РОЛЬ МІДІ В ПРОЦЕСІ ЕМБРІОНАЛЬНОГО РОЗВИТКУ

Інститут екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя, м. Київ

В сучасній літературі досить широко висвітлена роль міді як есенціального елементу в життєдіяльності організму (процеси накопичення, розподілу, метаболізму, виведення, потреб в залежності від віку) [1—4]. Ця робота присвячена висвітленню ролі міді в складному процесі розвитку плоду: зміни, які безпосередньо відбуваються в організмі вагітної жінки, та сам процес ембріогенезу.

Відомо, що солі міді після їх всмоктування з кишковика частково відкладаються в клітинах печінки у формі купропротеїду. Потім мідь надходить в кров в складі церулоплазміну, синтез якого відбувається в печінці. Церулоплазмін транспортує мідь в клітини організму для синтезу мідьвмістних білків і ферментів, є каталізатором окислення аскорбінової кислоти, адреналіну, серотоніну та ін., приймає участь в процесах обміну заліза, а також забезпечує динамічну рівновагу концентрації біогенних амінів в крові [2]. Концентрація міді в крові здорової людини відносно постійна (в середньому біля 100 мкг%, при цьому в еритроцитах та лейкоцитах до 60 мкг%). Збільшення концентрації міді відбувається під час вагітності, починаючи з 3-го місяця, і до настання пологів концентрація перевищує норму майже вдвічі [4—5]. Паралельно збільшенню вмісту міді в крові підвишується і вміст церулоплазміну, особливо протягом останнього триместру [6]. Зміни вмісту міді в крові вагітних жінок і породіль представлені в табл. 1.

Збільшення вмісту міді пояснюється тим, що вагітність супроводжується змінами різних біохімічних, морфологічних та імунологічних показників крові і тканин. Наприклад, під час вагітності організм жінки значно збіднюється залізом, що пов'язано із посиленням біосинтезу гемоглобіну та задоволення потреб плоду в цьому елементі. Вміст міді, навпаки, підвищується, що сприяє кращому використанню резервів заліза та посиленню активності ферментів, що мають групу гема (цитохромоксидазу), оскільки мідь є каталізатором переходу неорганічного заліза в органічне і сприяє включенню його в порфіринове кільце [7]. При вагітності відзначається збільшення всмоктування міді, а її виведення знижується. У вагітних виведення становить тільки 27% від усієї міді, яка надійшла в організм, та частково знижується жовчна секреція. Збільшення вмісту міді відбувається також за рахунок використання її запасів із депо, яким є печінка (вміст міді в цьому органі невагітної жінки становить 9 мг, а у померлої під час пологів — 3,2 мг) [2]. Гострий дефіцит міді часто є причиною виникнення анемії у жінок в останні місяці вагітності і після пологів. Одним із характерних показників порушення обміну міді при анеміях є високий вміст її в крові.

В організмі вагітної жінки відбуваються процеси накопичення міді. Так, з другої половини вагітності мідь накопичується в молочній залозі і до кінця вагітності кількість її збільшується в 2,5 рази порівняно з невагітними жінками.

Гіперкупринемія вагітних фізіологічно пов'язана з посиленим переносом міді з організму матері в організм плоду. В цьому процесі беруть участь усі тканини посліду, хоча і не в однаковій мірі. Основний обмін йде через ворсинки хоріону, про що свідчить високий ступінь затримки міді в цій частині посліду (87,25±0,76 мкг%) [8]. Основними специфічними переносниками міді через плаценту є церулоплазмін, альбумін та гістидін [9—10]. Альбумін сироватки крові людини зв'язує два йони міді на одну молекулу білка.

Збільшення вмісту міді в тканинах плоду відбувається за рахунок того, що вона легко долає плацентарний бар'єр [11—12]. В експерименті на тваринах було встановлено, що у вагітних самок найбільша кількість міді накопичується в плацентарному жовточному мішку та амніотичній рідині. В амніотичній рідині було встановлено вірогідне підвищення кількості йонів міді (40,98±1,73 проти 25,48±3,78 мкгмоль/л) та церулоплазміну (28,9±2,10 і 16,04±1,26 відн.од.). Це свідчить про порушення бар'єрної функції плаценти. У другій половині вагітності транспорт міди від матері до плоду залишається постійним [13].

В процесі розвитку плоду відбувається накопичення міді. Особливо інтенсивне депонування міді відмічається з 2 по 9 міс вагітності. Високий вміст міді в тканинах на раніх стадіях ембріонального розвитку пояснюється високим рівнем синтетичних процесів, які забезпечують енергетику і ріст тканин та органів [2]. В пізні строки вагітности плід акумулює в середньому до 50 мкг/кг в день і на кінець вагітності ця цифра становить до 15 мг міді. У новонародженого кількість міді на 100 г маси тіла приблизно в 5—10 разів вище, ніж у дорослої людини. Накопичення головним чином відбувається в печенці, селезінці та головному мозку плоду. В печінці плоду знаходиться більше половини загальної кількості міді: в період гемопоезу — 3,6 мг/100 г, у сформованому плоді — 4,2 мг/100 г [9]. Більша частина запасу міді в печінці плоду знаходиться в основному у формі білку металотіонеіну. Після народження концентрація міді в печінці знижується протягом перших місяців життя (до 6 міс), тоді як насиченість металотіонеіном залишається високою (до 50%), а потім швидко знижується [14]. Наступним органом плоду, де накопичується мідь, є селезінка. В ній вміст міді збільшується з 67 до 217 мкг/100 г тканини. В печінці і селезінці плоду вміст міді в багато разів більший, ніж у дорослої людини. Максимальна кількість її в цих органах відмічена на 4—6 місяці вагітності.

Вміст міді в крові плоду залежить від його стану. Так, у сироватці крові недоношеного плоду кількість міді становить 50 мкг/100 мл, а доношеного — 200 мкг/100 мл, тоді як у матері на момент пологів кількість її в крові збільшується до 250 мкг/100 мл. Таку відмінність вмісту міді у плодів можна пояснити різною кількістю мідьвміщуєчого білку в складі церулоплазміну. Кількість міді, яка входить в цей білок, однакова що в фетальній, що в материнській частині плаценти. Припускається, що нецерулоплазматична фракція міді попадає в плід і кількість міді не збільшується до тих пір, доки організм не зможе самостійно синтезувати цей фермент [13]. Недоношені діти складають групу ризику по розвитку дефіциту міді, оскільки у них її запаси в депо значно нижчі, ніж у доношених дітей. У зв'зку з цим у недоношених дітей до 2 міс зберігається від'ємний баланс міді і при відсутності в дієті адекватних добавок можливий розвиток мідьдефіцитного стану. Низький вміст церулоплазміну в поєднанні з високим вмістом міді в печінці новонародженого є діагностичною ознакою хвороби Вільсона [15].

Таким чином, дослідження особливостей збільшення вмісту міді свідчать про складний механізм її кінетики, враховуючи високу біологічну активність, різноманітність властивих їй функцій в організмі під час вагітності. У зв'язку з цим можно передбачити, що як недостатність, так і надлишкове надходження міді в організм може призводити до порушення життєво важливих функцій. Співвідношення між рівнем надходження/впливом міді та безпосереднім ризиком має форму "U"- подібної кривої (рис. 1) [4].

При надходженні міді нижче рівня А зростає ризик дефіциту, а вище рівня В — прогресивно збільшується можливість виникнення токсичного ефекту. Особливу роль ці процеси відіграють під час вагітності, коли організм матері створює оптимальні умови для розвитку плоду, забезпечує його всіма необхідними компонентами для побудови тканин, в тому числі і сполуками, які містять мідь.

У літературі висвітлено роль дефіциту міді та охарактеризовано мідьдефіцитні стани, які призводять до порушення ембріонального розвитку [2—4, 16]. Дефіцит міді під час вагітності призводить до загибелі плодів, високого проценту випадків утробних аномалій внутрішніх органів (вади серця, аномалії кровоносних судин), порушенню росту і гемопоезу плода [15]. Недивлячись на збільшення концентрації міді в крові вагітних та активний трансплацентарний транспорт, симптоми її недостатності у новонароджених і грудних дітей зустрічається доволі часто. Це проявляється у м'язевій гіпотонії, порушенні кровообігу, змінами кісткової тканини, гепатоспленомегалією, тобто відбувається системна дисплазія сполучної тканини [16]. З дефіцитом міді пов'язана затримка психомоторного розвитку в постнатальний період.

Аналогічні зміни спостерігаються в експериментах на лабораторних тваринах. У щурят, що народились від самок, які отримували недостатню кількість міді в харчовому раціоні, відмічались підшкірні набряки, геморагії та черевні грижі [17]. У морських свинок недостатність міді при харчуванні викликала порушення розвитку центральної нервової системи [18]. Недостатнє надходження міді призводило до ензоотичної атаксії у ягнят. Ензоотична атаксія розвивались внаслідок порушення біосинтезу фосфоліпідів, що призводило до дифузної симетричної демієлінізації нервових волокон спинного та головного мозку і як наслідок зміни в скелеті ("седловидна спина"). Характерними неврологічними симптомами при данному захворюванні були порушення координації рухів, паралічи, а в ряді випадків і загибель новонароджених. Були також відмічені порушення в утворенні пігментів і кератину, що призводило до появи ахромотрихії та інших дефектів шорстного покриву [15].

Існують також дані про токсичний вплив на плід при надлишковому надходження міді та її сполук під час вагітності у людини і тварин. Відомо, що у жінок, які в процесі трудової діяльності контактували з неорганічними сполуками міді, ускладнювався перебіг вагітності [19—20]. У Дагестані при епідеміологічній оцінці порушень утробного розвитку плоду по екологічним зонам республіки в 1993—1995 рр. відмічено вірогідний і прямий зв'язок середньої сили (r_xy=0,65) між частотою затримки утробного розвитку плоду і збільшенням територіального навантаження мідьвміщуючими пестицидами у низовинних районах [21]. Таке навантаження становило біля 25% від сумарного територіального навантаження. Затримка утробного розвитку плоду є одною з важливих соціально-медичних проблем, оскільки частота її в значній мірі визначає рівень мертвонароджуваності, смерті немовлят, дитячої захворюванності.

В експериментах на тваринах встановлено ембріотоксичний, а в деяких і тератогенний ефекти при надлишковому надходженні міді під час вагітності. Ембріотоксичний ефект у мишей проявлявся в збільшенні проценту ранньої і піздньої постімплантаційної загибели зародків та плодів [22]. Сульфат міді в дозі 4,25 мг/кг викликав резорбцію 86% зародків у самок золотистого хом'ячка [23], цитрат міді в дозі 2,20 мг/кг у щурів викликав 34% постімплантаційну загибель плодів, а у 35% живих плодів відмічались різні аномалії (вади розвитку внутрішніх органів, мікрофтальмія, розщелина твердого піднебіння) [24]. В експериментах відмічались також зміни маси внутрішніх органів плодів (зменшення маси серця та нирок плодів). Патологічні зміни в серці плодів золотистого хом'ячка (недорозвинення легеневого стволу, неправильне розташування аорти, порушення розвитку міжшлуночкової перетинки) виявлено при внутрішньошлунковому введенні цитрату міді в дозі 2,7 мг/кг на 8 день вагітності [25]. Проява цих ефектів пов'язана з прямою цитотоксичною дією іонів міді на ембріональні клітини.

Вплив препаратів міді детермінований стадією ембріонального розвитку. У мишей лінії SFLP введення сульфату міді в дозі 0,1 мл 0,06 М розчину на 7-й день вагітності викликало резорбцію всіх зародків; при введенні на 8-й день — у більшості плодів, що вижили (81 з 92), виявлено аномалії розвитку нервової трубки і серця; при введенні на 9-й день сульфат міді викликав тератогений ефект. Найбільш характерними вадами були затримка з'єднання нервової трубки в головному відділі, аномалії ротації серця і його форми. У значної кількості плодів, які досліджувались на 12-й день вагітності, відмічена екзенцефалія [26].

В експерименті на щурах вивчався вплив препаратів міді при цілодобовому інгаляційному шляху надходження протягом всього періоду вагітності [27]. Інгаляційне надходження хлориду міді в концентрації 0,02 мг/м³ в організм вагітних самиць призводило до збільшення сумаційно-порогового показника вмісту міді, церулоплазміну, хлоридів, активності каталази, холінестерази в сироватці крові. Відмічалось збільшення постімплантаційної загибелі плодов, порушення розвитку ембріонів (зниження середньої маси тіла, зменшення краніокаудального розміру та діаметру плаценти). Ці зміни автори пов'язують з підвищенним вмістом міді і церулоплазміну в амніотичній рідині. Вміст міді в амніотичній рідині вище 0,26 мкг/мл вказує на можливий токсичний ефект на плід. При макроскопічному вивченні внутрішніх органів у 12% плодів відмічено крововиливи в різні відділи головного мозку та навколосерцеву сумку.

Вплив міді в експериментах на тваринах при її надлишкову надходженні вивчався, в основному, у відносно високих дозах, в той час як в реальних умовах переважно діють значно нижчі дози — на рівні порогових і на рівні фактичного добового надходження при реальному забрудненні навколишнього середовища.

Дослідження, які проведені в Свердловському НДІ гігієни праці і профзахворювання з метою нормування міді в питній воді [28], показали, що мідь в порівняно малих дозах (на рівні порогової та недіючої по показникам загальнотоксичної дії) негативно впливає на вагітність. Самиці щурів після 5-місячного отримання розчину сульфату міді в дозах 10,0 (0,12—0,15 мг/кг) мг/л; 1,0 (0,012—0,015 мг/кг) мг/л та 0,1 (0,0012—0,0015 мг/кг) мг/л парувались з інтактними самцями, після чого продовжували отримувати мідь протягом всього періоду вагітності. На рівні доз 10,0 и 1,0 мг/л ембріональна смертність була в 3 рази вища від контролю. Плодовитість тварин знижувалась в 1,5 рази, у всіх групах плоди мали меншу середню масу тіла і розміри, у 3 плодів відмічена гідроцефалія. Максимальна, з вказаних вище доз, викликала збільшення випадків розширення шлуночків мозку.

Як видно з аналізу даних літератури, проведені дослідження мали різні схеми введення хімічних сполук міді (постійний вплив до зачаття, одноразова дія в критичні періоди органогенезу, протягом всього періоду вагітності), різні шляхи надходження (внутрішньошлункове, інгаляційне, з питною водою) та з різними дозовими інтервалами. Нами були проведені дослідження по виченню ембріотоксичної і тератогенної активності мідного купоросу на щурах у відповідності з методичними вказівками по оцінці нових пестицидів [29]. Розчин вводили тваринам з 6 по 15 день вагітності в дозах 0,5 та 0,05 мг/кг маси тіла на добу (в перерахунку на мідь), що становили максимально переносиму добову дозу споживання міді та допустиму добову дози по даним ФАО/ВООЗ [30]. На 21 день вагітності самиць знеживлювали та враховували такі показники: число та розташування жовтих тіл в яєчниках, місць імплантацій, число ранніх і пізніх резорбцій, а також число живих та мертвих плодів. Стан вагітних самиць, що підлягали впливу мідного купоросу, був нормальним на протязі всього експерименту. Випадки смертності самиць були відсутні. Збільшення маси вагітних самиць на протязі часу, коли вводили препарат, та всього періоду вагітності вірогідно не відрізнялось від контрольної групи ні в одній з експериментальних груп (табл. 2). Все це вказує на відсутність токсичної дії мідного купоросу на організм вагітних самок.

Не відмічалось також різниці в показниках ембріотоксичної дії мідного купоросу: загальна ембріональна смертність, загибель ембріонів до імплантації, загибель ембріонів після імплантації, індекс перинатального розвитку (табл. 3). Середня кількість жовтих тіл, загальна та середня кількість імплантацій не відрізнялись від контролю ні в одній з експериментальних груп. Кількість живих плодів в експериментальних групах та контролі вірогідно не знижувалась. Пред- і постімплантаційні втрати (%) в досліджуваних групах були незначними в порівнянні з контролем. Середня маса плодів вірогідно не знижувалась при дії мідного купоросу в дозах 0,05 та 0,5 мг/кг в перерахунку на мідь. Тератогенний ефект не відмічався ні в одній з експериментальних груп.

Таким чином, в даних умовах експерименту нами встановлена достовірна відсутність ембріотоксичного та тератогенного ефектів мідного купоросу в дозах 0,5 та 0,05 мг/кг, що є гарантом безпечності величин максимально переносимої добової дози споживання міді та добової суточної дози для людини.

Оскільки можливий шкідливий вплив сполук міді на розвиток плоду, необхідна гігієнічно обгрунтована регламентація і контроль допустимого вмісту міді в продуктах харчування, об'єктах довкілля та в умовах виробництва з врахуванням, з однієї сторони, токсичних властивостей металу і, з другої, потреб в ньому, як біоелементі [1].

Література
1. Антонович Е.А., Подрушняк А.Е., Шуцкая Т.А. Токсичность меди и ее соединений // Совр. проблемы токсикол. —1999. —№3. —С. 4—13.
2. Бабенко Г.А. Биологическая роль меди. —М.: Наука, 1970. —239 с.
3. Коломийцева М.Г., Габович Р.Д. Микроэлементы в медицине. —М.: Медицина, 1970. —287 с.
4. IPCS. Copper. FAO/WHO, 1999. —224 р. Klevay L.M. Lack of recommended dietary allowance for copper may be hazardous to your health // J. Am. Coll. Nutr. —1998. —№8. —P. 322—326.
5. McArdle H.I. The metabolism of copper during pregnancy a review // Food Chem. —1995. —V. 54. —P. 79—84.
6. Савченков Ю.И., Лобынцев К.С. Очерки физиологии и морфологии функциональной системы мать-плод. —М.: Медицина, 1980. —253 с.
7. Baker A., Harvey L. et al. Effect of dietary cooper intakes on biochemical marcers of bone metabolism in healthy adult males // Eur. J. Clin. Nutr. —1999. —№5. —P. 408—412.
8. Widdowson E.M., Dauncey J., Shaw JCL. Trace elements in fetal and early postnatal development // Proc. Nutr. Soc. —1974. —V. 33. —P. 275—284.
9. Lee S.H., Lancey R., Montaser A., Madani N. Ceruloplasmin and copper transport during the latter part of gestation in the Rat // Proc. Soc. Biol. Med. —1993. —V. 203. —P. 428—439.
10. Sasim Suhair, Danielsson Benyt //Acta pharmacol.toxicol. —1985. —V. 57, №4. —P. 262—270.
11. Alemani Matal //Biol.neonatal. —1986. —V. 49, №4. —P. 204—210.
12. Гринь Н.В., Говорунова Н.И. Амниотическая жидкость как тест-объект при экспериментальном изучении эмбриотоксического действия химических веществ // Гиг. и сан. —1985. —№9. —С. 82—84.
13. Экология и здоровье детей. Под ред. М.Я. Стеденкина, А.А. Ефимовой. —М.: Медицина, 1998. —384 с.
14. Klein D., Schloz P., Drasch G.A., Muller-Hocker J. Metallothionein / copper and zinc in fetal and neonatal human liver: changes during development // Toxicol Lett. —1991. —V. 56, №1-2. —P. 61—67.
15. Динерман А.А. Роль загрязнителей окружающей среды в нарушении эмбрионального развития. —М.: Медицина, 1980. —192 с.
16. Мазепа А.І., Мазепа І.В. Роль міді та цинку в розвитку патології сполучної тканини // Медична хімія. —2002. —Т. 4, №2. —С. 71—76.
17. Dell B.L., Hardwick B.C., Reynolds G. Mineral deficiencies of milk and congenital malformation in the rat // J. Nutr. —1961. —V. 73. —P. 151—157.
18. Everson G.J., Shrader R.E., Wang T. Chemical and morfological changes in brains of copper-deficient guinea pigs // J. Nutr. —1968. —V. 96. —P. 1150—1155.
19. Балезин Л.З., Потапова О.Н., Ольховникова С.В. // Тез. доп. конф. "Влияние профессиональных факторов на специфические функции женщин". —Свердловск,1978. —С. 38—44.
20. Величкина С.В., Шевченко А.М., Омкина Г.И. // Там же. —С. 21—26.
21. Магомедов М.Г. Гигиенические факторы нарушений внутриутробного развития плода по экологических зонам Дагестана // Гиг. и сан. —2002, №4. —С. 18—20.
22. Lecyk M. Toxicity of cupric sulfate in mice embrionic development // Zool. Pol. —1980. —V. 28. —P. 101—105.
23. Ferm Vergil H., Hanlon David P. Toxicity of copper salts in hamster embryonic development // Biol. Reprod. —1974. —№1. —P. 97—101.
24. Srivastava V.K., Chuhon Isatalb // Arch. Toxicol. —1990. —№2. -P. 153—156.
25. DiCarlo F.J. Copper-induced heart malformations in hamsters // Experientia. —1979. —V. 35, №6. —P. 827—828.
26. O'Shea K.S., Kaufman M.H. Influence of copper on the early post-implantation mouse embrio // Arch Develop. Biol. —1979. —№4. —P. 297—308.
27. Гринь Н.В., Говорунова Н.И. Изучение эмбриотоксического действия хлорида меди в эксперименте. // Гиг. и сан. —1986. —№8. —С. 38—39.
28. Надеенко В.Г., Борзунова Е.А., Селякина К.Г. и др. К нормированию меди в питьевой воде // Гиг. и сан. —1980. —№3. —С. 8—10.
29. Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов. —Киев, 1988. —С. 55—64.
30. ВОЗ. Серия технических докладов №683. Оценка безопасности пищевых добавок и контаминантов. Двадцать шестой доклад Объединенного Комитета экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам. Женева, 1984.

| Зміст |