Функциональное состояние щитовидной железы беременных крыс и их потомства при хронической интоксикации пиретроидами

АННОТАЦИЯ

В работе изучено влияние длительного воздействия малых доз ламбда-цигалотрина (ЛЦТ) на состояние тироидных гормонов (ТГ): тироксина (Т4), трийодтиронина (Т3), а также тироид- стимулирующего гормона (ТТГ) беременных крыс и их потомства. До беременности у крыс самок воздействие ЛЦТ в течение 30 дней приводило лишь к незначительному снижению уровня ТГ, однако при этом достоверно повышалась концентрация ТТГ. В отличие от этого воздействие ЛЦТ у беременных, и особенно, у лактирующих крыс самок, а также у их потомства приводило к выраженному снижению уровня ТГ при значительном повышении уровня ТТГ. Таким образом, ЛЦТ обладает достаточно выраженным тироид-разрушающим эффектом у беременных и его воздействие создает определенный риск для дальнейшего роста и развития организма потомства.

Ключевые слова: ламбда-цигалотрин, гормоны щитовидной железы, беременность, потомство.

Введение

Уже более два десятилетия в мировой литературе используется термин «эндокрин- разрушающие химикаты или эндокрин-разрушители (endocrine-disrupting chemicals, EDC, or endocrine disruptors, EDs), принятый агентством по охране окружающей среды США в 1991 году [7]. Этот термин объединяет все химические вещества, которые в организме человека и животных изменяют процессы синтеза, секреции, транспорта, метаболизма естественных гормонов и тем самым приводят к нарушению гормонального гомеостаза [10]. Эндокрин-разрушающим действием обладают и многие пестициды, в том числе и последних поколений, а также бытовые химикаты и некоторые лекарственные препараты.

Известно более ста пестицидов, из которых около 80% составляют широко используемые инсектициды и фунгициды, оказывающие то или иное эндокрин-разрушающее действие [14]. Эндокрин-разрушающее действие большинства пестицидов обусловлено с их способностью, связаться с рецепторами гормона. В частности, EDC могут связывать и активировать рецепторы различных гормонов (андроген рецептор (АР), эстроген рецептор (ЭР) и другие), а затем имитировать действие естественного гормона (агонистное действие). В других случаях EDC также могут связаться с этими рецепторами, но только без активации. Напротив, при этом EDC блокирует рецепторы к гормону и препятствует действию естественных гормонов (антагонистное действие). И наконец, EDC может также нарушать процессы, связанные с синтезом, транспортом, метаболизмом и утилизацией гормонов, тем самым снижая концентрацию естественных гормонов [13].

Показано, что многие пестициды класса пиретроидов (циперметрин, перметрин, фенвалерат, тетраметрин и др.), являются потенциальными эндокрин-разрушающими веществами и оказывают отрицательное влияние на репродуктивную и иммунную систему животных и человека [15]. Одним из распространенных представителей пиретроидов является ламбда-цигалотрин (ЛЦТ), который, как высокоэффективный инсектицид даже при малых дозах, широко используется в быту, сельском хозяйстве и здравоохранении во всем мире.

Однако, эндокринноразрушающее действие ламбда-цигалотрина стало выявляться сравнительно недавно и сообщения об этом относительно немногочисленны. Было показано, что ЛЦТ в определенных дозах нарушает процесс сперматогенеза у крыс самцов, что может быть связано с нарушением гормональной регуляции репродуктивной функции у мужчин [11]. M.I.Yousef [19], выявил что ЛЦТ нарушает гормональную регуляцию мужской репродуктивной системы у кроликов самцов и продемонстрировал высокую эффективность витамина Е при устранении этих изменений. Если эндокрин-разрушающее действие ламбда-цигалотрина на репродуктивную систему можно считать доказанным, то действие ЛЦТ на гипоталамо-гипофизарно-тироидную ось остается еще до конца не ясным.

В опытах на взрослых крысах было показано, что достаточно высокие дозы ЛЦТ приводят к выраженному снижению концентрации тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3), что сопровождалось повышение уровня тиротропного гормона (ТТГ) [4]. Характерно, что ЛЦТ способствовал также снижению соотношения Т4/Т3, чего не наблюдалось при использовании других пестицидов. При воздействии сублетальных концентраций ЛЦТ в течение 45 дней у рыб также обнаружено снижение уровня тироидных гормонов и тестостерона, что сопровождалось повышением уровня кортизола [16].

Следует отметить, что все исследования действия ЛЦТ на тироидную функцию были проведены на взрослых особях и с использованием относительно высоких доз этого пиретроида. Вместе с тем, организм животных и человека обладает наибольшей чувствительностью к действию пестицидов в эмбриональном и раннем постнатальном периодах жизни [6]. Причем, отрицательное влияние этого воздействия могут проявляться не сразу, а спустя долгие годы, уже во взрослом организме [14]. В настоящее время считается, что воздействие эндокрин-разрушающих химикатов во внутриутробном или раннем детском периоде играет большую роль в патогенезе многих заболеваний, таких как ожирение, атеросклероз, гипертоническая и ишемическая болезни, рак, репродуктивная патология и другие [21]. Кроме того, в реальной жизни организм, в том числе беременных женщин и детей, чаще всего подвергается длительному воздействию малых доз пестицидов или их метаболитов [18]. К сожалению, эндокрин-разрушающий эффект ЛЦТ при воздействии во внутриутробном и в раннем постнатальном периоде все еще остается практически невыясненным. Исходя из изложенного, мы в настоящей работе изучали влияние длительного воздействия малых доз ламбда-цигалотрина на состояние тироидной функции беременных крыс самок и их потомства.

Материал и методы

Ламбда-цигалотрин в виде 10% концентрата эмульсии (коммерческое название «титан») получили из совместной Узбекско-Германской компании «ЕвроТеам». Опыты проводились на белых взрослых девственных крысах самках Вистар массой тела 150-170 г, половозрелые крысы самцы использовались только для оплодотворения. Все крысы содержались в условиях регулируемой температуры (22±3⁰ С) и влажности с 12 часовым день-ночь циклом. Животные находились на обычном лабораторном рационе питания и воду получали без ограничений.

Крысы были акклиматизированы в течении одной недели перед опытами. Затем крысы самки были разделены на две группы по 45 крыс в каждой. Первой группе крыс (обработанной) вводили через рот с использованием зонда разбавленный в физиологическом растворе ламбда-цигалотрин из расчета 8 мг/кг/ежедневно. Это соответствовало 1/100 части от ЛД50 препарата. Вторая группа (контрольная) таким же способом получала такой же объем стерильного физиологического раствора. Введение ЛЦТ не прекращалось вплоть до окончания опытов. На 31 день опытов самки обоих групп соединялись с самцами для оплодотворения. Наступление беременности контролировали по наличию сперматозоидов во влагалищных мазках. После наступления беременности самки отделены от самцов и помещены в отдельные клетки для дальнейших исследований. Часть беременных самок обоих групп были умерщвлены на 14 и 21 дни (ГД 14 и ГД 21) беременности под легким эфирным наркозом. Другие крысы были умерщвлены таким же способом на 14 и 21 дни (ЛД 14 и ЛД 21) после родов. Потомство от обработанных ЛЦТ самок по количеству и размерами существенно не отличалось от контроля. Отмечено лишь некоторое запоздалое открывание глаз и отлипания ушей по сравнению с контролем. Потомство от обеих групп животных было умерщвлено на 7, 14, 21 и 30 дни после рождения, также под легкой анестезией эфиром.

После умерщвления кровь собирали в сухие стерильные пробирки без антикоагулянтов и полученную сыворотку крови использовали для определения концентрации гормонов. Тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3) и тиротропный гормон (ТТГ) в сыворотке крови определяли методом иммуно-ферментного анализа с использованием специальных наборов компании “Human” (Germany) и спектрофотометра “Singl” (Germany). Тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) выражали в нг/мл, а тиротропный гормон (ТТГ) выражали в МЕ/л.

Расчет и статистический анализ проводился с использованием статистического пакета для Window's. Все данные были представлены как среднее ± стандартное отклонение (СО). Все цифровые данные обрабатывали по критериям Фишера-Стьюдента; достоверными считались различия, удовлетворяющие Р<0,05.

Результаты и обсуждение

Полученные данные показали, что беременность, и особенно лактация, само по себе приводят к прогрессивному увеличению Т4 и Т3. У небеременных крыс самок, получивших в течение месяца ЛЦТ, концентрация этих гормонов снижалась незначительно и достоверно не отличалась от контроля. Следовательно, 30 дневное воздействие низких доз ЛЦТ еще не вызывает выраженного гипотиреоза у небеременных крыс. Тем не менее, даже небольшое снижение Т4 и Т3 у этих животных сопровождалось увеличением концентрации тиротропина. С наступлением беременности у получивших ЛЦТ крыс развился отчетливый гипотиреоз. На 14 и 21 дни гестации концентрация обеих Т4 и Т3 была достоверно низкой по сравнению с контролем. Особенно большое различие между обработанными и контрольными крысами обнаружено на 14 и 21 дни лактации. В эти дни концентрация Т4 и Т3 у обработанных ЛЦТ крыс в 1,3 - 1,4 раза снижалось по сравнению с контролем. Концентрация тиротропина в обеих группах крыс прогрессивно повышалась от беременности до лактации. Однако, уровень этого гормона у ЛЦТ обработанных крыс во все дни беременности и лактации значительно превышал соответствующие показатели контрольной группы (табл. 1).

Воздействие ЛЦТ во внутриутробном периоде и через грудное молоко приводило к значительному нарушению тироидной функции у потомства. Концентрация обоих Т4 и Т3 во все сроки исследования у обработанных ЛЦТ крыс была достоверно снижена по сравнению с контролем. Наибольшее различие в концентрациях гормонов выявлено на 14 и 21 сутки лактации, когда уровень гормонов у ЛЦТ введенных крыс было уменьшено более чем в 1,3 раза по сравнению с контролем. На 30 день постнатального периода концентрация Т4 и Т3 у ЛЦТ обработанных крыс продолжало оставаться значительно ниже контрольных показателей. Определение концентрации тиротропного гормона показало прогрессивное его увеличение во все дни исследования. Максимальное повышение (в 1,7 раза по сравнению с контролем) обнаружено на 30 сутки после рождения (табл. 2).

Наше исследование показало постепенное увеличение уровней тироксина (Т4),

трийодтиронина (Т3) и тиротропного гормона у всех крыс самок в периоды беременности и лактации. Известно, что при беременности потребность в тироидных гормонах (ТГ) возрастает на 30-50% и щитовидная железа должна справиться с этой возросшей потребностью (Ахмед, 2011). Это состояние может быть отражением повышения передачи тироидных гормонов (ТГ) от беременных самок к их плодам и/или более эффективной продукции ТГ щитовидной железой после рождения [9]. Постепенное повышение уровня ТТГ необходимо для развития щитовидной железы в этот чувствительный эмбриональный период [2]. Полученные нами данные подтверждают мнение, что нормальное функционирование гипоталамо-гипофизарно-тироидной оси материнского организма является необходимым условием для естественного развития щитовидной железы эмбриона и для предотвращения различных нарушений в постнатальном периоде. Предполагается, что ТТГ также может играть значительную роль в регуляции роста и развития организма в целом, оказывая взаимодействие на функцию гормона роста [3].

По нашим данным, длительное воздействие малых доз ЛЦТ оказало неодинаковое влияние на тироидную функцию беременных и небеременных самок крыс. Нами выявлено, что у небеременных самок крыс воздействие ЛЦТ в течение 30 дней приводило к незначительному снижению уровня ТГ, однако при этом достоверно повышалась концентрация ТТГ. В отличие от этого воздействие ЛЦТ у беременных, и особенно, у лактирующих крыс самок приводило к выраженному снижению уровня ТГ при значительном повышении уровня ТТГ.

Таким образом, наши данные позволяют предположить об эндокрин-разрушающем, а более конкретно тироид-разрушающем эффекте длительного воздействия ЛЦТ в периоды беременности и лактации. Без сомнения, нехватка ТГ в материнском организме приводит к нарушениям роста и становления различных органов, прежде всего нервной и эндокринной систем в эмбриональном и раннем постнатальном периодах. К сожалению, данных о влияние длительного воздействия ЛЦТ через материнский организм на постнатальный рост и развитие потомства мы в литературе не обнаружили. Однако в ряде работ показано, что гипотироидизм в материнском организме, вызванный действием токсических веществ окружающей среды из класса диоксинов приводит к развитию нейро-эндокринных нарушений у потомства [2].

Гипотироидизм в материнском организме при этом носил доза-зависимый характер, и прежде всего, сопровождался снижением концентрации ТГ и гормона роста у потомства, тогда как

уровень ТТГ значительно повышался [3]. W.G.Yu et al., [20] показали, что пренатальное и

постнатальное воздействие перфлурооктана сульфоната (ПФОС) вызывает развитие гипотироидизма как у матерей, так и у потомства. Авторы предполагают, что внутриутробное воздействие ПФОС и послеродовое его поступление в организм через материнское молоко является предметом серьезной озабоченности. Вместе с тем, не все пестициды при пренатальном воздействии приводят к нарушению функции щитовидной железы у потомства. Так, широко используемый инсектицид манкозеб из класса тиокарбаматов вызывал у беременных крыс выраженный гипотироидизм, в то время как вес, структура и функция щитовидной железы потомства оставались без особых изменений [5]. Нами установлено, что пренатальное и постнатальное воздействие низких доз ЛЦТ значительно нарушало тироидную функцию у потомства. Концентрация обоих Т4 и Т3 во все сроки исследования у потомства от получивших ЛЦТ крыс была достоверно снижена, а уровень ТТГ был значительно выше контроля.

Следовательно, ЛЦТ обладает достаточно выраженным тироид-разрушающим эффектом у беременных и его воздействие в эмбриональном и раннем постнатальном периодах создает определенный риск для дальнейшего роста и развития организма ребенка. Механизм тироид- разрушающего эффекта ЛЦТ, как и всех остальных пиретроидных пестицидов, еще окончательно не выяснен. Предполагается, что снижение уровня тироидных гормонов может быть результатом усиленного их клиренса печеночными ферментами [12], или же результатом прямого цитотоксического действия на щитовидную железу токсических продуктов перекисного окисления липидов [1]. Исследования G.Du et al., [8] показали, что пиретроиды, и особенно, их метаболит 3- феноксибензоевая кислота (3-ФБК), обладают антагонистными свойствами по отношению к рецепторам тироидных гормонов. Вероятно, правы C.Schmutzler et al., [17], считающие, что действие эндокрин-разрушающих веществ не вписывается в классическую схему гормон-зависимой регуляции и обратной связи. По их мнению, действие ЕДС связано со сложным мультицелевым и мультимодальным их влиянием на гипоталамо-гипофизарно-тироидную ось. Таким образом, это очень интересная проблема требует дальнейших развернутых исследований, результаты которых могут помочь предотвратить неблагоприятные эффекты загрязнителей окружающей среды на тироидную функцию женщин и детей.

ВЫВОДЫ:

Ламбда-цигалотрин обладает достаточно выраженным тироид-разрушающим эффектом, который у небеременных крыс самок проявляется в незначительной степени. Наиболее выраженный тироид-разрушающий эффект ЛЦТ у крыс самок и их потомства проявляется в периоды беременности и лактации, что создает определенный риск для дальнейшего роста и развития организма ребенка.

Таблица 1- Уровень тироидных гормонов крыс в период беременности и лактации

* - здесь и далее различия достоверны по сравнению с контрольной группой, Р<0,05

Таблица 2-Уровень тироидных гормонов потомства крыс в динамике постнатального онтогенеза

ЛИТЕРАТУРА

1. Abdollahi M. Pesticides and oxidative stress: a review. / M.Abdollahi, A.Ranjbar, S.Shadina, S.Nikfar, A.Rezaie // Medic. Sci. Monitor. -2004. -Vol. 10. -Р. 141-147.
2. Ahmed O.M. Effects of experimentally induced maternal hypothyroidism and hyperthyroidism on the development of rat offspring: I. The development of the thyroid hormones-neurotransmitters and adenosinergic system interactions / S.M.Abd El-Tawab, R.G.Ahmed // Int. J. Dev. Neurosci. - 2010.-Vol. 28. -P. 437-454.
3. Ahmed R.G. Perinatal TCDD exposure alters developmental neuroendocrine system. / R.G.Ahmed // Food Chem. Toxicol. -2011. -Vol. 49. -P. 1276-1284.
4. Akhtar N. Insecticide-induced changes in secretory activity of the thyroid gland in rats / S.A.Kayani, M.M.Ahmad, M.Shahab // J. Appl. Toxicol. -1996. -Vol. 16. -P. 397-400.
5. Axelstad M. Exposure to widely used fungicide mancozeb causes thyroid hormone disruption in rat dams bur no behavioral effects in the offspring / J.Boberg, Ch.Nellemann, M.Kiersgaard // Toxicol. Sci. -2011. -Vol. 120. -P. 439-446.
6. Birnbaum L.S. Cancer and developmental exposure to endocrine disruptors / S.E.Fenton // Environ. Health. Perspect. -2003. -Vol. 111. -P. 389-394.
7. Diamanti-Kandarakis E. Endocrine-disrupting chemicals: an Endocrine Society scientific statement / A.M.Soto, R.T.Zoeller, A.C.Gore // Endocr. Rev. -2009. -Vol. 30. -P. 293-342.
8. Du G. Assessing hormone receptor activities of pyrethroid insecticides and their metabolites in reporter gene assays / O.Shen, H.Sun, J.Fei, C.Lu, L.Song, Y.Xia, S.Wang, X.Wang // Toxicol. Sci. -2010. -Vol. 116. -P. 58-66.
9. El-Bakry A.M. Comparative study of the effects of experimentally induced hypothyroidism and hyperthyroidism in some brain regions in albino rats / A.W.El-Gareib, R.G.Ahmed // Int. J. Dev. Neurosci., -2010. -Vol. 28. -P. 371-389.
10. Hotchkiss A.K. Fifteen years after "Wingspread"--environmental endocrine disrupters and human and wildlife health: where we are today and where we need to go / C.V.Rider, C.R.Blystone // Toxicol. Sci. -2008. -Vol. 105. -P. 235-259.
11. Lebaili N. Exploration of the cytotoxic effects of an insecticide, lambda cyhalothrine, on sexual exocrine function in the white rat / L.Saadi, R.Mosbah, N.Mechri // Commun. Agric. Appl. Biol. Sci. -2008. -Vol. 73. -P. 883-889.
12. Leghait J. Fipronil-induced disruption of thyroid function in rats is mediated by increased total and free thyroxine clearances concomitantly to increased activity of hepatic enzymes / V.Gayrard, N.Picard-Hagen, M.Camp, E.Perdu, P.L.Toutain, C.Viguie // Toxicology. -2009. -Vol. 255. -P. 3844.
13. Mnif W. Endocrine xenoestrogenics disrupters, molecular mechanisms and detection methods / A.Pillon, P.Balaguer, A.Bartegi, // Therapie. -2007. -Vol. 62. -P. 369-386.
14. Mnif W. Effect of Endocrine Disruptor Pesticides: A Review / A.I.Hassine, A.Bouaziz, A.Bartegi, O.Thomas, B.Roig // Int. J. Environ. Res. Public Health. -2011. -Vol. 8. -P. 2265-2303.
15. Pine M.D. The pyrethroid pesticide fenvalerate suppresses the afternoon rise of luteinizing hormone and delays puberty in female rats / J.K.Hiney, B.Lee, W.L.Dees // Environ. Health Perspect. -2008. -Vol. 116. -P. 1243-1247.
16. Saravanan R. Lambda cyhalothrin induced alterations in Clarias batrachus / K.Revathi, P.B.Murthy // J. Environ. Biol. -2009. -Vol. 30. -P. 265-270.
17. Schmutzler C. Endocrine disruptors and the thyroid gland - a combined in vitro and in vivo analysis of potential new biomarkers / I.Gotthardt, P.J.Hofmann, B.Radovic // Environ. Health Perspect. - 2007. -Vol. 115. -P. 77-83.
18. Srivastava A. An epidemiological study of poisoning cases reported to the National Poisons Information Centre, All India Institute of Medical Sciences, New Delhi / S.S.Peshin, T.Kaleekal, S.K.Gupta // Hum. Exp. Toxicol. -2005. -Vol. 24. -P. 279-285.
19. Yousef M.I. Vitamin E modulates reproductive toxicity of pyrethroid lambda-cyhalothrin in male rabbits // Food Chem. Toxicol. -2010. -Vol. 48. -P. 1152-1159.
20. Yu W.G. Prenatal and postnatal impact of perfluorooctane sulfonate (PFOS) on rat development: a cross-foster study on chemical burden and thyroid hormone system / W.Liu, Y.H.Jin, X.H.Liu, F.Q.Wang, L.Liu, S.F.Nakayama // Environ. Sci. Technol. -2009. -Vol. 43. -P. 8416-8122.
21. Zoeller T.R. Environmental chemicals targeting thyroid // Hormones (Athens). -2010. -Vol. 9. -P. 28-40.