Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Известно, что природная вода имеет в своем составе в разных соотношениях два стабильных изотопа водорода, протий и дейтерий, биологическое действие последнего на организм изучается. Подтверждено, что с изменением содержания дейтерия в организме соответственно изменяется скорость биологических реакций: скорость пpоцеccов тpанcкpипции и тpанcляции, репарационные процессы ДНК, каскадные реакции дыхательной цепи митохондрий, биосинтез [1]. Было показано [2], что вода с пониженным содержанием дейтерия не только не токсична, но и вызывает снижение степени развития лучевых повреждений у экспериментальных животных. Вместе с тем биологическое действие различных концентраций дейтерия в питьевой воде на организм все еще остается недостаточно изученным и вызывает дискуссии [3]. Изотопические эффекты в большинстве работ изучали в острых или подострых экспериментах и не учитывали макро- и микроэлементный состав вод, в которых осуществлялся сдвиг протий/дейтерий. Недостаточно изучено влияние изменения изотопного состава питьевых вод при длительном их потреблении. Поэтому целью настоящего исследования являлась гистологическая, морфофункциональная оценка в динамике действия на организм беспородных белых крыс вод с различным содержанием дейтерия в хроническом эксперименте.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили на 175 белых нелинейных крысах (самцах). Животных содержали в условиях искусственного освещения (12 ч в сутки), постоянного доступа к стандартному комбинированному корму в клетках по 7 животных. Животные находились на свободном запаивании экспериментальными водами. Животные были разделены на 7 групп по 25 крыс в каждой в зависимости от содержания дейтериевого числа в исследованных водах, в течение 6 и 12 месяцев 1-я группа получала воду с содержанием дейтерия 10 ppm. (1 ppm = 1 part per million = 1 mg/kg = 1 mg/l), 2-я – 30 ppm., 3-я – 60 ppm., 4-я – 90 ppm., 5-я – 145 ppm., 6-я – 250 ppm., 7-я – 1000 ppm. Экспериментальные воды, использованные в исследовании, соответствовали высшей категории качества с одинаковым макро- и микроэлементным химическим составом. В качестве контрольных вод использовали воду с содержанием дейтерия 145 ppm., соответствующим концентрации дейтерия в московской водопроводной воде.

Гистологически и морфофункционально исследовались печень и почки крыс при 6- и 12-месячном потреблении питьевой воды с различными концентрациями дейтерия. Для этого после декапитации животных данные органы фиксировались в Лилли, заливались в парафин, резались на микротоме. Депарафинированные срезы окрашивались гематоксилином и эозином. В печени определялось 12 показателей [4]: число клеток РЭС (морфометрически, как среднее число на 10 полей зрения площади среза), индекс альтерации гепатоцитов (ИАГ, определяемый морфометрически как число поврежденных гепатоцитов к общему числу, в %), выраженность гемодинамических сдвигов, жировой дистрофии и диспротеинозов (гистологически, в баллах), число микронекрозов и инфильтратов (гистологически, как среднее число на 10 полей зрения площади среза), доли, занимаемые паренхимой, стромой, инфильтратами и пролифератами (стереометрически, в %), балочную дискомплексацию (гистологически, в баллах), число высокоплоидных гепатоцитов, начиная с октаплоидных ядер (морфометрически, в %). В почке исследовалось 6 показателей: индекс альтерации эпителиоцитов (ИАЭ) почечных канальцев, индекс альтерации почечных клубочков (ИАП) и число гипертрофированных почечных клубочков (ГПК), (определяемые морфометрически как число поврежденных эпителиоцитов или соответственно почечных клубочков, или гипертрофированных почечных клубочков к общему числу, в %), выраженность гемодинамических сдвигов, инфильтрирования и фиброзирования (гистологически, в баллах).

Результаты исследования и их обсуждение

В течение хронического двенадцатимесячного периода наблюдения животные имели внешний вид и поведение, соответствующее хорошему общему состоянию. Поведение и состояние животных в опытных группах заметно не отличалось от состояния в контрольной группе. Животные всех групп равномерно прибавляли в массе тела. Статистически достоверных отличий по показателю прироста массы тела в течение всего эксперимента не выявлено. Исследование морфологического состава крови животных, включающего содержание эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов и гематокритной величины в зависимости от состава потребляемой воды не выявило существенных гематологических сдвигов. Все величины исследованных показателей во всех группах животных находились в пределах физиологической нормы.

Сравнение морфофункционального состояния печени экспериментальных животных через 6 месяцев потребления вод с различными дозами дейтерия (табл. 1) показало, что, по сравнению с контрольной группой, где экспериментальные животные получали воду с концентрацией 145 ppm, выраженное гепатотоксическое действие наблюдалось при потреблении воды с содержанием дейтерия в 1000 ppm (7 группа).

Так, увеличивалось число инфильтратов на единицу площади среза с 0,1 до 0,25 и микронекрозов – с 0,05 до 0,34, число высокоплоидных гепатоцитов с 1,1 до 2,6, увеличен индекс альтерации гепатоцитов. Эти изменения отражают выраженный гепатотоксический эффект (Fel). Вероятно, как компенсаторная реакция достоверно возросло и число клеток ретикуло-эндотелиальной системы (РЭС) с 59,2 до 66,5. Наблюдалось увеличение индекса альтерации с 5,3 % до 18,5 % в 6 группе животных (250 ppm). Более низкие концентрации дейтерия, наоборот, оказывали на печень нормализующее действие. Так, в 1-й и 3-й группах наблюдалась тенденция к снижению ИАГ, и в 2-х группах (1-й и 4-й группах) – достоверно снижено число клеток РЭС. В группах 1 и 2 наблюдалось достоверное снижение балочной дискомплексации. При этом в группах 2 и 4 увеличен индекс альтерации гепатоцитов и достоверно увеличено число инфильтратов на единицу площади. Возможно, данные изменения в этих группах носят случайный характер, так как не просматривается закономерность в характере этих изменений и, скорее всего, она вызвана различной чувствительностью беспородных подопытных животных. Следует также отметить, что, хотя и статистически незначимо, у крыс с 1-й по 7-ю группу обнаружена мелкокапельная жировая дистрофия, отмечаемая не во всех гепатоцитах (табл. 1).

Результаты гистологического исследования печени на 12-м месяце эксперимента показали (табл. 2), что у крыс, получавших воды с различным содержанием дейтерия, отмечены изменения 2-х показателей, достоверно отличающиеся при водопотреблении воды с содержанием дейтерия 1000 ppm (число высокоплоидных гепатоцитов и выраженность жировой дистрофии).

Так достоверно минимально выраженная жировая дистрофия (0,2 балла) у группы экспериментальных животных при потреблении воды с содержанием дейтерия в 1000 ppm объясняется тем, что развившаяся полиплоидия гепатоцитов при высоком содержании дейтерия заменила поврежденные жировой дистрофией клетки. Вместе с тем жировая дистрофия достоверно устойчиво повышена в группах животных, потреблявших воду с 30 по 250 ppm.

По сравнению с контрольной 5-й группой в 7 группе животных, потреблявших воду с 1000 ppm, достоверно повышены гемодинамические сдвиги и число высокоплоидных гепатоцитов. Так как показано, что повышение числа высокоплоидных гепатоцитов указывает на выраженное вредное действие (Н.Н. Беляева, 1997, 2002), то в данном эксперименте гепатотоксический эффект у крыс проявляется только при потреблении воды, содержащий 1000 ppm дейтерия. У животных 7-й группы достоверно увеличено число высокоплоидных гепатоцитов, что еще раз подтверждает, что содержание в воде дейтерия в 1000 ppm приводит к явно выраженному гепатотоксическому эффекту. Таким образом, выраженное патологическое действие на печень отмечено для воды с содержанием дейтерия на уровне 1000 ppm. А если учитывать минимальное число крыс с гемодинамическими сдвигами, то оптимальное содержание дейтерия в воде установлено в диапазоне
60–145 ppm.

Результаты исследований по оценке влияния различных концентраций дейтерия в воде на морфофункциональные показатели почек животных представлены в табл. 3, 4. Их сравнение, так же как и для показателей печени, проведено с 5-й группой, то есть с животными, потребляющими воду с естественным содержанием дейтерия (145 ppm).

При сравнении структурно-функциональных показателей состояния почек экспериментальных животных, получавших воду с низким и повышенным содержанием дейтерия, с группой получавших воду с природным содержанием дейтерия (5-я группа) отмечено ухудшение исследованных показателей у животных 7-й группы, характеризующееся достоверным повышением индекса альтерации (ИА) ядер почечных канальцев и ИА почечных клубочков. У животных, потреблявших воду с концентрацией дейтерия 250 ppm, так же достоверно повышался индекс альтерации почечных клубочков. Однако концентрация дейтерия на уровне 90 ppm тоже вызвала достоверные изменения – повышение ИА ядер эпителиоцитов почечных канальцев.

Сравнение состояния почек животных, после годового потребления вод с различным содержанием дейтерия, с аналогичными показателями у животных 5-й группы (табл. 4) показало, что достоверно повышается индекс альтерации (ИА) ядер почечных канальцев в группе животных, потреблявших воду с концентрацией дейтерия 250 ppm и 1000 ppm. Также при содержании дейтерия в воде на уровне 10 ppm развивается достоверное повышение ИА почечных клубочков, что отличается от результатов полученных другими авторами [5, 6], подчеркивающими, что вода с пониженным содержанием дейтерия не оказывает в физиологических условиях токсического действия на организм лабораторных животных. Но существуют также и работы [7], где безопасность постоянного применения легкой воды ставится под сомнение.

В группах животных, получавших воду с содержанием дейтерия в воде в 60 и 90  ppm, отмечено наименьшее повреждение по показателю ИА почечных клубочков. По всей видимости данное содержание дейтерия является для почек оптимальным, так как в этих группах ИА почечных клубочков является достоверно минимальным даже по отношению к контрольной группе.

Заключение

Таким образом, на основании полученных в результате двенадцатимесячного хронического эксперимента статистических данных гистологической и структурно-функциональной оценки печени и почек нелинейных белых крыс, употребляющих воды с содержанием дейтерия от 10 до 1000 ppm, выявлено выраженное патологическое воздействие на структурно-функциональные показатели обоих исследованных органов при потреблении вод с повышенным содержанием дейтерия (250 и 1000 ppm). Воды с очень низким содержанием дейтерия, на уровне 10–30 ppm, вызывали у нелинейных крыс менее выраженные изменения в структурно-функциональных показателях органов. Содержание дейтерия в питьевой воде на уровне 60–90 ppm оказывало оптимизирующее воздействие на показатели состояния почек экспериментальных животных.