Способ повышения устойчивости организма к комбинированному вредному действию свинца и кадмия
Владельцы патента RU 2712954:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ "ЕКАТЕРИНБУРГСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПРОФИЛАКТИКИ И ОХРАНЫ ЗДОРОВЬЯ РАБОЧИХ ПРОМПРЕДПРИЯТИЙ" (ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора) (RU)
Изобретение относится к медицине, в частности к способу повышения устойчивости организма к развитию многосторонних вредных эффектов комбинированного действия на него свинца и кадмия в ионной форме. Способ заключается в том, что лицам, относящимся к группе риска указанного действия, назначают комплекс биологически активных препаратов, включающий глютаминат натрия, цистеин в метаболически активной форме N-ацетилцистеина, яблочный пектин, селен, йод, кальций, железо, магний, препарат рыбьего жира, богатый полиненасыщенными жирными кислотами класса омега-3, кверцетин в виде рутина, витамины А, С, Е и D3, витамины группы В1, В2, В6. Лица группы риска принимают препараты этого комплекса повторными 4-6-недельными курсами 1-2 раза в год в определенных дозах. Способ обеспечивает снижение вредных эффектов токсического, кардиотоксического и генотоксического комбинированного действия соединений кадмия и свинца в ионной форме на организм. 4 ил., 4 табл.
Изобретение относится к медицине, в частности, к токсикологии металлов и может быть использовано для снижения неблагоприятных эффектов комбинированного действия различных химических соединений свинца (Pb) и кадмия (Cd) на организм человека в группах риска, охватывающих лиц, которые подвергаются такому воздействию в производственных условиях (в частности, при выплавке и огневом рафинировании меди) или через среду обитания, загрязняемую этими производствами.
Опубликованы эпидемиологические и экспериментальные работы, в которых показано, что свинец и кадмий, наряду с большим числом других отклонений от нормального состояния организма, как общих для обоих металлов, так и относительно специфичных для какого-то из них, обладают выраженным повреждающим действием на печень, почки, сердечно-сосудистую систему, а также на ядерную ДНК (например, Andjelkovic, M.; Buha Djordjevic, A.; Antonijevic, E.; Antonijevic, B.; Stanic, M.; Kotur-Stevuljevic, J.; Spasojevic-Kalimanovska, V.; Jovanovic, M.; Boricic, N.; Wallace, D.; Bulat, Z. Toxic effect of acute cadmium and lead exposure in rat blood, liver, and kidney. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019, 16(2), pii: E274. doi: 10.3390/ijerph16020274; Assi, M.A.; Hezmee, M.N.; Haron, A.W.; Sabri, M.Y.; Rajion, M.A. The detrimental effects of lead on human and animal health. Veterinary world. 2016, 9(6), 660–671. https://dx.doi.org/10.14202%2Fvetworld.2016.660-671; Godt, J.; Scheidig, F.; Grosse-Siestrup, C.; Esche, V.; Brandenburg, P.; Reich, A.; Groneberg, D.A. The toxicity of cadmium and resulting hazards for human health. Journal of occupational medicine and toxicology. 2006, 1, 22. https://dx.doi.org/10.1186%2F1745-6673-1-22; IPCS. Cadmium. Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety. Environmental Health Criteria 134. 1992. http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc134.htm; IPCS. Inorganic lead. Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety. Environmental Health Criteria 165. 1995. http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc165.htm; Katsnelson, B.A.; Kuzmin, S.V.; Privalova, L.I.; Khrushceva, N.A.; Beikin, J.B.; Postnikova, T.V.; Zhuravleva, N.S.; Makarenko, N.P.; Kireyeva, E.P.; Porovitsina, A.V.; Bojarsky, A.N.; Denisenko, S.A. An association between incipient renal damage and urine levels of cadmium and lead in a group of Russian preschool children. Epidemiol. 2005, 16(5), S21; Markiewicz-Górka, I.; Januszewska, L.; Michalak, A.; Prokopowicz, A.; Januszewska, E.; Pawlas, N.; Pawlas, K. Effects of chronic exposure to lead, cadmium, and manganese mixtures on oxidative stress in rat liver and heart. Arh Hig Rada Toksikol. 2015, 66, 51-62. https://doi.org/10.1515/aiht-2015-66-2515; Nava-Hernández, MP.; Hauad-Marroquín, L.A.; Bassol-Mayagoitia, S.; García-Arenas, G.; Mercado-Hernández, R.; Echávarri-Guzmán, M.A.; Cerda-Flores, R.M. Lead-, cadmium-, and arsenic-induced DNA damage in rat germinal cells. DNA Cell Biol. 2009, 28(5), 241-8. https://doi.org/10.1089/dna.2009.0860; Yang, W.Y.; Zhang, Z.Y.; Thijs, L.; Cauwenberghs, N.; Wei, F.F.; Jacobs, L.; Luttun, A.; Verhamme, P.; Kuznetsova, T.; Nawrot, T.S.; Staessen, J.A. Left ventricular structure and function in relation to environmental exposure to lead and cadmium. J. Am. Heart. Assoc. 2017, 6(2), pii:e004692. https://doi.org/10.1161/JAHA.116.004692). При этом по многим из вредных эффектов совместное действие свинца и кадмия не только суммируется (то есть является аддитивным), но при определённом соотношении доз может обладать супераддитивностью (Varaksin, A.N.; Katsnelson, B.A.; Panov, V.G.; Privalova, L.I.; Kireyeva, E.P.; Valamina, I.E.; Beresneva, O.Y. Some considerations concerning the theory of combined toxicity: a case study of subchronic experimental intoxication with cadmium and lead. Food Chem. Toxicol. 2014, 64, 144-156. https://doi.org/10.1016/j.fct.2013.11.024).
Поэтому высокую актуальность представляет задача повышения устойчивости организма (с помощью теоретически обоснованного и экспериментально апробированного комплекса безвредных биопротекторов) именно к комбинированному действию свинца и кадмия, в том числе, к таким его особо социально значимым проявлениям как генотоксичность и кардиоваскулярная токсичность. Такой подход к защите определённых групп населения от неизбежных токсических экспозиций, известный как биологическая профилактика, разрабатывается и внедряется в практику прежде всего научным коллективом, в который входят заявители данного патента (например, Привалова, Л.И.; Кацнельсон, Б.А.; Минигалиева, И.А.; Сутункова, М.П.; Макеев, О.Г.; Валамина, И.Е.; Шур, В.Я.; Клинова, С.В.; Соловьёва, С.Н. Биопрофилактика в системе управления профессиональными рисками, связанными с воздействием металлсодержащих наночастиц. Гигиена и санитария. 2017, 96(12), 1187-1191; Katsnelson, B.A.; Privalova, L.I.; Sutunkova, M.P.; Minigalieva, I.A.; Gurvich, V.B.; Shur, V.Ya.; Shishkina, E.V.; Makeyev, O.H.; Valamina, I.E.; Varaksin, A.N.; Panov, V.G. Experimental research into metallic and metal oxide nanoparticle toxicity in vivo, In: B. Yan, H. Zhou, J. Gardea-Torresdey (Eds.), “Bioactivity of engineered nanoparticles”, Springer, 2017, Chapter 11, 259-31). Именно исследованиями этого коллектива ранее была продемонстрирована возможность ослабить вредное действие комбинации Pb-Cd на почки в эксперименте на крысах (Киреева, Е.П.; Кацнельсон, Б.А.; Дегтярева, Т.Д.; Привалова, Л.И.; Валамина, И.Е.; Береснева, О. Ю.; Макаренко, Н.П.; Денисенко, С.А. Нефротоксическое действие свинца, кадмия и его торможение комплексом биопротекторов. Токсикологический вестник. 2006, 3, 26-31), а затем при проведении контролируемого курса биопрофилактики у детей дошкольного возраста в условиях экологически обусловленной экспозиции к этой комбинации (Кацнельсон, Б.А.; Привалова, Л.И.; Кузьмин, С.В.; Киреева, Е.П.; Хрущева, Н.А.; Бейкин, Я.Б.; Постникова, Т.В.; Журавлева, Н.С.; Макаренко, Н.П.; Поровицина, А.В.; Денисенко, С.А.; Солобоева, Ю.И. Связь доклинических изменении в почках у детей дошкольного возраста с содержанием кадмия и свинца в моче Токсикологический вестник. 2006, 4, 35-41). Однако информационный поиск не обнаружил примеров испытания или хотя бы теоретического обоснования средств биологической защиты (биопротекторов) от более широкого спектра неблагоприятных эффеков рассматриваемой комбинации, включающего её кардиотоксичность и генотоксичность.
Задачей изобретения является создание способа защиты, основанного на повышении устойчивости организма к вредным эффектам комбинированного действия соединений свинца и кадмия. В результате решения этой задачи разработан способ профилактики вредных эффектов органо-системного уровня, обусловленных комбинированным общетоксическим, органотоксическим (включая кардиотоксичность) и генотоксическим действием указанных металлов на организм.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении вредных эффектов комбинированного общетоксического, органотоксического (включая кардиотоксичность) и генотоксического действия соединений свинца и кадмия на организм.
Этот способ заключается в том, что лицам, относящимся к группе риска указанного действия, назначают комплекс биологически активных препаратов, далее обозначаемый как БПК (биопрофилактический комплекс), включающий: глютаминат натрия, цистеин в метаболически активной форме N-ацетилцистеина, яблочный пектин, селен, йод, кальций, железо, магний, препарат рыбьего жира, богатый полиненасыщенными жирными кислотами класса омега-3, кверцетин в виде рутина, витамины А, С, Е, D3, витамины группы В (В1, В2, В6).
Изобретение поясняется иллюстрациями.
На Фиг. 1 представлена почка контрольной крысы - проксимальные извитые канальцы с неповреждённой щёточной каёмкой.
На Фиг. 2 представлена почка крысы при комбинированной свинцово-кадмиевой интоксикации (выраженные дегенеративные и некробиотические изменение канальцевого эпителия вплоть до полной десквамации клеток и частичная потеря щёточной каёмки сохранившимися клетками.
На Фиг. 3 представлена почка крысы при такой же интоксикации на фоне назначения БПК (частичная нормализация гистологической картины. Окраска ШИК, увеличение *400.
На Фиг. 4 представлена зависимость длина-напряжение в пассивном состоянии изолированных папиллярных мышц правого желудочка крыс контрольной группы (Контроль), крыс при действии только БПК комбинации металлов (Pb+Cd), комбинации металлов на фоне БПК (Pb+Cd+БПК), только свинца (Pb) или только кадмия (Cd). В скобках указано число крыс в соответствующей группе. По оси абсцисс - степень растяжения полоски относительно максимальной (Lmax), по оси ординат - напряжение в единицах силы (миллиньютонах) на кв. мм поперечного сечения. «Точки» соответствуют средним значениям величины пассивного напряжения при данной степени растяжения, а пересекающие их вертикальные линии – стандартной ошибке средней величины. Цифровые обозначения указывают на статистическую значимость (p<0,05) различия между группами при сравнении: 2 - Контроль с Cd; 3 - Контроль с Pb+Cd; 4 - Pb с Cd; 6 - Cd с Pb+Cd. Таким образом, препараты от крыс с комбинированной интоксикацией характеризуются наибольшими значениями пассивного напряжения при всех степенях растяжения, но при такой же интоксикации на фоне приема БПК не отличаются от контрольных.
Лица группы риска принимают препараты этого комплекса повторными 4-6-недельными курсами 1-2 раза в год в дозах, обеспечивающих получение в день 600 мг цистеина, 4 г глютаминовой кислоты, 25 мл рыбьего жира с 12-15%-ным содержанием полиненасыщенных жирных кислот класса омега-3, 5 г пектина, 50 мг рутина а также вышеназванные микро- и макроэлементы и витамины в дозах, обеспечивающих физиологические потребности организма.
Пектиновый энтеросорбент в заявленном комплексе предназначен для препятствия реабсорбции в кровь токсичных металлов, выделенных печенью с желчью.
Входящие в комплекс аминокислоты, а именно глютамат и цистеин, включены в него как предшественники биосинтеза (прекурсоры) восстановленного глютатиона, который является системным протектором от оксидативного и свободно-радикального повреждения клетки и субклеточных структур, характеризующего первичные механизмы цитотоксичности и генотоксичности различных металлов, при том, что глютамат является еще и мощным стабилизатором клеточных мембран, а также важнейшим нейромедиатором процесса возбуждения в центральной нервной системе.
В состав комплекса вошли также и другие антиоксиданты: витамины Е, С, А и селен. Витамины Е и А защищают мембранные липиды, в связи с чем витамин Е снижает риск атеросклероза, предотвращая окисление липопротеидов низкой плотности. Аскорбиновая кислота (витамин С) обладает выраженными антиоксидантными свойствами, участвует в регулировании окислительно-восстановительных и других метаболических процессов, а также в синтезе коллагена и эластина, чем обеспечивает формирование нормальной структуры сосудистой стенки. Селен является незаменимым биомикроэлементом, необходим для клеточного роста, он обеспечивает активность селен-зависимой глютатионпероксидазы – одного из ключевых ферментов системы антиоксидантной защиты.
Введение йода в состав биопротекторного комлекса обусловлено тем, что многие хронические металло-интоксикации сопровождаются нарушениями функции щитовидной железы. Экспериментально доказано повреждающее действие свинца и свинец-содержащих токсических комбинаций на структуру и гормональную функцию щитовидной железы, которое существенно ослабляется под влиянием комплекса биопротекторов, в особенности, при включении в него препарата йода (например, Кацнельсон, Б.А.; Дегтярева, Т.Д.; Привалова, Л.И. Разработка средств, повышающих устойчивость организма к действию неорганических загрязнителей производственной и окружающей среды. Рос. хим. журнал. 2004, XLVIII(2), 65-72).
Добавочное введение в организм железа является противовесом тому торможению включения этого элемента в молекулу протопорфирина IX, которое является одним из ключевых механизмов развития свинцовой анемии (Gaertner, R.R.; Hollebone, B.R. The in vitro inhibition of hepatic ferrochelatase by divalent lead and other soft metal ions. Can. J. Biochem. Cell Biol. 1983, 61 (4), 214–222.).
В заявленный комплекс вошел магний, поскольку без него невозможно нормальное функционирование сердечно-сосудистой системы. Он отвечает за регуляцию сосудистого тонуса (например, Родионова, Л.В. Физиологическая роль макро- и микроэлементов. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2005, 6(44), 195-199; Громова, О.А.; Егорова, Е.Ю.; Торшин, И.Ю.; Громов, А.Н.; Гоголева, И.В. О роли магния в спортивной медицине. Кардиология. 2016, 1, 1-11) и сердечный ритм (например, Родионова, Л.В. Физиологическая роль макро- и микроэлементов. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2005, 6(44), 195-199; Kieboom, B.C. T.; Niemeijer, M.N.; Leening, M.J.G.; van den Berg, M.E.; Franco, O.H.; Deckers, J.W.; Hofman, A.; Zietse, R.; Stricker, B.H.; Hoorn, E.J. Serum magnesium and the risk of death from coronary heart disease and sudden cardiac death. Journal of the American Heart Association. 2016, 5(1), e002707 https://dx.doi.org/10.1161%2FJAHA.115.002707).
Кальций обычно включается в состав биопрофилактического комплекса в качестве токсикокинетического и токсикодинамического антагониста свинцовой интоксикации. Наряду с этим, ионы как свинца, так и кадмия эффективно замещают кальций, опосредуя многие свойства кальмодулина (например, Chao, S.H.; Suzuki, Y.; Zysk, J.R.; Cheung, W.Y. Activation of calmodulin by various metal cations as a function of ionic radius. Mol. Pharmacol. 1984, 26(1), 75-82; Suzuki, Y.; Chao, S.H.; Zysk, J.H.; Cheung, W.Y. Stimulation of calmodulin by cadmium ion. Arch. Toxicol. 1985, 57, 205-211). Поэтому особое значение специфического противосвинцового протектора может иметь также витамин D3. Он принимает участие в усвоении кальция, антипролиферативное действие на гипертрофию и пролиферацию миокардиальных клеток действует как эндокринный регулятор для системы ренин-ангиотензин.
Заявленный комплекс содержит также препарат рыбьего жира, богатый не только вышеупомянутыми витаминами А и Д3, но и полиненасыщенными жирными кислотами класса омега-3, внутриклеточными производными которых являются эйкозаноиды, активирующие репликацию ДНК, тем самым играя важную роль в репарации ее повреждений.
В заявленный комплекс включен также рутин - гликозид кверцетина, относящийся к группе флавоноидов. Эта группа химических веществ занимает ведущее место среди экзогенных природных антиоксидатов, обладает широким спектром биологического действия, в том числе антирадикальной активностью (например, Ильясов, И.Р.; Белобородов, В.Л.; Тюкавкина, Н.А. Индукционный период образования ABTS+ как характеристика антирадикальной активности ряда природных антиоксидантов. Фармация. 2008, 8, 14-17; Amorati, R.; Baschieri, A.; Cowden, A.; Valgimigli, L. The antioxidant activity of quercetin in water solution. Biomimetics (Basel). 2017, 2(3), pii: E9. doi: 10.3390/biomimetics2030009), что актуально для нейтрализации токсического действия кадмия, способного вызывать рост количества активных форм кислорода (например, Shen, J.; Wang, X.; Zhou, D.; Li, T.; Tang, L.; Gong, T.; Su, J.; Liang, P.J. Modelling cadmium-induced cardiotoxicity using human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Cell Mol. Med. 2018, 22(9), 4221-4235). Антиоксидантные свойства определяются не только способностью удалять свободные радикалы из срeды путем непосредственного взаимодействия с ними, но также способностью связывать и удалять из среды ионы металлов, инициирующих появление свободных радикалов (например, Тараховский, Ю.С.; Ким, Ю.А.; Абдрасилов, Б.С.; Музафаров, Е.Н. Флавоноиды: биохимия, биофизика, медицина. Synchrobook. 2013, 310c.). Регулярное потребление приводит к достоверному снижению риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (например, МР 2.3.1.2432—08 Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации). Кверцетин благотворно влияет на метаболические процессы в печени, в том числе при ишемии органа (например, Uylaş, M.U.; Şahin, A.; Şahintürk, V.; Alataş, İ.Ö. Quercetin dose affects the fate of hepatic ischemia and reperfusion injury in rats: An experimental research. International Journal of Surgery. 2018, 53, 117-121), а также рекомендуется к использованию в рамках антифиброзной терапии, поскольку способен снижать интенсивность воспалительных процессов, ингибируя инфильтрацию макрофагов (например, Li X.; Jin Q.; Yao Q.; Xu B.; Li L.; Zhang S.; Tu C. The flavonoid quercetin ameliorates liver inflammation and fibrosis by regulating hepatic macrophages activation and polarization in mice. Frontiers in Pharmacology. 2018, 9:72 https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00072). Витамин В6 вошел в состав заявленного биопрофилактического комплекса как, во-первых, вещество, являющиеся основным магнезиофиксатором в организме человека, усиливающим эффекты магния, во-вторых – как антиоксидант (например, Suidasari, S.; Hasegawa, T.; Yanaka, N.; Kato, N. Dietary supplemental vitamin B6 increases carnosine and anserine concentrations in the heart of rats. Springerplus. 2015, 4: 280. https://dx.doi.org/10.1186%2Fs40064-015-1074-8; Gromova, O.A.; Torshin, I.Y.; Nazarenko, A.G.; Kalachev, A.G. Deficiency of magnesium and pyridoxine as a risk factors for coronary heart disease. Kardiologiia. 2016, 56(10), 55-62). Считается, что пиридоксин обладает некоторым противовоспалительным эффектом, способным защитить организм от ИБС и атеросклеротических изменений в сердечно-сосудистой системе (например, Li, X.; Jin, Q.; Yao, Q.; Xu, B.; Li, L.; Zhang, S.; Tu, C. The flavonoid quercetin ameliorates liver inflammation and fibrosis by regulating hepatic macrophages activation and polarization in mice. Frontiers in Pharmacology. 2018, 9:72 https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00072).
Витамин В1 включён в состав БПК как вещество, которое обладает корригирующим действием на систему пируватоксидазы, угнетение которой возникает при воздействии тиолового яда, которым является свинец. В физиологических дозах тиамин улучшает гомеостаз магния.
Витамин В2, рибофлавин, в форме коферментов участвует в окислительно-восстановительных реакциях, участвует в синтезе гемоглобина (МР 2.3.1.2432—08 Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации) повышает устойчивость миокарда к гипоксии. Основные механизмы, ответственные за кардиопротекторное действие рибофлавина, остаются неясными. Предполагается, что рибофлавин облегчает гипоксическое и ишемическое повреждение миокарда, активируя клеточную активность лизин-специфической деметилазы-1 (ЛСД-1) и модулируя экспрессию генов метаболизма фосфолипидов. Выводы были сделаны, исходя из результатов эксперимента, проведенного на мышах и клеточных линиях H9C2 (например, Wang, P.; Fan, F.; Li, X.; Sun, X.; Ma, L.; Wu, J.; Shen, C.; Zhu, H.; Dong, Z.; Wang, C.; Zhang, S.; Zhao, X.; Ma, X.; Zou, Y.; Hu, K.; Sun, A.; Ge, J. Riboflavin attenuates myocardial injury via LSD1-mediated crosstalk between phospholipid metabolism and histone methylation in mice with experimental myocardial infarction. J. Mol. Cell. Cardiol. 2018, 115, 115-129. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00072).
То, что лицам группы риска рекомендовано принимать препараты комплекса повторными курсами 1-2 раза в год в течение 4-6-недель ежедневно в дозах, обеспечивающих получение в день 600 мг цистеина, 4 г глютаминовой кислоты, 25 мл рыбьего жира с 12-15%-ным содержанием полиненасыщенных жирных кислот класса омега-3, 5 г пектина, 50 мг рутина а также селен, кальций, магний, железо, йод и витамины в дозах, обеспечивающих физиологические потребности организма, обосновано пересчётом содержания перечисленных активных факторов в составе БПК, защитная эффективность которого доказана в эксперименте, проведенном на лабораторных белых крысах. Пересчёт в указанные дозы для человеческого применения осуществлён на основе соотношения уровней основного обмена крысы и человека с учётом также справочных и литературных данных о суточной потребности человека в этих факторах. Только дозы био-микроэлементов и витаминов обусловлены не таким пересчётом, а нормальными физиологическими потребностями организма, включая компенсацию эндогенной витаминной недостаточности и микроэлементного дисбаланса, возникающих при интоксикации.
Механизмы защитного действия входящих в комплекс биопротекторов сложны и, по-видимому, взаимно потенцируют друг друга. Важное значение могут иметь:
• разное по молекулярным механизмам противорадикальное (в том числе, антиоксидантное) действие, в той или иной степени присущее ряду биопротекторов заявляемого комплекса (антиоксидантный синергизм);
• мембрано-стабилизирующее действие глютамата, поскольку оно может препятствовать повреждению митохондрий и тем самым – оксидативному стрессу, являющемуся, по современным представлениям, одним из основных механизмов цитотоксического и генотоксического действия;
• компенсация некоторых функциональных и биохимических нарушений, связанных с токсикодинамическими механизмами как общего характера, так и специфичных для конкретного вида токсикантов.
Характерной особенностью заявленного способа является комплексное использование всех вышеперечисленных механизмов. Впервые показано, что на фоне перорального назначения предложенной комбинации биопротекторов хроническая системная токсичность и генотоксичность кадмия и свинца в ионной форме, воздействующих на организм совместно, могут быть существенно ослаблены. В результате поиска по источникам научно-технической и патентной литературы не выявлены средства, направленные на решение такой задачи. Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении вредных эффектов токсического, кардиотоксического и генотоксического комбинированного действия кадмия и свинца в ионной форме.
Заявленный способ экспериментально опробован на аутбредных белых крысах-самцах с начальным весом тела 190-220 г. Животные содержались в условиях специально организованного вивария, соответствующих ветеринарным требованиям. В питьё они получали артезианскую воду, доочищенную до первой категории качества, а в пищу - полнорационный комбикорм ООО «Лабораторкорм». В течение 6 недель 3 раза в неделю внутрибрюшинно животным вводили водный раствор 3-водного ацетата свинца в концентрации 11 мг/кг массы тела и 2,5-водного хлорида кадмия - в дозировке 0,77 мг/кг на каждое животное. Растворы указанных солей разводились дистиллированной водой до нужной концентрации. Контрольным животным вводили воду в том же объеме. Первая группа животных подвергалась воздействию ионов свинца и кадмия; вторая – воздействию ионов свинца и кадмия на фоне перорального действия БПК; третья подвергалась только пероральному действию БПК; четвертая группа являлась контрольной.
Препараты, содержащие вышеперечисленные биопротекторы, давались в тех дозировках, которые приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Способ введения и дозировка компонентов биопрофилактического комплекса
| № | Биопротектор | Оцененная доза на 1 крысу и способ введения |
| 1 | Ацетилцистеин | С кормом 30 мг |
| 2 | Антиоксиданты, включая витамины А, Е, С и Se | С кормом витамин А – 35,2 мкг, витамин С – 3,0 мг, витамин Е – 0,27 мг, Se – 1,38 мг |
| 3 | Витамин В1 | С кормом 0,038 мг |
| 4 | Витамин В2 | С кормом 0,04 мг |
| 5 | Витамин В6 | С кормом 0,04 мг |
| 6 | Витамин D3 | С кормом 1,7 мкг |
| 7 | Глутаминовая кислота | В питье 160 мг (1,5% раствор вместо воды) |
| 8 | Кальций | С кормом 160 мг |
| 9 | Кверцетин (в виде рутина, в составе препарата аскорутин) | С кормом 1,4 мг |
| 10 | Магний | С кормом 2,1 мг |
| 11 | Йод | С кормом 4,1 мг |
| 12 | Рыбий жир богатый Омега 3 ПНЖК | С кормом 1 капля, что приблизительно соответствует ПНЖК омега-3 – 13,3 мг, вит. А - 0,013 мг, вит. D3 – 0,04 мкг |
| 13 | Пектин | С кормом 200 мг |
| 14 | Железо | С кормом 0,38 мг |
Состояние организма крыс во всех группах оценивалось по большому числу (свыше 50) общепризнанных функциональных, биохимических и морфологических (с морфометрией при оптической и электронной микроскопии) критериев токсического действия. На изолированных мышечных полосках трабекул стенки правого желудочка и на изолированных папиллярных мышцах исследовались механические свойства миокарда в различных режимах сокращения-расслабления, а на гомогенизированной ткани каждой камеры сердца с помощью денатурирующего гель электрофореза определяли состав изоформ тяжелых цепей миозина.
Для оценки генотоксического действия «ин виво» использовали ПДАФ анализ (ПДАФ – полиморфизм длин амплифицированных фрагментов ДНК), причём для количественной характеристики степени повреждения ДНК использовали «коэффициент фрагментации», то есть отношение суммарной радиоактивности всех фракций «хвоста» к радиоактивности «ядра».
Из тех 43 функциональных показателей, по которым в группе, получавшей комбинацию металлов без БПК, наблюдались заметные (даже если не всегда статистически значимые) отклонения от контрольных величин, по 18 показателям в группе крыс, получавших ту же самую токсическую экспозицию на фоне назначения БПК, указанное отклонение было менее выражено, чем при той же экспозиции без БПК. При этом по проценту ретикулоцитов, по числу моноцитов крови, по активности сукцинатдегидрогеназы, по уровню восстановленного глютатиона, а также малонилдиальдегида в крови ослабление комбинированной кадмий-свинцовой токсичности было статистически значимым (см. Таблицу 2). Кроме того, и токсическое увеличение массы печени по сравнению с контролем было на фоне БПК менее выражено и потеряло статистическую значимость.
Особое значение имеет показанное в той же Таблице 2 ослабление на фоне приёма БПК системного генотоксического эффекта, оцениваемого по коэффициенту фрагментации ядерной ДНК клеток крови.
Таблица 2.
Некоторые показатели системной токсичности при субхроническом комбинированном воздействии свинца и кадмия и их изменение на фоне приёма биопротекторного комплекса (x±s.e.)
| Показатели | Контроль | Cd + Pb | Cd + Pb на фоне БПК |
| Активность сукцинатдегирогеназы (СДГ), число гранул формазана на 50 лимфоцитов крови | 607,67 ± 12,18 | 506,00 ± 3,28 | 593,09 ± 10,95 |
| Восстановленный глютатион в гемолизате, мкмоль/л | 38,45 ± 5,10 | 21,58 ± 2,03 | 30,70 ± 5,15 |
| Малонилдиальдегид (МДА) в сыворотке крови, мкмоль/л | 5,52 ± 0,27 | 4,97 ± 0,28 | 4,03 ± 0,22 |
| Ретикулоциты, ‰ | 8,36 ± 1,59 | 38,90 ± 1,38 | 14,60 ± 2,41 |
| Моноциты, 109/л | 0,625 ± 0,062 | 1,70 ± 0,18 |
1,09 ± 0,21 |
| Коэффициент фрагментации геномной ДНК | 0,4058 ± 0,0071 | 0,6900 ± 0,0037c | 0,5050 ±0,0056 |
Примечание: В таблице приведены только показатели, значения которых в группе, получавшей токсическую комбинацию на фоне приёма БПК, отличаются от значений в группе, получавшей эту же комбинацию без БПК, статистически значимо, а надстрочный значок c означает статистически значимое отличие от контроля. (p<0.05 по t Стьюдента с поправкой Бонферрони).
Из гисто-морфометрических показателей комбинированной гепатотоксичности свинца и кадмия, статистически значимый защитный эффект назначения БПК был отмечен только по одному, но зато наиболее существенному из них, а именно по проценту акариотичных гепатоцитов: если при действии комбинации металлов без биопротекции он равнялся 30,30 ± 1,29 (против 9,30 ± 0,85 в контроле), то на фоне биопротекции – 21,30 ± 1,36 (p<0.05). Ещё более выражен защитный эффект назначения БПК по гистологической картине (Фиг. 1-3) и морфометрическим показателям комбинированной нефротоксичности. Так, потеря щёточной каёмки проксимальных извитых канальцев в процентах от их длины при комбинированной интоксикации без биопротекции составила 64,31 ± 5,65% (против 7,34 ± 1,25% в контроле), но только 27,29 ± 5,85% на фоне назначения БПК (p<0,05), Соответствующие показатели для полной десквамации эпителия: 22,11 ± 6,25% (против 0% в контроле) и 1,74 ± 1,18% (p<0,05),
Таблица 3.
Влияние биопротекции на концентрации свинца и кадмия в крови крыс после завершения курса внутрибрюшинных инъекций хлорида кадмия и ацетата свинца, мкг/л (x±s.e.)
| Металл в крови | Группы крыс | ||
| Контроль | Получавшие Cd + Pb | Получавшие Cd + Pb на фоне назначения БПК | |
| Cd | 1,84 ± 0,66 | 93,27 ± 10,71 | 85,34 ± 4,28 |
| Pb | 6,73 ± 1,97 | 6744,06 ± 1166,39 | 5765,68 ± 847,49 |
Защита почек от токсического повреждения предположительно способствует сохранению их элиминационной функции, в том числе, выведению из организма самих свинца и кадмия, что является наиболее вероятной причиной небольшого и статистически недостаточно значимого, но однозначного снижения концентрации обоих металлов в крови тех крыс, на которых они воздействовали на фоне назначения БПК (Таблица 3). В свою очередь, это снижение может быть одним из механизмов общего ослабления комбинированной токсичности свинца и кадмия на другие органы и системы.
В частности, были получены некоторые положительные результаты назначения БПК, свидетельствующие о снижении кардиотоксичности свинцово-кадмиевой комбинации.
Так, в экспериментах было найдено, что если при кадмиевой интоксикации средняя толщина кардиомиоцита в обоих желудочках значимо понижена, а при свинцовой – значимо повышена по сравнению с контролем, то при комбинированной в левом желудочке преобладает эффект кадмия, а в правом – эффект свинца. Однако в обоих случаях соответствующий действия комбинации Cd+Pb на фоне назначения БПК нормализуется. Например, если значение этого показателя по кардиомиоцитам правого желудочка в контроле равнялось 3,39±0,08 мкм, при действии кадмия 2,94±0,09 мкм, свинца - 3,80±0,09 мкм, акомбинации металлов - 3,62±0,09 мкм, то при действии той же комбинации на фоне БПК - 3,32±0,08 мкм
Из изменений электрокардиограммы (во 2-м отведении), наблюдавшихся у крыс при свинцово-кадмиевой интоксикации, наиболее выраженным и статистически значимым было снижение вольтажа изоэлектрической линии ЭКГ до - 0,0797 ± 0,0036 мв против -0.0623 мв ± 0.0029 в контроле (p<0,05), причём этот эффект (вероятнее всего, связанный с метаболическими нарушениями в кардиомиоцитах и с их апоптозом, выявленным на гистологических препаратах сердца) был статистически значимо ослаблен (до -0.0603 ± 0.0049 мв) при той же интоксикации на фоне действия БПК.
Найдено также, что ряд механических характеристик миокарда крыс, изменяющихся под влиянием свинцово-кадмиевой интоксикации, полностью или частично нормализуются в том случае, если последняя развивалась на фоне действия БПК. Иллюстративные примеры этого защитного эффекта показаны в таблице 4 и на Фиг 4. Наряду с этим, вызванное свинцово-кадмиевой интоксикацией увеличение доли α-тяжелых цепей миозина отсутствует, если воздействие указанных металлов осуществлялось на фоне БПК (см. ту же Таблицу 4).
Таблица 4
Некоторые характеристики миокарда крыс в контроле и при развитии свинцово-кадмиевой интоксикации без биопротекции и на фоне назначения БПК (x±s.e.)
| Характеристики миокарда | Группа крыс | ||
| Контроль | Получавшие Cd + Pb |
Получавшие Cd + Pb на фоне назначения БПК |
|
| Экспрессия α- тяжелых цепей миозина, % |
80±6 | 90±7 | 78±5 |
| Экспрессия β-тяжелых цепей миозина, % | 20±5 | 10±3 | 22±5 |
| Активное напряжение изолированных многоклеточных препаратов миокарда на рабочей длине, соответствующей 0.95 Lmax, мH/мм2 | 53±3 | 40±3 | 47±4 |
| Пассивное напряжение изолированных многоклеточных препаратов миокарда на рабочей длине соответствующей 0.95 Lmax, мH/мм2 | 2,0±0,3 | 6,5±0,5 c | 2,5±0,3* |
Примечание: c - статистически значимое отличие от контрольной группы, * - статистически значимое отличие от группы, получавшей Cd + Pb без БПК.
В целом, сопоставление всех полученных экспериментальных данных свидетельствует о том, что при использовании заявленного способа многонаправленное комбинированное вредное действие свинца и кадмия может быть существенно ослаблено.
Способ повышения устойчивости организма к развитию многосторонних вредных эффектов комбинированного действия на него свинца и кадмия в ионной форме, заключающийся в том, что лицам, относящимся к группе риска этого действия, назначают комплекс биологически активных препаратов, включающий глютаминат натрия, цистеин в метаболически активной форме N-ацетилцистеина, яблочный пектин, селен, йод, кальций, железо, магний, препарат рыбьего жира, богатый полиненасыщенными жирными кислотами класса омега-3, кверцетин в виде рутина, витамины А, С, Е и D3, витамины группы В1, В2, В6, лица группы риска принимают препараты этого комплекса повторными 4-6-недельными курсами 1-2 раза в год в дозах, обеспечивающих получение в день 600 мг цистеина, 4 г глютаминовой кислоты, 25 мл рыбьего жира с 12-15%-ным содержанием полиненасыщенных жирных кислот класса омега-3, 4-5 г пектина, 50 мг рутина, а также вышеназванные микроэлементы и витамины в дозах, обеспечивающих физиологические потребности организма.
