«Ульяновский медико-биологический журнал»

Физиология

Скачать статью

DOI 10.23648/UMBJ.2018.31.17226

УДК 611.341:546.226-092.9

 

МОРФОЛОГИЯ ТОНКОЙ КИШКИ КРЫС-ADOLESCENTS ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ СУЛЬФАТОМ КАДМИЯ

 

П.А. Елясин, С.В. Залавина, А.Н. Машак, А.П. Надеев, С.В. Айдагулова

ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Новосибирск, Россия

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Накопление кадмия у детей является серьезной проблемой для жителей мегаполисов. Кадмий обладает канцерогенным, гонадотропным, эмбриотропным, мутагенным, нефротоксическим и генотоксическим действием. Состояние тонкой кишки как естественного биологического барьера отражает способность организма млекопитающего противостоять воздействию такого агрессивного экзотоксиканта, как кадмий.

Цель исследования – выявить морфологические изменения стенки тонкой кишки крыс-adolescents при хронической интоксикации сульфатом кадмия.

Материалы и методы. Эксперимент проведен на 4-недельных крысах-самцах adolescents Wistar, получавших раствор сульфата кадмия в суточной дозе 0,5 мг/кг массы тела в течение 21 сут. Исследовали стенку тонкой кишки. Окраска гематоксилин-эозином и азур-2-эозином. Методы исследования: световая микроскопия и морфометрия. Статистическая обработка проводилась с использованием SPSS® Software version 17.0: применяли непараметрический U-критерий Манна–Уитни.

Результаты. Выявлено снижение толщины всех слоев стенки тонкой кишки. Уменьшилась глубина крипт, увеличилась толщина ворсинки. Увеличились высота и площадь всех клеток эпителиального пласта. Увеличение высоты и площади эпителиоцитов на фоне снижения площади ядра клетки свидетельствует в пользу ингибирования синтеза ДНК и активации цитоплазматических процессов в ответ на цитотоксическое действие ионов кадмия. Увеличение количества бокаловидных клеток можно рассматривать как усиление адаптационно-приспособительных механизмов организма.

Выводы. Хроническое воздействие сульфата кадмия на тонкую кишку крыс-adolescents приводит к снижению биологического барьера между внутренней и внешней средой; уменьшению репаративной возможности эпителия тонкой кишки; активации компенсаторно-приспособительных реакций, направленных на сохранение целостности поверхности тонкой кишки.

Ключевые слова: тонкая кишка, сульфат кадмия, adolescents, морфометрия.

Литература

  1. Дзугкоева Ф.С., Можаева И.В., Дзугкоев С.Г., Маргиева О.И., Отиев М.А., Тедтоева А.И., Карчаидзе Н.М. Механизмы токсичности тяжелых цветных металлов в эксперименте и клинике. Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. 2015; 10 (4): 117–120.

  2. Huo J., Dong A., Yan J., Wang L., Ma C., Lee S. Cadmium toxicokinetics in the freshwater turtle, Chinemys reevesii. Chemosphere. 2017; 182: 392–398.

  3. Hispard F., de Vaufleury A., Martin H., Devaux S., Cosson R.P., Scheifler R., Richert L., Berthelot A., Badot P.M. Effects of subchronic digestive exposure to organic or inorganic cadmium on biomarkers in rat tissues. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008; 70 (3): 490–498.

  4. Lynch S.J., Horgan K.A., White B., Walls D. Selenium source impacts protection of porcine jejunal epithelial cells from cadmium-induced DNA damage, with maximum protection exhibited with yeast-derived selenium compounds. Biol. Trace Elem. Res. 2017; 176 (2): 311–320.

  5. Min K.S., Sano E., Ueda H., Sakazaki F., Yamada K., Takano M., Tanaka K. Dietary deficiency of calcium and/or iron, an age-related risk factor for renal accumulation of cadmium in mice. Biol. Pharm. Bull. 2015; 38 (10): 1557–1563.

  6. Höfer N., Diel P., Wittsiepe J., Wilhelm M., Kluxen F.M., Degen G.H. Investigations on the estrogenic activity of the metallohormone cadmium in the rat intestine. Arch. Toxicol. 2010; 84 (7): 541–552.

  7. Chan W.H., Shiao N.H. Cytotoxic effect of CdSe quantum dots on mouse embryonic development. Acta Pharmacol. Sin. 2008; 29 (2): 259–266.

  8. Maciak S., Włostowski T., Salińska A., Bonda-Ostaszewska E. Tissue cadmium accumulation is associated with basal metabolic rate in mice. Biol. Trace Elem. Res. 2011; 144 (1–3): 944–950.

  9. Fazeli M., Hassanzadeh P., Alaei S. Cadmium chloride exhibits a profound toxic effect on bacterial microflora of the mice gastrointestinal tract. Hum. Exp. Toxicol. 2011; 30 (2): 152–159.

  10. Залавина С.В., Скальный А.В., Ефимов С.В., Скальная М.Г. Многоэлементный портрет жителей Новосибирска в условиях накопления кадмия. Микроэлементы в медицине. 2008; 9 (1–2): 70.

  11. Гелашвили О.А. Вариант периодизации биологически сходных стадий онтогенеза человека

    и крысы. Саратовский научно-медицинский журнал. 2008; 22 (4): 125–126.

  12. Миронов А.Н., ред. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Ч. 1. М.: Гриф и К; 2012. 944.

  13. Stieler Stewart A., Freund J.M., Blikslager A.T., Gonzalez L.M. Intestinal stem cell isolation and culture in a porcine model of segmental small intestinal ischemia. J. Vis. Exp. 2018; 18 (135).

  14. Mentrup H.L., Hartman A., Thames E.L., Basheer W.A., Matesic L.E. The ubiquitin ligase ITCH coordinates small intestinal epithelial homeostasis by modulating cell proliferation, differentiation, and migration. Differentiation. 2018; 99: 51–61.

 

Download  article

DOI 10.23648/UMBJ.2018.31.17226

SMALL INTESTINE MORPHOLOGY OF RATS-ADOLESCENTS WITH CHRONIC CADMIUM SULFATE INTOXICATION

 

P.A. Elyasin, S.V. Zalavina, A.N. Mashak, A.P. Nadeev, S.V. Aydagulova

Novosibirsk State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation, Novosibirsk, Russia

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Cadmium accumulation in children is a serious problem for residents of cosmopolitan cities. Cadmium has carcinogenic, gonadotropic, embryotropic, mutagenic, nephrotoxic and genotoxic effects. Small intestine as a natural biological barrier reflects the ability of the mammals to resist the effects of such an aggressive exotoxicant as cadmium.

The aim of the study is to reveal morphological changes in the wall of the small intestine in rats-adolescents with chronic cadmium sulfate intoxication.

Materials and Methods. The experiment was carried out on 4-week Wistar males-adolescents that were administered cadmium sulfate solution 0.5 mg/kg daily for 21 days. Then, the authors examined the wall of the small intestine. It was stained with hematoxylin-eosin and azur-2-eosin. They used such methods of investigation as light microscopy and morphometry. SPSS® software version 17.0 was used for statistical data processing, as well as nonparametric Mann–Whitney U-test.

Results. The authors found out the decrease in thickness of all layers of the small intestine wall. The crypt depth also decreased, while the villus thickness increased. The height and surface of all epithelial layer cells increased. The increase of epitheliocyte height and space, together with the decrease of the nucleus space, proves that DNA synthesis inhibits and cytoplasmic processes become more active in response to the cytotoxic effect of cadmium ions. The increase in the number of goblet cells can be considered as an enhancement of adaptive body mechanisms.

Conclusion. The chronic influence of cadmium sulfate on the small intestine of rats-adolescents results in a decrease in the biological barrier between the internal and external environment; reduction of the small intestine epithelium reparative capacity; activation of compensatory-adaptive reactions aimed at maintaining the integrity of the small intestine.

Keywords: small intestine, cadmium sulfate, adolescents, morphometry.

References

  1. Dzugkoeva F.S., Mozhaeva I.V., Dzugkoev S.G., Margieva O.I., Otiev M.A., Tedtoeva A.I., Karchaidze N.M. Mekhanizmy toksichnosti tyazhelykh tsvetnykh metallov v eksperimente i klinike [Mechanisms of toxicity of heavy nonferrous metals in experiment and clinic]. Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v sovremennom mire. 2015; 10 (4): 117–120 (in Russian).

  2. Huo J., Dong A., Yan J., Wang L., Ma C., Lee S. Cadmium toxicokinetics in the freshwater turtle, Chinemys reevesii. Chemosphere. 2017; 182: 392–398.

  3. Hispard F., de Vaufleury A., Martin H., Devaux S., Cosson R.P., Scheifler R., Richert L., Berthelot A., Badot P.M. Effects of subchronic digestive exposure to organic or inorganic cadmium on biomarkers in rat tissues. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008; 70 (3): 490–498.

  4. Lynch S.J., Horgan K.A., White B., Walls D. Selenium source impacts protection of porcine jejunal epithelial cells from cadmium-induced DNA damage, with maximum protection exhibited with yeast-derived selenium compounds. Biol. Trace Elem. Res. 2017; 176 (2): 311–320.

  5. Min K.S., Sano E., Ueda H., Sakazaki F., Yamada K., Takano M., Tanaka K. Dietary deficiency of calcium and/or iron, an age-related risk factor for renal accumulation of cadmium in mice. Biol. Pharm. Bull. 2015; 38 (10): 1557–1563.

  6. Höfer N., Diel P., Wittsiepe J., Wilhelm M., Kluxen F.M., Degen G.H. Investigations on the estrogenic activity of the metallohormone cadmium in the rat intestine. Arch. Toxicol. 2010; 84 (7): 541–552.

  7. Chan W.H., Shiao N.H. Cytotoxic effect of CdSe quantum dots on mouse embryonic development. Acta Pharmacol. Sin. 2008; 29 (2): 259–266.

  8. Maciak S., Włostowski T., Salińska A., Bonda-Ostaszewska E. Tissue cadmium accumulation is associated with basal metabolic rate in mice. Biol. Trace Elem. Res. 2011; 144 (1–3): 944–950.

  9. Fazeli M., Hassanzadeh P., Alaei S. Cadmium chloride exhibits a profound toxic effect on bacterial microflora of the mice gastrointestinal tract. Hum. Exp. Toxicol. 2011; 30 (2): 152–159.

  10. Zalavina S.V., Skal'nyy A.V., Efimov S.V., Skal'naya M.G. Mnogoelementnyy portret zhiteley Novosibirska v usloviyakh nakopleniya kadmiya [Multi-element status of Novosibirsk inhabitants in response to cadmium accumulation]. Mikroelementy v meditsine. 2008; 9 (1–2): 70 (in Russian).

  11. Gelashvili O.A. Variant periodizatsii biologicheski skhodnykh stadiy ontogeneza cheloveka i krysy [Periodization of biologically similar stages of human and rat ontogenesis]. Saratovskiy nauchno-meditsinskiy zhurnal. 2008; 22 (4): 125–126 (in Russian).

  12. Mironov A.N. Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskikh issledovaniy lekarstvennykh sredstv. Chast’ 1 [Guide to preclinical drug research. Part 1]. Moscow: Grif i K; 2012. 944 (in Russian).

  13. Stieler Stewart A., Freund J.M., Blikslager A.T., Gonzalez L.M. Intestinal stem cell isolation and culture in a porcine model of segmental small intestinal ischemia. J. Vis. Exp. 2018; 18 (135).

  14. Mentrup H.L., Hartman A., Thames E.L., Basheer W.A., Matesic L.E. The ubiquitin ligase ITCH coordinates small intestinal epithelial homeostasis by modulating cell proliferation, differentiation, and migration. Differentiation. 2018; 99: 51–61.