Статья опубликована на с. 33-36
Введение
Существует четкая связь широкого распространения системных васкулитов (СВ) в определенных регионах со степенью загрязнения окружающей среды [2, 9]. Высокое содержание в атмосфере, грунте и питьевой воде токсичных металлов увеличивает число случаев СВ [11], а неблагоприятная экологическая ситуация является важным фактором риска развития почечной патологии при СВ, ассоциированных с антинейтрофильными цитоплазматическими антителами [14]. Необходимо отметить, что вредные составляющие окружающей среды повышают темпы прогрессирования любой хронической болезни почек [13, 17].
Почки считаются основной точкой приложения для отрицательного экологического воздействия на организм кадмия (Cd), лития (Li) и молибдена (Мо) [3, 7, 10, 15]. Повышение уровня ксенобиотиков в окружающей среде (воздух, почва, вода) ведет к накоплению в почках людей токсичного Cd [6], что сопровождается усиленным выведением этого микроэлемента (МЭ) с мочой, и меньшей по сравнению с популяцией людей в других регионах скорости клубочковой фильтрации (СКФ) [16]. Y. Kim и B.K. Lee [8] сопоставили СКФ с показателями в крови Cd. Регрессивный анализ позволил высказать гипотезу о нефротоксическом действии этого МЭ, содержащегося в окружающей среде.
Для того чтобы конкретизировать характер повреждений отдельных почечных структур под повышенным экзогенным воздействием нефротоксичных МЭ (Cd, Li, Mo) у больных СВ показаны соответствующие экспериментальные исследования на животных. Этот факт стал целью данной работы.
Материал и методы
Эксперимент проведен на 49 животных (нелинейных крысах-самцах с массой ~250 г), распределенных на две группы — контрольную (24 особи) и основную (25). Еще одну контрольную группу составили 10 интактных крыс. СВ с поражением почек моделировали путем трехкратного введения крысам в корень хвоста (по 5 мг/кг массы животного) полного адъюванта Фрейнда с почечным антигеном (раствор лиофилизированного водно-солевого экстракта коры почек) и раствором селезеночной дезоксирибонуклеиновой кислоты крупного рогатого скота, а также в течение трех дней внутрибрюшного введения азида натрия (по 2 мг/кг). Через 14 дней после начала эксперимента однократное введение адъюванта Фрейнда и азида натрия повторяли, но дозу их уменьшали вдвое, а спустя еще 7 дней дозу снижали еще вдвое по сравнению со второй. Если крысы контрольной группы с моделью СВ находились на обычном вскармливании, то животным основной группы в пищу ежедневно добавляли вещества, содержащие нефротоксичные МЭ (Cd, Li, Mo), которые в качестве ксенобиотиков находятся в окружающей среде. Крысы получали из расчета на одно животное примерно 0,1 мг сульфата Cd, 500 мг оксибутирата Li и 0,3 мг молибдата аммония. В целом моделирование болезни осуществляли на протяжении одного месяца, а затем в условиях эфирного наркоза и внутрибрюшного введения нембутала крыс выводили из эксперимента.
Гистологические срезы препаратов почек окрашивали гематоксилином-эозином, альциановым синим (на гликопротеиды) и по Ван-Гизону (коллагеновые эластические волокна), PAS-реакция. Поражение отдельных почечных структур (клубочков, канальцев, стромы, сосудов) оценивали в баллах (от 0 до 3). При этом подсчитывали средний показатель повреждений (СПП) по формуле: СПП = (а+ 2b + 3c) : (a + b + c + d),
где а, b, c — число животных соответственно с 1, 2 и 3 баллами, а d — число крыс с отсутствием данного признака.
Статистическая обработка полученных результатов исследований проведена с помощью компьютерного вариационного, непараметрического, корреляционного, одно- (ANOVA) и многофакторного (ANOVA/MANOVA) дисперсионного анализа (программы Microsoft Excel и Statistica-Stat-Soft, США). Оценивали средние значения (M), стандартные отклонения (SD) и ошибки (m), коэффициенты корреляции (r), критерии дисперсии (D), Стьюдента (t), Уилкоксона — Рао (WR), Макнемара — Фишера (χ2) и достоверность статистических показателей (р). Определяли специфичность и значимость признака.
Результаты и их обсуждение
При морфологическом исследовании повсеместно в сосудах животных с СВ наблюдались тромбы и участки кровоизлияний. Гистологические изменения в коже и легких характеризовались сочетанием некротизирующейся гранулемы, васкулита мелких и средних сосудов с обширными интерстициальными и периваскулярными инфильтратами. Гранулема характеризовалась появлением некротической зоны, окруженной эпителиоидными гистиоцитами. Изменения в стенках мелких артерий и вен проявлялись клеточной инфильтрацией с наличием гигантских клеток и рубцовых склеротических изменений в сосудах.
Среди всех крыс с моделью СВ пролиферация мезангиоцитов обнаружена в 59 % наблюдений, увеличение мезангиального матрикса — в 80 %, утолщение базальной мембраны капсулы Шумлянского — в 16 %, пролиферация эндотелия капилляров клубочков — в 86 %, гломерулярный склероз/гиалиноз — в 63 %, пролиферация эндотелия артериол — в 65 %, дистрофия, атрофия канальцев — в 98 %, клеточная (преимущественно лимфогистиоцитарная) инфильтрация стромы — в 84 %, склероз стромы — в 74 %.
Если у интактных животных СПП составил (M ± SD ± m) 0,26 ± 0,252 ± 0,080 балла, то у экспериментальных крыс контрольной группы — 1,59 ± 0,571 ± 0,117 балла, а в основной группе — 2,93 ± ± 4,630 ± 0,926 балла. Необходимо отметить, что животные обеих групп с моделью СВ по параметрам СПП мало отличались между собой. По данным многофакторного дисперсионного анализа Уилкоксона — Рао, характер вскармливания влияет на интегральные морфологические признаки патологического процесса (WR = 4,97; p < 0,001). Выполненный ANOVA указывает на связь с моделью заболевания частоты увеличения мезангиального матрикса (D = 3,13; p = 0,040) и дистрофии/атрофии канальцев почек (D = 2,81; p = 0,048).
Частота утолщения капсулы Шумлянского у животных основной группы встречалась в 6,7 раза чаще, чем в контрольной (χ2 = 5,09; р = 0,024), а пролиферация эндотелия артериол — в 1,6 раза (χ2 = 4,86; р = 0,027). Различия показателей специфичности отдельных морфологических признаков почечной патологии у животных контрольной и основной группы представлены на рис. 1. Следует подчеркнуть, что средние значения значимости признаков в этих группах крыс практически не различаются между собой, составляя соответственно 15,10 ± 8,72 ± 2,91 % и 22,30 ± 5,09 ± 1,70 %, а сумма параметров — соответственно 135,9 и 200,4 %. Наиболее типичная морфологическая картина тканей почек у животных контрольной и основной группы представлена на рис. 2 и 3, а интегральные гистограммы тубулоинтерстициальных изменений у этих крыс — на рис. 4.
Средние параметры пролиферации эндотелия артериол у животных основной группы на 63 % выше (t = 2,13; p = 0,039), чем в контрольной, а дистрофии канальцев — на 21 % (t = 2,33, p = 0,024). Таким образом, нефротоксичное воздействие на организм животных Cd, Li и Mo проявляется неблагоприятным влиянием этих МЭ на утолщение базальной мембраны капсулы Шумлянского, пролиферацию эндотелия артериол и дистрофические изменения канальцев.
В заключение необходимо отметить, что нефротоксическое действие Cd во многом определяется негативным влиянием этого МЭ на клубочки почек и проксимальный отдел нефрона с появлением микроальбуминурии у практически здоровых людей. На животных продемонстрировано крайне неблагоприятное влияние солей Cd на тубулярный аппарат почек [5]. Кадмиевая интоксикация вызывает индукцию апоптоза почечных клеток [4], а выделение Cd с мочой прямо соотносится с параметрами протеинурии, причем уровень данного МЭ является маркером, отражающим ранние нарушения функции почек [1]. В настоящее время предпринимаются попытки снизить распространенность хронической болезни почек в неблагоприятных экологических регионах посредством гигиенических мероприятий по уменьшению Cd в воздухе, почве и питьевой воде [12]. Степень повреждения структур почек у людей под воздействием Li и Мо в экологической среде остается неизученной.
Выводы
1. В эксперименте на крысах показано, что экзогенная пищевая нагрузка на организм животных с моделью СВ таких нефротоксичных МЭ, как Cd, Li и Mo, оказывает неблагоприятное воздействие на интегральные морфологические показатели поражения структур почек.
2. Высокое поступление в организм Cd, Li и Mo примерно в 7 раз учащает случаи повреждения базальной мембраны капсулы Шумлянского, на 2/3 увеличивает тяжесть пролиферации эндотелия артериол и на 1/5 — дистрофических и атрофических изменений канальцев.
3. Полученные экспериментальные данные будут полезными для проведения гигиенических, диагностических и лечебных мероприятий среди больных СВ с поражением почек, проживающих в разных экологических регионах, по уровням в окружающей среде Cd, Li и Mo.
Автор приносит благодарность профессору Е.А. Дядык (Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев) за оказанную помощь при морфологическом изучении тканей почек.
Конфликт интересов: при подготовке материала публикации автор не получал гонораров и не имел другой материальной заинтересованности.
Рецензенты: к.м.н. Иванова М.Д., кафедра патоморфологии Национального медицинского университета им. А.А. Богомольца; информация о втором рецензенте скрыта.
Список литературы
1. Akerstrom M. Sampling of urinary cadmium: differences between 24-h urine and overnight spot urine sampling, and impact of adjustment for dilution / M. Akerstrom, T. Lundh, L. Barregard, G. Sallsten // Int. Arch. Occup. Environ Health. — 2012. — Vol. 85, № 2. — P. 189-196.
2. Csernok E. Immunopathology of ANCA-associated vasculitis / E. Csernok, A. Muller, W. L. Gross // Intern. Med. — 2009. — Vol. 38, № 10. — P. 759-765.
3. Denys S. In vivo validation of the unified BARGE method to assess the bioaccessibility of arsenic, antimony, cadmium, and lead in soils / S. Denys, J. Caboche, K. Tack [et al.] // Environ Sci. Technol. — 2012. — Vol. 46, № 11. — P. 6252-6260.
4. Fujiwara Y. Cadmium renal toxicity via apoptotic pathways / Y. Fujiwara, J.Y. Lee, M. Tokumoto, M. Satoh // Biol. Pharm. Bull. — 2012. — Vol. 35, № 11. — P. 1892-1897.
5. Gena P. Cadmium impairs albumin reabsorption by down-regula–ting megalin and ClC5 channels in renal proximal tubule cells / P. Gena, G. Calamita, W.B. Guggino // Environ Health Perspect. — 2015. — Vol. 118, № 11. — P. 1551-1556.
6. Jerez S. Distribution of metals and trace elements in adult and juvenile penguins from the Antarctic Peninsula area / S. Jerez, M. Motas, J. Benzal [et al.] // Environ Sci. Pollut. Res. Int. — 2012. — Vol. 24, № 10. — P. 65-68.
7. Kala G.K. Lithium-induced membranous glomerulonephropathy in a pediatric patient / G.K. Kala, M. Mogri, E. Weber-Shrikant, J.E. Sprin–gate // Pediatr. Nephrol. — 2013. — Vol. 24, № 11. — P. 2267-2269.
8. Kim Y. Associations of blood lead, cadmium, and mercury with estimated glomerular filtration rate in the Korean general population: analysis of 2008-2010 Korean national health and nutrition examination survey data / Y. Kim, B.K. Lee // Environ Res. — 2012. — Vol. 118. — P. 124-129.
9. Kumar P. Footprints of air pollution and changing environment on the sustainability of built infrastructure / P. Kumar, B. Imam // Sci. Total. Environ. — 2012. — Vol. 20, № 444. — P. 85-101.
10. Markowitz G.S. Lithium nephrotoxicity: a progressive combined glomerular and tubulointerstitial nephropathy / G.S. Markowitz, J. Radhakrishnan, N. Kambham [et al.] // J. Am. Soc. Nephrol. — 2011. — Vol. 11, № 8. — P. 1439-1448.
11. Moyer C.F. Systemic vascular disease in male B6C3F1 mice exposed to particulate matter by inhalation: studies conducted by the National Toxicology Program / C.F. Moyer, U.P. Kodavanti, J.K. Haseman, D.L. Costa // Toxicol. Pathol. — 2009. — Vol. 30, № 4. — P. 427-434.
12. Nawrot T.S. Cadmium exposure in the population: from health risks to strategies of prevention / T.S. Nawrot, J.A. Staessen, H.A. Roels [et al.] // Biometals. — 2010. — Vol. 23, № 5. — P. 769-782.
13. Odubanjo M.O. End-stage renal disease in Nigeria: an overview of the epidemiology and the pathogenetic mechanisms / M.O. Odubanjo, C.A. Okolo, A.O. Oluwasola, A. Arije // Saudi J. Kidney Dis. Transpl. — 2011. — Vol. 22, № 5. — P. 1064-1071.
14. Rowaiye O.O. The kidneys and ANCA-associated vasculitis: from pathogenesis to diagnosis / O.O. Rowaiye, M. Kusztal, M. Klinger // Clin. Kidney J. — 2015. — Vol. 8, № 3. — P. 343-350.
15. Sabath E. Renal health and the environment: heavy metal nephrotoxicity / E. Sabath, M.L. Robles-Osorio // Nefrologia. — 2012. — Vol. 32, № 3. — P. 279-286.
16. Shelley R. Associations of multiple metals with kidney outcomes in lead workers / R. Shelley, N.S. Kim, P. Parsons [et al.] // Occup. Environ Med. — 2012. — Vol. 69, № 10. — P. 727-735.
17. Wakamatsu-Yamanaka T. Geographic differences in the increa–sing ESRD rate have disappeared in Japan / T. Wakamatsu-Yamanaka, M. Fukuda, R. Sato [et al.] // Clin. Exp. Nephrol. — 2011. — Vol. 15, № 5. — P. 708-713.