Ulyanovsk Medico-biological Journal

PHYSIOLOGY

Download  article

DOI 10.34014/2227-1848-2020-3-142-149

 

MORPHOFUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF KIDNEYS IN RATS DRINKING LIMEWATER

 

S.A. Nedovesova, V.I. Loshenko, A.V. Sakharov, R.I. Ayzman

Novosibirsk State Pedagogical University, Novosibirsk, Russia

 

Long-term consumption of drinking water with an increased concentration of vital trace elements Ca2+ and Mg2+ causes changes in osmo- and ion-regulating kidney functions. However, the mechanism of such changes is not entirely clear.

The aim of the study was to evaluate the effect of water with an increased Ca2+ and Mg2+ concentration on kidney morphology in rats.

Materials and Methods. Long-term experiments were carried out on 5 control groups of Wistar rats weighing 200–250 gr (n=110) and 4 experimental groups, which had been drinking water with different Ca2+ and Mg2+concentration for 6 months. In control groups, drinking water corresponded to sanitation and hygiene standards and contained 20 mg/dm3 of Ca2+ and 7 mg/dm3 of Mg2+; in experimental group 1, Ca2+concentration was 60 mg/dm3, and in experimental group 3 Мg2+ concentration was 35 mg/dm3, which corresponded to the hygienic standard; Ca2+ and Mg2+ concentration in groups 2 and 4 were equal to 120 mg/dm3 and 70 mg/dm3, respectively, which corresponded to the upper limit of the hygienic standard. Ca2+concentration in groups 3 and 4 and Mg2+ concentration in groups 1 and 2 corresponded to sanitation and hygiene standards. On the 182nd day of observation, animals of all groups were removed from the experiment and their kidneys were taken for morphological analysis. Kidney samples were fixed in a 10% solution of neutral formalin (C3H7OH) for 4–7 days. The general morphological picture was studied on hematoxylin and eosin-stained survey samples.

Results. The greatest changes in the renal glomerulus structure were observed in experimental groups 2 and 4. The authors observed a significant increase in the renal corpuscle area and a decrease in the urinary space area in comparison with the control. Red cell adherence in the glomerular capillaries could be explained by the loss of negative charge by proteoglycans of the red cells glycocalyx under the influence of Ca2+ and Mg2+ cations. In group 1 and group 2 kidney samples, the described morphological signs were minimal and did not differ significantly from the control.

Conclusion. Consumption of drinking water with a high concentration of Ca2+ and Mg2+ leads to structural changes in the renal corpuscle and can cause impairments in the osmo- and ion-regulating kidney functions.

Keywords: kidney, morphology, magnesium, calcium, hardness, drinking water, rat.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

 

References

  1. Akhpolova V.O., Brin V.B. Obmen kal'tsiya i ego gormonal'naya regulyatsiya [Calcium metabolism and its hormonal regulation]. Zhurnal fundamental'noy meditsiny i biologii. 2017; 2: 38–46 (in Russian).

  2. Halperin M.L., Cheema Dhadli S., Kamel K.S. Physiology of acid-base balance: links with kidney stone prevention. Semin Nephrol. 2006; 26 (6): 441–446.

  3. Skal'nyy A.V., Rudakov I.A. Bioelementy v meditsine [Bioelements in medicine]. Moscow: Oniks. 21 vek. Mir; 2004. 272 (in Russian).

  4. Bezrukov E.A., Saenko V.S., Kantimerov F.Kh., Kantimerov D.F., Alyaev Yu.G. Vliyanie zhestkosti pit'evoy vody na vozniknovenie mochekamennoy bolezni i khimicheskiy sostav kamney u zhiteley gorodov Kumertau i Meleuz Respubliki Bashkortostan [Stiffening of drinking water hardness on incidence of urolithiasis of Kumertau and Meleuz citizens of the Republic of Bashkortostan]. Meditsinskiy vestnik Bashkortostana. 2015; 3 (57): 83–87 (in Russian).

  5. Selyatitskaya V.G., Pal'chikova N.A., Zaksas N.P. Soderzhanie mikroelementov v tkanyakh pecheni i legkogo krys s alloksanovym diabetom [Trace elements in the liver and lung tissues of rats with alloxan diabetes]. Fundamental'nye issledovaniya. 2012; 4 (1): 201–205 (in Russian).

  6. Ivanov A.V., Tafeeva E.A., Davletova N.Kh., Vavashkin K.V. Sovremennye predstavleniya o vliyanii kachestva pit'evoy vody na sostoyanie zdorov'ya naseleniya [Modern outlook on the impact of drinking water quality on population health]. Voda: khimiya i ekologiya. 2012; 3: 48–53 (in Russian).

  7. Islam A.R.M.T., Shen S., Bodrud-Doza M., Rahman M.A., Das S. Assessment of trace elements of groundwater and their spatial distribution in Rangpur district, Bangladesh. Arab. J. Geosci. 2017; 10 (4): 95. Available at: https://doi.org/10.1007/s12517-017-2886-3 (accessed: 30.05.2020).

  8. Onishchenko G.G., Zaytseva N.V., May I.V., Andreeva E.E. Klasternaya sistematizatsiya parametrov sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiya naseleniya regionov Rossiyskoy Federatsii i gorodov federal'nogo znacheniya [Cluster systematization of the parameters of sanitary and epidemiological welfare of the population in the regions of the Russian Federation and the federal cities]. Profilakticheskaya meditsina: aktual'nye aspekty analiza riska zdorov'yu. 2016; 1 (13): 4–14 (in Russian).

  9. Dzhioev I.G., Fidarova A.M. Nekotorye osobennosti funktsii i morfologii pochek krys v usloviyakh razlichnykh modeley eksperimental'noy pochechnoy nedostatochnosti [Function and morphology of rat kidneys under various models of experimental renal failure]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2008; 15 (1): 38–39 (in Rusian).

  10. Nedovesova S.A., Golovin M.S., Iashvili M.V., Tolstykh E.A., Turbinskiy V.V., Trofimovich E.M., Ayzman R.I. Fizicheskoe razvitie i funktsiya pochek podrostkov, potreblyayushchikh pit'evuyu vodu s povyshennym soderzhaniem vital'nykh kationov [Physical development and kidney function in adolescents consuming drinking water with an increased concentration of vital cations]. Zdorov'e naseleniya i sreda obitaniya. 2017; 10 (295): 31–34 (in Russian).

  11. Nedovesova S.A., Trofimovich E.M., Turbinskiy V.V., Ayzman R.I. Sravnitel'nyy analiz funktsii pochek i gormonal'noy aktivnosti u krys pri potreblenii pit'evoy vody s povyshennoy kontsentratsiey kal'tsiya i magniya [Comparative analysis of renal function and hormonal activity in rats consuming drinking water with an increased calcium and magnesium concentration]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2017; 6. Available at: https://science-education.ru/ru/article/view?id=27335 (accessed: 30.05.2020). DOI: 10.17513/spno.27335 (in Russian).

  12. Loskutova Z.F. Vivariy [Vivarium]. Moscow: Meditsina; 1980. 94 (in Russian).

  13. Semchenko V.V., Barashkova S.A., Artem'ev V.N. Gistologicheskaya tekhnika: uchebnoe posobie [Histological technique: Manual]. Omsk: Omskaya meditsinskaya akademiya; 2006. 152 (in Russian).

  14. Khonin G.A., Barashkova S.A., Semchenko V.V. Morfologicheskie metody issledovaniya v veterinarnoy meditsine: uchebnoe posobie [Morphological research methods in veterinary medicine: Textbook]. Omsk: Omskaya oblastnaya tipografiya; 2004. 198 (in Russian).

Received 26 June 2020; accepted 18 July 2020.

 

Information about the authors

Nedovesova Svetlana Anatol'evna, Senior Lecturer, Chair of Anatomy, Physiology, Health and Safety,Novosibirsk State Pedagogical University. 630126, Russia, Novosibirsk, Vilyuyskaya Street, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2402-1792

Loshenko Vitalina Igorevna, Candidate Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Biology and Ecology, Novosibirsk State Pedagogical University. 630126, Russia, Novosibirsk, Vilyuyskaya Street, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-7137-2424

Sakharov Andrey Valentinovich, Doctor of Sciences (Biology), Associate Professor, Head of the Chair of Biology and Ecology, Novosibirsk State Pedagogical University. 630126, Russia, Novosibirsk, Vilyuyskaya Street, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-5076-2113

Ayzman Roman Idelevich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Honored Scientist of the Russian Federation, Head of the Chair of Anatomy, Physiology, Health and Safety, Novosibirsk State Pedagogical University. 630126, Russia, Novosibirsk, Vilyuyskaya Street, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http: // orcid.org/0000-0002-7776-4768

 

For citation

Nedovesova S.A., Loshenko V.I., Sakharov A.V., Ayzman R.I. Morfofunktsional'naya kharakteristika pochek krys pri potreblenii pit'evoy vody s povyshennoy zhestkost'yu [Morphofunctional characteristics of kidneys in rats drinking limewater]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2020; 3: 142–149. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-3-142-149 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612+59

DOI 10.34014/2227-1848-2020-3-142-149

 

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧЕК КРЫС ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ С ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ

 

С.А. Недовесова, В.И. Лошенко, А.В. Сахаров, Р.И. Айзман

ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет», г. Новосибирск, Россия

 

Длительное потребление питьевой воды с повышенным содержанием витальных микроэлементов Ca2+ и Mg2+ вызывает изменение осмо- и ионорегулирующей функций почек. Однако механизм этих изменений не совсем понятен.

Цель исследования – оценить влияние воды с повышенным содержанием Ca2+ и Mg2+ на морфологию почек крыс.

Материалы и методы. Хронические эксперименты выполнены на 5 группах крыс линии Wistar массой 200–250 г (n=110) – контрольной и 4 экспериментальных, которые в течение 6 мес. получали питьевую воду с различным содержанием Ca2+ и Mg2+. В контрольной группе питьевая вода соответствовала санитарно-гигиеническим нормам и содержала 20 мг/дм3 Са2+ и 7 мг/дм3 Мg2+; в 1-й экспериментальной группе концентрация Са2+ составляла 60 мг/дм3, а в 3-й – магния 35 мг/дм3, что соответствовало оптимальной гигиенической норме; концентрация Са2+ и Мg2+ во 2-й и 4-й группах были равны 120 мг/дм3 и 70 мг/дм3 соответственно, что отражало верхнюю границу допустимой гигиенической нормы. Концентрации Са2+ в 3-й и 4-й группах и Мg2+ в 1-й и 2-й группах соответствовали санитарно-гигиеническим нормам. На 182-е сут наблюдения животных всех групп выводили из эксперимента и забирали почки для проведения морфологического анализа. Образцы данного органа фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина (C3H7OH) в течение 4–7 сут. Изучение общей морфологической картины осуществляли на обзорных препаратах, окрашенных гематоксилином Бемера и эозином.

Результаты. Наибольшие изменения в структуре почечного клубочка наблюдались у крыс 2-й и 4-й экспериментальных групп. Обнаружено достоверное увеличение площади почечных телец и уменьшение площади мочевого пространства по сравнению с контрольными образцами. Наличие признаков сладж-феномена эритроцитов в капиллярах клубочка может объясняться потерей отрицательного заряда протеогликанами гликокаликса эритроцитов под влиянием катионов Са2+ и Мg2+. В образцах почек крыс 1-й и 3-й групп описанные морфологические признаки были минимальными и достоверно не отличались от контроля.

Выводы. В условиях потребления питьевой воды с избыточным содержанием Са2+ и Мg2+ происходит изменение структуры почечного тельца, что может привести к нарушениям осмо- и ионорегулирующей функций почек.

Ключевые слова: почка, морфология, магний, кальций, жесткость, питьевая вода, крыса.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

 

Литература

  1. Ахполова В.О., Брин В.Б. Обмен кальция и его гормональная регуляция. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2017; 2: 38–46.

  2. Halperin M.L., Cheema Dhadli S., Kamel K.S. Physiology of acid-base balance: links with kidney stone prevention. Semin Nephrol. 2006; 26 (6): 441–446.

  3. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. Москва: Оникс. 21 век. Мир; 2004. 272.

  4. Безруков Е.А., Саенко В.С., Кантимеров Ф.Х., Кантимеров Д.Ф., Аляев Ю.Г. Влияние жесткости питьевой воды на возникновение мочекаменной болезни и химический состав камней у жителей городов Кумертау и Мелеуз Республики Башкортостан. Медицинский вестник Башкортостана. 2015; 3 (57): 83–87.

  5. Селятицкая В.Г., Пальчикова Н.А., Заксас Н.П. Содержание микроэлементов в тканях печени и легкого крыс с аллоксановым диабетом. Фундаментальные исследования. 2012; 4 (1): 201–205.

  6. Иванов А.В., Тафеева Е.А., Давлетова Н.Х., Вавашкин К.В. Современные представления о влиянии качества питьевой воды на состояние здоровья населения. Вода: химия и экология. 2012; 3: 48–53.

  7. Islam A.R.M.T., Shen S., Bodrud-Doza M., Rahman M.A., Das S. Assessment of trace elements of groundwater and their spatial distribution in Rangpur district, Bangladesh. Arab. J. Geosci. 2017; 10 (4): 95. URL: https://doi.org/10.1007/s12517-017-2886-3 (дата обращения: 30.05.2020).

  8. Онищенко Г.Г., Зайцева Н.В., Май И.В., Андреева Е.Е. Кластерная систематизация параметров санитарно-эпидемиологического благополучия населения регионов Российской Федерации и городов федерального значения. Профилактическая медицина: актуальные аспекты анализа риска здоровью. 2016; 1 (13): 4–14.

  9. Джиоев И.Г., Фидарова А.М. Некоторые особенности функции и морфологии почек крыс в условиях различных моделей экспериментальной почечной недостаточности. Вестник новых медицинских технологий. 2008; 15 (1): 38–39.

  10. Недовесова С.А., Головин М.С., Иашвили М.В., Толстых Е.А., Турбинский В.В., Трофимович Е.М., Айзман Р.И. Физическое развитие и функция почек подростков, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием витальных катионов. Здоровье населения и среда обитания. 2017; 10 (295): 31–34.

  11. Недовесова С.А., Трофимович Е.М., Турбинский В.В., Айзман Р.И. Сравнительный анализ функции почек и гормональной активности у крыс при потреблении питьевой воды с повышенной концентрацией кальция и магния. Современные проблемы науки и образования. 2017; 6. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=27335 (дата обращения: 30.05.2020). DOI: 10.17513/spno.27335.

  12. Лоскутова З.Ф. Виварий. Москва: Медицина; 1980. 94.

  13. Семченко В.В., Барашкова С.А., Артемьев В.Н. Гистологическая техника: учебное пособие. Омск: Омская медицинская академия; 2006. 152.

  14. Хонин Г.А., Барашкова С.А., Семченко В.В. Морфологические методы исследования в ветеринарной медицине: учебное пособие. Омск: Омская областная типография; 2004. 198.

Поступила в редакцию 26.06.2020; принята 18.07.2020.

 

Авторский коллектив

Недовесова Светлана Анатольевна – старший преподаватель кафедры анатомии, физиологии и безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет». 630126, Россия, г. Новосибирск, ул. Вилюйская, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2402-1792

Лошенко Виталина Игоревна – кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии и экологии, ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет». 630126, Россия, г. Новосибирск, ул. Вилюйская, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-7137-2424

Сахаров Андрей Валентинович – доктор биологических наук, доцент, заведующий кафедрой биологии и экологии, ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет». 630126, Россия, г. Новосибирск, ул. Вилюйская, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-5076-2113

Айзман Роман Иделевич – доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой анатомии, физиологии и безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет». 630126, Россия, г. Новосибирск, ул. Вилюйская, 28; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-7776-4768

 

Образец цитирования

Недовесова С.А., Лошенко В.И., Сахаров А.В., Айзман Р.И. Морфофункциональная характеристика почек крыс при потреблении питьевой воды с повышенной жесткостью. Ульяновский медико-биологический журнал. 2020; 3: 142–149. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-3-142-149.