Влияние интоксикации кадмием на болевую чувствительность крыс до и после блокирования D2-, 5HT3- и AT1-рецепторов | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2014. № 4 (28).

Влияние интоксикации кадмием на болевую чувствительность крыс до и после блокирования D2-, 5HT3- и AT1-рецепторов

Исследованы особенности болевой чувствительности крыс в тестах «горячая пластина» и «электростимуляция» при интоксикации хлоридом кадмия до и после блокирования D2-, 5HT3- и AT -рецепторов. Интоксикация хлоридом кадмия вызывает снижение болевой чувствительности в тесте «электростимуляция». Обнаружено, что у неинтоксицированных крыс в формировании болевых порогов участвуют D-рецепторы спинального и супраспинального уровней и 5HT3- и AT -рецепторы спинального уровня. Выявлено, что при интоксикации хлоридом кадмия снижается роль D-рецепторов, однако не изменяется роль 5HT3- и AT-рецепторов.

Influence of cadmium intoxication on rats' pain sensitivity before and after blocking D2-, 5HT3- .pdf Введение Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к попаданию и дальнейшему накоплению их в организме человека и животных [1-5]. Исследователями обнаружена повышенная чувствительность центральной нервной системы (ЦНС) к поступлению кадмия, что провоцирует развитие психических расстройств, снижение когнитивных функций, нарушение работы сенсорных систем [6-8]. В частности, известны случаи изменения болевой чувствительности (БЧ) при острых отравлениях человека соединениями тяжелых металлов [6, 7], однако влияние на неё интоксикации кадмием остается неизученным. Следует заметить, что БЧ играет важную роль в жизнедеятельности организма, поскольку определяет способность своевременно и адекватно реагировать на раздражители, которые могут вызывать нарушение целостности клеток, тканей, органов [9-11]. Существенную роль в модуляции и перцепции боли играют моноаминергические системы, функционирование которых нарушается под воздействием соединений кадмия [10, 11]. Одним из актуальных направлений исследований является изучение роли отдельных подтипов рецепторов, так как они оказывают различное влияние на формирование болевых реакций организма [10]. Цель данной работы - определение особенностей БЧ крыс, интоксицированных хлоридом кадмия до и после блокирования D2-, 5HT3- и АТ1-рецепторов. Материалы и методики исследования Исследования проведены на белых беспородных крысах-самцах массой 230-240 г, полученных из питомника научно-исследовательского института биологии Харьковского национального университета им. В.Н. Ка-разина. Для эксперимента отобрали 80 животных одинакового возраста, характеризующихся одинаковой двигательной активностью. Двигательную активность определяли в тесте «открытое поле» по следующим показателям: горизонтальная двигательная активность, вертикальная двигательная активность, реакция дефекации. Значения данных показателей у отобранных животных составили 29,00±2,01, 5,5±0,56 и 0,60±0,09 соответственно. Крыс содержали в стандартных условиях вивария со сменой освещенности 12/12, свободным доступом к воде и пище, что соответствует принципам Европейской конвенции о защите позвоночных животных, которые используются для экспериментов и других научных целей (86/609/EC) [12]. Животные были разделены на группы по 10 особей в каждой (таблица). Крысы контрольной группы не подвергались воздействию активных веществ, им вводили физиологический раствор. Хроническую интоксикацию формировали путем введения раствора 1 мг/кг CdCl2 в течение семи дней, доза была выбрана исходя из 1/100 ЛД50, хроническая интоксикация малыми дозами [13]. Далее отдельным группам крыс (см. таблицу) вводили в течение трех дней блокаторы (антагонисты): Б2-рецепторов, галоперидол («Здоров'я народу», Украина), 5HT3-рецепторов, осетрон («Д-р Редди'с Лабораторис Лтс», Индия), АТ1-рецепторов, кандесар («Ranbaxy», Индия). Инъекции проводили один раз в день внутрибрюшинно в объеме 0,2 мл, дозы веществ приведены в таблице. На десятый день через два часа после соответствующей инъекции определяли показатели БЧ крыс в двух тестах: «горячая пластина» и «электростимуляция», где изучали первые поведенческие защитные реакции, отражающие двигательный компонент боли. Тест «горячая пластина» представляет собой закрытую площадку, пол которой нагревается до температуры 54°С. Животное помещали на равномерно разогретую поверхность. При проявлении болевой реакции (облизывание конечностей) с помощью секундомера фиксировали время, что и было измеряемым показателем - латентный период болевой реакции (ЛПБР) [14]. В тесте «электростимуляция» крысу помещали в камеру, решетчатый пол которой изготовлен из меди. На площадку подавали ток от электростимулятора, генерирующего прямоугольные одинарные импульсы. Напряжение тока плавно увеличивали; при достижении пороговых значений болевой чувствительности наблюдали флексию конечностей - болевой порог (БП). Раздражение является неспецифическим, т.е. возбуждаются болевые рецепторы всех типов [14-16]. Условные обозначения групп животных / Symbols of animal groups Сроки проведения инъекций, введенные вещества и их дозы / Dates of injections, administration of substances and their doses Обозначения групп / Group symbols С 1-го по 7-й день / From the 1st to the 7th day С 8-го по 10-й день / From the 8th to the 10th day Физраствор / Saline Физраствор / Saline К - контроль (control) CdCl, 1 mg/kg Cd Физраствор / Saline Галоперидол 2,5 мг/кг [Haloperidol 2.5 mg/kg] D2 CdCl2 1 mg/kg Cd/D2 Физраствор / Saline Осетрон 2 мг/кг [Osetron 2 mg/kg] 5HT3 CdCl2 1 mg/kg Cd/5HT3 Физраствор / Saline Кандесар 0,2 мг/кг [Candesar 0.2 mg/kg] ATi CdCl2 1 mg/kg Cd/ATj Эффекты оценивали по медиане значений группы. Это связано с тем, что средняя арифметическая очень подвержена влиянию крайних членов вариационного ряда, что в случае использования небольших выборок (10 особей и менее в группе) недопустимо [17]. Статистическую значимость различий между группами оценивали непосредственно по значениям вариант с использованием непараметрического критерия Манна-Уитни для независимых совокупностей (p < 0,05, p < 0,01). Статистическая обработка полученных данных и построение графиков выполнены в программе StatSoft STATISTICA for Windows 7.0. Данные представлены в виде медиан. Результаты исследования и обсуждение После хронического накопления хлорида кадмия у животных не было выявлено изменений медианы ЛПБР, а медиана БП повышалась до 46 В (р < 0,01), что на 38% превышает контрольные значения - 25 В. Из результатов следует, что интоксикация хлоридом кадмия влияет на формирование БЧ только при электрораздражении. Как известно, восприятие, проведение и обработка болевых импульсов при термо- и электрораздражении обеспечиваются различными структурами на определенных уровнях организации нервной системы. Отличия в эффектах кадмия в выбранных тестах могут быть обусловлены неравномерным его накоплением в ЦНС. Избирательная кумуляция в тканях нервной системы объясняется тем, что проницаемость через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) возможна только при хронической интоксикации кадмием. Катионы кадмия вызывают нарушение структуры клеточных мембран прежде всего там, где барьерная функция снижена [2, 5, 7, 8]. Известно, что тест «горячая пластина» отражает особенности влияния веществ на супраспинальном уровне (Спр), а тест «электростимуляция» - на Спр и спинальном (Сп) [14, 16]. Отсутствие изменений ЛПБР и повышение БП при интоксикации хлоридом кадмия свидетельствуют о действии кадмия на БЧ в основном на Сп уровне. Groups Groups Рис.1.Показателиболевойчувствительностинеинтоксицированных иинтоксицированных хлоридом кадмиякрыс доипосле блокирования D2-рецепторов: А - уровень латентногопериода болевойреакции в секундахв тесте «горячая пластина», В - болевой порогввольтахв тесте «электростимуляция».Группыобозначенысогласнотаблице/ Fig.1.Indicatorsof painsensitivityofratsnon-intoxicated andintoxicatedby cadmiumchloridebeforeandafterblockingD2-receptors: A -thelevel ofthe latent period ofpain reactioninsecondsin the test"hotplate", В - pain thresholdinvolts in the test"electricalstimulation". Thegroups aredesignatedaccordingtothetable В серии экспериментов с использованием блокатора Б2-рецепторов у неинтоксицированных крыс наблюдалось увеличение медианы ЛПБР до 13,2 с (р < 0,01), что более чем в 2 раза превышает значения контроля - 4,7 с (рис. 1, А; D2). Обнаружен также рост показателя БП до 46 В (р < 0,01) (см. рис. 1, B; D2). Существенное повышение показателей в обоих тестах после введения галоперидола указывает на участие D2-рецепторов на Сп и Спр уровнях в формировании БЧ. Полученный результат согласуется с данными других исследователей, которые показали снижение БЧ при неизбега-емом болевом стрессе в условиях блокирования рецепторов Dj и D2 [10]. У интоксицированных хлоридом кадмия крыс блокирование D2-рецепторов вызывало увеличение уровня ЛПБР до 7,9 с (р < 0,01) (рис. 1, А; Cd/D2) и БП - до 40 В (р < 0,01) (рис. 1, B; Cd/D2). Достоверных отличий ЛПБР и БП между группами Cd/D2 и Cd выявлено не было, что говорит об отсутствии существенной роли Dj-рецепторов на формирование БЧ в условиях интокс икации. Следует также заметить, что уровень БП и ЛПБР группы Cd/ D2 не достигали уровня D2, поэтому можно предположить, что функгщи D2-рецепторов в условиях интоксикации угнетаются. Подтверждением данного предположения служат также имеющиеся литературные данные, что нарушение эффекта блокатора свидетельствует об изменении функционирования нейромедиаторной системы [П, 18].В основевыявленногонегьтивного действия кадмия лежат изменения на клеточном уровне, которые связаны, прежде всего, с нарушением обмена катионов вследсавие семжевшя активности кшгьориевых иСе2+-завигимых раналов К-Р-^ОК.Сдоугойстороныдля друеихтяжелых меоаллов^оприоер» даяртуеи, о бнаружгна рпосо^жость из-мевябосвязывеющийцеоте рецепторов ]21]; n6^oOo6in>iKi эффект, по мньнию некктораво котороо [4-, 5]( тиккисзм^о ожокдатв ^kj-tiki кадмия. Дандае ьфедполо-жениеосновано ни общих физико -химических свойстгахдоя элементое,на-ходязцихся к одной рруппс ]], 5] A 12 10 4 5HT3 CC Groups K B 14 70 60 50 > 40 30 20 5HT3 CC Groups K □ Median П 25%-75% I Noa-Outlier Range □ Median П 25%-75% T Noa-Outlier Range 10 Рис. 2.Показатели болевой чувствительностинеинтоксицированных и интоксицированных хлоридомкадмиякрысдои послеблокирования 5НТ3-рецепторов: А - уровеньлатентного периодаболевой реакции (с) втесте«горячая пластина», В -болевойпорог(В)втесте «электростимуляция». Группы обозначены согласно таблице / Fig. 2.Indicators ofpain sensitivityof ratsnon-intoxicated andintoxicated by cadmium chloridebeforeandafterblocking5HT3-receptors: A -thelevelofthelatentperiod of pain reactioninsecondsin thetest"hot plate", B - pain threshold in volts in the test "electrical stimulation". The groups are designated according to the table У неинтоксицированных крыс после блокирования рецепторов серо-тонинергической системы не было выявлено статистически значимых изменений ЛПБР (рис. 2, А; 5НТ3), но наблюдалось увеличение БП до 38,5 В (р < 0,01) (см. рис. 2, B; 5НТ3). Полученные данные свидетельствуют, что 5НТ3-рецепторы принимают участие в формировании БЧ только при электрораздражении. С другой стороны, введение осетрона неинтоксицирован-ным крысам вызывало изменения только БП, поэтому мы полагаем, что 5НТ3-рецепторы в большей степени регулируют БЧ на Сп уровне. У интокси-цированных крыс группы Cd/5HT3 ЛПБР не отличался от контроля, а также от группы Cd (рис. 2, А). Однако БП повышался до 43 В (р < 0,05) в группе Cd/5HT3 (рис. 2, B), что статистически значимо превышает уровень этого показателя относительно Cd. Следовательно, интоксикация хлоридом кадмия не изменяет роль 5НТ3-рецепторов в формировании БЧ; так, отмечено влияние 5НТ3-рецепторов на Сп уровне, как у неинтоксицированных крыс. В серии с использованием блокатора АТ^рецепторов у неинтоксицированных крыс достоверных изменений ЛПБР отмечено не было (рис. 3, А), но показатель повышался на уровне тенденции. Происходило также повышение БП до 42 В (р < 0,01) (см. рис. 3, B). Полученные результаты показывают, что действие блокатора осуществляется в основном на Сп уровне. A K AT1 Cd Cd/AT1 Groups B AT1 Cd Groups K □ Median □ 25%-75% I Non-Outlier Range □ Median □ 25%-75% T Non-Outlier Range Рис.3. Показатели болевойчувствительностинеинтоксицированных и интоксицированныхихлоридомкадмиякрысдои послеблокирования АТ1-рецепторов: А - уровень латентногопериода болевойреакции (с)втесте«горячая пластина»; B - болевой порог(В)втесте «электростимуляция». Группы обозначены согласно таблице / Fig. 3.Indicators ofpain sensitivity ofratsnon-intoxicatedandintoxicatedby cadmiumchloridebeforeandafterblockmgAT^receptors: A -thelevel ofthelatent periodof painreaction in seconds inthetest"hot plate"; B -painthreshold in voltsin thetest"electricalstimulation". Thegroupsaredesignatedaccording tothe table В условиях интоксикации хлоридом кадмия блокирование АТ1-рецепторов приводило к повышению ЛПБР до 7 с (р < 0,05) (рис. 3, А; Cd/ АТ1), однако не вызывало изменений по сравнению с группой Cd. В тесте «электростимуляция» у крыс группы Cd/AT1 уровень БП составил 56 В (р < 0,01), также достоверно более высокий, чем в группе Cd (рис. 3, B). Результаты свидетельствуют, что на фоне интоксикации хлоридом кадмия антагонист АТ1-рецепторов действует преимущественно на Сп уровне. При обсуждении влияния кандесара на формирование БЧ прежде всего надо отметить, что он является антагонистом АТ1-рецепторов и приводит к угнетению активности ангиотензина II [22, 23]. Один из эффектов данного физиологически активного пептида - это снижение выброса норадре-налина в постсинаптическое пространство периферической и центральной нервной системы [23]. Обнаруженное влияние антагониста АТ1-рецепторов на формирование БЧ, вероятно, связано именно с угнетением активности норадренергической системы, которая является важной составляющей но-цицептивной и антиноцицептивной систем [9, 11]. Непосредственное участие АТ1-рецепторов в формировании БЧ в литературе не описано. Введение кандесара неинтоксицированным крысам не вызывало изменения ЛПБР, но повышало уровень показателя БП, что свидетельствует об участии норадре-налина на Сп уровне в формировании БЧ. На фоне интоксикации хлоридом кадмия изменения показателей были аналогичны таковым у крыс без интоксикации, что также говорит о важной роли норадреналина на Сп уровне в регуляции БЧ и отсутствии изменений при поступлении металла. Заключение У неинтоксицированных крыс D2-рецепторы на спинальном и супра-спинальном уровне играют существенную роль в формировании болевой чувствительности, однако на фоне интоксикации роль данных рецепторов ослабляется. Показано также участие 5HT3- и ATj-рецепторов спинального уровня в регуляции болевой чувствительности у неинтоксицированных крыс; в условиях интоксикации хлоридом кадмия роль данных рецепторов не изменяется. Полученные в работе результаты продемонстрировали, что наиболее чувствительной к присутствию кадмия в организме является до-фаминергическая система, активность которой угнетается.

Ключевые слова

болевая чувствительность, хлорид кадмия, D-, 5HT3-, AT -рецепторы, pain sensitivity, cadmium chloride, D2-, 5HT3- and AT1-receptors

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Черетаев Игорь ВладимировичТаврический национальный университет имени В.И. Вернадского (г. Симферополь)канд. биол. наук, старший научный сотрудник кафедры физиологии человека и животных и биофизики5612178@ukr.net
Хусаинов Денис РашидовичТаврический национальный университет имени В.И. Вернадского (г. Симферополь)канд. биол. наук, доцент кафедры физиологии человека и животных и биофизикиgangliu@yandex.ru
Коренюк Иван ИвановичТаврический национальный университет имени В.И. Вернадского (г. Симферополь)д-р биол. наук, профессор кафедры физиологии человека и животных и биофизикиikoreniuk@yandex.ru
Шилина Виктория ВикторовнаТаврический национальный университет имени В.И. Вернадского (г. Симферополь)аспирант кафедры физиологии человека и животных и биофизикиlangrevik@gmail.com
Всего: 4

Ссылки

Li N.-C., Lee A., Whitmer R.A., Kivipelto M., Lawler E., Kazis L.E., Wolozin B. Use of angiotensin receptor blockers and risk of dementia in a predominantly male population: prospective cohort analysis // BMJ. 2010. Vol. 340. P. b54-65.
Pelisch N., Hosomi N., Ueno M., Masugata H., Murao K., Hitomi H., Nakano D., Kobori H., Nishiyama A., Kohno M. Systemic candesartan reduces brain angiotensin II via down regulation of brain renin-angiotensin system // Hypertens Res. 2010. Vol. 33, № 2. P. 161-164.
Castoldi A.F., Candura S,M., Costa P., Manzo L., Costa L.G. Interaction of mercury compounds with muscarinic receptor subtypes in the rat brain // Neurotoxicology. 1996. Vol. 17, № 3-4. P. 735-741.
Hinkle P.M., Kinsella P.A., Osterhoudt K.C. Cadmium uptake and toxicity via voltage-sensitive calcium channels // J. Biol. Chem. 1987. Vol. 262, № 34. P. 16333-16337.
Minami A., Takeda A., Nishibaba D., Takefuta S., Oku N. Cadmium toxicity in synaptic neurotransmission in the brain // Brain Res. 2001. Vol. 894, № 2. P. 336-339.
Гланц С. Медико-биологическая статистика / пер. с англ. Ю.А. Данилова ; под ред. Н.Е. Бузикашвили, Д.В. Самойлова. М. : Практика, 1998. 459 с.
Das K.P., Das P.C., Dasgupta S., Dey C.D. Serotonergic-cholinergic neurotransmitters' function in brain during cadmium exposure in protein restricted rat // Biol Trace Elem Res. 1993. Vol. 36, № 2. P. 119-127.
Бутылин А.Г., Звонкова М.Б., Хомутов А.Е., Пурсанов К.А., Слободянюк В.С. Влияние гепарина на антиноцицептивные свойства пчелиного яда // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. Т. 2, № 2. С. 607-610.
Yamano T., Shimizu M., Noda T. Comparative effects of repeated administration of cadmium on kidney, spleen, thymus, and bone marrow in 2-, 4-, and 8-month-old male wistar rats // Toxicological sciences. 1998. Vol. 46, № 2. P. 393-402.
Le Bars D., Gozariu M., Cadden S.W. Animal models of nociception // Pharmacol. Rev. 2001. Vol. 53, № 4. P. 597-652.
Мулик А.Б., Шатыр Ю.А. Универсальный метод определения порога болевой чувствительности у традиционных видов лабораторных животных // Российский журнал боли. 2012. № 2. С. 7-10.
Hawthorn J., Redmond K. Pain causes and management. London : Blackwell Science Ltd., 1998. 256 p.
Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях : учеб. пособие / под ред. Н.Н. Каркищенко, С.В. Грачева. М. : Профиль-2С, 2010. 358 с.
Брагин Е.Р. Нейрохимические механизмы регуляции болевой чувствительности. М. : Издательство Университета дружбы народов, 1991. 247 с.
Владыка А.С., Шандра А.А., Хома Р.Е., Воронцов В.М. Ноцицепция и антиноцицепция: теория и практика. Винница : Каштелянов, 2012. 176 с.
Fix A.S., Ross J.F. Mercury neurotoxicity in rats and humans emphasizes current trends in neurotoxicology // Toxicol. Pathol. 1997. Vol. 25, № 6. P. 632-634.
Kaoud H.A., Kamel M.M., Abdel-Razek A.H., Kamel G.M., Ahmed K.A. Neurobehavioural, neurochemical and neuromorphological effects of cadmium in male rats // Journal of American Science. 2010. Vol. 6, № 5. P. 189-202.
Viaene M.K., Masschelein R., Leenders J., De Groof M., Swerts L.J.V.C., Roels H.A. Neurobehavioural effects of occupational exposure to cadmium: a cross sectional epidemiological study // Occup Environ Med. 2000. Vol. 57, № 1. P. 19-27.
Duruibe J.O., Ogwuegbu M.O., Egwurugwu J.N. Heavy metal pollution and human biotoxic effects // Int. J. Phys Sci. 2007. Vol. 2, № 5. P. 112-118.
Garza A., Vega R., Soto E. Cellular mechanisms of lead neurotoxicity // Med. Sci. Monit. 2006. Vol. 12, № 3. P. 57-65.
Bridges C.C., Zalups R.K. Molecular and ionic mimicry and the transport of toxic metal // Toxicol Appl Pharmacol. 2005. Vol. 204, № 3. P. 274-308.
Антоняк Г.Л., Бабич Н.О., Быецька Л.П., Панас Н.С., Жилщич Ю.В. Кадмш в оргашзмi людини i тварин. II. Вплив на функцюнальну актившсть оргашв i систем // Бюлопчш студи. 2010. Т. 4, № 3. С. 125-136.
Трахтенберг И.М., Колесников В.С., Луковенко В.П. Тяжелые металлы во внешней среде : Современные гигиенические и токсикологические аспекты. Минск : Наука и техника, 1994. 285 с.
 Влияние интоксикации кадмием на болевую чувствительность крыс до и после блокирования D<sub>2</sub>-, 5HT<sub>3</sub>- и AT<sub>1</sub>-рецепторов | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2014. № 4 (28).

Влияние интоксикации кадмием на болевую чувствительность крыс до и после блокирования D2-, 5HT3- и AT1-рецепторов | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2014. № 4 (28).