doi: 10.15389/agrobiology.2018.6.1131rus

УДК 636:615.9:546.815

 

МЕТАБОЛИЗМ СВИНЦА И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ЦИТОТОКСИЧЕСКОГО
ДЕЙСТВИЯ В ОРГАНИЗМЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ (обзор)

Э.Б. МИРЗОЕВ, В.О. КОБЯЛКО, И.В. ПОЛЯКОВА, О.А. ГУБИНА

В России загрязнение окружающей среды соединениями свинца считается наиболее распространенным (В.В. Снакин, 1998). Изучение механизмов влияния, закономерностей поступления в организм, последующего распределения и выведения этого токсичного тяжелого металла необходимо для обоснования допустимых пределов его воздействия на млекопитающих и оценки биологических эффектов. Эти данные постоянно пополняются, а их обобщение требует актуализации с учетом изменения климатических и экологических условий, антропогенных воздействий, расширения географии наблюдений. Процесс всасывания свинца в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) млекопитающих зависит от проницаемости мембраны эпителиальных клеток кишечника. На интенсивность всасывания влияют физико-химические свойства (концентрация, размер частиц, минералогический состав, растворимость соединения в жидкой среде ЖКТ, величина ионного потенциала, атомная масса) и физиологические особенности организма (пол, возраст, живая масса, обмен веществ, беременность, лактация), а также состав рациона и содержание в нем протеина, клетчатки, кальция, цинка, железа, марганца и витамина D (J.A. Jamieson с соавт., 2006; D.J. MacLachlan с соавт., 2016; O.A. Levander, 1979; C.J.C. Phillips с соавт., 2011). В периферической крови свинец транспортируется эритроцитами и накапливается в основном в печени, почках и костной ткани. Токсическое действие свинца на млекопитающих определяется его содержанием в органах и тканях. Из организма свинец выводится с фекалиями и мочой, а также через шерсть, молоко, потовые железы и плод. Период полувыведения металла из мягких тканей и периферической крови составляет 24-40 сут. Токсическое действие свинца в органах и тканях млекопитающих характеризуется снижением количества жизнеспособных клеток (Э.Б. Мирзоев с соавт., 2015). Уменьшение их числа до критического значения приводит к нарушению физиологических функций органов и отравлению организма. В качестве основных механизмов цитотоксического действия ионов Pb2+ рассматриваются активация свободнорадикального перекисного окисления липидов (ПОЛ) и нарушение гомеостаза Са2+ (G. Flora с соавт., 2012; A. Roy с соавт., 2016; E.A. Veal с соавт., 2007; A.W. Harman с соавт., 1995). Механизмы регуляции клеточного метаболизма включают, с одной стороны, изменение интенсивности свободнорадикального ПОЛ, с другой — модификацию состава липидов мембран (Е.Б. Бурлакова, 2007). Усиление свободнорадикального ПОЛ при воздействии свинца обусловлено не только генерацией активных форм кислорода, но и снижением активности антиоксидантных ферментов супероксиддисмутазы и каталазы. Изменение состава биологических мембран влияет на активность мембранно-связанных белков (ферментов, каналообразующих белков, рецепторов), что отражается на Са2+ гомеостазе и функционировании клетки в целом (R. Jahn с соавт., 2003; A.H. Kahn-Kirby с соавт., 2004). В проявление цитотоксического эффекта ионов Pb2+ вовлечены митохондрии, которые обеспечивают клетки энергией (M. Bragadin с соавт., 2007). Проведенный анализ механизмов действия свинца позволит определить стратегию дальнейших исследований, а также методологию и подходы к решению этой проблемы.

Ключевые слова: свинец, цитотоксическое действие, кальций, кровь, орган, корма, всасывание, перекисное окисление липидов.

 

Полный текст

 

 

METABOLISM AND MECHANISMS OF CYTOTOXIC ACTION
OF THE LEAD IN MAMMALS (review)

E.B. Mirzoev, V.O. Kobyalko, I.V. Polyakova, O.A. Gubina

The real ecological situation in the Russian Federation is characterized by environmental pollution with lead compounds (V.V. Snakin, 1998). The mode of action, intake, distribution in animal body and excretion of this toxic heavy metal are substantial to establish its permissible limits and biological effects. These data are constantly replenished and require updating to reflect changes in climatic and environmental conditions, anthropogenic impacts, and geographic differences. Absorption of lead in the gastrointestinal tract (GIT) of mammals depends on the permeability of the membrane of intestinal epithelial cells and is influenced by physicochemical properties of a compound (concentration, particle size, mineralogical composition, solubility in the liquid environment of GIT, ionic potential, atomic mass), physiological feaatures of an organism (metabolism, body weight, age, gender, pregnancy, lactation), the diet composition and levels of protein, cellulose, calcium, zinc, iron, manganese, and vitamin D (J.A. Jamieson et al., 2006, D.J. Mac-Lachlan et al., 2016; O.A. Levander, 1979; C.J.C. Phillips et al., 2011). These factors characterize the parameters of uncertainty, which are partially excluded in determining the content of lead in the peripheral blood of mammals. In peripheral blood, lead is transported by red blood cells and accumulates mainly in the liver, kidneys and bones. In fact, the toxic effect of lead on mammals depends on its accumulation in organs and tissues. Lead is excreted from mammals with faeces and urine, as well as through wool, milk, sweat glands and fetus. The half-life of the metal from the soft tissues and peripheral blood is 24-40 days. The toxic effect of lead on the organs and tissues is due to a decrease in the cell number of (E.B. Mirzoev et al., 2015). Reducing of viable cell number to a certain critical level leads to functional violations and toxic effects. Activation of free radical lipid peroxidation (LPO) and violation of Ca2+ homeostasis are the main mechanisms of cytotoxic action of Pb2+ ions (G. Flora et al., 2012; A. Roy et al., 2016; E.A. Veal et al., 2007; A.W. Harman et al., 1995). Mechanisms of regulation of cellular metabolism include, on the one hand, changes in the intensity of the process of free radical LPO, and on the other hand, modifications of the lipid composition of membranes (E.B. Burlakova, 2007). Activation of free radical LPO by lead is due not only to the generation of reactive oxygen species, but also to a decrease in the activity of antioxidant enzymes, superoxide dismutase and catalase. Changes in the composition of biological membranes affect the activity of membrane-bound proteins, i.e. enzymes, channel-forming proteins, receptors, which affects Ca2+ homeostasis and cell functioning a whole (R. Jahn et al., 2003, A.H. Kahn-Kirby et al., 2004). Mitochondria which provide cells with energy play a role in the cytotoxic action of Pb2+ ions (M. Bragadin et al., 2007). The big data analysis on Pb pollution will determine the strategy for further study of lead action, as well as the methods to solve the problem.

Keywords: lead, cytotoxic effect, calcium, blood, organ, feed, absorption, lipid peroxidation.

 

ФГБУ Всероссийский НИИ радиологии и агроэкологии,
249032 Россия, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., 109 км, e-mail: mirzoev.ed@yandex.ru ✉, kobyalko@yandex.ru, irinaamchenkina@mail.ru, olgubina@yandex.ru

Поступила в редакцию
7 июля 2016 года

 

назад в начало