероксидації ліпідів та білків, пригнічувати антиоксидантний захист та активність ензимів [3, 4]. Іони кадмію конкурентно взаємодіють з есенціальними двовалентними металами, утворюють міцні комплекси з органічними лігандами, блокуючи сульфгідрильні групи цистеїну. Доведено високу здатність кадмію до кумуляції, зокрема, у кістках [4].
Метою даної роботи було дослідження вмісту есенціальних макро- та мікроелементів у кістковій тканині та активності маркерних ензимів кісткового метаболізму у крові білих щурів-самців за умов надходження іонів кадмію. Моделювали кадмієву інтоксикацію введенням тваринам розчину кадмію хлориду (CdCl2) в дозі 1/10 LD50 протягом 10-ти діб (дослідна група тварин, n=8). Контролем служили інтактні тварини (n=7), які отримували відповідний об’єм фізіологічного розчину. Тварин виводили з експерименту шляхом декапітації під легким ефірним наркозом на 28-у добу після завершення введення токсиканту. Утримання тварин та маніпуляції з ними здійснювали з дотриманням вимог біоетики згідно із українським законодавством та відповідно до положень Європейської Конвенції щодо захисту хребетних тварин [5]. У плазмі крові визначали активність лужної (ЛФ) та кислої (КФ) фосфатаз за допомогою уніфікованих методик з використанням наборів реактивів «Lасhema» та «Філісіт-Діагностика». Концентрацію есенціальних біоелементів кальцію (Са), магнію (Mg), купруму (Cu), цинку (Zn) та важкого металу кадмію (Cd) визначали атомно-абсорбційним методом у стегнових кістках після їх озолення. Роботу виконували на базі Центру біоелементології Івано-Франківського національного медичного університету.
Проведені нами дослідження показали, що за умов дії іонів Сd2+ в організмі інтоксикованих тварин спостерігаються суттєві зміни активності ензимів, які є маркерними для стану остеобластів та остеокластів кісткової тканини. Лужна фосфатаза (ЛФ, гідролаза, шифр КФ 3.1.3.1.) – гомодимерний глікопротеїн, у кожному мономері якого є п’ять залишків цистеїну, два атоми цинку та один магнію, які формують його активний центр. ЛФ дефосфорилює субстрати, активна у лужному середовищі [6]. Кістковий ізоензим лужної фосфатази, глікопротеїн, який локалізується в мембранах остебластів, характеризує їх діяльність в процесі остеосинтезу (кісткоутворення) та становить значну частину загальної активності ЛФ. Тому визначення загальної активності ЛФ служить маркером ремоделювання кісткової тканини [6]. Дослідження цього показника у різних групах тварин показало, що активність ензиму ЛФ достовірно знижувалася протягом всього періоду спостереження, а найнижча активність була зафіксована на 28-у добу − на 47 % менша, ніж у інтактних тварин. Кисла фосфатаза (КФ, шифр КФ 3.1.3.2) – лізосомальний ензим, який дефосфорилює субстрати. КФ це монофосфоестераза, у активному центрі містить іони Zn2+ та окисно-відновну групу Fe2+/3+ [7]. Багатоядерні клітини, що беруть участь у резорбції кістки і хряща – остеокласти, секретують кістковий ізоензим кислої фосфатази – тартратрезистентну кислу фосфатазу (ТРКФ). Підвищення її активності свідчить про посилення процесів руйнування кісткової тканини [7], а також спостерігається при різних захворюваннях, що супроводжуються посиленою резорбцією кісткової тканини, зокрема, при остеопорозі, хворобі Педжета. Наші дослідження засвідчили, що вже на першу добу після десятиденного введення токсиканту активність цього маркерного ензиму кісткової резорбції підвищувалася у 2 рази, а до кінця спостереження у 4,5 рази перевищувала показник інтактної групи тварин. У процесі ремоделювання кісткової тканини важливими є збалансованість процесів резорбції та остеосинтезу, що очевидно порушується на тлі надходження іонів кадмію: зниження активності ЛФ та різке підвищення активності КФ свідчить про переважання остеокластичної резорбції у стегнових кістках інтоксикованих тварин над кісткоутворенням.
В ході експерименту також дослідили зміни концентрації остеотропних біоелементів у золі стегнових кісток дослідної та інтактної груп щурів. Встановлено достовірне зниження рівня біоелементів у тварин дослідної групи порівняно з інтактними, зокрема, Са – на 14,3%, Mg – на 25,4%, Cu – на 31,7%, а Zn – на 22,5%. Одночасно значною зростав вміст токсичного елементу Cd – у 9,8 разів. Порушення макро- та мікроелементного складу кісткової тканини, яке спостерігалось за умов впливу CdCl2, може викликати структурні зміни мінерального матриксу кістки. Крім цього, такі есенціальні елементи, як Cu і Zn виступають в ролі кофакторів ензимів, і тому мають важливе значення в регуляції метаболічних процесів у кістках. Зокрема, для утворення міцних волокон колагену необхідні іони Cu2+ як активатори проліл- та лізилгідроксилаз. Недостатність даного біоелементу знижує активність згаданих ензимів, що в свою чергу порушує процесинг колагену, внаслідок якого зменшується кількість специфічних амінокислот оксипроліну та оксилізину в проколагені, а отже порушується утворення колагенових фібрил – органічної матриці кістки. Іони Zn2+ є активатором фосфатаз, тому можна передбачити порушення обміну фосфатів на тіл кадмієвої інтоксикації [6, 7].
Отже, проведенні дослідження дозволяють зробити наступний висновок: надходження в організм тварин іонів важкого металу кадмію зумовлює зниження рівня есенціальних макро- та мікроелементів у кістковій тканині з одночасним накопиченням даного токсичного елемента, порушується активність фосфатаз. Це може бути причиною метаболічних порушень, зокрема, фосфорно-кальцієвого обміну, руйнування колагенової матриці кістки та її демінералізації. Такі експериментальні дані потребують подальших досліджень, оскільки можуть бути причиною розвитку остеопенії та остеопорозу.
Список літератури:
1. Jarup L., Akesson A. Current status of cadmium as an environmental health problem. // Toxicol. Appl. Pharmacol., 2009. 238(3): P. 201-208. https://doi.org/10.1016/j.taap.2009.04.020
2.Briefing on the environmental damage caused by the russia’s war of aggression against Ukraine (February 10 – February 23, 2024) – Available at : https://ecozagroza.gov.ua/en/news/141
3. ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry). Toxicological Profile for Cadmium. U.S. Departament of Health and Human Services. – Atlanta. –
2012. – 454 p. https://wwwn.cdc.gov/TSP/ToxProfiles/ToxProfiles.aspx?id=48&tid=15
4. Khopta N. S., Bazalytska I.S., Ersteniuk A. M. Some aspects of toxic effects of cadmium on organism of experimental animals / Journal of Education, Health and Sport, V 7(3), 2017: – P. 559-569. eISSN 2391-8306.
5. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purpose: Council of Europe 18.03.1986. – Strasbourg, 1986 – 52p.
6. Grote-Koska D, Klauke R, Brand K, Schuman G. Alkaline phosphatase activity – pH impact on the measurement result. Clin Chem Lab Med. 2017; 55(7): 146-149. Doi: 10.1515/cclm-2016-0771.
7. Sakthivel Muniyan, Nagendra Chaturvedi, Jennifer Dwyer, Chad LaGrange, William Chaney. Human Prostatic Acid Phosphatase: Structure, Function and Regulation. International J. of Molecular Sciences. 2013; 14 (5): 10438–64. Doi:10.3390/ijms140510438.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter