Автореферат и диссертация по медицине (14.01.27) на тему: Влияние алкогольной интоксикации самок крыс до зачатия на содержание макро- и микроэлементов в различных органах потомства
Оглавление диссертации Березкина, Елена Сергеевна :: 2010 :: Москва
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Научный руководитель: доктор медицинских наук, проф. А.В. Скальный
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1. Анализ изменений элементного состава печени, почек, семенников, сердца, кожи половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами.
3.2. Анализ изменений элементного состава в структурах мозга половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами.
3.3. Изменения элементного состава в структурах головного мозга у половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, на фоне коррекции сульфатом цинка в период беременности и лактации.
3.4. Изменения соотношений содержания макро- и микроэлементов в органах и тканях половозрелого потомства алкоголизированных до спаривания с интактными самцами самок крыс.
Введение диссертации по теме "Наркология", Березкина, Елена Сергеевна, автореферат
В последнее время в России наблюдается увеличение числа женщин, злоупотребляющих алкоголем (Кошкина Е.А. Киржанова В.В., 2008; Альтшулер В.Б., Мохначев С.О., 2008), в том числе и в период беременности. Среди последствий воздействия алкоголя на плод ведущее место занимают изменения в головном мозге, проявляющиеся на разных этапах постнатального развития нарушениями когнитивных функций, включая расстройства внимания, трудности обучения, ухудшение памяти и др. (Арзуманов Ю.Л., 2001; Альтшулер В.Б., Кравченко C.JL, 2008).
Вызывает тревогу сложившееся представление, что употребление слабоалкогольных напитков и алкоголя в умеренных количествах до наступления беременности считается безопасным для потомства. Это представление особенно распространено среди подростков.
Употребление алкоголя приводит к метаболическим и функциональным нарушениям практически всех систем организма (Иванец Н.Н., 2008). В литературе встречаются данные о влиянии алкогольной интоксикации на обмен отдельных макро- и микроэлементов в организме матери и потомства (Rosenbaum J.S., Zidenberg-Cherr S., Keen C.L. 1991; Connor J.R., 1994; Menzano E., Carlen P.L., 1994; Goyer R.A., 1995; Keiver K. et al., 1997; Kohgo Y. et al., 2005; Cylwik В., Chrostek L., Szmitkowski M., 2008 и др.). Однако эти сведения немногочисленны и носят фрагментарный характер. При этом, в известной степени, открытым остаётся вопрос, изменяется ли минеральный обмен у потомства матерей, которые прекратили употреблять алкоголь, приняв решение родить ребёнка.
В организме человека содержится весь спектр химических элементов (ХЭ), присутствующих в окружающей среде. Некоторые из них, возможно, проходят через организм «транзитом», не принимая участия в процессах жизнедеятельности, но большая часть ХЭ участвует в реализации метаболических процессов и физиологических функций. Спектр биологического действия макро- и микроэлементов широк и определяется многообразием их взаимодействий с ферментами, гормонами, нейромедиаторами, витаминами, пептидами и другими биологически активными веществами (Авцын А.П. с соавт., 1991; Тутельян В.А. с соавт., 2002; Скальная М.Г., Нотова С.В., 2004; Оберлис Д. с соавт., 2008). По мнению ряда авторов, нарушение минерального обмена может быть одним из пусковых механизмов метаболических расстройств при алкогольной интоксикации (Скальный А.В., 1990; Новоселов Я.Б., 2000; Панченко Л.Ф. и соавт., 2004; Keen C.L. et al., 1997 и др.).
В ряде исследований показана эффективность антенатальной профилактики нарушений микронутриентного статуса младенцев, особенно при наличии патологических процессов в организме матери (Журавлева Е.А. и соавт., 2007; Molloy A.M. et al., 2008; Zeisel S.H., 2008 и др.). В частности, в США женщинам, употребляющим алкогольные напитки в повышенных количествах, рекомендуется перед зачатием проходить курс коррекции, включающий наряду с приемом фолиевой кислоты и холина препараты цинка (Keen C.L. et al., 2010). Однако экспериментальных работ, посвященных антенатальной коррекции метаболизма макро- и микроэлементов у половозрелого потомства алкоголизированных до наступления беременности матерей в доступной нам литературе не обнаружено.
Имеющиеся литературные данные свидетельствуют о том, что препараты цинка могут быть использованы в качестве корригирующих средств, так как дефицит цинка отмечается при алкогольной интоксикации и эмбриофетопатии, вызванной употреблением алкоголя матерью во время беременности (Семенов А.С., Скальный А.В., 2009; Maret W., Sandstead Н.Н., 2008). К тому же, дефицит цинка очень часто обнаруживается у беременных и кормящих женщин, не употребляющих алкоголь, а также у детей (Prasad A.S., 1983, 2009; Oberleas D., 1996, Yasui M. et al., 1997, DiSilvestro R.A., 2005; Shah D., Sachdev H.P., 2006; Hess S.Y., King J.C., 2009 и др.)
Сказанное выше определяет актуальность настоящего экспериментального исследования.
Цель: Изучить влияние алкогольной интоксикации самок крыс до беременности на содержание макро- и микроэлементов в структурах головного мозга и органах половозрелого потомства.
1. Определить содержание макро- и микроэлементов в органах и структурах головного мозга половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до момента спаривания с интактными самцами.
2. Изучить влияние употребления сульфата цинка самками в периоды спаривания, беременности и лактации на содержание макро- и микроэлементов в структурах мозга половозрелого потомства.
3. Провести анализ соотношений химических элементов в исследуемых структурах головного мозга и органах половозрелого потомства, в том числе и на фоне употребления сульфата цинка.
Впервые получены данные о содержании макроэлементов (кальция (Са), фосфора (Р), калия (К), натрия (Na), магния (Mg)) и микроэлементов (железа (Fe), цинка (Zn), меди (Си) и марганца (Мп)) в органах и структурах головного мозга половозрелых потомков алкоголизированных до беременности самок крыс, и проведен их сравнительный анализ с содержанием ХЭ у интактных животных.
Впервые установлено, что употребление алкоголя самками до спаривания с интактными самцами проявляется у половозрелого потомства перераспределением ХЭ между органами и тканями, что приводит к увеличению содержания Са, К, и Na в печени, Р в почках и К в сердечной мышце. В изученных структурах головного мозга наблюдается снижение уровня Na, Mg, К, Fe, Zn в коре, в белом веществе - Са, Р, Fe, Мп, в гиппокапмпе - Мп. В мозжечке снижение содержание Мп отмечается на фоне увеличения уровня Zn.
Впервые установлено, что при воздействии алкоголя на организм матери до зачатия у половозрелого потомства наиболее существенные изменения содержания макро- и микроэлементов отмечаются в печени, коре и белом веществе головного мозга.
Впервые показана эффективность анте- и постнатальной коррекции сульфатом цинка последствий воздействия алкоголя на организм матери до беременности. Положительный терапевтический эффект сульфата цинка выражается в нормализации уровня Мп в мозжечке и гиппокампе, К, Na, Mg, Fe, Zn в коре, Са, Р, Fe, Мп в белом веществе головного мозга половозрелых потомков, что предотвращает развитие патологии, вызванной дефицитами этих ХЭ.
Положения, выносимые на защиту
1. Отмена алкоголя (после непродолжительного его употребления) самками крыс до спаривания с интактными самцами, а также в период беременности и вскармливания не предупреждает развития дисбаланса макро- и микроэлементов в органах и структурах головного мозга половозрелого потомства.
2. Наиболее чувствительным к последствиям воздействия алкоголя на организм самок крыс является элементный состав печени, коры и белого вещества головного мозга половозрелого потомства.
3. Дисэлементозы в структурах мозга половозрелого потомства самок, подвергавшихся алкогольной интоксикации до спаривания с интактными самцами, в значительной степени, поддаются коррекции при употреблении водного раствора сульфата цинка самками в период беременности и лактации.
4. При воздействии алкоголя на организм самок крыс до спаривания с интактными самцами существенным образом изменяется абсолютное содержание макро- и микроэлементов в органах и структурах головного мозга половозрелого потомства.
5. Соотношение химических элементов в органах и структурах головного мозга половозрелого потомства изменяется в меньшей степени, чем показатели абсолютного содержания химических элементов, в том числе, и при использовании в качестве корригирующего средства сульфата цинка.
Результаты работы могут быть использованы в педагогическом процессе медицинских, фармацевтических ВУЗов, а также биологических, химических и педагогических кафедр для освещения одного из аспектов влияния алкогольной интоксикации матери до беременности на здоровье потомства. Выявленные дисэлементозы в органах и структурах головного мозга половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, указывают на развитие нарушений метаболических процессов и физиологических функций в период постнатального развития и свидетельствуют о необходимости поиска способов анте- и постнатальной коррекции негативных последствий алкогольной интоксикации самок до беременности и перспективности этого направления.
Сульфат цинка и другие соединения цинка могут рассматриваться в качестве средств, корригирующих негативные последствия непродолжительного употребления алкоголя самками крыс на обменные процессы в головном мозге и органах половозрелого потомства.
Назначение препаратов цинка в период беременности и вскармливания при наличии воздействия алкоголя на организм самок до зачатия усиливает компенсаторно-приспособительные реакции, которые обеспечивают сохранение структурных основ гомеостаза на молекулярном уровне в ЦНС и организме в целом.
Материалы диссертации доложены на VIII конференции ISTERH (The International Society for Trace Element Research in Humans) «Trace Elements in Diet, Nutrition and Health: Essentiality and Toxicity» (Крит, Греция, октябрь, 2007); Всероссийской научной конференции с международным участием «Физиолого-гигиенические проблемы экологии человека» (Белгород, май 2007); 1-ом Российском национальном конгрессе по наркологии (Москва, ноябрь 2009); на проблемной комиссии в ФГУ «Национальный научный центр наркологии» (Москва, апрель 2010); 4-м Международном симпозиуме FESTEM по изучению микроэлементов и минералов в медицине и биологии (4th International Symposium on Trace Elements and Minerals in Medicine and Biology) (Санкт-Петербург, июнь 2010).
Публикация результатов исследования
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из которых 3 статьи опубликованы в журналах по перечню ВАК Министерства образования и науки РФ и 2 главы в коллективной монографии.
Внедрение результатов исследования
Результаты работы внедрены в исследовательской деятельности Института биоэлементологии ГОУ «Оренбургский государственный университет», ФГУН «Институт токсикологии» ФМБА России, в педагогическом процессе на кафедре нутрициологии и биоэлементологии
ГОУ «Оренбургский государственный университет», на кафедре нормальной физиологии Российского университета дружбы народов. По результатам выполненной работы было обосновано профилактическое значение включения аспрагината цинка в рецептуру специализированного напитка «Университетский» производства ОАО «Живая вода» (г. Оренбург).
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения и обсуждения собственных данных, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа проиллюстрирована 18 рисунками и 16 таблицами. Список использованной литературы содержит 193 источников, в том числе 72 отечественных и 121 иностранный.
Заключение диссертационного исследования на тему "Влияние алкогольной интоксикации самок крыс до зачатия на содержание макро- и микроэлементов в различных органах потомства"
1. У половозрелого потомства самок крыс, употреблявших до спаривания алкоголь, в печени, почках и сердечной мышце отмечены изменения только в содержании макроэлементов (увеличение уровня К, Na, Са в печени, Р в почках, К в сердечной мышце). Эти данные позволяют предполагать вероятность развития нарушений функционирования печени, мочевыводящей и сердечно-сосудистой систем, в регуляции которых существенная роль принадлежит указанным макроэлементам. Употребление алкоголя самками крыс до спаривания не влияет на элементный состав семенников и кожи половозрелых потомков.
2. У половозрелого потомства самок крыс, употреблявших до спаривания алкоголь, в коре головного мозга снижено содержание Na, Mg, К, Fe и Zn, в мозжечке снижен уровень Мп и повышен уровень Zn; в гиппокампе снижен уровень Мп; в белом веществе головного мозга снижено содержание Са, Р, Fe и Мп. Выявленные изменения могут быть одной из причин повреждения нейронов, гипервозбудимости, когнитивных расстройств и нарушения функционирования мышечной ткани.
3. Употребление самками после отмены алкоголя водного раствора сульфата цинка в периоды спаривания, беременности и лактации приводит у половозрелых потомков к нормализации уровней К, Na, Mg, Fe, Zn в коре головного мозга, Мп в мозжечке и гиппокампе. При этом наблюдается увеличение содержания К, Na и Fe в мозжечке, К, Mg и Zn в гиппокампе.
4. Изменение соотношений химических элементов, являющихся функциональными антагонистами, в печени, миокарде и почках половозрелого потомства свидетельствует о нарушении водно-солевого и кальций-фосфорного обмена в организме, тогда как в структурах головного мозга преобладают нарушения соотношений химических элементов, влияющих на синтез и метаболизм нейромедиаторов. Действие сульфата цинка проявляется разнонаправленными изменениями соотношений химических элементов в структурах мозга половозрелого потомства, в основном, в сторону нормализации.
5. Полученные результаты свидетельствуют о нарушении обмена макро-и микроэлементов у половозрелого потомства самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, и позволяют предположить, что изменения абсолютного и относительного содержания химических элементов могут оказывать влияние на металло-лигандный гомеостаз и, как следствие этого, способствовать развитию функциональных расстройств.
Настоящее исследование было направлено на решение двух основных задач, одна из которых заключалась в изучении влияния непродолжительного употребления алкоголя самками крыс до спаривания с интактными самцами на обмен макро- и микроэлементов во внутренних органах и структурах головного мозга их половозрелых потомков. Решение второй задачи должно было дать ответ на вопрос об эффективности употребления этими самками водного раствора сульфата цинка в период зачатия, беременности и лактации для коррекции изменений минерального обмена в структурах головного мозга половозрелого потомства. В качестве исследуемых ХЭ нами были выбраны макроэлементы К, Na, Са, Mg, Р и микроэлементы Fe, Zn, Си, Мп.
В результате выполненного исследования нам удалось выявить существенные изменения в минеральном обмене у половозрелого потомства самок, которые до спаривания с интактными самцами на протяжении 20 дней употребляли 15% раствор этанола в качестве единственного источника жидкости. Так, в печени половозрелого потомства этих самок наблюдалось достоверное увеличение содержания макроэлементов кальция, калия и натрия на фоне тенденции к увеличению уровней магния и фосфора. Помимо этого, в печени отмечалась тенденция к снижению содержания микроэлемента цинка на фоне тенденции к повышению уровней его функциональных антагонистов меди и марганца. В данном органе отмечено повышение содержания большинства ХЭ, что может указывать на изменение минерального обмена в данном органе и, как следствие этого, на нарушение функциональной активности печени (Скальный А.В., 2000). Один из механизмов увеличения содержания большинства из изучаемых химических элементов на фоне относительного дефицита цинка в печени может быть связан с индукцией синтеза металлотионеинов I и II и других металлоферментов (Taubeneck M.W. et al., 1994).
В почках половозрелого потомства было отмечено достоверное увеличение уровня лишь одного из исследуемых ХЭ - фосфора. Почка является главным регулирующим органом поддержания баланса фосфора, который находится в организме в виде различных фосфатов. С мочой выделяется 2/3 растворимых одно- и двузамещенных фосфатов натрия и калия и 1/3 фосфатов кальция и магния. В условиях нормального функционирования почка экскретирует фосфаты в количествах, приближающихся к величине поглощаемого кишечником фосфатов, и таким образом, поддерживается гомеостатическое равновесие (Kuntziger Н., Amiel С., 1978).
Алкоголь может вызывать как повышение уровня фосфатов (гиперфосфатемия), так и снижение (гипофосфатемия). Провоцировать гиперфосфатемию могут почечная недостаточность или повышенное высвобождение фосфатов из клеток в плазму на фоне сниженной почечной функции (Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А., 2008).
Нам не удалось обнаружить различий в содержании натрия и калия в почках потомства, рожденного от самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, хотя в литературе встречаются данные о снижении экскреции натрия и калия почками при алкоголизме.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что у половозрелого потомства, рожденного от самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, изменение минерального обмена в почках проявляется увеличением содержания фосфора, что, по-видимому, может указывать на риск развития нарушений почечной функции.
В сердечной мышце нами было обнаружено достоверное увеличение уровня калия и тенденция к повышению содержания магния, натрия и фосфора. Одна из основных функций калия в организме связана с его участием в регуляции деятельности сердечной мышцы. Калий, как известно, замедляет ритм сердечных сокращений. Однако значительное увеличение содержания калия может привести к нарушению сократимости сердечной мышцы (Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А., 2008; Langer G.A., 1968). Известно, что резко выраженная гиперкалиемия может сопровождаться риском внезапной остановки сердца. Уровень калия повышается при недостаточности функции почек, надпочечников и некоторых других патологиях (Барашков Г.К., 2007).
Следует отметить, что изменение уровня калия в организме наиболее часто сопровождается нарушением содержания других ХЭ, а именно магния, натрия, кальция и фосфора (Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А., 2008). Полученные нами экспериментальные данные, согласно которым достоверное повышение уровня калия в миокарде наблюдается на фоне тенденции к увеличению содержания магния, натрия и фосфора, подтверждают тесную взаимосвязь метаболизма калия с обменом магния, натрия и фосфора.
В семенниках и коже половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до момента спаривания с интактными самцами, достоверных изменений в содержании исследуемых ХЭ отмечено не было. Следует отметить лишь тенденцию к снижению содержания фосфора в семенниках и тенденцию к повышению содержания магния в коже. Отсутствие существенных изменений, по-видимому, указывает на незначительный риск возникновения метаболических и физиологических нарушений в репродуктивной системе потомства и кожных покровах.
Таким образом, даже непродолжительная алкогольная интоксикация самок крыс до спаривания с интактными самцами отражается на составе ХЭ в организме половозрелого потомства, что, вероятно, является следствием метаболических нарушений, развившихся в организме этих самок под действием алкоголя. Хотелось бы особо подчеркнуть, что отмена алкоголя в периоды спаривания, зачатия, беременности и лактации не предупреждает развития выраженных изменений минерального обмена в печени, миокарде и почках половозрелого потомства. Полученные нами результаты подтверждают ошибочность сложившегося в обществе представления, что употребление слабоалкогольных напитков и алкоголя в умеренных количествах до наступления беременности безопасно для потомства.
Этанол является одним из многих факторов, изменяющих при воздействии на организм обмен макро- и микроэлементов. Дисбаланс ХЭ является индикатором изменений обмена веществ на разных уровнях организации. Примерами других патогенных факторов, способных вызывать дисбаланс ХЭ являются хроническая интоксикация кадмием (Залавина С.В., 2008; Кияева Е.В., 2009; Семенов А.С., Скальный А.В., 2009), свинцом (Скальный А.В. с соавт., 1997, Скальный А.В., Быков А.Т., Лимин Б.В., 2002 и др.) вибрация (Залавина С.В., Скальный А.В., Кузьменко Д.Б., 2008) и некоторые другие. В экспериментальной работе С.В. Залавиной с соавт. (2009) показана коррекция последствий для потомства крыс хронической интоксикации кадмием посредством введения цинка в организм матери во время беременности.
В нашем исследовании был сделан акцент на изучении элементного состава структур головного мозга потомства самок крыс, подвергавшихся алкогольной интоксикации до зачатия с интактными самцами. Кроме этого на примере структур мозга потомства мы показали возможность коррекции изменений со стороны макро- и микроэлементов введением самкам сульфата цинка в период зачатия, беременности и лактации.
При анализе полученных результатов по структурам мозга потомства обращают на себя внимание следующие факты. У половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, во всех исследуемых структурах мозга в отличии от изученных органов и тканей наблюдается либо снижение содержания ХЭ, либо отсутствие изменений в содержании ХЭ, и только в мозжечке выявлено увеличение уровня цинка. Показано, что внутриклеточная аккумуляция ионов цинка способствует повреждению нервных клеток (Sensi S.L. et al., 2003).
В коре и белом веществе головного мозга половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, изменения минерального обмена были более выражены, чем в мозжечке и гиппокампе - более древних структурах. Так, в коре обнаружено снижение содержания калия, натрия, магния, железа и цинка, в белом веществе - снижение содержания калия, кальция, фосфора, железа и марганца. Тогда как в мозжечке отмечалось снижение содержания марганца на фоне увеличения уровня цинка, а в гиппокампе - снижение содержания марганца и тенденция к снижению содержания железа.
Снижение уровней калия и натрия в коре головного мозга не может не отразиться на трансмембранном переносе ионов К+ и Na+ через потенциалзависимые К+- и Na+- каналы, а также на работе K+,Na+-ATO насоса и, как следствие этого, на возникновении потенциала действия, инициирующего проведение нервного импульса. Функционирование K+,Na+-ATO насоса существенным образом зависит от магния, уровень которого также был снижен в коре головного мозга половозрелого потомства.
Одна из функций магния в организме связана с регуляцией нейрохимической передачи, и эта регуляция проявляется снижением возбудимости нейронов (Вага М., Guet-Bara A., Durlach J., 1993). В связи с этим можно предположить, что при дефиците магния возбудимость нейронов, по-видимому, увеличивается. Показано, что длительный дефицит магния влечет за собой неврологические расстройства, такие как гипервозбудимость, конвульсии, нарушение памяти и др. (Gunter Т., 1990). Это согласуется с данными литературы о гипервозбудимости и других нарушениях работы нервной системы у потомков матерей, злоупотребляющих алкоголем (Скальный А.В., 1990; Jones K.L., 1975; Jones K.L., Smith D.W., 1975; Abel E.L., 2009 и др.).
При дефиците железа нарушается процесс миелинизации нервных волокон, при этом может наблюдаться снижение скорости проведения сигналов и несанкционированное возбуждение соседних аксонов (Breymann С. et al., 1995). С этих позиций выявленное нами снижение содержания железа в коре головного мозга, а также в белом веществе и гиппокампе головного мозга позволяет обсуждать изменение скорости распространения нервных импульсов в этих структурах мозга. Последствия снижения скорости проведения сигналов и распространение возбуждения на соседние аксоны, вполне вероятно, могут проявляться повышенной возбудимостью потомства, рожденного самками, которые до спаривания с интактными самцами употребляли алкоголь.
Необходимо отметить, что в условиях хронической алкогольной интоксикации отмечается увеличение уровня железа в мозжечке при отсутствии изменения содержания железа в коре головного мозга (Xia J. et al., 1999). В связи с этим довольно трудно ответить на вопрос, почему у половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, наблюдается снижение уровня железа в гиппокампе, в коре и белом веществе головного мозга. С определённой степенью осторожности, можно объяснить перераспределением железа и, соответственно, Fe-содержащих соединений в структурах ЦНС и организме в целом. Вероятно, выявленное нами снижение содержания железа в коре головного мозга и гиппокампе позволяет говорить о гипоксическом состоянии этих стуктур, что может приводить к нарушению когнитивных процессов у половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами.
Заслуживает внимания и выявленное нами у этого потомства снижение содержания марганца в белом веществе, мозжечке и гиппокампе головного мозга, при этом наиболее выраженное снижение уровня марганца было отмечено в мозжечке. Одна из функций марганца в организме связана с участием в процессах синтеза и метаболизма нейромедиаторов (Erikson К.М., 2003). Отсутствие данных о содержании нейромедиаторов в мозжечке и, прежде всего, ацетихолина позволят высказать лишь гипотетическое предположение о том, что дефицит марганца в этой структуре мозга может проявляться нарушением функционирования мышечной ткани на уровне сократимости мышечных волокон. Следствием этого может быть нарушение мышечного тонуса и координации движений у половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами.
Физиологическая роль марганца в организме не ограничивается его участием в процессах синтеза и метаболизма нейромедиаторов. Марганец препятствует свободно-радикальному окислению, тем самым обеспечивая стабильность структуры клеточных мембран (Aschner М., 2007). Можно согласиться С. Keen (1994) и рассматривать снижение уровня марганца в гиппокампе как этиологический фактор нарушения когнитивных функций у половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами.
В мозжечке этого половозрелого потомства было обнаружено и повышение содержание цинка на 42%, тогда как в коре головного мозга содержание цинка, напротив, было снижено на 47%. Исходя из физиологической роли цинка в организме, в частности, его активирующего влияния на клеточное деление и синтез белков (Prasad A.S., 1983; Sandstead Н.Н., 1986), А.В. Скальный (1990) рассматривает снижение уровня этого элемента в коре головного мозга в качестве одного из механизмов нарушения когнитивных функций и изменения двигательной активности.
Следует обратить внимание на интересную закономерность: у половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, во всех исследуемых структурах мозга в отличие от периферических органов наблюдается либо снижение содержания ХЭ, либо отсутствие изменений в содержании ХЭ, и только в мозжечке выявлено увеличение уровня цинка. В коре и белом веществе головного мозга половозрелого потомства самок крыс, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, изменения минерального обмена были более выражены, чем в мозжечке и гиппокампе - более древних структурах.
Таким образом, полученные результаты дают основание утверждать, что употребление алкоголя самками крыс до спаривания с интактными самцами существенным образом влияет на обмен макро- и микроэлементов не только в периферических органах, но и в различных структурах мозга половозрелого потомства. Выявленный дисбаланс ХЭ дает основания предполагать, что даже относительно непродолжительное воздействие алкоголя на организм матери до беременности может повлечь за собой неблагоприятные последствия для развития нервной системы потомства. Изменения содержания макро- и микроэлементов в исследуемых структурах мозга половозрелого потомства алкоголизированных до беременности самок крыс послужило основанием для разработки способов и средств для коррекции этих изменений.
В данном исследовании в качестве средства коррекции мы выбрали сульфат цинка. При выборе сульфата цинка в качестве корригирующего средства мы опирались на известные данные литературы, согласно которым цинкзависимыми являются более 200 ферментов (Панченко Л.Ф., Маев И.В., Гуревич К.Г., 2004), в том числе основные ферменты метаболизма этанола (АДГ и АльДГ).
Цинк выполняет ряд важных функций в ЦНС, он является кофактором белков, важных для синтеза ДНК, белков детоксикации окислительных радикалов, синтеза нейромедиаторов и др. (Скальный А.В.,
2003). Цинк также играет важную роль в модуляции работы
2+ нейрорецептров. Кроме этого, ионы цинка Zn могут выступать в роли нейромедиатора, накапливаясь и высвобождаясь из синапсов и воздействуя на пре- и постсинаптические сайты (Yasui М. et al., 1997). По мнению ряда авторов, миелинизация является цинк-зависимым процессом (Liu Н. et al., 1992). Проявления дефицита цинка в мозге ассоциируются с такими нейродегенеративными заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и амиотрофический боковой склероз (Yasui М. et al., 1997).
В экспериментальных исследованиях показано, что при введении цинка животным на фоне алкогольной интоксикации повышается активность системы антиоксидантной защиты (Скальный А.В., 1990). По-видимому, это происходит вследствие изменения под влиянием цинка соотношения металлов с про- и антиоксидантными свойствами (Скальный А.В. с соавт., 1992; Юдина Т.В. с соавт., 2003).
Из данных литературы известно, что цинк необходим для нормального функционирования ЦНС: развития когнитивной сферы и формирования поведенческих реакций (Abel E.L., 1996). Многие нейрофизиологические процессы сопровождаются значительными сдвигами содержания свободной и связанных форм цинка в различных структурах мозга (Michalke В. et al., 2009). Недостаточность цинка у беременных сопровождается слабостью родовой деятельности, а также приводит к широкому спектру врожденных уродств у новорожденных — микроцефалии, расщеплению верхней челюсти, твердого неба (Скальный А.В., 2003; Семенов А.С., Скальный А.В., 2009; Abel E.L., 1996; King J.C., 2001).
При обсуждении полученных нами результатов мы столкнулись с определенными трудностями, так как в доступной нам литературе отсутствуют данные о влиянии сульфата цинка на содержание макро- и микроэлементов в структурах мозга в условиях, аналогичных нашему эксперименту.
Особый интерес, наш взгляд, вызывают изменения содержания изучаемых ХЭ в коре головного мозга. Так, в коре головного мозга потомства алкоголизированных до спаривания самок крыс наблюдалось снижение уровней калия, натрия, магния, железа и цинка. Если алкоголизированные самки крыс за день до спаривания переводились с потребления этанола на потребление водного раствора сульфата цинка, который они получали и в период зачатия, беременности и вскармливания, то у их половозрелого потомства отмечалось увеличение уровней этих ХЭ до значений, регистрируемых у потомства контрольных самок крыс. Учитывая наличие достоверных различий в содержании калия, натрия, магния, железа и цинка между животными группы А и животными группы A+Zn, можно с уверенностью говорить о том, что нормализация минерального обмена в коре головного мозга произошла под влиянием сульфата цинка.
Вполне возможно, что нормализация минерального обмена в коре головного мозга под влиянием сульфата цинка является одной из причин менее выраженных поведенческих расстройств у половозрелого потомства нарушений ЦНС, в частности, познавательной активности и поведенческих реакций в тесте крестообразного лабиринта на фоне сульфата цинка, чем у потомства алкоголизированных до беременности самок, которые в период вынашивания и вскармливания не получали сульфат цинка (Скальный А.В., 1990).
Не меньшего внимания заслуживают изменения содержания изучаемых ХЭ в мозжечке и гиппокампе опытных групп животных. Так, у животных группы А наблюдалось увеличение в мозжечке уровня марганца на фоне увеличения содержания цинка. У животных группы A+Zn содержание марганца повышалось до значений, регистрируемых у контрольных животных, тогда как уровень цинка оставался повышенным. При этом у животных группы A+Zn в сравнении с контрольными животными наблюдалось достоверное увеличение содержания калия, натрия и железа, а также тенденция к повышению уровней магния, фосфора и меди в мозжечке.
На данном этапе исследования эти результаты позволяют лишь констатировать, что употребление сульфата цинка в период зачатия, беременности и вскармливания алкоголизированными до спаривания самками крыс проявляется у их половозрелого потомства нормализацией в мозжечке уровня марганца и увеличением содержания цинка, калия, натрия, магния, фосфора, железа и меди. Таким образом, под воздействием коррекции сульфатом цинка имеет место аккумуляция макро- и микроэлементов на фоне нормализации содержания марганца в мозжечке.
В гиппокампе у животных группы A+Zn наблюдалась схожая картина - содержание марганца также повышалось до значений контрольной группы. То есть, как и в мозжечке, под влиянием сульфата цинка на организм алкоголизированной до зачатия матери происходила нормализация уровня марганца в гиппокампе потомства. Кроме этого, в гиппокампе отмечалось достоверное увеличение содержания натрия, магния и цинка на фоне тенденции к увеличению калия, а при сравнении с животными контрольной группы - увеличение содержания калия, магния, цинка, меди и тенденции к увеличению уровней кальция и натрия.
Полученные результаты дают основание предполагать, что у половозрелого потомства алкоголизированных до спаривания самок крыс, получавших в период беременности и вскармливания сульфат цинка, наблюдается активация метаболических и физиологических процессов в гиппокампе и мозжечке, реализация которых в значительной степени определяется ХЭ, содержание которых повышенно.
И, наконец, у животных группы A+Zn нам не удалось выявить достоверных изменений в содержании кальция, фосфора, калия, железа и марганца в белом веществе головного мозга ни в сравнении с группой А, ни в сравнении с группой контрольных животных.
Введение сульфата цинка оказывает защитное действие на систему мать-плод, что проявляется частичной компенсацией дисбаланса макро- и микроэлементов у потомства, вызываемого алкогольной интоксикацией матери до беременности. Рядом авторов цинк рассматривается в качестве «универсального» регулятора многих обменных процессов в организме благодаря своему влиянию на активность большого числа ферментных систем, апоптоз, деление клеток и пр. (Prasad A.S., 2009).
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что нормализация содержания калия, натрия, магния, железа и цинка в коре головного мозга, а также уровня марганца в мозжечке и гиппокампе половозрелого потомства является следствием употребления алкоголизированными до спаривания самками сульфата цинка в период зачатия, беременности и вскармливания. При этом остается открытым вопрос о механизме изменения содержания ряда ХЭ в мозжечке, гиппокампе и в белом веществе головного мозга. Повышенная чувствительность филогенетически более «молодых» структур головного мозга, в первую очередь коры, по сравнению с более «древними» структурами вполне объяснима с позиции современной биологии: более высокоорганизованные организмы и сложные ткани особо чувствительны к токсическим воздействиям.
Дисбаланс макро- и микроэлементов проявляется не только изменением абсолютных значений содержания ХЭ по сравнению с контролем, но и изменением соотношений ХЭ. В нашем исследовании мы предприняли попытку проанализировать изменения соотношений некоторых физиологически значимых ХЭ в органах и структурах головного мозга.
Известно, что важная роль в формировании элементного статуса принадлежит различным механизмам регуляции и взаимодействия химических элементов. Химические элементы могут взаимодействовать как между собой, так и с другими биологически активными веществами. Это взаимодействие проявляется в виде синергических и антагонистических эффектов и может осуществляться в пищеварительном тракте, а также в процессах тканевого и клеточного метаболизма (Оберлис
Д. с соавт., 2008; Momcilovic В., 1988; Kirchgessner М., 1993). На уровне тканевого и клеточного метаболизма возможны разные механизмы синергического взаимодействия, например, прямое взаимодействие элементов в метаболических процессах (например, кальций и фосфор при формировании костной ткани, совместное участие железа и меди в образовании гемоглобина); присутствии двух или более ХЭ в активном центре какого-либо фермента при условии их однонаправленного влияния на активность этого фермента.
К антагонистам принято относить ХЭ, которые затрудняют абсорбцию друг друга в желудочно-кишечном тракте или оказывают противоположное влияние на какую-либо биохимическую функцию в организме (Кудрин А.В. с соавт., 2000).
По мнению ряда зарубежных и отечественных ученых, изменения соотношений ХЭ в тканях и органах можно расценивать как показатель нарушений в металло-лигандном гомеостазе (Гладких С.П., Сернов Л.Н., 2002; Барашков Г.К., 2007; Петухов В.И. с соавт., 2008). При этом особенное значение имеет изучению соотношений ХЭ, которые являются функциональными антагонистами, т.к. в этом случае даже небольшие, но разнонаправленные изменения абсолютных значений содержания ХЭ могут стать физиологически и клинически значимыми (Панченко Л.Ф., Маев И.В., Гуревич К.Г., 2004; Оберлис Д. с соавт., 2008).
Для нашего исследования мы выбрали следующие соотношения: соотношения макроэлементов Mg/Ca, Р/Са, K/Na, а также соотношения микроэлементов Zn/Cu, Fe/Zn и Cu/Mn.
В результате выполненного исследования у потомства, алкоголизированных до спаривания самок, нами была выявлена тенденция к увеличению соотношения Cu/Mn в печени, тогда как в почках, напротив, отмечалась тенденция к снижению соотношения этих ХЭ. Кроме этого, в почках было обнаружено достоверное увеличение соотношения Р/Са. В сердечной мышце была обнаружена лишь тенденция к увеличению соотношения Mg/Ca, в семенниках - достоверное снижение соотношения
K/Na, а в коже изменений соотношений ХЭ выявлено не было.
Изменение соотношения Р/Са позволяет говорить о возможном нарушении гомеостаза фосфора и кальция в организме животных группы
А, проявляющегося, вероятно, усиленным выведением кальция через почки и накоплением фосфора в ткани почки.
Заслуживает внимания и тенденция к увеличению соотношения
Mg/Ca, обнаруженная в сердце животных группы А. Ионы магния Mg2+
2+ являются физиологическим антагонистом ионов кальция Са . При изменении внутриклеточного соотношения основных катионов и преобладании ионов Са2+ происходит активация Са2+-чувствительных протеаз и липаз, что приводит к повреждению мембран. Аналогичный механизм лежит в основе способности ионов Mg2+ уменьшать разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования в митохондриях, вследствие чего уменьшается потребность клетки в кислороде. Антагонизмом с
2+ 2+ ионами Са объясняют снижение под действием ионов Mg" АДФиндуцированной агрегации тромбоцитов и подавление других Сазависимых реакций в процессе коагуляции крови (Городецкий В.В.,
Талибов О.Б., 2003). Внутриклеточные ионы магния снижают проводимость натриевых каналов, в результате чего активируется транспорт ионов калия (Вага М., Guet-Bara А., 1984; Вага М., Guet-Bara А.,
Алкогольная интоксикация приводит к усилению компенсаторных механизмов, в результате чего метаболические процессы в нервных клетках поддерживаются на определенном измененном уровне. Поддержание количественных соотношений ХЭ является одним из компенсаторно-приспособительных механизмов, направленных на обеспечение нормального функционирования ЦНС в условиях интоксикации алкоголем (Крыжановский Г.Н., 2002). Однако не все структуры мозга одинаково реагируют на длительное воздействие алкоголя. Изучение соотношений (коэффициенты) содержания химических элементов, вполне возможно, помогут понять, какие процессы происходят в различных структурах мозга половозрелого потомства алкоголизированных до спаривания с интактными самцами самок. С позиций Г.Н. Крыжановского (2002), выявленные нами отклонения в минеральном обмене о потомков алкоголизированных самок можно отнести к так называемой дизрегуляционной патологии - относительно новом направлении в системе биомедицинских наук. Дизрегуляционная патология представляет собой патологию, возникающую вследствие дизрегуляции деятельности и функции клеток, органов, систем и всего организма.
Алкогольная интоксикация самок до зачатия, влияя на обмен веществ у потомства, в целом, вызывает перераспределение макро- и микроэлементов в органах и тканях. В литературе описана связь нарушения взаимодействия между магнием и другими металлами, такими как кальций, алюминий и др., с нарушением высвобождения нейротрансмиттеров в тканях ЦНС (Goyer R.A., 1995).
При изучении соотношений макро- и микроэлементов в коре головного мозга нами получены данные, согласно которым, у животных группы А было достоверно повышено соотношение K/Na, а в группе A+Zn это соотношение оказаось сниженным. Помимо этого у животных группы А было обнаружуно снижение соотношения Cu/Mn. В белом веществе животных группы А отмечалось повышение соотношения Mg/Ca и Р/Са и снижение соотношения Fe/Zn. Введение в рацион самок сульфата цинка не повлекла за собой достоверного восстановления данных соотношений у их потомства. В мозжечке и гиппокампе животных группы А снижение соотношения Fe/Zn на фоне увеличения соотношения Cu/Mn, причем последнее в обеих структурах под влиянием сульфата цинка снижалось, приближаясь к значениям контрольной группы животных. Кроме этого, в мозжечке отмечалось повышение соотношения Zn/Cu в группе А по сравнению с контролем.
Анализ полученных результатов представляет собой некоторые сложности в связи с разнообразием межэлементных взаимодействий в живом организме. Например, широко известно, что цинк входит в состав большого количества важнейших ферментов и выполняет функцию «главного неорганического гормона». Ключевая роль цинксодержащей AJIA-синтазы в синтезе гема позволяет считать цинк регулятором обмена железа. Синтез гема также контролируется и другими ХЭ, например, медью и марганцем. Это является примером действия принципа ингибирования по обратной связи, так как экспрессия синтеза этого фермента тормозится гемом. Кроме того, усвоение и обмен цинка контролируются медью, которая является антагонистом цинка (Барашков Г.К., 2007).
На фоне перераспределения ХЭ в структурах головного мозга изменяются и соответствующие соотношения ХЭ. Разнонаправленные изменения соотношений Cu/Mn, Fe/Zn и Zn/Cu в различных структурах подтверждают сложность и многогранность взаимоотношений ХЭ, а также прямых и обратных связей ХЭ на всех уровнях организации живой системы. Этот же принцип лежит в основе многочисленных взаимодействий между внутри- и внеклеточными ионами Mg и Са . Наиболее часто данные ионы оказывают противоположное действие на активность различных сайтов белков. Увеличение концентрации кальция вне синаптосом значительно снижает концентрацию ионов магния внутри.
В целом, ионы магния Mg являются мощным ингибитором транспорта
2+ ионов кальция Са в различных клетках (Lamb G.D., Stephenson D.G., 1991).
Соотношение Р/Са позволяет оценить скорость энергетических процессов в организме. Соотношение K/Na играет крайне важную роль в гомеостазе всего организма, поэтому даже в условиях стресса оно относительно постоянно.
Анализ исследуемых соотношений позволяет говорить о том, что в опытных группах изменяются как абсолютные показатели, так и соотношения ХЭ, являющихся функциональными антагонистами. Действие сульфата цинка проявлялось повышением содержания ХЭ в структурах мозга, тогда как изменение соотношений носило разнонаправленный характер, но всегда в сторону нормализации.
Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что алкоголизация самок до зачатия влияет на показатели минерального обмена потомства. Наиболее значимые изменения минерального обмена наблюдаются в структурах головного мозга и печени половозрелого потомства. Изменения минерального обмена в структурах мозга потомства поддаются коррекции путем введения в рацион матери сульфата цинка в периоды зачатия, беременности и лактации.