Действие высоких доз метаванадата натрия на тиреоидный статус крыс

Введение. Ванадий (V) используется во многих отраслях промышленности, что приводит к выбросам ванадия в рабочую зону и в атмосферу прилегающих к предприятиям населенных пунктов [1][2]. Концентрации V в воздухе рабочей зоны может достигать отметки 8,45 мг/м3 при нормативном значении 0,5 мг/м3 [2–4]¹.

Несмотря на то что ванадий является необходимым микронутриентом в организме и принимает участие в ряде важных биологических функций, избыточное накопление ванадия может привести к пагубным последствиям для многих систем органов [5][6]. В связи с этим ванадий и его соединения создают угрозу здоровью рабочих промышленных предприятий и населения, находящегося в непосредственной близости к ним [7–9]. Существует большое количество исследований на тему токсичности ванадия на системы органов [1][10–11]. Также есть научные работы, касающиеся токсического влияния ванадия на щитовидную железу (ЩЖ), однако они единичные и затрагивают лишь молекулярные механизмы воздействия других соединений ванадия на жизнеспособность и пролиферацию клеток щитовидной железы [12].

Нарушения функции ЩЖ могут приводить к таким заболеваниям, как микседема, эндемический зоб, базедова болезнь у взрослых и кретинизм у детей, поэтому важно оценить влияние ванадия на функции ЩЖ [13][14]. Одним из основных маркеров функциональной активности ЩЖ является тиреоидный статус организма, показывающий состояние метаболизма, работоспособность и функционирование органа [15][16].

Таким образом, целью данного исследования является изучение тиреоидного статуса крыс при однократном внутрибрюшинном введении метаванадата натрия.

Материалы и методы

Дизайн исследования

Исследование было проведено в рамках эксперимента по определению LD50 метаванадата натрия. Для определения нижеуказанных параметров выбраны группы крыс, выживших в данном эксперименте в полном составе. В исследовании использовались самцы крыс породы Wistar, массой более 200 г (с разбросом масс не более 10 %) и возрастом более 3 месяцев. Диета стандартная. Общее количество животных – 26 особей.

Животные были разделены на 3 группы.

1. Контрольная группа (10 животных) – дистиллированная вода.

2. Опытная группа V11 (8 животных) – метаванадат натрия в концентрации 11 мг/кг веса животного.

3. Опытная группа V18 (8 животных) – метаванадат натрия в концентрации 18 мг/кг веса животного.

Животным была введена однократная инъекция объемом 2 мл внутрибрюшинным способом. Спустя 14 дней производили забор биологического материала.

Место проведения эксперимента – ФБУН «Екатеринбургский медицинский – научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Время проведения эксперимента – август 2022 г.

Определение концентрации гормонов ЩЖ

Для определения концентрации гормонов ЩЖ была отобрана цельная кровь объемом 5–6 мл в пробирки с диоксидом кремния в качестве коагулянта у каждого животного контрольной (n = 10) и опытных групп V11 (n = 8) и V18 (n = 8). Далее пробы центрифугировались для получения сыворотки крови.

Концентрация тиреотропного гормона (ТТГ), общего трийодтиронина (Т3о), общего тироксина (Т4о), свободной фракции тироксина (Т4с), свободной фракции трийодтиронина (Т3с) определялась методом иммуноферментного анализа с помощью спектрофотометра Epoch (BioTek, США) с использованием коммерческих наборов «ВЕКТОР-БЕСТ» (Россия) согласно инструкции производителя.

В качестве дополнительных параметров оценки были посчитаны соотношения Т3 свободного к Т4 свободному, Т3 общего к Т4 общему, Т3 свободного к Т3 общему и Т4 свободного к Т4 общему.

Статистический анализ данных

Математическая обработка данных и расчеты производились в программе Excel (Microsoft, США). Статистическую обработку данных проводили с помощью программного обеспечения Statistica версии 12.0 компании StatSoft. Достоверность различий между группами определяли с помощью H-критерия Краскела – Уоллиса и U-критерия Манна – Уитни. Разницу между значениями считали статистически значимой, если вероятность ее случайного появления была ниже 0,05 (p ≤ 0,05).

Результаты. Анализ тиреоидных гормонов дает возможность оценить функциональное состояние ЩЖ и сделать выводы о тиреоидном статусе организма. Анализ ТТГ в результатах не приведен, так как содержание этого гормона было ниже порога чувствительности коммерческого набора (С < 0,05 мМЕ/л). Результаты анализа содержания других гормонов ЩЖ представлены на рисунке.

По результатам анализа было обнаружено, что введение метаванадата натрия в высоких дозах лабораторным животным внутрибрюшинно приводит к изменению содержания гормонов ЩЖ в сыворотке крови.

Содержание Т3 свободного у экспериментальной группы крыс V18 было ниже на 11,3 % (p = 0,003) относительно контрольной группы животных и на 7,2 % (p = 0,027) ниже группы V11 (см. рисунок, a). Различий в содержании гормона общего Т3 между группами не обнаружено (p = 0,719) (см. рисунок, b). Как видно из рисунка (c) концентрация Т4 свободного у группы V11 выше на 15,5 % (p = 0,041), а у группы V18 – на 25,4 % (p = 0,016) относительно контроля. Содержание же общего Т4 у экспонированной группы V11 уменьшилось на 18,2 % (p = 0,029) относительно контрольной группы, однако в опытной группе V18, где доза вещества была выше, показатель тироксина выравнивается по сравнению с контролем (см. рисунок, d).

Также были обнаружены изменения в показателях соотношения гормонов ЩЖ (см. таблицу).

Различия в соотношении гормонов Т3о/Т4о были обнаружены между контрольной группой и экспериментальной V11 группой животных (p = 0,015) (на 19,7 % выше контроля). Показатели соотношения Т3с/Т3о и Т4с/Т4о достоверно снижаются в экспериментальной группе V18 на 12,5 % (p = 0,007) и 12,6 % (p = 0,013) соответственно по сравнению с контролем, а также на 8,5 % (p = 0,023) и 14,7 % (p = 0,010) соответственно по сравнению с группой V11. Различий показателя соотношения гормонов Т3с/Т4с между группами не обнаружено (p = 0,187).

Обсуждение. Гормоны ЩЖ играют роль индикатора работоспособности и функционирования органа, а определение содержания гормонов Т3 и Т4 является классическим критерием оценки работы тиреоидной системы [15].

По литературным данным, снижение свободного Т3 часто является симптомом гипотиреоза щитовидной железы [17]. Сниженное содержание свободного Т3 может быть связано с нарушением связывания гормонов ЩЖ транспортным белком, поскольку содержание Т3 свободного в крови не коррелирует с концентрацией транспортных белков крови, их приравнивают к индикаторам функциональной активности ЩЖ [18].

Понижение содержания гормона тироксина может говорить об активации транспорта йода в ЩЖ, что приводит к избытку йода в организме и, как следствие, подавлению работы железы [15]. Такой гормональный сбой приводит к нарушению транспорта йода в фолликулярные тиреоциты и модификации Т4 в Т3 [19]. Соответственно, анализ содержания тироксина говорит о тенденции к снижению функциональной активности, гипофункции ЩЖ и избытку йода. Избыток йода, в свою очередь, является фактором риска развития заболеваний ЩЖ, характеризующегося подавлением или блокировкой ТТГ, что подтверждают исследования [20]. Понижение содержания гормона Т4 может приводить и к изменениям в структуре железы, таким как перестройка паренхимы, то есть уменьшение количества фолликулов на единицу площади за счет увеличения их размера.

Известно, что показатель соотношения Т3 свободный / Т4 свободный может служить дополнительным параметром в раннем распознавании состояний гипо- или гипертиреоза. Соответственно, так как отношение Т3/Т4 является показателем, отражающим функцию ЩЖ и действие гормонов на ткани, можно предположить, что функция ЩЖ носит нарушенный характер [16].

Отношение общих и свободных T3/T4 может быть критерием для оценивания гомеостаза щитовидной железы и являться инструментом клинических исследований. Литературные данные подтверждают, что соотношение T3/T4 может увеличиваться при гипертиреозе, но также и при гипотиреозе из-за более высокого синтеза биологически активной фракции гормонов, увеличенной деиодиназной активности тканей и снижения уровня Т4 [16]. Однако, учитывая отсутствие статистически значимых различий в данном исследовании по гормону Т3 и увеличение содержания Т4 в опытной группе, можно предположить, что результаты смещены в сторону гипотиреоза.

Известно, что ванадий накапливается в органах дыхания, печени, почках, органах половой системы, костях, а также в структурах мозга и щитовидной железе [1][11][21–22]. Попадая в организм, метаванадат ингибирует работу Н⁺/K⁺-АТФазы, Na⁺/K⁺-АТФазы и Са2⁺/Mg2⁺-АТФазы в клетках, что приводит к нарушениям в них, таким как повышенная генерация АФК, активация окислительного стресса, запуск апоптотических процессов в митохондриях, и, как следствие, сбоям в работе органов [23][24]. Данная информация позволяет выдвинуть две гипотезы.

1. Метаванадат натрия, накапливаясь в тканях, действует непосредственно на ЩЖ, что приводит к нарушениям ее структуры. В связи с этим необходимо провести дополнительные исследования, включающие анализ морфометрических параметров фолликулов ЩЖ для оценки морфофункциональных изменений.

2. Любые отклонения в содержании гормонов от нормы могут говорить о серьезных изменениях в организме и работе гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной (ГГТ) оси. ГГТ ось относится к оси обратной связи. Тиреотропин-рилизинг-гормон стимулирует секрецию ТТГ в передней доле гипофиза, который, в свою очередь, активирует секрецию Т3 и Т4 в ЩЖ. На данном этапе Т3 и Т4 аккумулируются в двух доступных формах – в свободной и связанной с белками [25]. В то же время известно, что другие соединения ванадия действуют на структуры мозга – обонятельные луковицы, гиппокамп, соматосенсорную кору [26–28]. Предположительно, нарушения затрагивают и гипоталамус с гипофизом, которые являются частью ГГТ оси, что может говорить об опосредованном влиянии на работу ЩЖ. Соответственно, изменения в работе гипофиза и гипоталамуса могут отражаться на работе всей ГГТ оси. Это позволяет выдвинуть гипотезу о том, что изменения в работе и структуре ГГТ оси несут нарушения тиреоидного статуса организма. В данном случае необходимы дополнительные исследования, затрагивающие изучение изменений в структурах мозга.

Таким образом, результаты имеют тенденцию к подавлению функции щитовидной железы и развитию гипофункции органа. Однако выраженного дозозависимого эффекта не обнаружено. Предположительно, такие результаты связаны с тем, что забор биологического материала крыс был выполнен на 14-е сутки после введения метаванадата натрия. За этот период вещество могло быть выведено из ЩЖ, а возникшие в начале нарушения приведены в норму за счет адаптационно-компенсаторных процессов организма.

Заключение. По результатам исследования можно заключить, что введение метаванадата натрия в высоких разовых дозах 11 и 18 мг/кг приводит к подавлению функции щитовидной железы, развитию гипофункции органа и избытку йода, даже спустя 14 суток с момента введения. В дальнейшем необходимо провести дополнительные исследования, включающие анализ морфометрических параметров фолликулов ЩЖ для оценки морфофункциональных изменений. Также исследования действия метаванадата натрия в остром эксперименте без периода восстановления и в хроническом/субхроническом эксперименте с малыми дозами позволят расширить понимание действия метаванадата натрия на структуру и функции ЩЖ.

Вместе с тем необходимо учитывать, что нарушения в работе гормональной системы ЩЖ могут брать начало из ГГТ оси. Соответственно, необходимы дополнительные исследования, затрагивающие также изучение отделов головного мозга, чтобы определить степень влияния метаванадата натрия на гипофиз и гипоталамус и их связь с нарушениями ЩЖ. Данные исследования необходимы, в частности, для изучения биологических механизмов, лежащих в основе связи между тяжелыми металлами и гормонами ЩЖ, для нормативной токсикологии и оценки рисков.