Влияние алкогольной интоксикации самок крыс до зачатия на содержание макро- и микроэлементов в различных органах потомства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ АЛКОГОЛЬНОЙ ИНТОКСИКАЦИИ САМОК КРЫС ДО ЗАЧАТИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНАХ ПОТОМСТВА

14.01.27 - наркология

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

БЕРЕЗКИНА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА

Москва - 2010

Работа выполнена в Институте биоэлементологии ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» (ректор д.э.н., проф. В.П. Ковалевский)

Научный руководитель:

Доктор медицинских наук, Скальный Анатолий Викторович профессор

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Проскурякова Татьяна Васильевна

Доктор биологических наук, Карганов Михаил Юрьевич

профессор

Ведущая организация: Российский университет дружбы народов

Защита состоится « _____ » _________________ 2010 г. в ________ часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 208.051.01 ФГУ ННЦ наркологии Росздрава по адресу: 119002 Москва. Малый Могильцевский переулок, дом 3.

C диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГУ ННЦ наркологии Росздрава по адресу: 119002 Москва. Малый Могильцевский переулок, дом 3.

Автореферат разослан « _____ » _________________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук О.Ф. Львова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. 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 С.Л., 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 и молодежи.

Известно, что употребление алкоголя приводит к метаболическим и функциональным нарушениям практически во всех системах организма (Иванец Н.Н., 2008). В литературе встречаются данные о влиянии алкогольной интоксикации на обмен отдельных макро- и микроэлементов в организме матери и потомства (Скальный А.В., 1990; Rosenbaum J.S., Zidenberg-Cherr S., Keen C.L. 1991; Keiver K. et al., 1997; Kohgo Y. et al., 2005; Cylwik B., 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., 2001; 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. c 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 H.H., 2008). К тому же, дефицит цинка очень часто обнаруживается у беременных и кормящих женщин, не употребляющих алкоголь, а также у детей (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.), в первую очередь со сниженным иммунитетом и нарушениями со стороны центральной нервной системы Prasad A.S., 1983, 2009).

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.

Задачи исследования:

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.

Научная новизна

Впервые получены данные о содержании макроэлементов (кальция (Ca), фосфора (Р), калия (K), натрия (Na), магния (Mg)) и микроэлементов (железа (Fe), цинка (Zn), меди (Cu) и марганца (Mn)) 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 Ca, K, 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 - Ca, P, Fe, Mn, в гиппокапмпе - Mn. В мозжечке снижение содержание Mn 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 Mn в мозжечке и гиппокампе, K, Na, Mg, Fe, Zn в коре, Ca, P, Fe, Mn в белом веществе головного мозга половозрелых потомков, что может предотвратить 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.

Практическая значимость

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.

Апробация работы

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); I-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 источника, в том числе 72 отечественных и 121 иностранный.

интоксикация алкогольный беременность потомство

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методы исследования

Работа выполнена на 227 беспородных белых крысах: 32 самки, 10 самцов, 185 потомков.

Животные содержались в биоклинике Института биоэлементологии ГОУ «Оренбургский государственный университет» (директор д.м.н., проф. А.В. Скальный) в световом режиме день - ночь при температуре +20-24^°С. Основным источником пищи для всех животных служил брикетированный корм №1.

В начале эксперимента животные (32 самки крыс) были разделены на 3 группы. 1-ая группа животных получала 15% раствор этанола в качестве единственного источника жидкости в течение 20 дней (каждая самка в среднем получала 13,3 г/кг этанола в сутки). За день до спаривания с интактными самцами самки 1-ой группы переводились на потребление воды. 2-ая группа животных получала этанол по аналогичной схеме, а за день до спаривания с интактными самцами самки переводились на потребление 0,003%-го водного раствора сульфата Zn (каждая самка в среднем получала 0,05-0,07 мг/кг Zn в сутки). Самки 2-ой группы продолжали получать водный раствор сульфата Zn в течение 45 дней после спаривания, т.е. в период вынашивания и вскармливания потомства. 3-я группа животных на протяжении всего эксперимента получали воду.

Потомство принесли 26 из 32 самок, задействованых в эксперименте. Общее количество потомков составило 185 животных. В первой группе крыс, получавших алкоголь до беременности, потомство принесли 9 самок из 11 (всего 54 самок и самцов). Во второй группе крыс, получавших алкоголь до беременности, а в период беременности и лактации водный раствор сульфата Zn, потомство принесли 10 из 13 (всего 62 самок и самцов). В контрольной группе потомство принесли 7 из 8 самок (всего 69 самок и самцов) 1 самка контрольной группы не была беременна.

Для дальнейшего исследования было выбрано 60 потомков (самцов): по 20 потомков самок из каждой группы.

Таким образом, 1-ую группу составили потомки самок, получавших этанол и за день до спаривания переведенные на воду (далее группа «А»), 2-ую группу составили потомки самок, получавших этанол и за день до спаривания переведенных на раствор сульфата Zn (далее группа «А+Zn»). Контролем (3-я группа, далее группа «К») служило потомство интактных крыс, получавших воду, и выращенное в идентичных условиях вивария.

По достижении половозрелого возраста (90 дней) животные были декапитированы, согласно требованиям Комиссии по проблеме этики отношения к животным Российского национального Комитета по биоэтике при Российской академии наук и этическим нормам, изложенным в «Международных рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985г.).

После декапитации у животных были взяты органы, ткани и структуры головного мозга для последующего определения в них 9 ХЭ (K, Na, Ca, Mg, P, Fe, Zn, Cu, Mn): печень, почки, сердце, кожа, семенники, кора и белое вещество головного мозга, мозжечок и гиппокамп. Выделенные органы и ткани препарировались, затем из них удалялась кровь. После этих процедур ткани взвешивались и помещались в лабораторную посуду, обеспечивающую герметичность хранения. Хранили образцы в морозильной камере при температуре -20^°С.

Анализ элементного состава органов и тканей проводили методами масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 (Perkin Elmer) и ICAP-9000 (Thermo Jarrell Ash, США) в соответствии с МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03, утвержденных МЗСР.

Для измерения использовали спектральные линии элементов, наиболее предпочтительные по совокупности характеристик. Важнейшими из них являются интенсивность, отсутствие спектральных наложений, отношение сигнал/шум, достигаемый предел обнаружения, эквивалентная концентрация фона. Аналитические сигналы обрабатываются при помощи программного обеспечения спектрометра, используя градуировочные зависимости, рассчитываемые методом наименьших квадратов, учет и коррекцию фона, при необходимости учет взаимного влияния измеряемых элементов. Результат определения на дисплее отвечает среднему арифметическому из нескольких параллельных измерений анализируемого элемента.

Статистическая обработка полученных данных проводилась при помощи программных пакетов Microsoft Excel XP (Micosoft Corp., США) и Statistica 6.0 (StatSoft Inc., США). Достоверность различий оценивали с использованием U-критерия Манна-Уитни. При значениях р<0,05 различия считались достоверными, а при значениях р, лежащих в интервале 0,05<р<0,1, различия рассматривались на уровне тенденции.

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные результаты представлены на рисунках, на которых уровни химических элементов (ХЭ) в контрольной группе (группе К) приняты за 100% и изображены в виде прямой, а высота каждого столбца отражает отклонение содержания определенного ХЭ в группе А от уровня этого ХЭ в группе К, выраженное в %.

В результате выполненного исследования было установлено, что в печени животных группы А отмечалось достоверное увеличение содержания макроэлементов Ca, K и Na, а также тенденция к увеличению содержания Mg, Р, Cu и Mn на фоне тенденции к снижению содержания Zn (рис.1). В данном органе отмечено повышение содержания большинства ХЭ, что может указывать на напряженность обмена веществ в данном органе и, как следствие, повышенную функциональную нагрузку органа (Скальный А.В., 2000).

Согласно данным литературы, при остром и хроническом употреблении алкоголя наблюдается снижение уровня Ca и Mg в печени крыс при отсутствии изменений содержания Na и K (Dhawan D. et al., 2005; Cefaratti C. et al., 2003, 2005). В нашем исследовании уровень Ca в печени половозрелого потомства был выше, чем в контрольной группе. А.В. Скальный с соавт. (2001) обнаружили снижение содержания Ca в печени потомков алкоголизированных до и во время беременности крыс. Однако в отличие от нас эти авторы определяли содержание Ca в супернатанте печени. Возможно? снижение содержания Ca в этом случае было связано с более выраженным действием алкоголизации на организм животных.

Помимо этого были выявлены тенденции к повышению содержания Mn и Fe в печени, что дает основания обсуждать вероятность развития метаболических и функциональных нарушений в этом органе у потомства самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами.

Рисунок 1. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в печени половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

Известно, что Mn при определенных концентрациях обладает токсическим действием, один из механизмов которого связан с нарушением в печени синтеза белков, а также с измененем аминокислотного состава белков печени (Рутковский Г.В. и др., 1998; Забродский П.Ф., 1998). Повышенное содержание Fe в организме, в том числе и в печени, приводит к стимуляции перекисного окисления липидов и нарушению стабильности клеточных мембран.

Особого внимания заслуживают выявленные в печени животных группы А тенденции к снижению содержания Zn на фоне увеличения уровня его функционального антагониста Cu. Дефицит Zn в печени приводит к снижению иммунного статуса на уровне факторов неспецифической защиты и, как следствие этого, к повышенной восприимчивости к различным инфекционным заболеваниям (Авцын А.П. и др., 1991). Разнонаправленные изменения содержания данных ХЭ являются одним из маркеров изменений метаболизма при интоксикации алкоголем (Скальный А.В., 1990).

В почках животных группы А удалось обнаружить достоверное увеличение только одного элемента - Р, содержание которого повысилось в 1,4 раза по сравнению с животными группы К (рис.2).

Почки являются главным органом, регулирующим поддержания баланса фосфора, который находится в организме в виде различных фосфатов. Алкоголь может вызывать как гиперфосфатемию, так и гипофосфатемию. Провоцировать гиперфосфатемию может повышенное высвобождение фосфатов из клеток в кровь на фоне сниженной почечной функции (Оберлис Д. и др., 2008).



Рисунок 2. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в почках половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

В связи с этим увеличение уровня Р в почках позволяет предположить, что непродолжительное употребление алкоголя самками до спаривания с интактными самцами может индуцировать у половозрелого потомства явления метаболической нефропатии.

В сердечной мышце животных группы А обнаружено достоверное увеличение содержания К (на 61% по сравнению с животными группы К) на фоне тенденции к повышению содержания Mg, Na и P (рис. 3), что подтверждает данные литературы, согласно которым, изменение уровня К в организме наиболее часто сопровождается нарушением обмена Mg, Na, Ca и Р.

Одна из основных функций К в организме связана с уменьшением ритма сердечных сокращений. Однако значительное увеличение содержания K может привести к нарушению сократимости сердечной мышцы. Дополнительный эффект на сократимость сердечной мышцы может оказывать и повышение содержания Mg в миокарде (Городецкий В.В., Талибов О.Б., 2003). Обнаруженное нами увеличение уровня К и Mg в сердечной мышце не исключает риска развития сердечной патологии у половозрелого потомства самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами. Уровень калия в биосубстратах повышается при недостаточности функции почек, надпочечников и некоторых других патологиях (Барашков Г.К., 2007).

В семенниках животных группы А была выявлена лишь тенденция к снижению содержания P в сравнении с животными группы К, а в коже - тенденция к повышению содержания Mg.

Рисунок 3. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в сердечной мышце половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

Таким образом, отмена алкоголя (после непродолжительной алкогольной интоксикации) самками до спаривания с интактными самцами отражается на составе ХЭ в печени, миокарде и почках половозрелого потомства, что не исключает вероятности развития метаболических и функциональных нарушений в этих органах. Отсутствие существенных изменений в элементном составе семенников и кожи половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами, по-видимому, указывает на незначительный риск возникновения метаболических и функциональных нарушений в репродуктивной системе и кожных покровах потомства. Это является важным индикатором изменений в организме потомства, что еще раз подтверждает ошибочность сложившегося в обществе представления, что употребление слабоалкогольных напитков и алкоголя в умеренных количествах до наступления беременности безопасно для потомства.

Следует отметить, что 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.), вибрационное воздействие (Залавина С.В., Скальный А.В., Кузьменко Д.Б., 2008) и многие 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. Согласно результатам, представленным на рис. 4, у животных группы А в коре головного мозга отмечалось достоверное снижение содержания К, Na, Mg, Fe и Zn по сравнению с животными группы К.

Рисунок 4. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в коре головного мозга половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

Обнаруженное нами у животных группы А снижение уровней К и Na 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 К⁺,Na⁺-АТФ насоса и, как следствие этого, на возникновении потенциала действия и проведении нервного импульса. Необходимо отметить, что функционирование К⁺,Na⁺-АТФ насоса существенным образом зависит от Mg, уровень которого в коре головного мозга у животных группы А снижен. Одна из функций Mg в организме связана со снижением возбудимости нейронов. В связи с этим можно предположить, что при дефиците Mg возбудимость нейронов, по-видимому, увеличивается. Длительный дефицит Mg приводит к таким неврологическим расстройствам как гипервозбудимость, конвульсии, нарушение памяти и др. (Gunter T., 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.).

В белом веществе головного мозга у животных группы А обнаружено достоверное снижение содержания Са, Р, Fe и Mn по сравнению с группой К и тенденция к снижению содержания К (рис.5).

Рисунок 5. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в белом веществе головного мозга половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

Тогда как в мозжечке отмечалось снижение содержания Mn на фоне увеличения уровня Zn (рис. 6), а в гиппокампе - снижение содержания марганца и тенденция к снижению содержания железа (рис. 7).



Рисунок 6. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в мозжечке половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

В коре головного мозга половозрелого потомства алкоголизированных до зачатия самок крыс было снижено содержание цинка на 47%, а в мозжечке повышено на 42%. Нарушение гомеостаза цинка и перераспределение между структурами ЦНС связывают с различными нарушениями метаболизма, например, металлотионеина III (Taubeneck M.W. et al., 1994), и связанными с ними патологическими процессами в мозге, включая воспалительные процессы (Mocchegiani E. et al., 2007). Исходя из физиологической роли цинка в организме, в частности, его активирующего влияния на клеточное деление и синтез белков (Prasad A.S., 1983; Sandstead H.H., 1986), А.В. Скальный (1990) рассматривает снижение уровня этого элемента в коре в качестве одного из механизмов нарушения высшей нервной деятельности: ухудшения памяти снижения познавательной и изменения двигательной активностей.

Рисунок 7. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в гиппокампе половозрелых потомков самок, употреблявших алкоголь до спаривания с интактными самцами (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К.

С другой стороны, S.L. Sensi с соавт. (2003) предполагают, что внутриклеточная аккумуляция ионов Zn способствует повреждению нервных клеток. Вместе с тем причиной повреждения нервных клеток может быть и дефицит Mn в данной структуре, при котором усиливается свободно-радикальное окисление и нарушается стабильность структуры клеточных мембран (Глущенко Н.Н. с соавт., 1996; Aschner M., 2007).

Заслуживает внимания и выявленное нами снижение содержания марганца в белом веществе, мозжечке и гиппокампе головного мозга изученного потомства, при этом наиболее выраженное снижение было отмечено в мозжечке. Одна из функций марганца в организме связана с участием в процессах синтеза и метаболизма нейромедиаторов (Erikson K.M., 2003). Марганец препятствует свободно-радикальному окислению (например, в составе Mn-СОД), тем самым обеспечивая стабильность структуры клеточных мембран (Aschner M., 2007).

При дефиците Fe нарушается процесс миелинизации нервных волокон (Breymann C. et al., 1995). Демиелинизацией сопровождается множество заболеваний, при этом может наблюдаться снижение скорости проведения сигналов и несанкционированное возбуждение соседних аксонов. С этих позиций выявленное нами снижение содержания Fe в коре, 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 алкоголизированных до зачатия самок крыс.

При анализе полученных результатов обращают внимание два факта. Первый связан с тем, что у половозрелого потомства самок, 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, и только в мозжечке выявлено увеличение уровня Zn. Второй факт связан с тем, что 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. Полученные результаты показывают, 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 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 могут служить основанием для разработки способов и средств для коррекции этих изменений. В данном эксперименте в качестве средства коррекции мы выбрали соединение цинка.

При выборе сульфата Zn в качестве корригирующего средства мы опирались на известные данные литературы, согласно которым недостаточность Zn у беременных сопровождается повышением значительными нарушениями родовой деятельности, а также приводит к широкому спектру врожденных уродств у новорожденных (King J.C., 2001). Клинические проявления дефицита цинка схожи с таковыми при алкогольной интоксикации, причем последняя может приводить к дефициту данного ХЭ. В экспериментальных исследованиях показано, что при введение 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). К тому же, Zn является необходимым ХЭ для нормального функционирования ЦНС на уровне развития когнитивной сферы и формирования поведенческих реакций (Michalke B. et al., 2009). Проявления дефицита цинка в мозге ассоциируются с такими нейродегенеративными заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и амиотрофический боковой склероз (Yasui M. et al., 1997).

Наибольший интерес вызывают выявленные изменения содержания изучаемых ХЭ в наиболее филогенетически молодой и активной структуре - коре головного мозга. У половозрелого потомства алкоголизированных до спаривания самок крыс с коррекцией цинком (группа А+Zn) было выявлено достоверное повышение тех элементов, содержание которых было снижено в группе без коррекции цинком (группа А): отмечено восстановление до уровня контрольных значений содержания K, Na, Mg, Fe и Zn. Кроме этого, отмечена тенденция к повышению уровня Cu (рис. 8).

Рисунок 8. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в коре головного мозга половозрелых потомков алкоголизированных до спаривания самок, употреблявших в период беременности и вскармливания сульфат Zn (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К; ** - р < 0,05 - достоверность различий с группой А.

А.В. Скальный (1990) в своей работе показал, что нормализация минерального обмена в коре головного мозга под влиянием сульфата цинка может являться одной из причин менее выраженных нарушений со стороны ЦНС у половозрелого потомства, 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.

В белом веществе головного мозга животных группы А+Zn нам не удалось выявить достоверных изменений в содержании исследуемых ХЭ в сравнении с животными группы А (рис.9). При этом не было выявлено достоверных различий изучаемых ХЭ между животными группы А+Zn и контрольными крысами.

Рисунок 9. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в белом веществе головного мозга половозрелых потомков алкоголизированных до спаривания самок, употреблявших в период беременности и вскармливания сульфат Zn (в %). Примечание: * - р < 0,05- достоверность различий с группой К; ** - р < 0,05 -достоверность различий с группой А.

Эти данные, по-видимому, позволяют говорить о нормализации минерального обмена в белом веществе головного мозга у животных группы А+Zn, но оставляют открытым вопрос: связана ли эта нормализация с употреблением самками в периоды спаривания, зачатия, беременности и вскармливания водного раствора сульфата Zn в качестве единственного источника жидкости.

В мозжечке животных группы А+Zn уровень Mn был достоверно выше, чем у животных группы А и не отличался от показателей в контрольной группе животных (рис. 10), что с уверенностью позволяет связывать нормализацию содержания Mn в мозжечке с действием сульфата Zn.

Обращает внимание, что в мозжечке животных группы А+Zn наблюдалось достоверное увеличение содержания K, Na, Zn и Fe на фоне тенденции к повышению уровня Mg, P и Cu в сравнении с животными группы К, тогда как у животных группы А в мозжечке отмечалось достоверное снижение уровня Mn и достоверное увеличение уровня Zn. 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 А+Zn наблюдалась схожая картина - содержание Mn 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 Mn в гиппокампе потомства. Кроме этого, в гиппокампе отмечалось достоверное увеличение содержания Na, Mg, Zn и тенденция к увеличению К, а при сравнении с животными контрольной группы - увеличение содержания K, Mg, Zn, Cu и тенденции к увеличению уровней Ca и Na (рис. 11).

Рисунок 10. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в мозжечке половозрелых потомков алкоголизированных до спаривания самок, употреблявших в период беременности и вскармливания сульфат Zn (в %). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К; ** - р < 0,05 -достоверность различий с группой А.

Рисунок 11. Содержание макро- (Ca, Mg, P, K, Na) и микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Mn) в гиппокампе половозрелых потомков алкоголизированных до спаривания самок, употреблявших в период беременности и вскармливания сульфат Zn (в%). Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий с группой К; ** - р < 0,05 - достоверность различий с группой А.

Таким образом, нормализация содержания K, Na, Mg, Fe и Zn в коре головного мозга, а также уровня Mn в мозжечке и гиппокампе потомства является следствием употребления алкоголизированными до спаривания самками сульфата Zn в период зачатия, беременности и вскармливания. 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 повышено.

Весьма важная роль в формировании элементного статуса принадлежит различным механизмам регуляции взаимодействия химических элементов, так как последние могут взаимодействовать как между собой, так и с другими биологически активными веществами. Это взаимодействие проявляется в виде синергических и антагонистических эффектов. Исходя из этого, необходимо обращать внимание на соотношения микро- и макроэлементов, оказывающих синергическое и антагонистическое влияние на различные физиологические показатели (Барашков Г.К., 2007; Петухов В.И. с соавт., 2008). 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.

Введение препарата цинка оказывает защитное действие на систему мать-плод, что проявляет себя в частичной компенсации дисбаланса макро- и микроэлементов у потомства, вызываемого алкогольной интоксикацией матери. Как известно из литературы, цинк претендует на роль ключевого «универсального» регулятора многих обменных процессов в организме благодаря своему влиянию на максимальное количество ферментных систем, апоптоз, деление клеток и пр. (Prasad A.S., 2009). В литературе имеются подтверждения того , что цинк является средством для коррекции полимикроэлементозов (Скальный А.В., Игнатов С.А., Лосев А.С, 1996).

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 предается 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: макроэлементов Mg/Ca, P/Ca, K/Na, а также соотношения микроэлементов Zn/Cu, Fe/Zn и Cu/Mn, которые в современной бионеорганической химии являются своеобразными индикаторами металло-лигандного гомеостаза, определяющими межэлементные взаимоотношения (Барашков Г.К., 2007; Плетенева Т.В. с соавт., 2009).

Согласно полученным нами данным, у животных группы А в сравнении с животными контрольной группы наблюдалось достоверное увеличение соотношения P/Ca в почках, достоверное снижение соотношения K/Na в семенниках, а также тенденции к увеличению соотношения Cu/Mn в печени и почках и соотношения Mg/Ca в сердце. Остальные изучаемые соотношения ХЭ в группе А не отличались от показателей, регистрируемых в группе К.

Изменение относительного показателя - соотношения P/Ca - говорит о возможном нарушении гомеостаза фосфора и кальция в организме животных группы А, проявляющегося, вероятно, усиленным выведением кальция через почки и накоплением фосфора в тканях почки.

Заслуживает внимания и тенденция к увеличению соотношения Mg/Ca в сердце. Ионы Mg²⁺ являются физиологическим антагонистом ионов Ca²⁺. Антагонизмом с Ca²⁺ объясняют снижение под действием ионов Mg²⁺ АДФ-индуцированной агрегации тромбоцитов и подавление других Са-зависимых реакций в процессе коагуляции крови (Городецкий В.В., 2003).

Медь является функциональным антагонистом Zn, особенно в условиях злоупотребления алкоголем (Скальный А.В., 1990). Поэтому при изучении влияния алкоголя на организм соотношение Zn/Cu, прежде всего в печени, имеет важное значение, т.к. данные микроэлементы входят в состав основных ферментов, участвующих в метаболизме алкоголя, основная часть которого метаболизируется в печени. Однако нам не удалось обнаружить достоверных изменений соотношения Zn/Cu.

Соотношения (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 (патология, возникающая вследствие дизрегуляции деятельности и функции клеток, органов, систем и всего организма).

В условиях проведенного эксперимента нами были выявлены существенные изменения соотношений ХЭ в структурах мозга. 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 А+Zn оно снизилось. Также было зафиксированно сниженное соотношение Cu/Mn в группе А. В белом веществе этой группы животных повышены соотношения Mg/Ca и P/Ca и снижено соотношение Fe/Zn. Коррекция цинком не повлекла за собой достоверного восстановления данных соотношений. В мозжечке и гиппокампе животных отмечаются схожие изменения соотношений: снижается Fe/Zn, увеличивается Cu/Mn, причем последнее в обеих структурах снижается под влиянием сульфата цинка, приближаясь к значениям группы К. Кроме этого, в мозжечке отмечается повышение соотношения Zn/Cu в группе А по сравнению с контролем.

Во всех изучаемых структурах головного мозга за рядом исключений прослеживается общая закономерность: соотношения изучаемых макро- и микроэлементов изменяются относительно контроля в ту или иную сторону (разнонаправленный характер) в группе А, а в группе А+Zn происходит относительное восстановление коэффициентов.

На основании полученных нами результатов экспериментальных исследований можно сделать вывод о существенном влиянии алкоголизации матери до зачатия, которая отражается на обменных процессах в организме половозрелого потомства. Анализ данных показывает, что алкоголизация самки до зачатия индуцирует перераспределение ХЭ у потомства между ЦНС и органами, наиболее активно вовлеченными в метаболизм алкоголя. Употребление алкоголя самками до спаривания с интактными самцами проявляется у половозрелого потомства как изменением абсолютного, так и относительного содержания ХЭ в органах и структурах головного мозга. Показана возможность коррекции дисэлементозов в структурах головного мозга потомства сульфатом цинка через организм матери в периоды зачатия, беременности и лактации. Введение сульфата цинка в организм матери проявляется повышением содержания ХЭ в структурах головного мозга, тогда как изменение соотношений ХЭ носит разнонаправленный характер, в основном, в сторону нормализации.

ВЫВОДЫ

1. У половозрелого потомства самок крыс, употреблявших до спаривания алкоголь, в печени, почках и сердечной мышце отмечены изменения только в содержании макроэлементов (увеличение уровня K, Na, Ca в печени, P в почках, K 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 Mn и повышен уровень Zn; в гиппокампе снижен уровень Mn; в белом веществе головного мозга снижено содержание Ca, P, Fe и Mn. 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 K, Na, Mg, Fe, Zn в коре головного мозга, Mn 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.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вятчанина Е.С., Скальный А.В. Протективное действие сульфата цинка при внутриутробном воздействии алкоголя // Вестник ОГУ. - 2007. - №12 (79). - С. 113-116.

2. Скальный А.В., Курчашова С.Ю., Вятчанина Е.С. Изучение роли дисбаланса цинка и других микроэлементов в патогенезе алкоголизма и алкогольной эмбриофетопатии в России // Наркология. - 2008. - №5 (77). - С. 26-33.

3. Вятчанина Е.С., Скальный А.В. Воздействие алкоголя на нервную систему потомства в аспектах нейроиммунных процессов и дисбаланса химических элементов // Вестник восстановительной медицины. - 2008. - №5А (28). - С. 17-22.

4. Вятчанина Е.С. Нарушения метаболизма химических элементов в ЦНС потомства при ХАИ родителей и НИК в системе мать-плод // Иммунопатологические и патобиохимические аспекты патогенеза перинатального поражения мозга. - СПб: «Наука», 2009. - С.141-167.

5. Семенов А.С., Скальный А.В., Вятчанина Е.С. Изучение нарушения метаболизма ХЭ в ЦНС потомства при ХАИ и НИК алкоголизированных крыс. Коррекция нарушений элементного состава ЦНС сульфатом цинка) // Иммунопатологические и патобиохимические аспекты патогенеза перинатального поражения мозга. - СПб: «Наука», 2009. - С.168-193.

6. Вятчанина Е.С., Скальный А.В. Изучение влияния употребления алкоголя матерью до беременности на элементный состав коры головного мозга потомства // Материалы I Российского национального конгресса по наркологии (Москва, ноябрь 2009). - М. - С. 7-8.

7. Скальный А.В., Кин К.Л., Чемберс К.Д., Оготоева С.Н., Вятчанина Е.С. Нарушение обмена цинка при пренатальном воздействии алкоголя // Материалы I Российского национального конгресса по наркологии (Москва, ноябрь 2009). - М. - С. 18-19.

8. Скальный А.В., Вятчанина Е.С. Влияние хронической алкогольной интоксикации (ХАИ) на обмен цинка и меди у экспериментальных животных // Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «Физиолого-гигиенические проблемы экологии человека» (Белгород, май 2007). - Белгород: Изд-во «БГУ», 2007. - С. 107-109.

9. Skalny A., Vyatchanina E. Zn protects derangement of alcoholized rat brain macro- and trace elements (TE) content // Cell. Biol. Toxicol. - 2008. - V.24. - (Suppl 1). - S68-69.

10. Vyatchanina E.S. Preconception alcohol intoxication disturbs the offspring's brain metal distribution // Trace elements in medicine №11 (2). - Special issue, 4th International Symposium on Trace Elements and Minerals in Medicine and Biology (Russia, St.Petersburg, June 2010). - 2010. - P. 63.

Размещено на Allbest.ru

...