Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1. Токсикологическая характеристика кадмия 11
1.1.1. Пути поступления соединений кадмия в окружающую среду и организм человека 11
1.1.2. Механизмы токсического действия кадмия 14
1.2. Действие тяжелых металлов на систему «мать - внезародышевые органы - плод» 19
1.2.1. Влияние тяжелых металлов на течение беременности 19
1.2.2. Влияние тяжелых металлов на морфологию плаценты 24
1.2.3. Влияние тяжелых металлов на плод 29
1.3. Становление паренхимо-стромальных взаимоотношений в плаценте лабораторных грызунов 37
1.4. Заключение 48
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 49
2.1. Объект исследования 49
2.2. Светооптический метод 52
2.3. Метод электронной микроскопии 52
2.4. Метод морфометрии 53
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 55
3.1. Влияние сульфата кадмия на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» при воздействии с 1-х по 6-е сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг 55
3.1.1. Биологические эффекты воздействия сульфатом кадмия 55
3.1.2. Морфологическая и морфометрическая характеристика печени беременных самок 56
3.1.3. Морфологическая и морфометрическая характеристика аллантоисной плаценты 59
3.1.4. Морфологическая и морфометрическая характеристика висцерального листка желточного мешка 61
3.1.5. Морфологическая и морфометрическая характеристика печени плодов 64
3.1.6. Заключение 65
3.2. Влияние сульфата кадмия на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» при воздействии с 7-х по 11-е сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг 66
3.2.1. Биологические эффекты воздействия сульфатом кадмия 66
3.2.2. Морфологическая и морфометрическая характеристика печени беременных самок 67
3.2.3. Морфологическая и морфометрическая характеристика аллантоисной плаценты 68
3.2.4. Морфологическая и морфометрическая характеристика висцерального листка желточного мешка 72
3.2.5. Морфологическая и морфометрическая характеристика печени плодов 74
3.2.6. Заключение 75
3.3. Влияние сульфата кадмия на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» при воздействии с 12-х по 16-е
сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг 76
3.3.1. Биологические эффекты воздействия сульфатом кадмия 76
3.3.2. Морфологическая и морфометрическая характеристика печени беременных самок 77
3.3.3. Морфологическая и морфометрическая характеристика аллантоисной плаценты 78
3.3.4. Морфологическая и морфометрическая характеристика в висцеральном листке желточного мешка 80
3.3.5. Морфологическая и морфометрическая характеристика
печени плодов 84
3.3.6 Заключение 85
3.4. Влияние сульфата кадмия на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» при воздействии с 1-х по 16-е сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг 86
3.4.1. Биологические эффекты воздействия сульфатом кадмия 86
3.4.2. Гистоморфометрическая и ультраструктурная характеристика печени беременных самок 87
3.4.3. Гистоморфометрическая и ультраструктурная характеристика аллантоисной плаценты 92
3.4.4. Гистоморфометрическая и ультраструктурная характеристика висцерального листка желточного мешка 99
3.4.5. Гистоморфометрическая и ультраструктурная характеристика печени плодов 104
3.4.6. Заключение 107
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 111
ВЫВОДЫ 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130
- Токсикологическая характеристика кадмия
- Светооптический метод
- Влияние сульфата кадмия на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» при воздействии с 1-х по 6-е сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг
- ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Введение к работе
Актуальность исследования. Общеизвестным фактом является экологическое неблагополучие социума, которое постепенно приобретает черты, планетарного бедствия. По информации Министерства здравоохранения Российской Федерации, только 15% городского населения России проживают на территориях, где уровень загрязнения воздуха находится в пределах нормативов.
Согласно данным ряда авторов (Ларионова Т.К. с соавт., 1999; Они-щенко Г.Г., 1999; Матвеева НА, 2000; Попова Л.С., Цаллагова Л.В., 2000; Веккер И.Р. с соавт., 2001; Майсурадзе Л.В., 2001; Мищенко В.П., 2001; Ка-зачкова ОА с соавт., 2002; Залавина СВ. с соавт., 2003; Calvo R. et al, 1997; Marshall E.G., 1998; Ward L. etal, 2000) показатели репродуктивной функции у женщин, проживающих в загрязненных городах, значительно отличаются от контрольных показателей. Они имеют одинаковую направленность в виде повышения количества осложнений беременности, родов и послеродового периода; увеличения коэффициента ранней неонатальной заболеваемости и смертности, числа врожденных пороков развития; ухудшения здоровья детей на отдаленных сроках постнатального онтогенеза. Все эти изменения приводят к снижению рождаемости, а также к рождению больных детей с физическими и интеллектуальными дефектами.
В конце 80-х годов прошлого столетия во внешней среде было зарегистрировано более 4 млн. токсических веществ и ежегодно их количество возрастает на 1-2 тысячи (Логвиненко И.И. с соавт., 2003). Конечно, нельзя игнорировать реально существующее совместное действие химических веществ, но выявить закономерности комбинированного их действия не представится возможным до тех пор, пока не будут накоплены достоверные сведения об особенностях действия на организм каждого из химических компонентов в отдельности.
В последние годы произошло расширение сферы использования различных соединений кадмия и значительное увеличение антропогенного вклада в загрязнение ими окружающей среды, вследствие чего содержание кадмия в атмосферном воздухе, продуктах питания и объектах хозяйственно-питьевого водоснабжения превышает допустимые нормативы в ряде регионов нашей страны и за рубежом (Агаджанян НА, Скальный А.В., 2001; Па-ранько Н.М. с соавт., 2002; Пустыльняк В.О., 2002; Онищенко Г.Г., 2003; Степанова Н.В., 2003; Ikeda М. et al, 2000; Norris D.O. et al, 2000; Lyon T.D. etal, 2002).
Результаты многочисленных исследований (Хамидуллина Э.М. с соавт., 1997; Горбатко Г.Г. с соавт., 1999; Уланова Т.С. с соавт., 1999; Мамбет-каримов ГА, 2000; Кулкыбаев ГА с соавт., 2002; Kantola М. et al, 2000; Falcon М. et al, 2002) показывают, что в условиях техногенных биогеохимических провинций все биосубстраты системы «мать - внезародышевые органы -плод» содержат кадмий в концентрациях, превышающих Европейский стандарт (Трахтенберг И.М. с соавт., 1994), что свидетельствует о выраженной токсической нагрузке в течение беременности. По данным Н.М. Паранько с
ОЭ 22Э
соавт. (2002), поступление кадмия даже в количествах, не превышающих предельно допустимые, тем не менее формирует высокие его значения в индикаторных биосубстратах - крови, моче, плаценте, меконии - вследствие способности к длительной аккумуляции в организме. Все эти обстоятельства ставят перед исследователями задачу тщательного изучения влияния кадмия на организм в процессе его внутриутробного развития.
Приходится констатировать, что до сих пор число исследований, посвященных изучению данной проблемы, остается еще явно недостаточным. Большинство приводимых в литературе работ посвящено оценке влияния кадмия на отдельные звенья системы «мать - внезародышевые органы -плод», причем воздействие кадмия на некоторые элементы системы остается практически не изученным, а в ряде исследований содержатся противоречивые данные.
В этой связи возникает необходимость проведения комплексного исследования системы «мать - внезародышевые органы - плод», направленного на изучение механизмов развития внутриутробных повреждений плода в условиях воздействия соединениями кадмия, что является актуальным с точки зрения как теоретической биологии, так и практической медицины.
Цель работы - исследовать морфофункциональное состояние элементов системы «мать - внезародышевые органы - плод» при действии сульфатом кадмия в различные периоды беременности.
Задачи исследования:
Изучить эмбриолетальный эффект соли кадмия при внутрибрюшин-ном ее введении крысам линии Вистар в различные периоды беременности.
Оценить последствия токсического воздействия сульфатом кадмия в различные периоды беременности на массометрические показатели элементов системы «мать - внезародышевые органы - плод» у крыс.
Изучить влияние сульфата кадмия, вводимого в различные периоды беременности, на структурную организацию печени самок, алланто-исной плаценты, желточного мешка и печени плодов.
Провести сравнительную оценку эффектов воздействия сульфатом кадмия в различные периоды беременности на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» с целью выявления наиболее чувствительного к действию данного токсиканта периода эмбриогенеза.
Научная новизна
Впервые установлена зависимость вида эмбриональной гибели, обусловленной воздействием сульфата кадмия, от периода беременности, в который осуществлялось введение токсиканта.
Впервые с помощью массометрических, световых, электронномикро-скопических и морфометрических методов проведен комплексный анализ звеньев системы «мать - внезародышевые органы - плод» при введении соли кадмия крысам линии Вистар в различные периоды беременности.
Впервые с помощью качественных и количественных методов исследования выявлены структурные изменения, возникающие в элементах системы «мать - внезародышевые органы - плод» под влиянием сульфата кадмия, специфичные для каждого периода воздействия.
Впервые в результате сравнительной оценки эффектов воздействия сульфатом кадмия в различные периоды беременности на звенья системы «мать — внезародышевые органы - плод» установлено, что наиболее чувствительным к действию кадмия является ранний постимплантационный период.
Теоретическое и практическое значение
В результате проведенных исследований выявлены морфофункциональные изменения, возникающие в элементах системы «мать - внезародышевые органы - плод» при введении сульфата кадмия в различные периоды беременности. Полученные данные дают возможность судить о наличии прямой связи между периодом воздействия, его длительностью и выраженностью возникающих изменений.
Результаты исследования существенно углубляют представления о структурных основах и закономерностях реагирования системы «мать - внезародышевые органы - плод» на действие токсикантов при гемохориальной плацентации.
Полученные в работе данные могут послужить экспериментальным основанием для динамического наблюдения за состоянием беременных женщин и плода в условиях воздействия повышенных концентраций соединений кадмия, а также для профилактического и терапевтического использования препаратов с учетом механизмов цитотоксического действия кадмия.
Положения, выносимые на защиту:
Внутрибрюшинное введение сульфата кадмия крысам линии Вистар в дозе 0,5 мг/кг оказывает эмбриолетальное действие, при этом вид эмбриональной гибели зависит от периода беременности, в который осуществлялось введение токсиканта.
Затравка животных сульфатом кадмия в различные периоды беременности приводит к изменениям массометрических показателей элементов системы «мать - внезародышевые органы — плод», выраженность которых определяется этапом внутриутробного развития, в который осуществлялось воздействие токсикантом.
Морфологические и морфометрические изменения в элементах системы «мать - внезародышевые органы - плод» при введении соли кадмия во все периоды беременности имеют как деструктивный, так и компенсаторный характер.
По совокупности массометрических, морфологических и морфометри-ческих изменений звеньев системы «мать - внезародышевые органы -плод», а также с учетом высокой эмбриолетальности, наиболее чувствительным к действию кадмия является ранний постимплантационный период.
Апробация работы
Материалы работы доложены на 63-й сессии студентов и молодых ученых НГМА (Новосибирск) в 2002 г.; на Всероссийской конференции «Компенсаторно-приспособительные процессы: фундаментальные и клинические аспекты» (Новосибирск) в 2002 г.; на Всероссийской конференции "Актуальные вопросы экспериментальной и клинической морфологии" памяти А.С. Догеля (Томск) в 2002 г.; на ежегодном конкурсе-конференции студентов и молодых ученых «Авиценна-2003» (Новосибирск) в 2003 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации
Работа изложена на 163 страницах машинописного текста; состоит из введения, 4 глав, выводов, практических рекомендаций; иллюстрирована 42 рисунками, 25 таблицами. Указатель литературы включает 339 источников.
Токсикологическая характеристика кадмия
Благодаря своим физическим и химическим свойствам (антикоррозионным, электрохимическим, антифрикционным, оптико-физическим, фотохимическим, монохроматическим и др.), кадмий нашел очень широкое применение в техники и промышленности. По сравнению с началом XX века ежегодное мировое производство кадмия в настоящее время увеличилось более чем в 20 раз (Эйхлер В., 1993). В целом суммарный аэральный поток кадмия от антропогенных и природных источников составляет по разным оценкам от 7480 до 20450 тонн в год. Область применения кадмия довольно обширна. Он используется для антикоррозионного покрытия (т. н. кадмиро-вания) черных металлов, в производстве никель-кадмиевых электрических аккумуляторов и аварийных стержней атомных реакторов; входит в состав как легкоплавких, так и тугоплавких износостойких сплавов и т.д. (Пурмаль А.П., 1998).
Кадмий является рассеянным элементом и не образует самостоятельных рудных скоплений. Присутствует он в виде примесей в цинковых, свинцовых, медных и полиметаллических рудах, которые и являются основным источником промышленной добычи кадмия. Таким образом, основной источник загрязнения внешней среды кадмием - техногенный. Соединения кадмия поступают в окружающую среду с производственными выбросами и сточными водами предприятий цветной металлургии, машиностроительной, электротехнической, химической, легкой и др. отраслей промышленности (Хамидуллина Э.М. с соавт., 1997; Пурмаль А.П., 1998; Скальный А.В., 2001). Вследствие этого в районах, подверженных интенсивному воздействию техногенных факторов, концентрации кадмия в атмосферном воздухе, почве и снежном покрове в несколько раз превышают допустимые нормативы (Нурбков А.Н., 1998; Агаджанян Н.А., Скальный А.В., 2001; Паранько H.M. с соавт., 2002; Пустыльняк В.О., 2002; Онищенко ГГ., 2003; Norris D.O. et al., 2000; Lyon T.D. et al., 2002).
Увеличению содержания кадмия в почве способствует внесение минеральных удобрений, так как практически все они содержат кадмий в виде примесей. С удобрениями в почву - а, следовательно, и в пищевые продукты - всегда попадает некоторое количество данного металла (Эйхлер В., 1993; Коськина Е.В., 1996; Turska М., 1976). Загрязнение внешней среды кадмием в определенной степени обусловлено выбросами автотранспорта. Ветви и листья растений, обращенные к дороге, содержат в 1,5-3 раза больше кадмия, чем находящиеся с противоположной стороны (Агаджанян Н.А., Скальный А.В.,2001).
Светооптический метод
Для гистологического исследования забирали различные элементы системы «мать - внезародышевые органы - плод»: печень беременных самок, гладкий и ворсинчатый отделы висцерального листка желточного мешка, ал-лантоисную плаценту и печень эмбрионов 20-го дня внутриутробного развития (от каждой крысы по 3 плода с внезародышевыми органами). Фиксацию материала осуществляли в смеси 10% нейтрального формалина и 80 этилового спирта (пропорция 1:1). Обезвоживание проводили в спиртах возрастающей концентрации, заключали в парафин и готовили срезы толщиной 5-6 мкм (Волкова О.В., Елецкий Ю.К., 1982).
Для изучения общей морфологической картины применяли окраску гематоксилином Майера и эозином.
Влияние сульфата кадмия на звенья системы «мать - внезародышевые органы - плод» при воздействии с 1-х по 6-е сутки беременности в дозе 0,5 мг/кг
Введение сульфата кадмия крысам с 1 по 6 сутки беременности привело к увеличению доимплантационной смертности зародышей (ДИС) с 3,14±1,17% до 9,27±1,9% (Рф 0,05). Постимплантационная эмбриональная гибель (ПИС) сохранялась на уровне контрольных значений (2,35±1,2% в контроле, 2,68±1,09% в опыте - Рф 0,05), а общая эмбриональная смертность статистически не достоверно изменялась с 5,48±1,81% в контроле до 11,78±2,17% (Рф 0,05) (рис. 1).
Анализ массометрических показателей звеньев системы «мать - внезародышевые органы - плод» выявил, что затравка крыс линии Вистар солью кадмия с 1 по 6 сутки беременности привела к снижению прибавки массы те ла самками на 15% (PF 0,05). Масса печени самок, желточного мешка, аллан-тоисной плаценты, печени плодов, масса и длина плодов на 20-й день беременности достоверных различий с контролем не имели (табл. 2). В силу того, что показатели массы плаценты и массы плодов не выходили за пределы контрольного уровня, плацентарно-плодовый коэффициент в опытной группе достоверно от аналогичного контрольного показателя не отличался и составил 0,223+0,01 усл. ед. в опыте при 0,204±0,007 усл. ед. в контроле (Р 0,05).
Обсуждение результатов
Реакция эмбриона и плода на действие разнообразных повреждающих факторов внешней среды в значительной степени определяется стадией внутриутробного развития в момент воздействия токсиканта. Основываясь на особенностях морфогенеза и типичных ответных реакциях эмбриона и плода на воздействие патогенных факторов внешней среды, весь период внутриутробного развития человека и млекопитающих можно разделить на следующие стадии: предимплантационное развитие; имплантация, органогенез и плацентация; плодный период (фетогенез). Для каждой из этих стадий имеются свои общие и специфические черты в характере ответных реакций эмбриона и плода на патогенное воздействие (Кирющенков А.П., 1978).
Результаты проведенных исследований подтверждают имеющиеся в литературе сведения о наличии эмбриолетального действия кадмия (Литвинов Н.Н. с соавт., 1991; Казачков В.И. с соавт., 1992; Zajic J. et al., 1998; Do-branic T. et al., 2001). При анализе вариантов изменения эмбриональной гибели нами было установлено, что вид последней зависит от периода воздействия токсикантом. Так, доимплантационная смертность достоверно изменялась при воздействии кадмием в доимплантационный период и в период имплантации у крыс (1-6-е сутки беременности), в свою очередь, постимплан-тационная гибель плодов увеличивалась более чем в 3 раза при введении токсиканта с 7 по 11 сутки и в 6 раз - с 1 по 16 сутки, т. е. при наличии воздействия в период ранней плацентации. Аналогичные изменения эмбриональной смертности описаны при действии таких металлов, как ртуть, свинец, кобальт, молибден, вольфрам, марганец (Манджгаладзе Р.Н., 1969; Кра-совскийГ.Н. с соавт., 1992).
Ритм развития зародыша человека в доимплантационный период развития приближается к таковому у многих млекопитающих, что делает возможным известное сопоставление результатов исследований, полученных в клинике и эксперименте. Последнее обстоятельство имеет большое научное и практическое значение, так как клиническая эмбриология и акушерство располагают пока весьма скудными сведениями об особенностях ответных реакций зародыша стадии предимплантационного развития на действие факторов внешней среды.
Увеличение доимплантационной смертности зародышей при воздействии кадмием с 1 по 6 сутки внутриутробного развития может быть обусловлено несколькими причинами. Известным фактом является значительная роль материнского организма в снабжении зародыша предимплантационного периода развития кислородом и различными питательными веществами. Начиная со стадии морулы и на всем протяжении ее превращения в бластоцисту, отмечается резкое повышение потребления зародышем кислорода, что, по-видимому, обусловлено переходом от пентозмонофосфатного цикла к циклу трикарбоновых кислот (Кирющенков А.П., 1978), поэтому экспериментальная гипоксия в ранний период эмбриогенеза часто сопровождается гибелью зародыша. На наличие гипоксии материнского организма, возникающей при контакте с соединениями кадмия, указывала Р.А. Радомская (1981).
