розділ 3. фізіологія людини та тварин содержание катионных

63
РОЗДІЛ 3. ФІЗІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ ТА ТВАРИН
УДК 599.323.4:591.133:[577.112.8:546.47]
СОДЕРЖАНИЕ КАТИОННЫХ БЕЛКОВ И ЦИНКА
В КЛЕТКАХ ПАНЕТА КРЫС ПРИ ОТРАВЛЕНИИ
ХЛОРИДАМИ РТУТИ И КАДМИЯ
Гороховский Е.Ю., аспирант
Запорожский национальный университет
Исследовалось влияние хлоридов ртути и кадмия на содержание катионных белков и цинка
в клетках Панета крыс. Показано, что при остром и хроническом отравлении хлоридами
ртути и кадмия наблюдается значительное снижение содержания в секреторных гранулах
клеток Панета катионных белков и цинка, а также некробиотические и дегенеративные
изменения в этих клетках.
Ключевые слова: клетки Панета, катионные белки, цинк, тяжелые металлы, некроз,
дегенеративные изменения
Гороховський Є.Ю. ВМІСТ КАТІОННИХ БІЛКІВ ТА ЦИНКУ В КЛІТИНАХ ПАНЕТА
ЩУРІВ ПРИ ОТРУЄННІ ХЛОРИДАМИ РТУТІ ТА КАДМІЮ / Запорізький національний
університет, Україна
Досліджувався вплив хлоридів ртуті та кадмію на вміст катіонних білків і цинку в клітинах
Панета щурів. Показано, що при гострому та хронічному отруєнні хлоридами ртуті та
кадмію спостерігається зниження вмісту в секреторних гранулах клітин Панета катіонних
білків та цинку, а також некробіотичні та дегенеративні зміни в цих клітинах.
Ключові слова: клітини Панета, катіонні білки, цинк, важкі метали, некроз, дегенеративні
зміни
Gorohovskiy E.J. CONTENT OF CATIONIC PEPTIDES AND ZINC IN PANETH CELLS OF
RATS AT THE POISONING WITH MERCURY AND CADMIUM CHLORIDES / Zaporizhzhya
national university, Ukraine.
Influence of chlorides of mercury and cadmium on the content of cationic peptides and zinc in
Paneth cells of rats was investigated. It is shown, that at a acute and chronic poisoning with
mercury and cadmium chlorides considerable decrease of this cationic peptides and zinc in
secretory granules of Paneth cells were observed. Also, necrobiotic and degenerative changes in
Paneth cells at this conditions is observed; too.
Key words: Paneth cells, cationic peptides, zinc, heavy metals, necrosis, degenerative changes
ВВЕДЕНИЕ
К тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы
Д.И. Менделеева. Из них железо, медь и цинк – это так называемые эссенциальные
микроэлементы, необходимые для нормального функционирования большинства
живых организмов. Ртуть и кадмий — наоборот, даже в относительно низких
концентрациях являются высокотоксичными для живых организмов, а также
характеризуются способностью к биоаккумуляции и биомагнификации [1–3]. В
последнее время все более актуальной становится проблема антропогенного
загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, приводящая, в том числе и
накоплению их во многих пищевых цепях, и, как следствие этого, происходит
избыточное поступление в организм человека [4, 5].
Клетки Панета – одна из четырех больших клеточных линий тонкого кишечника. Их
роль до настоящего времени окончательно не установлена. В связи с относительно
недавним открытием в клетках Панета катионных антимикробных полипептидов –
Вісник Запорізького національного університету
№ 2, 2011
64
дефенсинов, обладающих широким спектром антимикробного действия, считают, что
они выполняют преимущественно функцию защиты кишечника от патогенных
микроорганизмов [6]. Следует однако заметить, что в клетках Панета кроме
дефенсинов также обнаружен широкий спектр биологически активных молекул (ФНОα, простагландин Е2, эпидермальный фактор роста, остеопонтин и др.), а также
значительные количества хелатируемого цинка, поэтому некоторые исследователи
склонны допускать, что они могут являться мультифункциональными клетками, и
выполнять целый ряд важных функций в тонком кишечнике [7–10].
Известно, что при отравлении солями тяжелых металлов часто поражается эпителий
тонкого кишечника [11, 12]. Однако возможное токсическое влияние тяжелых металлов
на клетки Панета мало изучено. В свете того, что в последнее время
продемонстрирована важная роль катионных белков клеток Панета в антимикробной
защите кишечника, а проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами
вследствие антропогенной деятельности становится все более актуальной, данный
вопрос может представлять значительный интерес, как теоретический, так и
практический.
Целью данной работы было изучение изменений содержания катионных белков и
цинка в клетках Панета крыс при остром и хроническом отравлении солями ртути и
кадмия.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании было использовано 42 самца нелинейных крыс в возрасте 9–12
месяцев, весом 292 ± 19,3 г. Животных содержали в стандартных условиях вивария с
неограниченным доступом к пище и воде. Перед проведением исследований животные
были случайным образом распределены на шесть групп, по 7 особей в каждой.
Животным первой группы двукратно, с интервалом 24 часа, при помощи зонда в виде
водного раствора вводили хлорид ртути в дозе 20 мг/кг, животным второй группы –
хлорид кадмия в дозе 40 мг/кг. Животные третьей группы на протяжении 14 суток
получали с питьевой водой хлорид ртути в дозе 5 мг/кг, четвертой группы – хлорид
кадмия в дозе 10 мг/кг. Контрольным животным вводили физиологический раствор.
Животных выводили из исследования через 24 часа после последнего приема солей
тяжелых металлов путем декапитации под эфирным наркозом. У них брали отрезок
дистального отдела подвздошной кишки длинной 20 мм, который делили на две равные
части. Одну часть кишки фиксировали в 10% растворе формалина на протяжении 24
часов, обезвоживали в серии спиртов с повышающейся крепостью (50°, 70°, 90°, 99° –
по 4 часа в каждом), просветляли в 2 порциях ксилола (по 15 минут), пропитывали
парафином при 56 °С в течение 2 часов и заливали в блоки, из которых делали
микротомные срезы 4 мкм толщиной. Срезы наклеивали на предметные стекла,
депарафинировали в двух порциях ксилола, доводили через спирты с понижающейся
крепостью до воды и окрашивали: бромфеноловым синим – для опеределения
катионных белков и гематоксилин-эозином – для морфологического анализа.
Другую часть кишки фиксировали в холодном (4 °С) ацетоне на протяжении 24 часов,
просветляли в ксилоле, пропитывали парафином при 56 °С, и заливали в блоки, из
которых делали микротомные срезы 10 мкм толщиной. Срезы наклеивали сухим
способом на предметные стекла, депарафинировали в ксилоле и окрашивали 0,2%
водно-аммиачным раствором дитизона в течение 2 часов для цитохимического
выявления цинка в клетках Панета.
Содержание катионных белков и цинка оценивали полуколичественным методом по
трехбалльной системе: за три балла принимали выраженную интенсивную реакцию, за
два балла – реакцию средней интенсивности, за один балл – слабо выраженную
реакцию [13]. На основании оценки интенсивности реакции в 100 клетках
Біологічні науки
65
рассчитывали среднюю интенсивность реакции, результат выражали в условных
единицах (ус. ед.).
Статистическая обработка полученных данных заключалась в использовании методов
описательной статистики (среднее арифметическое, стандартное отклонение). Для
сравнения данных о содержании катионных белков и цинка у контрольных и
подопытных животных использовали непараметрический критерий Манна-Уитни.
Уровень статистической значимости (р) принят равным 0,01. Все расчеты проводили с
использованием системы статистического анализа данных STATISTICA 6.1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В результате проведенного нами исследования содержания катионных белков и цинка в
клетках Панета при остром отравлении крыс хлоридами ртути и кадмия нами были
получены следующие данные (табл. 1).
Таблица 1 – Содержание катионных белков и цинка в клетках Панета крыс при остром
отравлении солями тяжелых металлов ( X ± s).
Группа животных
Контроль
Окраска
бромфеноловым синим
(ус. ед.)
2,1 ± 0,17
Окраска
дитизоном
(ус. ед.)
2,6 ± 0,13
Группа 1 (HgCl2 – 20 мг/кг)
0,9 ± 0,15#
1,0 ± 0,21#
Группа 2 (CdCl2 – 40 мг/кг)
0,9 ± 0,11#
1,2 ± 0,11#
Примечание: # – р < 0,01
Как видно из таблицы 1, при остром отравлении солями тяжелых металлов у крыс
происходит значительное уменьшение содержания катионных белков и цинка в клетках
Панета. Так, при отравлении хлоридом ртути содержание катионных белков
уменьшилось на 57%, интенсивность дитизоновой реакции на цинк – на 62%, а при
отравлении хлоридом кадмия содержание катионных белков также снизилось на 57%, а
интенсивность реакции дитизона уменьшалась на 54%.
В таблице 2 приведены данные о содержании катионных белкови и цинка в клетках
Панета крыс при хроническом отравлении хлоридами ртути и кадмия.
Таблица 2 – Содержание катионных белков и цинка в клетках Панета крыс при
хроническом отравлении солями тяжелых металлов ( X ± s).
Группа животных
Окраска
бромфеноловым синим
(усл. ед.)
Окраска
дитизоном
(усл. ед.)
Контроль
2,2 ± 0,12
2,8 ± 0,24
Группа 1 (HgCl2 – 5 мг/кг)
1,2 ± 0,12#
1,4 ± 0,17#
Группа 2 (CdCl2 – 25 мг/кг)
1,5 ± 0,13#
1,6 ± 0,16#
Примечание: # – р < 0,01
Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что при хроническом отравлении солями
тяжелых металлов у крыс также происходило значительное снижение содержания
Вісник Запорізького національного університету
№ 2, 2011
66
катионных белков и цинка в клетках Панета. Так, при хроническом отравлении
хлоридом ртути содержание катионных белков снижалось на 45%, цинка – на 50%, а
при отравлении хлоридом кадмия содержание этих компонентов в клетках
уменьшалось на 32% и 43%, соответственно (рис. 1).
а
б
в
г
Рис. 1 – Содержание катионных белков и цинка в клетках Панета при хроническом
отравлении хлоридом ртути: а – реакция дитизона (контроль), б – реакция дитизона при
хроническом отравлении, в – реакция бромфенолового синего (контроль), г - реакция
бромфенолового синего при хроническом отравлении. Обозначения: * – клетки Панета,
К. – крипта, mb – membrana basalis. Ув. х900.
Также проводилась морфологическая оценка основных типов клеток кишечного
эпителия у крыс при остром и хроническом отравлении хлоридами ртути и кадмия.
У животных экспериментальных групп наблюдались дегенеративные и
некробиотические изменения в клетках Панета: кариопикноз, значительно более
интенсивная окраска цитоплазмы, чем у клеток животных контрольной группы, а в
некоторых клетках ядра имели нетипичную овоидную форму. В просвете крипт
изредка встречались десквамированные клетки Панета.
При сравнении количества бокаловидных клеток у животных при хроническом
отравлении хлоридами ртути и кадмия с контрольными животными наблюдалось их
увеличение на 20% (р < 0,05). Изменений, затрагивающих энтероциты и
энтероэндокринные клетки подвздошной кишки экспериментальных животных, нами
обнаружено не было.
Полученные данные свидетельствуют о выраженном токсическом действии на клетки
Панета катионов ртути и кадмия в указанных концентрациях. Дегенеративнонекробиотические изменения клеток Панета, а также снижение их секреторной
активности вследствие токсичного действия тяжелых металлов может приводить к
снижению местного иммунитета тонкого кишечника, как это наблюдается при ряде
Біологічні науки
67
заболеваний тонкого кишечника [6]. Однако это предположение требует дальнейших
исследований.
Природу наблюдаемого явления можно объяснить следующим образом. Значительные
количества цинка в секреторных гранулах клеток Панета обусловлены тем, что
благодаря ему образуется депо-форма секреторного материала в клетках Панета,
подобно тому, как образуется депо-форма инсулина в В-клетках поджелудочной
железы [14]. Поступая в кишечник, катионы тяжелых металлов (Hg2+, Cd2+) проникают
в клетки Панета, где, вступая в конкурентные взаимоотношения с цинком, вытесняют
его из комплексов с биолигандами (катионными белками), вызывая при этом
некробиотические и дегенеративные изменения данных клеток. Подводя итог
вышесказанному, можно отметить, что полученные нами результаты дополняют
приведенные в литературе данные о воздействии катионов ртути и кадмия на клетки
эпителия тонкого кишечника млекопитающих.
ВЫВОДЫ
1.
Хлориды ртути и кадмия способны вызывать изменения содержания катионных
белков и цинка в клетках Панета.
2.
Катионы ртути и кадмия способны вызывать дегенеративные (вакуолярная
дистрофия) и некробиотические (кариопикноз, увеличение сорбционных свойств
цитоплазмы) изменения в клетках Панета.
3.
Изменения содержания катионных белков и цинка в клетках Панета при
отравлении хлоридами ртути и кадмия носят однонаправленный характер.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Keogh J.P. Cytotoxicity of heavy metals in the human small intestinal epithelial cell line
i-407: the role of glutathione / J.P. Keogh, B. Steffen, C.P. Siegers //. Journal of
Toxicology and Environmental Health. – 1994. – Vol. 43, № 3. – Р.351-359.
2.
Endo T. Mechanisms of absorption of inorganic mercury from rat small intestine. IV:
Effect of chelating agents and cysteine on absorption of mercuric chloride in situ and in
vitro. / T. Endo, S. Nakaya, R. Kimura // Pharmacology & Toxicology. – 1991. – Vol.
68, № 3. – P. 171-176.
3.
Вредные химические вещества. Т.1. Неорганические соединения элементов I-IV
групп: Справ. изд. / А. Л. Бандман, Г. А. Гудзовский, Л. С. Дубейковская [и др.];
под ред. В. А. Филова [и др.]. – Л.: Химия, 1988. – 512 с.
4.
Мур Дж.В. Тяжелые металлы в природных водах / Дж. В. Мур, С. Рамамурти. –
М.: Мир, 1987. – 380 c.
5.
Zukowska J. Methodological Evaluation of Method for Dietary Heavy Metal Intake /
J. Zukowska, M. Biziuk // Journal of Food Science. – 2008. – Vol. 73, № 2. – P. R21–
R29.
6.
Ouellette A.J. Paneth cells and innate immunity in the crypt microenvironment /
A.J. Ouellette // Gastroenterology. – 1997. – Vol.113, № 5. P. – 1779-1784.
7.
Beil W.J. Ultrastructural immunogold localization of subcellular sites of TNF-alpha in
colonic Crohn's disease / W.J. Beil, P.F. Weller, M.A. Peppercorn, [et al.] // Journal of
Leukocyte Biology. – 1995 . – Vol. 58, №3. – P. 284-298.
8.
Schmauder-Chock E.A. Prostaglandin E2 localization in the rat ileum /
E.A. Schmauder-Chock, S.P.Chock // Histochemical Journal. – 1992. – Vol.24, № 9. –
P. 663-672.
Вісник Запорізького національного університету
№ 2, 2011
68
9.
Poulsen S.S. Immunohistochemical localization of epidermal growth factor in rat and
man / E. Nexo, P.S. Olsen, J. Hess [et al.] // Histochemistry. – 1986. – Vol. 85, № 5. –
P. 389-394.
10.
Qu-Hong. Ultrastructural localization of osteopontin immunoreactivity in
phagolysosomes and secretory granules of cells in human intestine / Qu-Hong,
AM. Dvorak // Histochemical Journal. – 1997. – Vol. 29, № 11-12. P – 801-812.
11.
Tawari-Fufeyin P. Use of Amaranthus hybridus to reduce toxic effects of some heavy
metals in Guinea Pig (Cavia porcellus) tissues / P. Tawari-Fufeyin, E. A. Ogie-Odia,
O. C. Asemota, [et al.] // Bioscience Research Communications. 2008. – Vol. 20, № 5.
– P. 1–9.
12.
Farrar W.P. Pathology in a dog associated with elevated tissue mercury / W.P. Farrar,
J.F. Edwards, M.D. Willard // The Journal of Veterinary Diagnostic Investigation. –
1994. – Vol 6. № 4. – P. 511-514.
13.
Соколовский В. В. Гистохимические исследования
В. В. Соколовский. – Л.: Медицина, 1971. – 176 с.
14.
Chausmer A.B. Zinc, Insulin and Diabetes / A.B. Chausmer // Journal of the American
College of Nutrition. – 1998. – Vol. 17, № 2. – P. 109–115.
в
токсикологии
/
УДК 612.13 : 564.41 / 47.22 : 599.324.8
СТАН ГРАНУЛОЦИТІВ КРОВІ ТА ПАНКРЕАТИЧНИХ ОСТРІВЦІВ
ТВАРИН ПРИ ГОЛОДУВАННІ, ВВЕДЕННІ ГЛЮКОЗИ
ТА АЛОКСАНУ
Григорова Н.В., к.б.н., доцент, Псьол М. А., магістр
Запорізький національний університет
У дослідах було доведено, що вміст цинку та інсуліну в панкреатичних клітинах В є
індикатором їх функціональної активності. Цитохімічні реакції на цинк і секреторний
матеріал у гранулоцитах крові можуть слугувати показником функціонального стану цих
клітин. Однотипний характер змін вмісту цинку та секреторного матеріалу в гранулоцитах
крові, цинку та інсуліну – у панкреатичних клітинах В у тварин при моделюванні різного
функціонального стану інсулярного апарату може слугувати підтвердженням існуючого
припущення про роль цинку в якості депонуючого агента та вказує на наявність
функціональних зв’язків між гранулоцитами крові та В-клітинами панкреатичних острівців.
Ключові слова: iнсулiн, цинк, алоксан,гранулоцити, функцiональнi зв’язки.
Григорова
Н. В.,
Псёл
М. А.
СОСТОЯНИЕ
ГРАНУЛОЦИТОВ
КРОВИ
И
ПАНКРЕАТИЧЕСКИХ ОСТРОВКОВ ЖИВОТНЫХ ПРИ ГОЛОДОВАНИИ, ВВЕДЕНИИ
ГЛЮКОЗЫ И АЛЛОКСАНА / Запорожский национальный университет, Украина
В опытах было доказано, что содержание цинка и инсулина в панкреатических клетках В
является индикатором их функциональной активности. Цитохимические реакции на цинк и
секреторный материал в гранулоцитах крови могут служить показателем функционального
состояния этих клеток. Однотипнй характер изменения содержания цинка и секреторного
материала в гранулоцитах крови, цинка и инсулина – в панкреатических клетках В у
животных при моделировании разного функционального состояния инсулярного аппарата
может служить подтверждением существующего предположения о роли цинка в качестве
депонирующего агента и указывает на наличие функциональных связей между
гранулоцитами крови и В-клетками панкреатических островков.
Ключевые слова: инсулин, цинк, аллоксан, гранулоииты, функиональные связи.
Біологічні науки