Введение. Кадмий — токсичный тяжёлый металл и распространённый экологический загрязнитель [1]. Антропогенная деятельность остаётся ключевым источником поступления кадмия в окружающую среду — в частности, в аэрозольной форме. К основным антропогенным источникам относятся добыча цинковых руд, промышленные выбросы, сжигание топлива и др. В организм человека кадмий попадает в основном алиментарным и ингаляционным путём [2]. Почки являются основным органом-мишенью. Период полураспада кадмия в организме чрезвычайно длителен и составляет до 35 лет. Биологический период полураспада кадмия в крови оценивается в 75–128 дней, но преимущественно характеризует отложение кадмия в органах, а не скорость его выведения [3–5]. Следствием дисрегуляции окислительно-восстановительного статуса клетки из-за действия кадмия становится её повреждение и апоптоз [6–7].

О дисбалансе метаболизма и разрушении клеток можно судить по маркерам эндотоксикоза, к которым относятся вещества низкой и средней молекулярной массы (ВНСММ) [8-11]. ВНСММ — это разнообразная группа эндогенных метаболитов, которые служат индикаторами баланса процессов катаболизма и анаболизма. К ВНСММ относят продукты катаболического и анаболического пула: продукты остаточного азота белкового обмена (мочевина, креатинин), токсические метаболиты (спирты, карбоновые кислоты), промежуточные метаболиты (кетоны, альдегиды, аммиак), органические и жирные кислоты, продукты свободнорадикального окисления [12–15]. При патологическом повышении концентрации и накоплении ВНСММ становятся вторичными токсинами и усугубляют процесс эндотоксикоза [16].

Цель исследования — изучить влияние субхронической интоксикации кадмием на метаболические процессы организма по содержанию ВНСММ в почках и плазме крови, а также адаптационные возможности организма в постинтоксикационный период.

Материалы и методы. Эксперимент проводили на 60 здоровых самцах крыс линии Вистар массой тела 220-230 г. Крысы содержались в стандартных условиях вивария на базе экспериментально-биологической клиники ФГБОУ ВО КГМУ. Случайным образом крысы были разделены на 6 групп по 10 особей в каждой. Крысы группы контроля содержались на стандартном рационе со свободным доступом к чистой питьевой воде. Крысы групп интоксикации (Cd7-28, Cdст) получали вместо питьевой воды раствор кадмия ацетата с концентрацией 0,096 г/л в объёме 20 мл/сутки, доза составляла 1/50 LD50 (LD50=360 мг/кг)¹. Крыс группы Cdст после 28 дней поступления раствора кадмия переводили на стандартный рацион с чистой питьевой водой в течение последующих 28 дней. Крыс выводили из эксперимента под эфирным наркозом путём декапитации. Кровь забирали из правого желудочка сердца, центрифугировали при 10 000 g (Eppendorf Minispin, Германия) для получения плазмы. Для получения гомогената почки промывали физиологическим раствором, брали навеску органа и измельчали пестиковым гомогенизатором (DWK Life Sciences, Германия) в присутствии 0,1 М Трис-KCl буферного раствора с рН=7,35 в соотношении «ткань-буфер» 1:10.

Содержание ВНСММ определяли по методу Малаховой М.Я. (1995). Для спектрофотометрического исследования использовали спектрофотометр BioRad SmartSpec Plus, США.

Определение общего пула ВНСММ проводили в пробе надосадочной жидкости методом прямой спектрофотометрии в диапазоне 238–298 нм с шагом 4 нм для построения кривой ВНСММ. Для определения изменений концентраций метаболитов измеряли площадь фигуры под кривой, умножали суммы значений на шаг длины волны.

ВНСММ обр. = (Е238 + Е242 + Е246 + ... + Е298) × 4 у.е.

Тем же способом рассчитывали величину катаболического пула в диапазоне 238–258 нм и анаболического пула веществ в диапазоне 262–298 нм [13]. Рассчитывали долю катаболического пула в общем пуле ВНСММ и соотношение катаболического и анаболического пулов. Концентрацию выражали в условных единицах (усл. ед.).

Полученные данные анализировали с использованием программы STATISTICA 13.0. Проверку гипотезы о нормальном распределении количественных показателей осуществляли с помощью критерия Шапиро–Уилка. Поскольку большинство данных не подчинялось нормальному распределению, количественные показатели представлены в виде медианы и значений нижнего и верхнего квартилей (Me [Q1–Q3]). Для сравнения двух независимых выборок использовали непараметрический U-критерий Манна–Уитни. Различия показателей двух групп считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты. В плазме в сравнении с контролем на 7 сутки общий уровень ВНСММ увеличился в 1,41 раза, катаболический пул в 1,73 раза, анаболический пул в 1,32 раза (рис. А, табл. 1). Объём катаболического пула вырос на 4,64%. На 14 сутки уровень ВНСММ увеличивается максимально за весь период экспозиции токсиканта, в 2,73 раза в сравнении с контролем. В данной группе также наблюдается повышение объёма катаболического пула в 5,40 раза и его доли в 1,97 раза против контрольных показателей. В группе Сd21 и Сd28 обнаружены те же закономерности. В сравнении с группой Сd14 на 28 сутки было отмечено значимое снижение уровня ВНСММ (p=0,000783), катаболического (р=0,001065) и анаболического пулов (р=0,00783). В группе стандартного рациона отмечается вновь растущий уровень ВНСММ в сравнении с группой Сd28 в 1,11 раза, катаболического пула в 1,21 раза, его доли в общем объёме ВНСММ в 1,15 раза.

В почках наблюдается рост содержания ВНСММ в 1,92 раза, продуктов анаболического пула в 2,31 раза и снижение доли катаболического пула в 1,92 раза в сравнении с контролем (рис. Б, табл. 2). В группе Сd14 в целом объём ВНСММ повышается в 4,86 раза, показатели катаболического и анаболического пула становятся максимальными за период эксперимента, соответственно в 4,81 раза и 4,89 раза выше по отношению к контрольной группе. Объём катаболического пула достигает 32,31% и сохраняется на этом уровне в течение субхронической интоксикации. На 28 сутки интоксикации наблюдается значимое снижение уровня ВНСММ (p=0,000000), катаболического (р=0,000042) и анаболического пулов (р=0,000001) относительно группы Сd14. В группе Cdст концентрация ВНСММ увеличивается в 2,33 раза, катаболического пула 2,65 раза и анаболического пула в 2,20 раза.

Обсуждение. На протяжении эксперимента наблюдались активные метаболические нарушения при воздействии кадмия ацетата в дозе 1/50 LD50. Как известно, кадмий дестабилизирует работу митохондрий, ингибирует клеточное дыхание и окислительное фосфорилирование, повышает генерацию свободных радикалов, что ведёт к повреждению липидов и белков клетки, а также ДНК [4–6]. В то же время кадмий нарушает процесс синтеза белков, ферментов антиоксидантной системы организма и активно связывается с тиоловыми группами белков, ферментов, эндогенных антиоксидантов [17]. Описанные механизмы лежат в основе влияние кадмия на метаболические процессы, гомеостаз организма.

В результате исследования в плазме крови отмечалось возрастание концентрации продуктов анаболизма, вероятно, на фоне их высвобождения при апоптозе клеток [18], поскольку в основной тенденции наблюдалось повышение объёма катаболического пула, возможно связанное с усилением катаболических процессов и ростом концентрации продуктов катаболизма, в том числе токсичных, на фоне повреждающего действия кадмия [13, 19]. Стабильное увеличение уровня катаболического пула в плазме может быть связано с нарушением работы органов детоксикации, а именно почек, что, как известно, характерно при кадмиевой экспозиции [1, 20].

Кадмий активно влияет на белковый обмен, инициирует процессы биосинтеза и ферментов на первом этапе воздействия, а затем угнетает синтетические процессы за счёт влияния на фолдинг белков, в результате чего нарушается нормальный гомеостаз клетки [6, 17]. Возможно, данные механизмы токсического действия кадмия обуславливают наблюдаемые явления в почках: повышение содержания ВНСММ вначале эксперимента и дальнейшее снижение интенсивности процессов метаболизма. Почки являются главным органом выведения, куда с током плазмы поступают продукты метаболизма, чем также можно объяснить возросшую концентрацию ВНСММ.

После прекращения поступления токсиканта в изучаемых средах слабо выражены изменения в концентрации ВНСММ, сохраняется тенденция к интенсификации катаболических процессов, что может свидетельствовать о развитии эндотоксикоза на фоне продолжительно высоких концентраций токсичных продуктов апоптоза, а также остаточном влиянии кадмия в связи с его кумуляцией [8].

Ограничения исследования. Исследование проводилось с использованием лабораторных животных одного пола и возраста, что не позволяет оценить токсичность кадмия с учётом данных различий. Для определения метаболических процессов и их нарушений был использован метод оценки эндотоксикоза, который относится к условно специфическим методам лабораторной диагностики интоксикации.

Заключение. В ходе проведённых исследований установлено, что поступление кадмия ацетата в дозе 1/50 LD50 в течение 28 дней влияет на метаболические процессы в организме и вызывает повышение уровня ВНСММ плазме и почках, что провоцирует развитие эндотоксикоза. Кадмий индуцирует процессы катаболизма и нарушение нормального гомеостаза. Рост концентрации катаболитов и анаболитов, высвобождающихся при апоптозе клеток, провоцирует развитие эндогенной интоксикации. Это ухудшает последствия субхронической интоксикации кадмием и осложняет нормализацию состояния организма за счёт собственных адаптационных ресурсов, что свидетельствует о необходимости коррекции метаболических нарушений организма.

¹ Cadmium acetate: Safety Data Sheet CXCD010. [Internet]. Gelest Inc. 2025. https://clck.ru/3V2nHH [Accessed: 2026 May 17]