Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИИ ПОЧЕК И ГОРМОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ У КРЫС ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ С ПОВЫШЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ

Недовесова С.А. 1 Трофимович Е.М. 2 Турбинский В.В. 2 Айзман Р.И. 1, 2
1 ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет»
2 «Новосибирский научно-исследовательский институт гигиены» федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Проведен анализ влияния длительного потребления питьевой воды с повышенным содержанием ионов Ca2+ и Mg2+ на водо- и ионоуретическую функцию почек, а также гормональные показатели плазмы крови крыс линии Wistar 3-х групп (Cа2+= 20 мг/дм3 и Mg2+= 6мг/дм3 – контроль, 2-я группа – Mg2+=85 мг/дм3 и 3-я группа – Ca2+=140 мг/дм3). Показано, что на первом месяце потребления происходит напряжение осморегулирующих механизмов, а к шестому месяцу различия в почечных функциях сглаживаются, что говорит об адаптации организма к ионным нагрузкам. На первом этапе (3 мес.) большие изменения ионоуретической функции наблюдались у животных, потреблявших питьевую воду с повышенным содержанием Mg2+, к 6 месяцу – Ca2+. При этом у крыс обеих экспериментальных групп к 6 месяцу снижается концентрация кортизола и гормонов щитовидной железы, что может свидетельствовать об истощении регуляторных механизмов в результате длительного напряжения гормональной системы.
питьевая вода
кальций
магний
крысы
плазма крови
функция почек
гормоны.
1. Трофимович Е.М. Метаболизм питьевой воды. Гигиенический аспект /Е.М. Трофимович // Сборник: Материалы Пленума Научного Совета РФ по экологии человека и гигиене окружающей среды. – М.: МЗ РФ, ОМН РАН, 2016. – С. 428–431.
2. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2016 году: Государственный доклад. – М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2017. – 220 с.
3. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Новосибирской области в 2016 году: Государственный доклад. – Н.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Новосибирской области, 2017. – 264 с.
4. Наточин Ю.В. Ионорегулирующая функция почек / Ю.В. Наточин. – Л.: Наука, 1976. – 267с.
5. Maksimoviс Z., Rsumoviс M., Djordjeviс M. Magnesium and calcium in drinking water in relation to cardiovascular mortality in Serbia. Bull. T CXL Acad. Serbe Sci. Arts, 2010. – Vol. 46. – Р.131–140.
6. Blaine J., Chonchol M., Levi M. Renal control of calcium, phosphate, and magnesium homeostasis // Clinical Journal of the American Society of Nephrology. – 2015. – № 10(7). – P. 1257–1272. DOI: 10.2215/CJN.09750913
7. Rapant S., Cveсkovа V., Fajсikovа K., Dietzovа Z., Stehlikova B. Chemical composition of groundwater/drinking water and oncological disease mortality, Slovak Republic. Environ. Geochem. Health.2016. – Vol. 39. – Р 191-208.
8. Yang C.-Y., Chiu H.-F., Cheng B.-H., Hsu T.-Y., Cheng M.-F., Wu T.-N. Calcium and magnesium in drinking water and the risk of death from breast cancer // J. Toxicol. Environ. Health Part ACurr. – 2000. – Vol. 60. – Р. 231–241.
9. Гарднер Д., Шобек Д. Базисная и клиническая эндокринология. Пер. с англ. / Д. Гарднер, Д. Шобек. – М., 2013. – 460 с.
10. Трахтенберг И.М. Проблемы нормы в токсикологии / И.М. Трахтенберг, Р.Е. Cова, В.О. Шефтель. – М.: Медицина, 1991. – 208 с.
11. Айзман Р.И. Оценка водно-солевого обмена и функции почек с помощью нагрузочных проб / Р.И. Айзман, Л.К. Великанова // Новые методы научных исследований в клинической и экспериментальной медицине. – Новосибирск: НГМУ, 1980. – С. 5-13.
12. Петри А., Сэбин К. Наглядная медицинская статистика. Учебное пособие / Пер. с англ. / А. Петри, К. Сэбин. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. – 216 с.
13. Rosborg I. (Ed.) Drinking Water Minerals and Mineral Balance Importance, Health Significance, Safety Precautions; Springer: Cham, Switzerland, 2015. – 140 p.

Гигиенически полезная вода содержит семь витальных ионов, среди которых есть два двухвалентных катиона –Ca2+ и Mg2+[1]. В воде они присутствуют в виде раствора солей с анионами HCO-3, Cl- ,SO42-, CO32-  и частично в виде свободных ионов. Соли  Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2 придают воде специфическое свойство – карбонатную жесткость, которая имеет условную количественную характеристику, образуемую суммой катионов Ca2+ и Mg2+ с анионами SO42- , Cl- , OH-, CO32-.

Оптимальную жесткость воды с точки зрения здоровья человека трудно определить. Большинство авторов рекомендует наиболее благоприятные значения для Mg2+ как минимум 20-35 мг/дм3, для Cа2+ – около 40-80 мг/дм3 и жесткость воды 2-4мг/дм3 [2, 3].

При высоких или низких концентрациях Ca2+или Mg2+в питьевой воде наблюдается ионный сдвиг в плазме и включаются гормональные механизмы регуляции их метаболизма [4]. Потребление питьевой воды с дефицитом или избытком Ca2+ и/или Mg2+, необходимых организму для нормального функционирования, может привести к развитию разного рода патологий.

Исследования европейских ученых, касающиеся взаимосвязи содержания Cа2+ и Mg2+ в питьевой воде и смертности от сердечно-сосудистых заболеваний, показали, что проявление значительных последствий для здоровья возникает уже после одного года постоянного потребления воды с дисбалансом данных ионов [5]. Опубликовано множество работ, документирующих рост заболеваемости и смертности от сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, связанных с дефицитом Cа2+ и Mg2+ в питьевой воде [6-8].

При стрессовых ситуациях – стойком дефиците или избытке Ca2+ или Mg2+ в плазме активируется процесс миграции ионов из/в депо, в транспорте которых играют значительную роль разные гормоны, в том числе кортизол, тироксин, трийодтиронин и другие [9].

При этом влияние избыточного содержания Ca2+ и Mg2+ в питьевой воде, определяющих ее жесткость, на мочевыделительную систему и, в частности, водно-солевой обмен, практически не исследовано.

Вышесказанное позволило определить цель работы: изучение влияния длительного потребления питьевой воды с повышенным содержанием ионов Ca2+ и Mg2+ на водо- и ионоуретическую функцию почек и концентрацию некоторых адаптивных гормонов в плазме крови крыс.

Материалы и методы исследования. В экспериментальном исследовании (6 мес.) использованы лабораторные белые крысы линии Wistar. Подбор животных и формирование групп осуществляли согласно рекомендациям И.М. Трахтенберга и соавт. [10]. В течение одной недели животные получали стандартный рацион вивария и питьевую воду, соответствующую СанПин 2.1.4.1074 –01 «Водапитьевая» (содержание Cа2+ =20 мг/дм3 и Mg2+= 6 мг/дм3, что позволяет характеризовать данную группу как контрольную. После периода адаптации крысы были разделены на 3группы:1-я группа – контроль (n=10), 2-я группа животных получала имитаты питьевой воды с повышенным содержанием Mg2+=55мг/дм3(n=10) и 3-я группа – с содержанием Ca2+=100мг/дм3(n=10). После первого месяца эксперимента в связи с адаптацией организма животных, концентрация Mg2+ во 2-й экспериментальной группе была увеличена до 85 мг/дм3 и Ca2+в 3-й экспериментальной группе до 140 мг/дм3.

Все эксперименты выполняли в соответствии с Международными рекомендациями, принятыми Международным советом научных обществ (CIOMS) в 1985 г. и правилами лабораторной практики в РФ (Приказ МЗ РФ от 19.06. 2003, № 267).

У всех групп животных в динамике наблюдения (на 1-м, 4-ми 6-м месяцах) потребления питьевой воды изучали функцию почек путем сбора фоновых проб мочи в течение 4 часов и за 3 часа после приема 5 % водной нагрузки в соответствии с рекомендациями для изучения осморегулирующей функции почек [11]. В собранных образцах определяли объем мочи, концентрацию макроэлементов (Na+,K+,Ca2+,Mg2+), креатинина и осмолярность. На основании этих данных общепринятыми методами рассчитывали следующие показатели: диурез (V), скорость клубочковой фильтрации (СКФ), относительную реабсорбцию жидкости (%RH2O), осмотическую концентрацию мочи (Uosm), концентрацию катионов в моче (UxV) и экскретируемые фракции катионов (EFх), как показатель их реабсорбции, характеризующие водо- и ионовыделительную функции почек [4, 11]. В конце эксперимента (6-й месяц) крыс декапитировали и собирали пробы крови для исследования концентрации некоторых адаптивных гормонов в плазме – кортизола, тиреотропного гормона (ТТГ) и тиреоидных гормонов.

Концентрации ионов Ca2+, Mg2+, креатинина определяли методом биохимического анализа проб (анализатор «BS–200E», Китай); концентрацию электролитов Na+ и K+ в моче –методом пламенной фотометрии (BWB-XPF lame Photometer, Великобритания); осмолярность мочи измеряли методом криоскопии (миллиосмометр «Osmomat», Германия), концентрацию гормонов – иммуноферментным методом с использованием отечественных стандартных наборов (фотометр «Multiskan FC», США).

Статистический анализ результатов исследования проводили по непараметрическим критериям методами вариационной статистики в динамике наблюдения в каждой группе и при сравнении разных групп; различия считались статистически значимыми при р≤ 0,05 [12].

Результаты исследования. На первом месяце приема питьевой воды с повышенными по сравнению с контролем концентрациями Са2+ и Mg2+ фоновый диурез у крыс обеих экспериментальных групп был статистически значимо ниже контрольной. При этом отмечалось повышение относительной реабсорбции жидкости и осмолярности мочи. Это может свидетельствовать о напряжении осморегулирующей функции почек.

После приема 5 % водной нагрузки различия между группами по показателям диуреза, скорости клубочковой фильтрации, реабсорбции жидкости сглаживались и статистически значимо не отличались. При этом у 3-й экспериментальной группы сохранялось повышение осмолярности мочи (табл.1).

Таблица1

Диуретическая функция почек крыс на первом месяце эксперимента

Показатель

Концентрация Mg2+, Са2+,мг/дм3

Контроль

Mg2+55

Са2+ 100

Фон

V,мл/100г*час

0,29±0,04

0,15±0,03*

0,17±0,02*

СКФ,мл/100г*час

28,57±1,51

25,32±2,68

21,12±2,10*

%RH2O,%

98,99±0,08

99,42±0,05*

99,26±0,08*

Uosm,Мосм/л

982±89,5

1477,80±83,20*

1602,4±129,3*

После 5% от массы тела водной нагрузки (за 3 часа)

V,мл/100г*час

1,35±0,06

1,41±0,06

1,29±0,08

СКФ,мл/100г*час

35,99±2,33

33,15±1,26

34,01±2,08

%RH2O,%

96,19±0,17

95,69±0,25

96,15±0,22

Uosm,Мосм/л

162,80±20,51

161,10±12,16

217,20±20,99*

Примечания: здесь и в последующих таблицах:1.*p<0,05 по сравнению с контролем; 2. ∆р<0,05 между 2-й и 3-й экспериментальными группами.

Анализ ионоуретической функции почек показал, что уже через 1 месяц после приема питьевой воды с разными концентрациями Ca2+ и Mg2+в фоновых пробах мочи наблюдалось статистически значимое снижение экскреции основных ионов, вероятно, за счет уменьшения диуреза и благодаря усилению реабсорбции катионов, на что указывало статистически значимое снижение экскретируемых фракций ионов, кроме Na+. После 5 % водной нагрузки происходило увеличение экскреции ионов Ca2+, Na+ и K+, особенно выраженное в 3-й экспериментальной группе, что свидетельствует об активации ионорегулирующих механизмов после приема воды с высокой концентрацией Ca2+, тогда как между 1-й и 2-й группами различия практически не наблюдались (табл. 2).

Таблица 2

Ионоуретическая функция почек крыс на первом месяце эксперимента


Показатель

Концентрация Mg2+, Са2+,мг/дм3

Контроль

Mg2+55

Са2+100

Фон

UCaV,мМ/100г*час

1,22±0,15

0,48±0,07*

0,80±0,18*

EFCa,%

1,96±0,24

0,88±0,11*

1,71±0,36

UMgV,мМ/100г*час

0,94±0,10

0,52±0,08*

0,53±0,07*

EFMg,%

4,72±0,36

2,82±0,23*

3,65±0,40

UNaV,мМ/100г*час

12,28±1,14

10,94±1,97

7,76±2,06*

EFNa,%

0,30±0,02

0,28±0,3

0,25±0,06

UKV,мМ/100г*час

15,87±1,62

11,79±1,85*

7,25±1,58*

EFK,%

8,09±1,18

6,36±0,52

4,82±0,82*

После 5 % от массы тела водной нагрузки (за 3 часа)

UCaV,мМ/100г*час

0,82±0,17

0,66±0,09*

1,39±0,49*

EFCa,%

0,94±0,35

0,90±0,13

2,02±0,75*

UMgV,мМ/100г*час

3,84±0,27

3,40±0,29

3,91±0,22

EFMg,%

15,47±1,00

14,66±1,10

16,77±0,95

UNaV,мМ/100г*час

5,05±0,88

4,21±0,36

7,38±0,70

EFNa,%

0,10±0,02

0,09±0,01

0,15±0,01*

UKV,мМ/100г*час

36,78±2,97

30,19±3,31

43,74±2,48*

EFK,%

14,40±1,02

12,76±1,28

18,45±1,39*

 

Это свидетельствует о том, что водная нагрузка снижает напряжение осморегулирующих механизмов во всех группах, но стимулирует экскрецию основных катионов в 3-й группе.

В связи с адаптацией животных к описанным концентрациям ионов Ca2+ и Mg2+ мы увеличили концентрацию этих ионов в воде Mg2+до 85 мг/дм3 и Са2+ до 140 мг/дм3. После 4-х месяцев приема питьевой воды с различным содержанием ионов наблюдалось снижение уровня фонового диуреза в экспериментальных группах за счет повышения относительной реабсорбции жидкости. После введения 5 %-ной водной нагрузки сохранялись статистически значимые отличия по сравнению с контрольной группой, в отношении СКФ и реабсорбции жидкости, благодаря чему скорость мочеотделения и осмолярность мочи между группами не различались (табл. 3).

Таблица 3

Диуретическая реакция  почек крыс на 4 месяце после начала эксперимента

Показатель

Концентрация, Mg2+, Са2+, мг/дм3

Контроль

Mg2+85

Са2+ 140

Фон

V,мл/100г*час

0,29±0,06

0,16 ±0,02*

0,22±0,03

СКФ,мл/100г*час

10,09±1,09

13,42 ±2,94

14,89±1,70*

%RH2O,%

97,08±0,57

98,56 ±0,25*

98,46±0,21*

Uosm,Мосм/л

568,25±77,24

833,29 ±108,10*

692,8±108,6

После 5 % от массы тела водной нагрузки (за 3 часа)

V,мл/100г*час

1,43±0,09

1,47 ±0,11

1,47±0,08

СКФ,мл/100г*час

11,20±0,49

15,34 ±1,57*

13,91±0,54*

%RH2O,%

87,13±0,75

89,93 ±1,09

89,35±0,48*

Uosm,Мосм/л

122,75±18,43

99,00 ±9,85

117,17±18,04

 

При анализе ионоуретической функции почек крыс через 4 месяца потребления воды разного ионного состава статистически значимые отличия в выведении основных ионов выявлены в экспериментальных группах по сравнению с контролем (табл. 4).

Таблица 4

Ионоуретическая реакция  почек крыс через 4 месяце после начала эксперимента

Показатель

Концентрация Mg2+, Са2+, мг/дм3

 

Контроль

Mg2+85

Са2+ 140

Фон

UCaV,мМ/100г*час

0,18±0,04

0,35 ±0,05*

0,28±0,05*

EFCa,%

0,73±0,12

1,56 ±0,31*

0,95±0,14

UMgV,мМ/100г*час

0,99±0,19

0,54 ±0,07*

0,71±0,10

EFMg,%

6,09±1,46

4,02±0,77*

4,08±0,53*

UNaV,мМ/100г*час

0,08±0,01

0,15 ±0,03*

0,06±0,02

EFNa,%

0,01±0,00

0,01 ±0,00

0,01±0,00 

UKV,мМ/100г*час

25,87±3,54

19,72 ±4,40*

18,06±2,84*

EFK,%

1,83±0,22

1,07 ±0,14*

0,93±0,21*

После 5 % от массы тела водной нагрузки (за 3 часа)

UCaV,мМ/100г*час

0,38±0,15

0,50 ±0,15

0,28±0,03

EFCa,%

1,47±0,53

1,69 ±0,47

0,96±0,12

UMgV,мМ/100г*час

2,74±0,37

3,98 ±0,44*

3,12±0,29

EFMg,%

19,74±2,06

22,27 ±2,37*

18,07±1,66

UNaV,мМ/100г*час

0,29±0,09

0,24 ±0,04

0,43±0,13

EFNa,%

0,02±0,00

0,01 ±0,00

0,02±0,01

UKV,мМ/100г*час

35,49±5,47

24,74 ±3,67*

22,20±5,15*

EFK,%

46,99±6,44

21,05 ±2,41*

22,22±5,73*

 

В отличие от 1-го месяца, в фоновых пробах мочи наблюдалось статистически значимое повышение экскреции и экскретируемых фракций ионов Ca2+ и Na+, снижение уровня экскреции ионов Mg2+ и K+. Описанные изменения ионоуреза были особенно отчётливо выражены в группе с повышенным потреблением Mg2+. После водной нагрузки большинство отличий нивелировалось, при сохранении повышенного по сравнению с контролем выведения Mg2+ (2-я экспериментальная группа) и уменьшении калийуреза.

На 6 месяце эксперимента почечная функция в условиях фонового сбора мочи свидетельствовала о напряжении осморегулирующих механизмов в 3-й группе крыс, что выражалось в более низком уровне диуреза, повышенной реабсорбции жидкости и осмолярности. Во второй опытной группе эти различия были выражены в меньшей степени (табл. 5).

Таблица5

Диуретическая функция почек крыс нашестом месяце эксперимента 

Показатель

Конецэксперимента

Концентрация Mg2+, Са2+,мг/дм3

Контроль

Mg2+85

Са2+ 140

Фон

V,мл/100г*час

0,20±0,02

0,23±0,02

0,17±0,01*∆

СКФ,мл/100г*час

11,95±1,33

13,98±0,86

15,02±1,10*

%RH2O,%

98,26±0,25

99,02±0,63*

98,89±0,06*

Uosm,Мосм/л

1147,81±127,69

1134,79±117,82

1565,81±122,02*

 

К этому периоду статистически значимых отличий ионоуретической функции почек у экспериментальных животных по сравнению с контролем практически не наблюдалось (за исключением увеличения реабсорбции К+), что следует расценивать как адаптацию ионорегулирующих механизмов к питьевой воде с повышенным содержанием Ca2+иMg2+(табл.6).

Таблица 6

Ионоуретическая функция почек крыс на шестом месяце эксперимента

Показатель

Конецэксперимента

КонцентрацияMg2+, Са2+,мг/дм3

 

Контроль

Mg2+85

Са2+ 140

Фон

UCaV,мМ/100г*час

0,76±0,17

1,09±0,14

0,96±0,08

EFCa,%

2,51±0,54

3,07±0,29

2,79±0,17

UMgV,мМ/100г*час

0,70±0,11

0,79±0,08

0,59±0,05

EFMg,%

3,33±0,46

2,74±0,21

2,01±0,16*

UNaV,мМ/100г*час

0,13±0,03

0,10±0,01

0,17±0,03

EFNa,%

0,01±0,01

0,01±0,01

0,01±0,01

UKV,мМ/100г*час

34,17±6,72

38,29±5,36

45,81±3,05*

EFK,%

75,55±1,54

46,10±5,09

39,20±1,92*

 

В регуляции осмо- и ионорегулирующей функции почек, а также в адаптивных реакциях организма большую роль играют гормоны коры надпочечников и щитовидной железы [9, 13]. Исследование концентрации основных адаптивных гормонов в плазме показало, что питьевая вода с повышенным уровнем Са2+ и Mg2+к 6-му мес. наблюдения вызывала снижение концентрации кортизола и тироксина, уровень ТТГ и трийодтиронина статистически значимо не отличался между группами (табл. 7).

Таблица 7

Влияние длительного потребления питьевой воды с повышенным содержанием кальция и магния на концентрацию в плазме крови основных адаптивных гормонов

 

Группа

Показатели

Кортизол, нМ/л

Тиреотропный гормон, мМЕ/л

Трийодтиронин (Т3), нМ/л

Тироксин (Т4), нМ/л

Контроль

134,36±5,38

1,38±0,41

3,04±0,12

144,66±7,31

Mg2+85

100,57±5,52*

1,25±0,63

2,85±0,20

112,40±12,57*

Са2+ 140

111,07±11,70*

1,45±0,66

2,81±0,17

124,56±9,72*

 

Заключение. Таким образом, совокупность показателей, характеризующих реакцию организма на длительный прием питьевой воды с повышенным содержанием Са2+и Mg2+, позволяет сделать вывод о том, что на первом месяце потребления происходит напряжение осморегулирующих механизмов в фоновых пробах. На 4-м месяце эксперимента снижается напряжение осморегулирующей функции и усиливается экскреция ионов, особенно при потреблении воды с высоким содержанием Mg2+, отражая напряжение ионорегулирующих механизмов. К шестому месяцу различия по сравнению с контрольной группой сглаживаются, что говорит о формировании адаптации организма к питьевой воде с повышенным содержанием Са2+ и Mg2+. В большей степени разница осмо- и ионорегулирующих показателей к 6 мес. выражена при потреблении питьевой воды с повышенным содержанием Са2+. Водные нагрузки уменьшают напряжение осмо- и ионорегулирующих механизмов, вероятно, в результате усиления процесса разведения. К этому времени у крыс, получавших питьевую воду с содержанием Mg2+85 и Са2+ 140 мг/дм3, также снижалась концентрация гормонов кортизола и Т4, особенно после приема воды с высоким содержанием Mg2+, что, вероятно, свидетельствует о снижении функциональных резервов адаптивных регуляторных механизмов в результате длительного напряжения гормональной системы, обеспечивающей гидро- и ионоуретическиую реакцию почек в течение 6 месяцев. Более существенное снижение концентрации этих гормонов после приема воды, содержащей Mg2+ в концентрации 85 мг/дм3, чем в группе потреблявшей Са 140 мг/дм3 может свидетельствовать о большей «плате» за функциональную адаптацию системы регуляции водно-солевого обмена при хроническом действии Mg2+ на организм.


Библиографическая ссылка

Недовесова С.А., Трофимович Е.М., Турбинский В.В., Айзман Р.И. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИИ ПОЧЕК И ГОРМОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ У КРЫС ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ С ПОВЫШЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 6.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=27335 (дата обращения: 09.12.2019).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074