Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

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.

Статья в формате PDF

178 KB

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^- ,SO₄^2-, CO₃^2-  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 SO₄^2- , Cl^- , OH^-, CO₃^2-.

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 Cа^{2+ –} 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

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

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

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

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 

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

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

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