|
МЕХАНІЗМИ ІНТОКСИКАЦІЙ УДК 669.018.674:611.781. О.А. Лихолат, к.б.н., Т.С. Чмиленко, к.х.н., Ю.С. Сапа, к.м.н., Ф.О. Чмиленко, д.х.н., Н.Б. Лутова, О.В. Саєвич ВМІСТ ДЕЯКИХ МІКРОЕЛЕМЕНТІВ В ТКАНИНАХ ПЛОДІВ ТА У НОВОНАРОДЖЕНИХ ДІТЕЙ У ВЕЛИКОМУ ПРОМИСЛОВОМУ МІСТІДніпропетровський національний університет, Одне з перших місць серед хімічних факторів забруднення довкілля займають солі перехідних металів (d-елементів, важких металів, мікроелементів, trace elements), які характеризуються широким спектром негативного впливу на організм людини. Частота та тяжкість екологозалежних захворювань, що виникають в результаті антропогенного забруднення біосфери, свідчать про актуальність проблеми мікроелементозів [1]. Визначення токсичних речовин у біологічних матеріалах необхідне при вирішенні гігієнічних, клініко-діагностичних, токсикологічних питань з метою встановлення рівня вмісту полютантів у оточуючому людину середовищі, оцінки реального надходження їх до організму, виявлення осіб з підвищеним рівнем токсичної речовини чи її метаболиту для розробки профілактичних заходів, направлених на зменшення надходження токсикантів до організму, вибору адекватної терапії за наявності ознак розвитку патологічного процесу. В літературі наведені дані щодо вмісту токсичних речовин у крові, сечі, волоссі, нігтях осіб, які проживають у різних екологічних умовах в залежності від рівня контамінантів у повітрі [2, 3]. Але на підставі вмісту мікроелементів у подібних зразках можна лише посередньо судити про ступінь їх впливу на організм; рівень токсиканта визначається переважно надходженням із повітря та їжі, тому в меншій мірі відображає його накопичення в організмі (скелет, м'які тканини, внутрішні органи). В той же час еффект, що спостерігається за його дії, обумовлений не лише концентрацією в крові, але й в м'яких тканинах і внутрішніх органах [4]. Підвищені концентрації мікроелементів становлять особливу загрозу для здоров'я дитини. Структурно-функциональні особливості дитячого організму обумовлюють підвищену чутливість органів до дії шкідливих факторів, особливо в критичні періоди розвитку. Мікроелементи здатні пошкоджувати структуру деяких генів, впливати на процеси мітозу, диференційовки та загибелі клітин, що має значення для органогенезу, розвитку спадкових, вроджених захворювань [1]. Незрілість ферментних систем і систем виділення, різке збільшення в процесі росту маси жирової та кісткової тканин сприяють депонуванню в організмі дитини ксенобіотиків [5], у тому числі важких металів. Одним з таких критичних періодів, в якому проявляються генетичні впливи, є ранній пренатальний, особливо 1-й триместр вагітності, коли відбувається закладка та формування органів. Встановлено, що для вагітних жінок, які проживають у зоні високого забруднення, на 33% підвищується ризик нарождення дітей з різними патологіями в порівнянні з жінками, що живуть на більш екологічно чистих териториях: у їх нащадків значно зростає ризик когнітивних дефектів, пов'язаних з частковою деформацією головного мозку з наступним розвитком уражень спинного мозку, пороків серця, аномалій головних судин, у 6,2 рази збільшується кількість алергійних захворювань, у 2,7 рази — хвороб органів дихання [6]. Мета нашої роботи — визначити вміст деяких мікроелементів у тканинах головного мозку та легенях новонароджених, а також 26—28-тижневих плодів, матері яких під час вагітності проживали у великому промисловому центрі, для виявлення можливих негативних наслідків для здоров'я нащадків. Матеріали та методи дослідження Визначення вмісту мікроелементів — Cu, Zn, Fe, Co, Ni, Pb проводили в аутопсійному матеріалі: тканинах головного мозку та легенях новонарождених, які померли під час пологів, і 26—28-тижневих плодів (викидні та зразки, отримані під час абортів по медичним показанням). Матеріал для анализу безпосередньо після вилучення негайно заморожували та зберігали при 10 °C. Мінералізацію біологічного матеріалу здійснювали шляхом озолення проб у спеціальному герметичному посуді. При температурі 150—200 °С тиск у посуді підвищувався в залежності від складу зразків і використовуємих реагентів до 10—15 атм і вище. За таких параметрів температури та тиску використання сильних окиснювачів дозволяє провести озолення більшості типів біологічних зразків. В отриманих мінералізатах вміст металів вимірювали атомно-абсорбційним методом. Якщо нижня межа чутливості методу визначення вивчаємого елементу не дозволяла провести анализ мінерализату прямим шляхом, проводили концентрування металу в отриманому мінералізаті. В випадку дослідження Fe, Zn виміри здійснювали в розбавлених у 10 разів мінералізатах. Число паралельних вимірів n=3, a=0,95. В день дослідження об'єкт подрібнювали скальпелем (методом зскрібка) на скляній пластинці, потім старанно перемішували. Наважку (біля 1 г) подрібнених сирих тканин брали на аналітичних вагах. До наважки тканини в фторопластовий посуд добавляли 3 мл концентрованої азотної кислоти, потім 1 мл 30% перекису водню. Посуд герметизували. Мінералізацію проводили у прогрітій до 170—190 °С сушильній шафі протягом 60 хвилин. Мінералізат переносили в мірну градуйовану пробірку, а потім до герметичного посуду. Визначення вмісту мікроелементів здійснювали за допомогою державних стандартних зразків "ГСОРМ" виробництва Фізико-хімічного інституту ім. А.В. Богатського НАН України (м. Одеса). Результати та їх обговорення Крім причин, що призводять до накопичення мікроелементів в організмі дорослого населення (проживання в великих промислових центрах, мешкання поблизу джерел забруднення, вживання питної води та продуктів, забруднених важкими металами, низький соціоекономічний статус, куріння), для дитячої популяції характерні додаткові фактори ризику. Дія ліпофільних солей мікроелементів у пренатальному періоді визначається їх проникненням через плацентарний бар'єр з наступним тератогенним, ембріотоксичним, канцерогенним ефектом, порушенням імунітету, репродукції. У дітей ранього віку існує можливість забруднення рук пилом, що містить мікроелементи, та надходження важких металів через рот; з приземних шарів повітря на вулицях, які найбільш насичені важкими окисами, присутніми в вихлопних газах автотранспорту; велике значення мають дієтичні особливості, порушення балансу заліза та кальцію в організмі. Діти раннього віку відносяться до групи найвищого ризику, оскільки нервова система, що розвивається, більш чутлива до токсичної дії важких металів; їх травний тракт, в силу незрілості захисних механізмів, не спроможний запобігати абсорбції цих елементів до крові та надходження до внутрішніх органів; у них легко виникає диспепсія та пов'язаний з нею дисбаланс есенціальних і токсичних мікроелементів. Свинець є одним з наибільш токсичних і небезпечних важких металів. Як надзвичайно розповсюджена в навколишньому середовищі токсична речовина він включений до списку пріоритетних забруднювачів багатьма міжнародними організаціями, в тому числі Всесвітньою організацією охорони здоров'я, Програмою ООН з охорони навколишнього середовища, Європейською економічною комісією. В багатьох країнах світу (США, Германія, Данія, Австралія, Мексика, Росія та ін.) розроблені національні програми, направлені на зниження забруднення довкілля свинцем і обмеження його негативного впливу на здоров'я дитячого населення [3]. Екологічно обумовлені, порівняно низькі, що раніше вважалися безпечними, рівні свинцю в грунті, воді та харчових продуктах масового споживання насправді є причиною цілого ряду розумових і фізичних порушень, зниження інтенсивності синтезу гема, розвитку анемій, підвищення порогу слухового сприйняття та зниження рівня вітамину D у крові. Особлива увага приділяється розвитку нейротоксичних порушень, що впливають переважно на когнітивні функції дитини, які зберігаються навіть після зниження рівня свинцю в крові. Виявлена пряма залежність між накопиченням свинцю в організмі дитини та зниженнями інтелектуального коефіцієнту (IQ), спроможності до концентрування уваги, орієнтації, порушенням мовних і нейромоторних функцій [3]. Встановлений статистично вірогідний зв'язок між постнатальним рівнем свинцю в крові в межах 0,48—1,20 мкМ/л (100—249 мкг/л) і підвищеною гіперактивністю, неуважністю та ін. [7]. Ризик розумового недорозвитку та інших порушень за накопичення в організмі дитини свинцю може підвищуватися під впливом інших факторів пре- та неонатального періодів, зокрема, підвищеного рівня полютантів у навколишньому середовищі, різних хронічних захворювань і аліментарних розладів. Згідно отриманих нами даних, у 50% випадків мало місце накопичення свинцю в тканинах головного мозку та легенях новонароджених в концентраціях, які на порядок переважали нормальні значення (табл. 2). Особливо високий рівень токсиканту знайдений в тканині легень. У відповідності з оціночною шкалою концентрації свинцю в крові, що відображає ступінь накопичення свинцю в організмі [3], обстежуємий контингент слід віднести до iii—iv груп, коли дитина потребує медичного та екологічного контролю і навіть лікування з використанням сорбентів чи хелатних агентів. Це підтверджується даними про те, що майже у 44% дітей у великих містах можуть виникати проблеми в поведінці та навчанні, обумовлені впливом свинцю [8]. Встановлено, що свинець гальмує нормальний розвиток багатьох метаболічних процесів, якщо його вплив починається в пренатальному періоді. Так, відомі міотоксичні ефекти свинцю, за яких скелетні м'язи є головним об'єктом проявлення токсичності елемента [10]. Небезпека низьких концентрацій свинцю базується на двох аргументах: навіть "мякий" вплив іонів металу може значно знижувати здатність до адаптації, що погіршує якість життя, зокрема, у суб'єктів з обмеженими адаптивними ресурсами; ранні "м'які" ефекти можуть бути ознакою первинних змін у функціонуванні нервової системи, які прискорюються з накопиченням свинцю в організмі [11]. Хронічне отруєння щурят свинцем (ацетат свинцю в кормі на протязі всього періоду внутрішньоутробного розвитку та в перші 16 діб постнатального періода) призводило до суттєвих порушень механізмів довготривалого потенціювання в гіпокампі — явища, яке лежить в основі пам'яті та залежить від надходження Са2+ в нейроцити гипокампу. В свою чергу, за патології стовбура мозку можуть починатися розлади життєво важливих функцій, перш за все дихання та серцевої діяльності внаслідок порушення швидкості проведення нервового імпульсу через синапси. Свинець легко проникає через гематоенцефалічний бар'єр, до того ж у новонарождених ссавців — більш ніж вдвоє інтенсивніше, ніж у дорослих, а свинець, що накопичився у нервовій тканині, практично не залишає її навіть при зниженні рівня микроелемента в крові. Залізо є необхідним елементом для нормального розвитку та функціонування основних органів і систем организму, в тому числі, головного мозку. Йони заліза приймають участь у окиснювальному фосфорилюванні, синтезі та деградації нейротрансміттерів, окиснювальному метаболізмі. Нестача заліза викликає порушення рухових функцій, здатності до навчання, поведінкових реакцій. Зміни в перерозподілі заліза на регіональному, клітинному та молекулярному рівнях можуть стати причиною виникнення деяких захворювань центральної нервової системи [12]. В дослідних зразках (як в тканині головного мозку, так і легенях) знижена концентрація заліза (табл. 2). Простежується пряма залежність між вмістом мікроелемента в мозку та легенях. Інтерес до вивчення гомеостазу мікроелементів за хронічних неспецифічних захворюваннях легень обумовлений результатами досліджень, згідно яких метали (Cu і Fe) регулюють інтенсивність вільно-радикальних процесів (ВРП), виступають в якості модуляторів вторинних посередників (циклічних нуклеотидів і Са2+), контролюють секреторну активність тучних клітин легень, стан місцевого захисту органів дихання та бронхіальної провідності. Тому є всі підстави вважати, що порушення метал-лігандного гомеостазу мають певне значення в патогенезі захворювань легень. Цинк підтримує інтегральну структуру та функцію біомембран. Основна частина відомих металоензимів є цинк-вміщуючими. Константи стабільності комплексів токсичних металів з біолігандами вищі, ніж у комплексів цинку, тому останній легко витіснюється цими металами з координаційних сполук, що викликає дефіцит цинку в тканинах. Одним з визначаючих антиоксидантних властивостей металотіонеїнів є вивільнення цинку при окисненні метал-тіолатних кластерів. Ці йони, вочевидь, інгібують перекисне окислення ліпідів, перешкоджаючи йонам заліза, що є активаторами ВРП, зв'язуватися з ділянками окиснення чи витісняти їх звідти [13]. Цинк входить до активного центру супероксиддисмутази — одного з найважливіших компонентів антиоксидантної системи, яка каталізує дисмутацію супероксидних радикалів і тим запобігає патогенній дії активних форм кисню. В дослідних зразках ми реєстрували підвищення вмісту цинку, особливо в легенях (табл. 1). Акумуляція металу в тканинах може призводити до дисбалансу двохвалентних катіонів, що через систему циклічних нуклеотидів впливає на стан рецепторного апарату бронхіальної стінки, веде до персистенції інфекції в респіраторному тракті та затяжному перебігу запального процесу в легенях. Шість атомів міді у вигляді двох позитивно заряджених йонів входять до складу молекули церулоплазміна — белку, який бере участь у забезпеченні ряду процесів клітинного метаболизму, підтриманні функціональної активності ретикулоендотеліальної та імунної систем, має протизапальні властивості. Як антиоксидант він приймає безпосередню участь у нейтралізації вільних радикалів, перекисних сполук, ароматичних амінів, гістаміна. Церулоплазмин запобігає перекисному окисненню ліпідів за дії різних зовнішніх факторів — наприклад, іонізуючого випромінювання, солей важких металів. Він приймає участь в транспорті та обміні заліза, нейтралізуючи окиснювально-відновні властивості йонів двохвалентного заліза. Внутрішньоклітинний дефицит міді, можливо, є одним з факторів, лімітуючих антирадикальну активність супероксиддисмутази, в структуру каталітичного центру цитозольної фракції якої входять йони Сu. Зниження вмісту міді в тканині головного мозку та легенях вказує на можливість порушень в системі антиоксидантного захисту, що може стати пусковим механізмом розвитку патологічного процесу. Депресія внутрішньоклітинного радикального захисту, в свою чергу, призводить до інтенсифікації ВРП, тобто, оксидантно-антиоксидантного дисбалансу. Останній становить одну з причин формування бронхообструктивного синдрому [14]. В наших дослідах деякі зразки легеневої тканини містили підвищену кількість міді. Механізм патогенної дії високих концентрацій міді пов'язаний з пригніченням активності окиснювальних ферментів і загибеллю клітин від гіпоксії. Особливо чутливі клітини центральної нервової системи, а також імунокомпетентні клітини в силу їх високої потреби в кисні. Зниження внутрішньоклітинної концентрації Cu, Fe і підвищення рівня Zn посилюють атеросклеротичні зміни в організмі. Йони кобальта ініціюють розвиток окиснювального стресу, важливою ланкою якого є посилення ланцюгового переокислення ліпідів, а також зниження вмісту в клітинах відновленого глутатіону та макроергів. Особливу увагу привертає атерогенна дія кобальта за рахунок перерозподілу холестерина між атерогенними пре-бета-ліпопротеїдами та антиатерогенними альфа-ліпопротеїдами. Йони кобальта викликають значне підвищення триацилгліцеридів у сироватці крові та цитозолі печінки, що свідчить про переключення обміну речовин з вуглеводного типу на жировий. Кобальт впливає на еритропоез [15], клітинний метаболізм — зв'язування кобальта з тіоловими групами призводить до інактивації SH-вміщуючих ферментів. Йони кобальта пошкоджують лізосомальні мембрани, что викликає вихід лізосомальних ферментів до цитозолю та розщеплення макромолекул з наступним розвитком патологічних змін. В наших дослідженнях в тканині легень концентрація кобальта перевищує нормальну в 3—15 разів, що може призвести до розвитку хронічних неспецифічних захворювань легень. В зразках головного мозку йони кобальта знайдені в невеликій кількості . Нікель залучений до обміну ліпідів клітинних мембран, посилює їх проникність і полегшує дегрануляцію тучних клітин, а також знижує імунологічну реактивність. Елемент є сильным канцерогеном, здатним гальмувати рух війок миготливого епітелію. Нікель був знайдений нами в тканині головного мозку у слідових кількостях, однак його рівень в легенях був високим (табл. 2). Таким чином, отримані експериментальні результати вказують на дисбаланс у мікроелементному складі в тканинах організму в пренатальному періоді, що свідчить про можливість порушення здоров'я у нащадків. Багатофакторний різносторонній аналіз впливу порушень рівня мікроелементів на показники стану клітинних мембран, эндокринну, імунну системи, врахування кумулятивних властивостей важких металів дозволяють віднести дітей, які народилися від матерів, що під час вагітності проживали в зоні з високим забрудненням довкілля мікроелементами, до сенситивної, високореагуючої групи в популяції з підвищеним ризиком для здоров'я в екологічно несприятливих умовах навколишнього середовища. Література |