Влияние свинца и/или кадмия на сократительную функцию миокарда крыс при субхронической интоксикации и ее ослабление комплексом биопротекторов

Введение. Свинец и кадмий загрязняют воздух рабочих помещений и территории вблизи металлургических заводов, являясь побочными продуктами медеплавильного производства. Повышенные их концентрации в организме человека увеличивают риск развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Цель исследования – оценка изменений сократительной функции миокарда крыс на фоне умеренно выраженной субхронической интоксикации растворимыми солями свинца и/или кадмия и ее ослабление интоксикации при применении комплекса биопротекторов.

Материалы и методы. Субхроническую интоксикацию моделировали на крысах путем внутрибрюшинных инъекций 3-водного ацетата свинца и/или 2,5-водного хлорида кадмия в разовых дозах по металлу соответственно 6,01 мг и 0,377 мг на 1 кг массы тела 3 раза в неделю в течение 6 недель. Методом гель-электрофореза оценили соотношение изоформ тяжелых цепей миозинов. Биомеханические измерения проводили на изолированных многоклеточных препаратах миокарда (трабекулах и папиллярных мышцах) правого желудочка.

Результаты. Субхроническая интоксикация свинцом приводила к замедлению цикла «сокращение – расслабление» и увеличению экспрессии миозинов в сторону медленно циклирующих изомиозинов V3, а при интоксикации кадмием, наоборот, обнаружено укорочение цикла «сокращение – расслабление» и сдвиг соотношения форм изомиозинов в сторону быстроциклирующих V1. При комбинированной свинцово-кадмиевой интоксикации одни контрактильные характеристики изменялись в направлении, характерном для воздействия свинца, другие – для воздействия кадмия, причем иногда комбинация металлов нивелировала изолированное влияние друг друга. Но были и показатели, где повреждающее действие было в комбинации усилено. Использование комплекса биопротекторов частично или полностью нормализовало изменение показателей сократимости миокарда при свинцово-кадмиевой интоксикации.

Выводы. Несмотря на изменения сократимости миокарда на фоне субхронической интоксикации свинцом и/или кадмием, механизмы его гетерометрической регуляции сохраняются. Негативное кардиотоксическое влияние комбинации этих металлов может быть ослаблено применением комплекса биопротекторов.

1. Трахтенберг И.М., Лубянова И.П., Апыхтина Е.Л. Роль свинца и железа, как техногенных химических загрязнителей, в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний // Therapia. 2010. Т. 49. № 07–08. С. 36–39.

2. Solenkova NV, Newman JD, Berger JS, Thurston G, Hochman JS, Lamas GA. Metal pollutants and cardiovascular disease: mechanisms and consequences of exposure. Am Heart J. 2014;168(6):812–22. doi: 10.1016/j.ahj.2014.07.007

3. Lamas GA, Navas-Acien A, Mark DB, Lee KL. Heavy metals, cardiovascular disease, and the unexpected benefits of chelation therapy. J Am Coll Cardiol. 2016;67(20):2411–2418. doi: 10.1016/j.jacc.2016.02.066

4. Yang WY, Zhang ZY, Thijs L, et al. Left ventricular structure and function in relation to environmental exposure to lead and cadmium. J Am Heart Assoc. 2017;6(2):e004692. doi: 10.1161/JAHA.116.004692

5. Kim YD, Eom SY, Yim DH, et al. Environmental exposure to arsenic, lead, and cadmium in people living near Janghang copper smelter in Korea. J Korean Med Sci. 2016;31(4):489–96. doi: 10.3346/jkms.2016.31.4.489

6. An HC, Sung JH, Lee J, Sim CS, Kim SH, Kim Y. The association between cadmium and lead exposure and blood pressure among workers of a smelting industry: a cross-sectional study. Ann Occup Environ Med. 2017;29:47. doi: 10.1186/s40557-017-0202-z

7. Glenn BS, Stewart WF, Links JM, Todd AC, Schwartz BS. The longitudinal association of lead with blood pressure. Epidemiology. 2003;14(1):30–6. doi: 10.1097/00001648-200301000-00011

8. Glenn BS, Bandeen-Roche K, Lee BK, Weaver VM, Todd AC, Schwartz BS. Changes in systolic blood pressure associated with lead in blood and bone. Epidemiology. 2006;17(5):538–44. doi: 10.1097/01.ede.0000231284.19078.4b

9. Navas-Acien A, Guallar E, Silbergeld EK, Rothenberg SJ. Lead exposure and cardiovascular disease – a systematic review. Environ Health Perspect. 2007;115(3):472–82. doi: 10.1289/ehp.9785

10. Eum KD, Lee MS, Paek D. Cadmium in blood and hypertension. Sci Total Environ. 2008;407(1):147–53. doi: 10.1016/j.scitotenv.2008.08.037

11. Gallagher CM, Meliker JR. Blood and urine cadmium, blood pressure, and hypertension: a systematic review and meta-analysis. Environ Health Perspect. 2010;118(12):1676–84. doi: 10.1289/ehp.1002077

12. Fiorim J, Ribeiro Jr RF, Silveira EA, et al. Low-level lead exposure increases systolic arterial pressure and endothelium-derived vasodilator factors in rat aortas. PLoS One. 2011;6(2):e17117. doi: 10.1371/journal.pone.0017117

13. Lee MS, Park SK, Hu H, Lee S. Cadmium exposure and cardiovascular disease in the 2005 Korea National Health and Nutrition Examination Survey. Environ Res. 2011;111(1):171–6. doi: 10.1016/j.envres.2010.10.006

14. Caciari T, Sancini A, Fioravanti M, et al. Cadmium and hypertension in exposed workers: A meta-analysis. Int J Occup Med Environ Health. 2013;26(3):440–56. doi: 10.2478/s13382-013-0111-5

15. Franceschini N, Fry RC, Balakrishnan P, et al. Cadmium body burden and increased blood pressure in middle-aged American Indians: the Strong Heart Study. J Hum Hypertens. 2017;31(3):225–230. doi: 10.1038/jhh.2016.67

16. Chao SH, Suzuki Y, Zysk JR, Cheung WY. Activation of calmodulin by various metal cations as a function of ionic radius. Mol Pharmacol. 1984;26(1):75–82.

17. Chao SH, Bu CH, Cheung WY. Activation of troponin C by Cd2+ and Pb2+. Arch Toxicol. 1990;64(6):490–6. doi: 10.1007/BF01977632

18. Richardt G, Federolf G, Habermann E. Affinity of heavy metal ions to intracellular Ca2+-binding proteins. Biochem Pharmaco1. 1986;35(8):1331–5. doi: 10.1016/0006-2952(86)90278-9

19. Staessen JA, Roels H, Fagard R. Lead exposure and conventional and ambulatory blood pressure: a prospective population study. PheeCad Investigators. JAMA. 1996;275(20):1563–70.

20. Nawrot TS, Thijs L, Den Hond EM, Roels HA, Staessen JA. An epidemiological re-appraisal of the association between blood pressure and blood lead: a meta-analysis. J Hum Hypertens. 2002;16(2):123–31. doi: 10.1038/sj.jhh.1001300

21. Staessen JA, Lauwerys RR, Buchet JP, et al. Impairment of renal function with increasing blood lead concentrations in the general population. The Cadmibel Study Group. N Engl J Med. 1992;327(3):151–156. doi: 10.1056/NEJM199207163270303

22. Kopp SJ, Bárány M, Erlanger M, Perry EF, Perry Jr HM. The influence of chronic low-level cadmium and/or lead feeding on myocardial contractility related to phosphorylation of cardiac myofibrillar proteins. Toxicol Appl Pharmacol. 1980;54(1):48–56. doi: 10.1016/0041-008x(80)90007-1

23. Kopp SJ, Perry Jr M, Glonek T, et al. Cardiac physiologic-metabolic changes after chronic low-level heavy metal feeding. Am J Physiol. 1980;239(1):H22–30. doi: 10.1152/ajpheart.1980.239.1.H22

24. Ozturk IM, Buyukakilli B, Balli E, Cimen B, Gunes S, Erdogan S. Determination of acute and chronic effects of cadmium on the cardiovascular system of rats. Toxicol Mech Methods. 2009;19(4):308–17. doi: 10.1080/15376510802662751

25. Ferramola ML, Pérez Díaz MFF, Honoré SM, et al. Cadmium-induced oxidative stress and histological damage in the myocardium. Effects of a soy-based diet. Toxicol Appl Pharmacol. 2012;265(3):380–9. doi: 10.1016/j.taap.2012.09.009

26. Turdi S, Sun W, Tan Y, Yang X, Cai L, Ren J. Inhibition of DNA methylation attenuates low-dose cadmium-induced cardiac contractile and intracellular Ca(2+) anomalies. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2013;40(10):706–12. doi: 10.1111/1440-1681.12158

27. Chen CY, Zhang SL, Liu ZY, Tian Y, Sun Q. Cadmium toxicity induces ER stress and apoptosis via impairing energy homoeostasis in cardiomyocytes. Biosci Rep. 2015;35(3):e00214. doi: 10.1042/BSR20140170

28. Reiser PJ, Kline WO. Electrophoretic separation and quantitation of cardiac myosin heavy chain isoforms in eight mammalian species. Am J Physiol. 1998;274(3):H1048–53. doi: 10.1152/ajpheart.1998.274.3.H1048

29. Panov VG, Katsnelson BA, Varaksin AN, et al. Further development of mathematical description for combined toxicity: A case study of lead–fluoride combination. Toxicol Rep. 2015;2:297–307. doi: 10.1016/j.toxrep.2015.02.002

30. Klinova SV, Minigalieva IA, Privalova LI, et al. Further verification of some postulates of the combined toxicity theory: New animal experimental data on separate and joint adverse effects of lead and cadmium. Food Chem Toxicol. 2020;136:110971. doi: 10.1016/j.fct.2019.110971

31. Gorza L, Mercadier JJ, Schwartz K, Thornell LE, Sartore S, Schiaffino S. Myosin types in the human heart. An immunofluorescence study of normal and hypertrophied atrial and ventricular myocardium. Circ Res. 1984;54(6):694–702. doi: 10.1161/01.res.54.6.694

32. Hirzel HO, Tuchschmid CR, Schneider J, Krayenbuehl HP, Schaub MC. Relationship between myosin isoenzyme composition, hemodynamics, and myocardial structure in various forms of human cardiac hypertrophy. Circ Res. 1985;57(5):729–40. doi: 10.1161/01.res.57.5.729

33. Sugiura S, Yamashita H. Functional characterization of cardiac myosin isoforms. Jpn J Physiol. 1998;48(3):173–9. doi: 10.2170/jjphysiol.48.173

34. Chen A, Kim SS, Chung E, Dietrich KN. Thyroid hormones in relation to lead, mercury, and cadmium exposure in the National Health and Nutrition Examination Survey, 2007–2008. Environ Health Perspect. 2013;121(2):181–6. doi: 10.1289/ehp.1205239

35. Granzier HL, Labeit S. The giant protein titin: a major player in myocardial mechanics, signaling, and disease. Circ Res. 2004;94(3):284–95. doi: 10.1161/01.RES.0000117769.88862.F8

36. Linke WA. Titin gene and protein functions in passive and active muscle. Annu Rev Physiol. 2018;80:389–411. doi: 10.1146/annurev-physiol-021317-121234

37. Привалова Л.И., Клинова С.В., Минигалиева И.А., Рябова Ю.В., Сутункова М.П., Макеев О.Г. и др. Экспериментальная апробация эффективности биопрофилактического комплекса, направленного на снижение токсических эффектов комбинированного действия свинца и кадмия // Гигиена и санитария. 2020. Т. 99. № 1. С. 85–89. doi: 10.33029/0016-9900-2020-99-1-85-89