Сравнительный анализ дозозависимых изменений гемодинамических показателей крыс разного возраста при субхронической интоксикации ацетатом свинца

Введение

Свинец широко используется в промышленности самостоятельно и выделяется в качестве побочного продукта технологических процессов, что приводит к повышению риска как для здоровья рабочих, подверженных повышенному профессиональному воздействию, так и для взрослого и детского населения селитебных зон, расположенных вблизи предприятий. К основным мишенями токсического действия свинца относятся органы кровообращения [1, 2]. Повышенное содержание свинца в крови работников, подверженных хронической интоксикации, было связано с нарушениями сердечно-сосудистой функции [3–5]. Исследования in vivo на взрослых животных также показали кардиотоксические эффекты неорганических соединений свинца при различных путях введения (пероральный, внутрибрюшинный), сроках и дозах [6–9].

Эпидемиологические данные не подтверждают связи уровня содержания свинца в крови детей с наличием болезней системы кровообращения [10–12], однако результаты экспериментов in vivo показывают отсроченный эффект после перинатального и раннего воздействия токсиканта – структурные и функциональные изменения сердечно-сосудистой системы наблюдались у выросших особей [7, 13]. Особенности влияния свинца на развивающийся организм изучены недостаточно, в том числе нами не были обнаружены данные о дозозависимых эффектах воздействия на сердечно-сосудистую систему, что делает актуальным определение токсических эффектов при введении различных доз разновозрастным экспериментальным объектам при прочих одинаковых условиях. Это позволит с большей эффективностью оценивать риски для здоровья людей, в том числе при воздействии свинца, с раннего возраста, и разрабатывать необходимые профилактические мероприятия.

Таким образом, целью исследования стал сравнительный анализ гемодинамических показателей после субхронического воздействия различных доз ацетата свинца на крыс в раннем и взрослом возрасте.

Материал и методы

Эксперимент проводился в ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора в 2024 г. на белых аутбредных крысах-самцах двух возрастов: 3 недели (24 крысы, средняя масса тела (м.т.) 41,96 ± 1,59 г) и 12 месяцев (27 крыс, средняя м.т. 439,26 ± 5,77 г ). Животные содержались в соответствии с требованиями ГОСТ 33216–20*. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 3 от 17 января 2024 г.). Для моделирования субхронической интоксикации крысы были разделены на 8 групп (таблица). Для точного контроля доз был выбран внутрибрюшинный способ введения ацетата свинца (II). Разовые дозы были подобраны как оказывающие воздействие на сердечно-сосудистую систему, но не вызывающие летальных исходов [5, 6].

В рамках эксперимента определяли параметры гемодинамики (САД, ДАД и среднее АД, мм рт. ст.; ЧСС при измерении давления, уд/мин; скорость кровотока в хвосте, мкл/мин/кг м.т.); объём крови в хвосте, мкл/кг м.т.) с использованием системы неинвазивного измерения давления у лабораторных грызунов CODA-HT8 (Kent Scientific, США). Пульсовое давление определялось как разница между систолическим и диастолическим АД. Статистическую обработку данных проводили с использованием программного обеспечения Statistica 10 (StatSoft, Inc.). Статистическая значимость оценивалась с помощью U-критерия Манна – Уитни, значения считали статистически значимыми при p ≤ 0,05.

Результаты

Согласно полученным результатам (рисунок), САД статистически значимо снижалось только у взрослых крыс, получающих 11,00 мг/кг м.т. ацетата свинца (в 1,44 раза). Также наблюдалась тенденция к снижению ДАД у молодых крыс группы Pb 22,88 и взрослых животных во всех группах. Среднее АД снижалось во всех группах, кроме трёхмесячных крыс Pb 5,5. Пульсовое давление в группе взрослых крыс снижалось существенно при средних и высоких дозах (2,29 и 3,00 раза соответственно), а в группе молодых – при наибольшей (в 1,72 раза). ЧСС значительно снижалась только в группе взрослых крыс при средней и наибольшей дозах (в 1,99 и 2,44 раза соответственно), хотя тенденция к снижению наблюдалась и у молодых крыс. Кроме того, у молодых крыс после воздействия средней и высокой доз значительно снижались объём крови в хвосте (в 5,27 и 8,99 раза) и скорость кровотока (в 3,74 и 3,92 раза). У взрослых животных статистически значимым было только снижение объёма крови в хвосте после воздействия всех доз (в 4,25; 6,34 и 45,94 раза соответственно).

Дозозависимый эффект наблюдался между группами Pb 5,5 и Pb 22,88 по показателям объёма крови в хвосте у взрослых крыс и САД – у молодых, хотя изменения САД относительно контроля не были статистически значимы для этих групп (рисунок). Мы также заметили, что для проявления значительного токсического эффекта у групп молодых крыс необходимы большие концентрации по сравнению со взрослыми. При этом в большинстве случаев при одних и тех же концентрациях снижение было более существенным у взрослых крыс, хотя значительная разница между результатами молодых и взрослых животных была выявлена только по показателям скорости кровотока и объёма крови в хвосте у групп Pb 5,5 и Pb 22,88 (см. рисунок).

Обсуждение

Известно, что у крыс рост и ветвление сосудистого русла, увеличение толщины сосудов происходят на первых неделях жизни, из-за чего относительно низкое артериальное давление приближается к показателям взрослых животных к 3–4 неделям [14], следовательно, в нашем эксперименте начало воздействия пришлось на момент завершения формирования сосудистого русла. Поэтому небольшие различия в появившихся гемодинамических изменениях и их выраженности у крыс разного возраста с большей вероятностью зависели от ответных реакций регуляторных биологических систем на воздействие свинца. Симпатическая регуляция тонуса сосудов крыс развивается к первому месяцу жизни, однако сократительный аппарат более чувствителен к Ca²⁺, а дилатирующий эффект эндотелия усилен [15]. Тем не менее различия в гемодинамике между группами разных возрастов были меньше ожидаемых, что можно объяснить вариабельностью ответных реакций организма крыс, практически законченными структурными изменениями сосудистого русла в начале исследования и достижением половой зрелости к моменту его окончания. Также выявленные различия могли быть обусловлены длительностью эксперимента и отсутствием наблюдения в восстановительный период.

Полученные нами результаты показали значительные изменения гемодинамики у взрослых крыс, характеризующиеся снижением САД, пульсового давления, ЧСС и объёма крови в хвосте при воздействии ацетата свинца (рисунок). Однако результаты других исследований на животных [7, 8, 16] и эпидемиологического исследования у взрослых людей [17] показывают значительное увеличение гемодинамических параметров после интоксикации свинцом. У молодых крыс также наблюдалось значительное снижение некоторых гемодинамических параметров, хоть и в меньшей степени (см. рисунок). Результаты эпидемиологических исследований не выявляли у детей связи между изолированным действием свинца и АД [10–12], что частично может объяснить меньший токсический эффект ацетата свинца на параметры АД у крыс, подвергавшихся его воздействию с трёхнедельного возраста. Это согласуется с данными экспериментов на животных: отмечено явное негативное влияние на гемодинамику у выросших крыс при перинатальном [8] и раннем [13] воздействии свинца. Это позволяет предположить, что даже при отсутствии ранних и явных вредных эффектов свинец потенциально способствует их возникновению в будущем. Снижение АД в нашем случае может быть связано с системным понижением сопротивления току крови, что согласуется с обнаруженным уменьшением скорости кровотока и объёма крови в хвосте крыс.

Современные литературные данные позволяют выделить несколько механизмов снижения объёма крови и нарушения гемодинамических функций в целом. Свинец и спровоцированные им окислительный стресс, воспаление и апоптоз [7, 16, 18], оказывают повреждающее воздействие на почки [19, 20], сердце [7, 21] и сосуды (особенно эндотелиальный слой) [22], что при развитии процессов декомпенсации может приводить к снижению объёма крови и гипотонии [23]. Существенный вклад в изменение гемодинамической функции вносят также процессы гуморальной регуляции. L. Feng и др. отмечают при воздействии свинца повышение уровней предсердного натрийуретического пептида и мозгового натрийуретического пептида [21], которые, воздействуя на кровеносные сосуды и ингибируя ренин-ангиотензин-альдостероновую ось с системой «аргинин – вазопрессин», вызывают повышенный диурез, вазодилатацию и снижение артериального давления [24]. В то же время L. Tamegart и др. отмечают взаимосвязь между дегенерацией эпителия проксимальных канальцев почек при воздействии свинца и высвобождением вазопрессина в гипоталамусе [25]. Как правило, увеличение продукции вазопрессина связано с компенсацией снижения эффективности артериального кровотока: вазопрессин за счёт воздействия на активность крупноклеточных нейронов в паравентрикулярном и супраоптическом ядрах гипоталамуса, барорецепторы, продукцию альдостерона, глюкокортикоидов, ренина, адренокортикотропного гормона и катехоламинов поддерживает водно-солевой гомеостаз, нормальный объём крови и кровяное давление [26, 27]. С учётом этих данных можно предположить, что в нашем исследовании наблюдался подобный механизм, связанный с увеличением секреции натрийуретического пептида, вызванным или непосредственно воздействием свинца, или опосредованно через компенсаторный механизм при активации системы «аргинин – вазопрессин». Но в настоящем исследовании определение уровня натрийуретического пептида в сыворотке крови не проводилось.

Кроме того, проникновение свинца в кардиомиоциты может приводить к изменению инотропной функции за счёт способности к ионной мимикрии – частичной замене ионов кальция ионами свинца и нарушению процессов сокращения [28, 29], что также является одним из механизмов токсического действия свинца. Для более конкретного определения механизмов токсического воздействия свинца на гемодинамические показатели необходимы дополнительные исследования.

Ограничением исследования было использование животных одного пола. Гемодинамические параметры могут отличаться у самцов и самок в нормальных условиях, также в зависимости от пола может наблюдаться различная ответная реакция на воздействие токсикантов.

Заключение

Субхроническое воздействие свинца приводило к нарушению гемодинамики у молодых и взрослых крыс, что может быть связано с окислительным стрессом, воспалением и апоптозом, воздействием на ренин-ангиотензин-альдостероновую ось и систему «аргинин – вазопрессин», а также с прямым повреждением сердца, сосудов и почек. Дозозависимый эффект наблюдался только в отношении объёма крови в хвосте крыс между группами с наибольшей и наименьшей дозой у взрослых животных. Значительная разница между токсическими эффектами воздействия свинца на крыс разного возраста была обнаружена только в группе Pb 5,5 по показателям скорости кровотока и объёма крови в хвосте. В целом у молодых крыс вредное воздействие было менее выражено, возможно, из-за незрелости биологических систем регуляции в момент начала воздействия и более высокого функционального резерва организма по сравнению со взрослыми особями. Полученные результаты дополняют данные об особенностях развития свинцовой интоксикации и поясняют функциональные изменения гемодинамических показателей крыс разного возраста, что позволит более эффективно оценивать риски для здоровья населения.

* ГОСТ 33216–2014. Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами. М., 2016. 17 с.