Russian Federation
Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety (Department of Toxicology, Head of the laboratory)
UDC 615.9
UDC 615.3
UDC 636.932
Glyphosate (N-(phosphonomethyl)-glycine) is a systemic herbicide of non-selective action for treatment of vegetative plants. In Russia, 40 thousand tons of glyphosate-based herbicides are used and 19 million hectares of crop areas are treated. The herbicide suppresses the synthesis of aromatic amino acids by inhibiting the enzyme - 5-enolopyruvil-shikimate-3-phosphate synthetase. However, in addition to glyphosate salts, commercial glyphosate formulations contain additives (known as adjuvants) such as surfactants, which vary in nature and concentration. Surfactants such as polyethoxylated tallow amine (POEA) are added to glyphosate to wet the leaves and penetrate the plant cuticle. Surfactants in glyphosate can increase the relative acute toxicity. Foreign researchers have shown that glyphosate has a toxic effect on the liver and kidneys, causes oxidative stress, reduces the content of vitamin D in the body, which ultimately leads to fibrotic replacement and tissue death, dysfunction of cell membranes and ischemia. The aim of the study was to evaluate the effect of the herbicide glyphosate at a dose of 5 MPC on the internal organs of white rats against the background of treatment with antitoxic agents. The results of the analysis showed that poisoning of white rats with glyphosate from the herbicide group at a level of 5 MPC had a significant effect on their internal organs. In experimental animals, hemocirculation and hemorheology were impaired. Necrobiotic changes were observed, in places with signs of an inflammatory cellular reaction, interstitial edemas and desquamation of the tubular epithelium. Based on the data obtained, it can be concluded that of the studied antitoxic agents in poisoning with this pesticide, xymedon-S had the most positive effect on the condition of the internal organs, the experimental sample based on tetraazatricyclo compound (TA) was less effective, and sodium sulfide showed virtually no therapeutic effect.
white rats, glyphosate, histostructure of internal organs, treatment, antitoxic agents
Сейчас фактически все гербициды производятся на основе глифосата, это самое распространенное средство от сорняков. На его основе изготовлены такие широко известные марки гербицидов, как Раундап, Вихрь, Ураган-Форте, Глифос, Граунд, Торнадо, Аргумент Стар, Триумф, Ампир, Агрокиллер и др. [1, 2]. Однако со временем сорные растения приобрели устойчивость к глифосатсодержащим препаратам, что повлекло за собой увеличение его концентрации при обработке. Сегодня по сравнению с 1996 годом использование глифосата увеличилось в 15 раз, что привело к повышению содержания остаточных количеств глифосата в кормах и усилило токсическую нагрузку на организм сельскохозяйственных животных [3, 4, 5].
Широкое использование гербицидов на основе глифосата несет серьезную угрозу для здоровья людей и животных. Так, наличие в корме даже предельно допустимой концентрации глифосата оказывает негативное действие на физиологическое состояние и продуктивность сельскохозяйственных животных. На сегодняшний день назрела необходимость привлечения внимания к проблеме присутствия глифосатсодержащих препаратов в кормах и минимизации их негативного воздействия на здоровье и продуктивность сельскохозяйственных животных путем применения антитоксических средств [6, 7, 8]. Поэтому особое значение приобретает разработка и изучение эффективности новых средств, обладающих патогенетическим и симптоматическим действием, способствующих нейтрализации ядов и выведении их из организма [9, 10].
Целью исследований стала оценка воздействия гербицида глифосата в дозе 5 ПДК на внутренние органы белых крыс на фоне лечения антитоксическими средствами.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в условиях вивария лаборатории фармакологии лекарственных средств ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности». Научный городок-2, г. Казань, Республика Татарстан. Гербицид – Аристократ, ВР (д.в. глифосата кислоты в виде изопропиламинной соли 480 г/л) добавляли в основной рацион путем последовательного перемешивания с расчетом 15 мг/кг корма (по действующему веществу), что равнялось 5 ПДК. На фоне действия гербицида использовали следующие антитоксические средства: конъюгат Ксимедона с L-аскорбиновой кислотой (КС); натрия сульфид (НС); ТА (экспериментальный образец на основе тетраазатрициклосоединения.
Опыты проводили на 30 белых крысах обоего пола весом от 200 г до 220 г. Изучение антитоксического действия средств при отравлении крыс глифосатом проводили на 5 группах крыс по 6 особей в каждой. Первая группа – биологический контроль (БК); вторая – токсический контроль (ГЛ); третья (ГЛ+КС) – глифосат с кормом и ксимедон с L-аскорбиновой кислотой в виде 0,05 % раствора с водой; четвертая (ГЛ+ТА) – наряду с гербицидом, с питьевой водой вводили 0,05 % водный раствор экспериментального образца на основе тетраазатрициклосоединения; пятая с глифосатом (ГЛ+НС) получала с кормом натрия сульфид в дозе 10 мг/кг. Продолжительность эксперимента составила 30 дней.
Для выполнения гистологического исследования извлекали кусочки внутренних органов размером 1×1 см, толщиной не более 5-7 мм, которые фиксировали в растворе формалина с массовой долей формальдегида 10%, объем жидкости в десять раз превышал объем фиксируемых образцов. После фиксации проводили обезвоживание объектов и затем заливали их в парафин. Гистосрезы делали на санном микротоме. Окрашивание препаратов осуществляли с помощью гематоксилина Эрлиха и эозина водного. Микрофотосъемку проводили на микроскопе Leica DM 1000 с цифровой камерой Leica DFC 320 (Германия).
Результаты и обсуждение. Патологоанатомические изменения при гистологическом исследовании внутренних органов белых крыс биологического контроля не выявлены (рисунок 1).
В срезах волокна миокарда ориентированы преимущественно продольно (рисунок 1а). Артерии заполнены эритромассами. Структура сосудов определяется четко. В срезах кардиомиоциты разделены тонкими прослойками волокон рыхлой соединительной ткани.
Сосуды в срезах легких неравномерно кровенаполнены (рисунок 1б). Они содержат гомогенные эозинофильные массы, эритроциты. Бронхи представлены чаще всего поперечными срезами. Их просветы имели фестончатую форму. В некоторых из них видны эозинофильные массы. Изнутри стенки бронхов покрыты однослойным многорядным цилиндрическим мерцательным эпителием. В собственном слое иногда можно наблюдать продольно направленные эластические волокна. Мышечные волокна располагаются в толще стенок бронхов и имеют четкую структуру. Во всех срезах артериолы имеют свободные просветы, некоторые из них были шире остальных.
В препаратах печени снаружи определяется капсула, состоящая из волокон плотной соединительной ткани (рисунок 1в). Просветы сосудов располагаются преимущественно поперечно и неравномерно заполнены эритромассами, гомогенными эозинофильными массами. Деление на дольки как таковое не определялось, можно наблюдать местами тонкие волокна рыхлой соединительной ткани, более всего заметные в области триад. Тут же просматривается желчный проток, артерия с утолщенной и вена с тонкой стенкой. Центролобулярная вена, содержащая эритромассы, находится в центральной части каждой дольки. Гепатоциты заполнены зернистой цитоплазмой.
В срезах почки снаружи определяется соединительнотканная капсула (рисунок 1г). В коре почек располагаются почечные тельца, которые имеют почти круглую форму. Каждое почечное тельце состоит из капилляров, покрытых мезотелием. Между капсулой и самим клубочком имеется свободное пространство. Проксимальные канальцы располагаются в корковой, их выстилает кубический эпителий, окрашенный эозинофильно. Дистальные канальцы покрыты изнутри более светлым эпителием в сравнении с проксимальными канальцами. Поперечные срезы собирательных трубочек шире, чем просветы канальцев.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Фрагменты тканей органов крыс группы биологического контроля (окраска гематоксилином Эрлиха, эозином 0,4 % водным, увеличение Х310):
а – сердце; б – легкие; в – печень; г – почка; д – селезенка; е – стенка желудка; ж – стенка тонкого кишечника; з – стенка толстого кишечника
В срезах селезенки снаружи определяется тонкая плотная соединительнотканная капсула (рисунок 1д). Паренхима состоит из красной и белой пульпы. В красной пульпе видны были скопления эритроцитов. В белой пульпе около сосудов находятся лимфатические клетки, местами с образованием фолликулоподобных структур.
Изнутри слизистую желудка выстилает однослойный однорядный цилиндрический железистый эпителий (рисунок 1е). Железы желудка и их выводные протоки выходят на дно желудочной ямки. Собственный мышечный слизистой состоит из внутреннего циркулярного, среднего продольного и наружного циркулярного слоев. Подслизистая желудка выражена слабо, определяются единичные лимфатические клетки. Мышечный слой образован внутренним косым, средним циркулярным и наружным продольным слоями. Снаружи желудок покрыт серозной оболочкой.
Сосуды тонкого кишечника малокровные, просветы неравномерно заполнены гомогенными эозинофильными и эритромассами (рисунок 1ж). Слизистая представлена высокими заостренными ворсинами, покрытые однослойным каемчатым эпителием. В слизистой встречаются малочисленные бокаловидные клетки со светлым секретом. В собственной пластинке слизистой тонкого кишечника имеются крипты трубчатой формы. Подслизистый слой образован рыхлыми волокнами соединительной ткани. Мышечная стенка тонкого кишечника состоит из внутреннего циркулярного и наружного продольного слоев.
Стенка толстого кишечника состоит из слизистой, подслизистой, мышечной и серозной оболочек (рисунок 1з). Пространства между криптами заполнены рыхлой волокнистой соединительной тканью. Слизистая выстлана однослойным цилиндрическим каемчатым эпителием, в отличие от тонкого кишечника здесь определяется большое количество бокаловидных клеток.
Результаты гистологических исследований внутренних органов белых крыс в группе токсического контроля при отравлении глифосатом в дозе 5 ПДК представлены на рисунке 2.
Волокна миокарда в срезах ориентированы преимущественно продольно (рисунок 2а). Артерии заполнены гомогенными эозинофильными эритромассами. Стенки артерий утолщены, структура чуть смазана. Вены имеют неравномерно расширенные просветы, некоторые неправильной формы. Стенки вен тонкие. Кардиомиоциты тонкие, расположены на некоторых участках хаотично с переплетением волокон (на рисунке 2а указаны стрелкой черного цвета). Местами кардиомиоциты разделены тонкими прослойками рыхлой соединительной ткани. Видны межуточные скопления гомогенных эозинофильных масс.
|
|
|
|
а |
б |
|
|
|
|
в |
г |
|
|
|
|
д |
е |
|
|
|
|
ж |
з |
Рисунок 2 – Фрагменты тканей органов крыс при отравлении глифосатом (окраска гематоксилином Эрлиха, эозином 0,4% водным, увеличение Х310):
а – сердце; б – легкие; в – печень; г – почка; д – селезенка; е – стенка желудка; ж – стенка тонкого кишечника; з – стенка толстого кишечника
Легкие неравномерно кровенаполнены (рисунок 2б). В просветах сосудов расположены эритроциты, гомогенные эозинофильные массы. Стенки артериальных сосудов имеют нечеткую структуру. Вены неравномерно расширены, стенки их тонкие. Бронхи неправильной геометрической формы, покрытые внутри однослойным многорядным цилиндрическим мерцательным эпителием, которые местами десквамированы. Просветы артериол расширены, некоторые сливаются по две-три.
Печень снаружи покрыта соединительнотканной капсулой (рисунок 2в). В срезах печени кровенаполнение неравномерное. Между дольками местами определяются прослойки нежной соединительной ткани. В печеночных триадах просматриваются поперечные срезы артерии с утолщенной и веной с тонкой стенкой. Также же видны скопления микрофагов (на рис. 2в указаны стрелкой черного цвета). В центре долек расположены центролобулярные вены, в просветах определяются эритромассы, кровенаполнение снижено. Цитоплазма гепатоцитов зернистая с единичными мелками круглыми пустотами. Ядра клеток базофильные, с четкой структурой. В части гепатоцитов ядра не видны, структура нечеткая. Синусойды расширены. Определяются микрофаги.
В срезах почек определяется соединительнотканная капсула (рисунок 2г). Клубочки почек в корковом слое имеют круглую форму. Капилляры клубочков, покрытые мезотелием, заполнены неравномерно эритроцитами. Полости капсул клубочков свободные. Внутри проксимальные канальцы покрыты кубическим эпителием эозинофильной окраски. У дистальных канальцев более светлый эпителий. Просветы собирательных трубочек шире, чем у канальцев. Они состоят из цилиндрического эпителия, расположенного на базальной мембране. В ¼ части канальцев, если ориентироваться по полям зрения, наблюдается десквамация эпителия до базального слоя клеток, слущенные пласты видны в просветах канальцев (на рисунке 2г указаны стрелкой черного цвета).
В срезах селезенки снаружи определяется тонкая плотная соединительнотканная капсула (рисунок 2д). В красной пульпе расположены немногочисленные эритроциты. В белой пульпе лимфатические клетки в виде небольших скоплений около сосудов, местами с формированием редких крупных фолликулоподобных структур с маргинальным слоем без реактивного центра.
Отмечается неравномерное кровенаполнение стенки желудка, запустевшие артерии, малокровные вены (рисунок 2е). Слизистая желудка покрыта однослойным однорядным цилиндрическим железистым эпителием. Железы и выводные протоки открываются в дно желудочной ямки. Высота эпителия слизистой желудка меньше, чем в контроле. Мышечная пластинка слизистой оболочки имеет три слоя: внутренний циркулярный, средний продольный и наружный циркулярный. Подслизистая стенки желудка отображается слабо. В подслизистом слое имеются единичные лимфатические клетки и скопления эозинофильных масс. Мышечная оболочка состоит из внутреннего косо направленного, среднего циркулярного и наружного продольного слоев. Снаружи желудок покрывает серозная оболочка.
Кровенаполнение тонкого кишечника сниженное, ворсины слизистой покрыты однослойным каемчатым эпителием, состоящие из рыхлой волокнистой ткани собственной пластинки и отдельных гладкомышечных клеток. В срезах слизистая представлена с нечеткой структурой, бокаловидные клетки редкие и мелкие, крипты трубчатой формы. Подслизистая состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани со скоплениями эозинофильных масс. Мышечная оболочка тонкой кишки представлена двумя слоями: внутренним циркулярным и наружным продольным.
Стенка толстого кишечника состоит из слизистой, подслизистой, мышечной и серозной оболочек с отсутствием ворсинок. Слизистая имеет крипты, промежутки которых заполнены волокнистой соединительной тканью. Слизистую оболочку выстилает однослойный цилиндрический каемчатый эпителий с большим количеством бокаловидных клеток.
В гистологических препаратах внутренних органов крыс, при действии глифосата на уровне 5 ПДК и лечении КС (рисунок 3) строение сердца, почек, легких, желудка, селезенки, кишечника без особенностей. В печени диффузная мелкокапельная жировая дистрофия.
Рисунок 3 – Фрагмент ткани печени крыс при отравлении глифосатом
и лечением КС (окраска гематоксилином Эрлиха, эозином 0,4 % водным,
увеличение Х310)
|
а |
|
Рисунок 4 – Фрагменты тканей легких и печени крыс при отравлении глифосатом и лечением ТА (окраска гематоксилином Эрлиха, эозином 0,4 % водным, увеличение Х310): а – легкие; б – печень
В гистологических препаратах органов белых крыс, при отравлении глифосатом и применении лечебного средства ТА, строение сердца, почек, селезенки, желудка, кишечника без видимых изменений. В легких обнаружена кровь в просветах бронхов и альвеол (на рисунке 4а указаны стрелкой черного цвета). В печени жировая мелкокапельная дистрофия единичных гепатоцитов (рисунок 4б).
|
|
|
|
а |
б |
|
|
|
|
в |
г |
|
|
|
|
д |
е |
Рисунок 5 – Фрагменты тканей органов крыс группы при отравлении глифосатом и лечением НС (окраска гематоксилином Эрлиха, эозином 0,4 % водным, увеличение Х310): а – сердце; б – легкие; в – печень; г – почка; д – селезенка; е – стенка толстого кишечника
При действии глифосата и лечении НС во внутренних органах крыс было отмечено набухание стенок артерий (на рисунке 5а указано стрелкой черного цвета), истончение вен. В сердце признаки дезориентации кардиомиоцитов. В легких очаговая эмфизема. Вокруг сосудов инфильтрация лимфатическими клетками и эозинофилами. Эритроциты в бронхах и некоторых альвеолах (на рисунке 5б указано стрелкой черного цвета). В печени жировая дистрофия, инфильтрация стромы лимфоцитами (рисунок 5в). В почках межуточные скопления лимфатических клеток (на рисунке 5г указано стрелкой черного цвета), десквамация эпителия канальцев. В селезенке на фоне малокровия красной пульпы повышенное содержание лимфатических клеток в белой пульпе (рисунок 5д). Строение желудка и тонкого кишечника без особенностей. В толстом кишечнике инфильтрация лимфатическим клетками и эозинофилами (рисунок 5е).
Таким образом, антитоксические средства (ксимедон-С, ТА, натрия сульфид) используемые при отравлении белых крыс глифосатом на уровне 5 ПДК в разной степени приводили к отмене токсического влияния на внутренние органы опытных животных. Токсическое действие на сердце, почки, желудок, кишечник и селезенку значительно снижался при использовании ксимедона-С и препарата под шифром ТА. Сульфид натрия же не проявлял антитоксическое действие на внутренние органы опытных животных при отравлении глифосатом.
Выводы. Проведенные исследования показали, что отравление белых крыс глифосатом из группы гербицидов на уровне 5 ПДК оказывало значительное влияние на их внутренние органы. У опытных животных нарушалась гемоциркуляция, гемореология. Проявлялись некробиотические изменения, местами с признаками воспалительной клеточной реакции, межуточными отеками и десквамацией эпителия канальцев. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что из изученных антитоксических средств при отравлении данным пестицидом наиболее положительный эффект на состояние внутренних органов оказал ксимедон-С, менее результативным был экспериментальный образец на основе тетраазатрициклосоединения (ТА) и практически не проявил лечебного действия – сульфид натрия.
1. Chekrysheva VV, Vasilenko VN. [Efficiency of a new drug for increasing the natural resistance of animals]. Veterinariya i kormlenie. 2025; 1. 84-86 p. https://doi.org/10.30917/ATT-VK-1814-9588-2025-1-17. EDN: https://elibrary.ru/RMHXMF
2. Slastya IV. [Assessment of the ecological and toxicological danger of pesticide use]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.16. 1(76). 53-60 p. https://doi.org/https://doi.org/10.53914/issn20712243_2023_1_53. DOI: https://doi.org/10.53914/issn2071-2243_2023_1_53; EDN: https://elibrary.ru/OYVYJW
3. Musin RR, Ganiev IM, Tremasova AM. [Evaluation of the embryotoxic and teratogenic effects of a new complex antifungal drug]. Mezhdunarodnyy vestnik veterinarii. 2024; 4. 100-106 p. https://doi.org/https://doi.org/10.52419/issn2072-2419.2024.4.100. EDN: https://elibrary.ru/SDRJTO
4. Amirov MF, Toloknov DI. [Formation of spring wheat yield depending on the use of mineral fertilizers, microelements and herbicides in the conditions of the Republic of Tatarstan]. Plodorodie. 2020; 3(114). 6-9 p. https://doi.org/https://doi.org/10.25680/S19948603/2020/114/01. DOI: https://doi.org/10.25680/S19948603.2020.114.01; EDN: https://elibrary.ru/XGPXVW
5. Yamalova GR, Khalikova KF, Malanev AV. [Pathomorphological studies of rat organs in case of cyanopyrethroid poisoning and the use of medicinal products]. Problemy veterinarnoy sanitarii, gigieny i ekologii. 2021; 3(39). 343-349 p. https://doi.org/https://doi.org/10.36871/vet.san.hyg.ecol.202103016. EDN: https://elibrary.ru/EAMDQP
6. Mishina NN, Aleev DV, Yamalova GR. [In vitro characteristics of natural sorbents to a neonicotinoid pesticide]. Veterinarnyy vrach. 2023; 3. 4-9 p. https://doi.org/10.33632/1998-698X202334. EDN: https://elibrary.ru/HGAOFS
7. Tarasova EYu, Kashevarov GS, Saitov VR. [Study of the protective effect of prophylactic complexes on the ultrastructure of rabbit hepatocytes with combined mycotoxicosis]. Veterinarnyy vrach. 2023; 1. 57-63 p. https://doi.org/https://doi.org/10.33632/1998-698X_2023_1_57. EDN: https://elibrary.ru/WBOSJJ
8. Larina YuV, Ezhkov VO, Ezhkova AM. [Pathomorphological changes in the body of white rats with the use of nanocomposite selecel]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; 1 (99). 235-238 p. https://doi.org/https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-235-238 EDN: https://elibrary.ru/MIWLCO
9. Spiridonov YuYa, Nikitin NV. [Glyphosate-containing herbicides – features of their application in wide practice of plant growing]. Vestnik zashchity rasteniy. 2015; 4(86). 5-11 p. EDN: https://elibrary.ru/VPZNJV
10. Zhantasov KT, Shalataev SSh. Kadirbaeva AA. [Current state and prospects of glyphosate production]. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2014; 12. 156-159 p. EDN: https://elibrary.ru/TKUGOF
