Островська С. С., Дюдюн А. Д., Шевченко І. Ф., Агарков С. Ф., Федченко М. П., Родіонов В. К., Башта І. Г.

КАЛЬЦІЙ, ЯК ЕКЗОГЕННА ХАРЧОВА ДОБАВКА ПРИ КАДМІЙ ІНДУКОВАНОМУ СТРЕСІ

---

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Островська С. С., Дюдюн А. Д., Шевченко І. Ф., Агарков С. Ф., Федченко М. П., Родіонов В. К., Башта І. Г.

Рубрика:

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

Важкі метали становлять загрозу для здоров’я людини через їх тривалу присутність у навколишньому середовищі та біоакумуляцію. Особливу небезпеку серед них, внаслідок широкої розповсюдженості і токсичності, представляє кадмій (Cd) в результаті антропних викидів у біосферу і через його широке використання в промисловості. Внаслідок великої загрози для здоров’я людей, що створює Cd, є необхідність пошуку ефективних способів профілактики та лікування негативних наслідків його впливу. В даному огляді розглядається взаємодія кальцію (Са) з Cd, токсичні ефекти якого широко представлені в наукових дослідженнях різних країн світу. Са і його сполуки можуть бути використані в якості екзогенної добавки для захисту організмів від стресу, спричиненим Cd через його хімічну подібність з Ca. Він збільшує цитозольний Ca за допомогою декількох механізмів і знижує рівні транскриптів деяких генів-переносників Ca, ініціює шляхи мітохондріального апоптозу і активує кальпаїни, сприяючі мітохондріально-незалежному апоптозу. Відкриття ролі CaMK-II в Cd-індукованій загиблі клітин і подальшу участь в Cd-залежних змінах динаміки цитоскелету, відкрило нову область досліджень токсикології Cd. Підтвердженням позитивної дії Ca проти Cd-індукованого стресу є численні дослідження в експериментах на рослинах. Результати свідчать про те, що добавки на основі Ca мають великий потенціал для виробництва рисового зерна з низьким вмістом Cd. Позитивні ефекти Са продемонстровані і на тваринах. Додавання Ca значно зменшує викликані Cd пошкодження мікроструктури кісток та покращує їх біомеханіку. Активація CaSR може діяти як захисний шлях для зниження індукованої Cd цитотоксичності в клітинах нирок. Використання суміші кальцій/вітамін D може служити відповідною стратегією для запобігання Cd-опосередкованої нефротоксичності та гепатотоксичності. Вивчення впливу окремих хімічних елементів на токсичну дію Cd, дозволяє в майбутньому виготовляти і застосовувати комплексні препарати або харчові суміші для запобігання або лікування Cd-індукованих ушкоджень

Теги:

Список цитованої літератури:

1. Wang M, Chen Z, Song W, Hong D, Huang L, Li Y. A review on Cadmium Exposure in the Population and Intervention Strategies Against Cadmium Toxicity. Bull Environ Contam Toxicol. 2021;106(1):65-74.
2. Kumar S, Prasad S, Yadav KK, Shrivastava M, Gupta N, Nagar S, et al. Hazardous heavy metals contamination of vegetables and food chain: Role of sustainable remediation approaches. Environmental Research Reviews. 2019;179:108792.
3. de Angelis C, Galdiero M, Pivonello C, Salzano C, Gianfrilli D, Piscitelli P, et al. The environment and male reproduction: The effect of cadmium exposure on reproductive function and its implication in fertility. Reprod Toxicol. 2017;73:105-127.
4. Buha A, Đukić-Ćosić D, Ćurčić M, Bulat Z, Antonijević B, Moulis JM, et al. Emerging links between cadmium exposure and insulin resistance: human, animal, and cell study data. Toxics. 2020;8(3):63.
5. Hernández-Cruz EY, Arancibia-Hernández YL, Loyola-Mondragón DY, Pedraza-Chaverri J. Oxidative Stress and Its Role in Cd-Induced Epigenetic Modifications: Use of Antioxidants as a Possible Preventive Strategy. Oxygen. 2022;2(2):177-212.
6. Andjelkovic M, Djordjevic AB, Antonijevic E, Antonijevic B, Stanic M. Toxic Effect of Acute Cadmium and Lead Exposure in Rat Blood, Liver, and Kidney. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019;16(2):274.
7. Bhatia V, Sharma S. Role mitochondrial dysfunction, oxidative stress and autofagy in progression Alzheimer’s disease. Journal of the Neurological Sciences. 2021;421:117253.
8. Yang C, Wang Z. The Epitranscriptomic Mechanism of Metal Toxicity and Carcinogenesis. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(19):11830.
9. D’Oria R, Schipani R, Leonardini A, Natalicchio A, Perrini S, Cignarelli A, et al. The Role of Oxidative Stress in Cardiac Disease: From Physiological Response to Injury Factor. Oxid Med Cell Longev. 2020;2020:5732956. DOI: 10.1155/2020/5732956.
10. Cheng CH, Ma HL, Deng YQ, Feng J, Jie YK, Guo ZX, et al. Oxidative stress, cell cycle arrest, DNA damage and apoptosis in the mud crab (Scylla paramamosain) induced by cadmium exposure. Chemosphere. 2021;263:128277.
11. Rani A, Kumar A, Lal A, Pant M. Cellular mechanisms of cadmium-induced toxicity: A review. International Journal of Environmental Health Research. 2014;24:378-399.
12. Tokumoto M, Lee JY, Satoh M. Transcription factors and downstream genes in cadmium toxicity. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 2019;42:1083-1088.
13. Požgajová M, Navrátilová A, Kovár M. Curative Potential of Substances with Bioactive Properties to Alleviate Cd Toxicity: A Review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022;19(19):12380.
14. El-Boshy ME, Risha EF, Abdelhamid FM, Mubarak MS, Hadda TB. Protective effects of selenium against cadmium induced hematological disturbances, immunosuppressive, oxidative stress and hepatorenal damage in rats. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2015;29:104-110.
15. Liang ZZ, Zhang YX, Zhu RM, Li YL, Jiang HM, Li Chen RB, et al. Identification of epigenetic modifications mediating the antagonistic effect of selenium against cadmium-induced breast carcinogenesis. Environmental Science and Pollution Research. 2022;29:22056-22068.
16. Fang J, Xie S, Chen Z, Wang F, Chen K, Zuo Z, et al. Protective Effect of Vitamin E on Cadmium-Induced Renal Oxidative Damage and Apoptosis in Rats. Biological Trace Element Research. 2021;199:4675-4687.
17. Oboh G, Adebayo AA, Ademosun A.O, Olowokere OG. Rutin Alleviates Cadmium-Induced Neurotoxicity in Wistar Rats: Involvement of Modulation of Nucleotide-Degrading Enzymes and Monoamine Oxidase. Metabolic Brain Disease. 2019;34:1181-1190.
18. Zhang C, Wang LL, Cao CY, Li N, Talukder M, Li JL. Selenium Mitigates Cadmium-Induced Crosstalk between Autophagy and Endoplasmic Reticulum Stress via Regulating Calcium Homeostasis in Avian Leghorn Male Hepatoma (LMH) Cells. Environmental Pollution. 2020;265:114613.
19. Choong G, Liu Y, Templeton DM. Interplay of calcium and cadmium in mediating cadmium toxicity. Chem Biol Interact. 2014;211:54-65.
20. Cvetko F, Caldwell S.T, Higgins M, Suzuki T, Yamamoto M, Prag HA, et al. Nrf2 is activated by disruption of mitochondrial thiol homeostasis but not by enhanced mitochondrial superoxide production. Journal of Biological Chemistry. 2020;296:100169.
21. Sun Q, Li Y, Shi L, Hussain R, Mehmood K, Tang Z, et al. Heavy metals induced mitochondrial dysfunction in animals: Molecular mechanism of toxicity. Toxicology. 2022;469:153136.
22. Nolfi-Donegan D, Braganza A, Shiva S. Mitochondrial electron transport chain: Oxidative phosphorylation, oxidant production, and methods of measurement. Redox Biol. 2020;37:101674.
23. Zhu Y, Costa M. Metals and molecular carcinogenesis. Carcinogenesis. 2020;41(9):1161-1172.
24. Huang D, Gong X, Liu Y, Zeng G, Lai C, Bashir H, et al. Effects of Calcium at Toxic Concentrations of Cadmium in Plants. Planta. 2017;245:863-873.
25. Zhang S, Li QS, Nazir MM, Ali S, Ouyang Y, Ye S, Zeng F, et al. Calcium Plays a Double-Edged Role in Modulating Cadmium Uptake and Translocation in Rice. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(21):8058.
26. Li X, Teng L, Fu T, He T, Wu P. Comparing the effects of calcium and magnesium ions on accumulation and translocation of cadmium in rice. Environmental Science and Pollution Research. 2022;29(27):41628-41639.
27. Chen X, Wang Z, Zhu G, Nordberg GF, Jin T, Ding X. The association between cumulative cadmium intake and osteoporosis and risk of fracture in a Chinese population. Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology. 2019;29(3):435-443.
28. Lv Y, Wang P, Huang R, Liang X, Wang P, Tan J, et al. Cadmium exposure and osteoporosis: a population-based study and benchmark dose estimation in southern China. Journal of Bone and Mineral Research. 2017;32(10):1990-2000.
29. Huang X, Liu T, Zhao M, Fu H, Wang J, Хu Q. Protective Effects of Moderate Ca Supplementation against Cd-Induced Bone Damage under Different Population-Relevant Doses in Young Female Rats. Nutrients. 2019;11(4):849.
30. Kosiba AA, Wang Y, Chen D, Wong CKC, Gu J, Shi H. The roles of calcium-sensing receptor (CaSR) in heavy metals-induced nephrotoxicity. Life Science. 2020;1:242:117183.
31. Gu J, Ren Z, Zhao J, Peprah FA, Xie Y, Cheng D, et al. Calcimimetic Compound NPS R-467 Protects against Chronic Cadmium-Induced Mouse Kidney Injury by Restoring Autophagy Process. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020;189:110052.
32. Lech T, Sadlik JK. Cadmium concentration in human autopsy tissues. Biological Trace Element Research. 2017;179(2):172-177.
33. Xu S, Pi H, Chen Y, Zhang N, Guo P, Lu Y, et al. Cadmium induced Drp1-dependent mitochondrial fragmentation by disturbing calcium homeostasis in its hepatotoxicity. Cell Death & Disease. 2013;4(3):e540.
34. Zhang D, Zhang T, Liu J, Chen J, Li Y, Ning G, et al. Zn Supplement-Antagonized Cadmium-Induced Cytotoxicity in Macrophages In Vitro: Involvement of Cadmium Bioaccumulation and Metallothioneins Regulation. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2019;67:4611- 4622.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», 2024 Випуск 3, 174, 63-70 сторінки, код УДК 612.014.46:546.48:616-085:577.161.546.41

DOI:

10.29254/2077-4214-2024-3-174-63-70