CC BY
35
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Медицина Visnik Dnipropetrovs’kogo universitetu. Seria Biologia, medicina
Visnyk of Dnepropetrovsk University. Biology, medicine. 2013. 4(1)
ISSN 2310-4155
www.medicine.dp.ua
УДК 577.128
Моделювання деяких біохімічних механізмів розвитку марганцевого гіпермікроелементозу
О.В. Гончаренко, О.О. Коновалова
Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, Україна
Розроблено модель оцінки інтегральної реакції організму на екзогенний марганець при рівні впливу, близькому до порогового, що являла собою повторний вплив субтоксичних доз марганцю на органному, клітинному та мембранному рівнях в організмі білих щурів лінії Вістар. Загальним наслідком дії марганцю є його накопичення в органах за рахунок антагоністичних відношень з усіма двовалентними металами. Марганцевий мікроелементоз спричиняє перерозподіл Ca, Mg, Mn, Cu, Zn, Ni, Pb в органах і тканинах, який супроводжується порушенням функціональної активності клітинних мембран: підвищенням сорбційоної ємності глі-кокаліксу до альціанового синього, зростанням спонтанного гемолізу, активацією ПОЛ, порушенням макроергічних властивостей мітохондрій, підвищенням кількості сіалових кислот. Експериментально доведено ефективність корекції порушень елементного обміну в організмі білих щурів, індукованих дією MnCl2 у дозі ЛД50, за допомогою поліелементного фітокомплексу «Валеотон» і препарату-антогоніста марганцю - «Цинк-пектину», на які отримано патенти.
Ключові слова: марганець; цинк; пектин; мікроелементози; мінеральний обмін
Modeling of some biochemical mechanisms of development of manganese hypermicroelementosis
O.V. Goncharenko, O.O. Konovalova
V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine
The aim of this work was to study the mechanisms of action of sub-toxic dose (LD50) of the manganese chloride on cell metabolism in rats’ organs and tissues under model conditions. A model of assessment of integral response of an organism to exogenous manganese at exposure levels close to the threshold that was realized as the repeated impact of sub-toxic doses. White Wistar rats aged 3 months were injected intramuscularly with MnCl2 with the metal concentration of 50 mg/kg for 8 days. Effect of exogenous manganese load on the content of macro- and microelements, such as Ca, Mg, Mn, Cu, Zn, and Pb, was studied in liver, heart, spleen, kidneys, muscles and bones of experimental animals the use of C-115-M1 atomic absorption spectrophotometer. Study of enzymes activity and lipid peroxidation products in serum and liver homogenates of experimental animals was conducted on a spectrophotometer Spekord UV/VIS. Hemolysis of red blood cells was determined by the Yacher method. Sorption capacity of the erythrocytes gly cocalyx to alcian blue was determined by the Art-sishevsky method. A study of the influence of Mn-load on the functional activity of energy metabolism was performed on a model system of rat liver mitochondria by the polarography. Intake of MnCl2 in a dose of LD50 generates weight loss of the rats by 44%, hemoglobin level decrease by 25%, and reduction of the transaminases activity by 40%. That indicates serious disorders in ions homeostasis and metabolic processes. MnCl2 load leads to a significant increase in the content of manganese in all tissues tested: the largest amount was found in the spleen (600% increase), liver (300%) and muscles (240%) as compared with the initial state. Apparently, these organs are depots of manganese. It was established that the introduction of MnCl2 in a dose of LD50 causes a redistribution of elements in the body, resulting in a significant reduction in the concentration of magnesium ions in heart, bones, muscles, liver and spleen. It was accompanied by increasing calcium content in liver, heart, muscle, kidneys and bones as well as by disorders of Ca/Mg ratios. MnCl2 causes significant redistribution of the microelements in the rats’ organs. It is characterized by a decrease of copper, zinc and nickel contents in almost all studied tissues. The most antagonistic effect of manganese manifested in relation to nickel and copper in heart and spleen. A reduction of zinc content was most pronounced in spleen, while its contents in bones and kidneys almost don’t change. The study of the impact of manganese on biochemical parameters of membranes proved for the first time the malfunction of erythrocytes’ membranes. It results in increasing sorption capacity of the red blood cells glycocalyx to alcian blue. Using the erythrocyte model we established that manganese cations cause a significant increase in
Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, майдан Свободи 4, 61022, Харків, Україна V.N. Karazin Kharkiv National University, majdan Svobody, 4, 61022, Kharkiv, Ukraine
© О.В. Гончаренко, О.О. Коновалова, 2013
Visn. Dn'ipropetr. Univ., Ser. Biol. Med. 2013. 4(1) 35
sorption capacity of the red blood cells (53.4 ± 1.8%) and their osmotic fragility, as evidenced by an increase of spontaneous hemolysis to 42%. The other evidence is the change of surface properties (glycocalyx), which indicated by an increase in the sialic acid content by 60% as compared with the control. The obtained data of the model study of the dynamics of the sorption capacity of erythrocytes glycocalyx to al-cian blue, osmotic resistance of erythrocytes, activation of lipid peroxidation and increased level of sialic acid may be a signal that the primary mechanism of manganese intoxication is a damage of cell (plasma) membranes. The data obtained on a mitochondrial model suggests that MnCl2, acting as an antagonist of magnesium, has the ability to disturb respiration and oxidative phosphorylation that inhibits the energy metabolism of a cell. Mitochondrial oxidation of malate+glutamate was affected by MnCl2 in narrow range concentrations 3-4.5 mM that cause disengagement (3 mM) and complete inhibition (4.5 mM). The effectiveness of manganese intoxicated rats treatment with the poly-elemental phyto-complex “Valeoton” and zinc-pectin (drug-antagonist of manganese) was experimentally proved. Thus, the overall effect of manganese is its accumulation in organs and antagonistic relations to all divalent metals. Experimental results with manganese chloride loading point not only to changes in the concentrations of elements and their redistribution, but also to serious disturbances in regulation of ions homeostasis.
Keywords: manganese; zinc; pectin; microelementosis; mineral metabolism
Вступ
Марганець належить до корисних, життєво необхідних (есенціальних) мікроелементів, активно впливає на процеси обміну білків, жирів, вуглеводів в організмі людини (Avtsyn, 1991; Aghajanian et al., 1998). Як і всі елементи, Mn має характерний для нього діапазон безпечної експозиції, який забезпечує оптимальні тканинні концентрації. З іншого боку, у нього є свій токсичний діапазон. В основі біохімічних механізмів елементного обміну в організмі людини лежать властивості синергізму, антагонізму, конкуренції та заміщення, які здійснюються при зміні концентрації елементів навколишнього середовища (Aghajanian et al., 1998; Botle et al., 2004; Skalniy, 2004).
Актуальність даної роботи пов’язана з тим, що попередніми нашими дослідженнями показано існування у ряді областей України підвищеного вмісту цього елемента у воді та ґрунті. Паралельне обстеження дітей, які проживають у цих регіонах, виявило достовірне перевищення ГДК марганцю в їх слині (Goncharenko et al., 2003). Питання про те, як впливає підвищення концентрації Mn в організмі людини на стан здоров’я, залишається відкритим. У той же час аналогічні залежності між умістом Mn в навколишньому середовищі та в організмі людей, які проживають у цих регіонах, були виявлені московськими вченими. Відзначено взаємозв’язок між підвищенням концентрації Mn у сироватці крові матері та новонародженої дитини (Aghajanian et al., 1998; Skalniy, 2004). У регіонах із підвищеним вмістом Mn в навколишньому середовищі спостерігається частіше народження розумово відсталих дітей (Aghajanian et al., 1998; Karowicz-Bilinka et al., 2004). Зазначені дослідження дозволяють висунути припущення, що підвищення вмісту Mn у навколишньому середовищі вище ГДК небезпечне для здоров’я людини так само, як і надмірне його отримання з їжею, вітамінами та БАД.
На жаль, у науковій літературі дослідження механізмів токсичної дії підвищених концентрацій Mn на організм людини висвітлені недостатньо. Для з’ясування впливу субтоксичних концентрацій марганцю на організм людини проведено модельні дослідження дії субто-ксичної дози хлориду марганцю на перерозподіл макро-та мікроелементів в органах і тканинах білих щурів.
Мета роботи полягала в модельному виявленні механізмів дії субтоксичної дози ЛД50 хлориду марганцю на елементний обмін в органах і тканинах білих щурів. Для досягнення цієї мети поставлено такі завдання: з’ ясувати вплив хлориду марганцю у дозі ЛД50 на розпо-
діл макро- та мікроелементів в органах і тканинах білих щурів; на еритроцитарній моделі охарактеризувати вплив навантаження MnCl2 у дозі ЛД^ на функціональні особливості клітинних мембран; на мітохондріальній моделі описати вплив навантаження MnCl2 на енергетичний обмін клітин печінки; виявити можливість корекції порушень макро- та мікроелементного обміну в організмі білих щурів, індукованих дією MnCl2 у дозі ЛД^.
Матеріал і методи досліджень
Досліджували вміст макро- та мікроелементів до та після 8-денного навантаження хлоридом марганцю у дозі ЛД^ у печінці, серці, м’язах, селезінці, нирках, кістках методом атомно-абсорбційної спектрометрії (СП-115-М1 з використанням лампи типу ЛПК). Попередню пробопідготовку зразків органів експериментальних тварин до аналізу проводили за А.А. Єрмаченко та В.М. Єрмаченко. У пробах визначали кількість Mn, Cu, Zn, Ni, Pb, Ca та Mg (Tkachuk, 2002).
Біохімічні прояви порушень, індукованих навантаженням хлоридом марганцю, досліджували в крові та печінці (Tkachuk, 2002; Erikson and Aschner, 2003; Ikeda et al., 2000). Вміст гемоглобіну визначали гемоглобінці-амідним методом. У сироватці крові визначали вміст сіалових кислот за реакцією з резорцином, активність ферментів аспартатамінотрансферази (АСТ), аланінамі-нотрансферази (АЛТ) - методом Райтмана - Френкеля за допомогою стандартних наборів реактивів АТ «Реагент» (Україна). Спонтанний гемоліз реєстрували на ФЕК-3 (543 нм) (Tkachuk, 2002). Інтенсивність ПОЛ у гомогенаті печінки щурів визначали за швидкістю накопичення малонового діальдегіду, вміст ТБК-активних продуктів вимірювали спектрофотометрично. Гемоліз еритроцитів визначали методом Ячера. Вміст білка -методом Лоурі в модифікації Міллера (Tkachuk, 2002). Сорбційну ємність глікокаліксу еритроцитів до альціа-нового синього визначали методом Арцишевської (Tkachuk, 2002). Дослідження впливу Mn-навантаження на функціональну активність енергетичного обміну проводили на модельній системі мітохондрій печінки щурів. Мітохондрії виділяли за допомогою диференційного центрифугування у середовищі 0,3 М сахарози, 2 мМ ЕДТА, 10 мМ Tris-ЯО. Дихальні параметри мітохондрій оцінювали за допомогою закритого платинового електрода Кларка в термостатованій кюветі об’ ємом 1 мл при +26 °С на полярографі (модель 20, Великобританія).
У таблицях наведено середні значення та середньо-квадратичні відхилення. Вібірки порівнювали з контролем із застосуванням критерію Стьюдента.
Результати та їх обговорення
Вплив навантаження МпС12 у концентраціїЛД50 на мікроелементний обмін білих щурів
Іонний гомеостаз організму складається з близької взаємодії двох складових: мікроелементів і макроелементів. У даній праці розглядається вплив навантаження МпС12 у дозі ЛД50 на вміст есенціальних (М, Си, 2п, Мгі), токсичного мікроелемента (РЬ) та макроелементів (Са та М?) у різних органах і тканинах білих щурів. При дослідженні навантаження МпС12 у клітинах і органах щурів спостерігалось збільшення вмісту Мп від 120 до 620% (табл. 1). Цей процес супроводжувався значними змінами вмісту міді, цинку, нікелю практично в усіх тканинах і органах. Найменший вміст цинку спостерігався в кістках і нирках.
Спостерігалось достовірне зниження вмісту магнію в усіх органах і тканинах (див. табл. 1). Найменший його вміст відносно вихідного рівня виявлений у м’язах, серці та нирках (1,3, 5,2 та 4,5% відповідно). Концентрація кальцію під впливом марганцевої інтоксикації збільши-
Таблиця 1
Вміст мікро- та макроелементів (мкг/г) в органах і тканинах щурів після введення МпС12
Хімічний елемент Органи Контроль МпС12
Цинк нирки 7,4 ± 0,09 6,5 ± 0,52
кістки 15,5 ± 0,32 13,5 ± 0,33
селезінка 23,9 ± 1,10 2,0 ± 0,00
м’язи 12,0 ± 0,25 1,5 ± 0,11**
печінка 22,5 ± 1,56 2,1 ± 0,04
серце 13,6 ± 0,23 3,4 ± 0,24*
Мідь нирки 3,7 ± 0,02 1,33 ± 0,046*
кістки 7,0 ± 0,13 1,03 ± 0,030**
селезінка 12,1 ± 0,34 5,04 ± 0,008*
м’язи 4,0 ± 0,09 0,42 ± 0,008**
печінка 1,2 ± 0,15 0,071 ± 0,060
серце 7,1 ± 0,03 0,76 ± 0,290*
Нікель нирки 14,9 ± 0,64 0,75 ± 0,015*
кістки 19,4 ± 1,43 1,12 ± 0,060
селезінка 73,5 ± 3,29 1,01 ± 0,023*
м’язи 12,1 ± 0,48 0,97 ± 0,007*
печінка 10,2 ± 0,13 1,26 ± 0,081**
серце 35,0 ± 0,64 0,45 ± 0,013**
Марганець нирки 5,1 ± 0,39 6,3 ± 0,27*
кістки 2,8 ± 0,00 5,6 ± 0,10*
селезінка 0,9 ± 0,09 5,6 ± 0,10*
м’язи 1,7 ± 0,09 4,1 ± 0,07*
печінка 1,1 ± 0,01 3,0 ± 0,01**
серце 3,2 ± 0,03 3,8 ± 0,05*
Кальцій нирки 3,8 ± 0,2 8,4 ± 0,90**
кістки 4,7 ± 0,5 249,9 ± 25,8
селезінка 16,1 ± 6,0 8,0 ± 0,49
м’язи 3,8 ± 0,4 8,7 ± 0,65**
печінка 1,4 ± 1,4 7,5 ± 0,85**
серце 5,5 ± 0,1 7,3 ± 0,66*
Магній нирки 204 ± 91 9,2 ± 5,0*
кістки 950±380 41,7 ± 5,0*
селезінка 1100±360 38,5 ± 37,3*
м’язи 380±170 4,8 ± 3,0*
печінка 94 ± 20 13,9 ± 11,8*
серце 330 ± 64 17,3 ± 9,7**
Примітки: * - значимість розходжень із контролем Р < 0,05, ** - Р < 0,001.
лася в печінці, серці, м’язах, нирках і кістках і зменшилася у селезінці. Узагальнюючи отримані дані, можна зробити висновок, що навантаження хлоридом марганцю індукує антагоністичні відношення до мікроелементів 2п, Си, N та макроелемента Mg в усіх досліджених тканинах. Щодо макроелемента Са, виявляються як синергетичні відношення (у печінці, серці, нирках, кістках, м’язах), так і антагоністичні (у селезінці). Аналіз отриманих результатів свідчить, що відносно Mg марганець є антагоністом, витісняючи його з печінки, селезінки та м’язів. При подальшому надходженні іонів марганцю вміст Mg знижується в усіх досліджених тканинах, досягаючи 2-5% вмісту відносно вихідного рівня (див. табл. 1). Порушення вмісту внутрішньоклітинних мікроелементів та їх перерозподіл у зв’язку з явищами синергізму, антагонізму, конкуренції між іонами металів впливає на фізіологічно важливі процеси, може спричинити зрив адаптації та захворювання організму. У цілому, навантаження МпС12 у дозі ЛД» викликає перерозподіл мікро-та макроелементів у всіх досліджених тканинах і органах щурів.
Токсичний вплив марганцю на властивості мембранних систем
Вплив марганцевої інтоксикації на мембранні структури клітин оцінювали у модельному дослідженні на еритроцитах щурів, у яких визначали сорбційну ємність глікокаліксу еритроцитів до альціанового синього порівняно з контролем. Інкубація еритроцитів із катіонами
марганцю в концентрації 10- М МпС12 викликає достовірне збільшення сорбційної ємності еритроцитів. Цей процес супроводжується збільшенням спонтанного гемолізу, який індукується активацією окислювальних процесів, збільшенням концентрації ТБК активних продуктів, ПОЛ, а також кількості сіалових кислот (табл. 2).
Вплив субтоксичних доз МпС12 на показники крові щурів
Таблиця 2
Групи Сорбційна ємність глікокаліксу еритроцитів, % Спонтанний гемоліз еритроцитів, % Вміст сіалових кислот у сироватці крові щурів, ммоль/л ТБК активні продукти, ммоль МдА/мг білка Індуковане ПОЛ, ммоль МДА / мг білка
Контроль 47,6 ± 1,9 9,3 ± 2,3 0,117 ± 0,010 0,25 ± 0,04 0,32 ± 0,04
МпС12 56,7 ± 2,2* 20,0 ± 2,1* 0,193 ± 0,015* 0,51 ± 0,03* 0,59 ± 0,06*
Примітки: * - відмінності між показниками контролю та групи з навантаженнямМпС12, статистично достовірні за Р < 0,05.
Можна стверджувати, що пошкодження клітинних мембран - результат їх окислювальної деградації, індукованої взаємодією катіонів марганцю з глікокаліксом (гліколіпідами, глікопротеїдами тощо). Це викликає зміни мембранного потенціалу, транспортних можливостей, проникності, порушення рецепторного апарату клітини, а в цілому - порушення її функціональних властивостей. Одержані результати свідчать, що у механізмі токсичної дії катіонів марганцю пошкодження клітинних мембран, а саме їх поверхневих властивостей, відіграє першочергову роль.
Для подальшого вивчення впливу токсичних доз марганцю на стан мембранних систем клітин проведено модельне дослідження впливу катіонів марганцю на функціональну активність ізольованих мітохондрій печінки щурів.
Відомо, що основним місцем утворення енергії в клітині є мітохондрії, в яких здійснюється процес окислювального фосфорилювання з утворенням макроергічних фосфатних зв’язків (Ohkawa еі аі., 1979). Активність цих процесів залежить від роботи ферментів дихальних ланцюгів мітохондрій, в яких іони магнію є активними центрами. Як показано у першому розділі, експериментальне навантаження щурів хлоридом марганцю у дозі ЛДад зумовлює значне зниження вмісту магнію (див. табл. 1). За нестачі магнію марганець може виконувати цю функцію активації ферментів дихального ланцюга мітохондрій, але комплекс Мп-АДФ має іншу кількість лігандів і якість реакцій фосфорилювання ^айатагіа, 2008; МіуоиМ еі аі., 2011).
Для визначення стійкості дихання мітохондрій до МпС12 проведено титрування та встановлено концентрацію Мп, що інгібує цей процес. Із метою виявлення впливу хлориду марганцю на вільне окислення субстратів мітохондріями, вимірювання проводили за присутності 2,4-ДНФ, тобто в умовах максимальної кінетичної здатності редокс-переносників. Внесення 0,53 мМ МпС12 після 2,4-ДНФ викликало зміни швидкості поглинання О2. Підвищення концентрації МпС12 до 4 мМ спричинювало різке пригнічення дихання.
Концентрація 1,5 мМ МпС12 не інгібує фосфорилювання АДФ (рис. 1). Максимальний роз’єднувальний ефект досягається при додаванні 3 мМ МпСЇ2. Концентрація 4,5 мМ МпС12 супроводжувалась різким зниженням швидкості дихання та повним його інгібуванням після 2-3 хв. Отримані дані свідчать, що хлорид марган-
цю має здатність роз єднувати дихання й окислювальне фосфорилювання. Титрування МпС12, окислення міто-хондріями малату та глутамату показало, що концентрації, які викликають роз’єднання та повне інгібування дихання, знаходяться у вузькому діапазоні - 3,0-4,5 мМ.
25
«
х
іо
и
20
15
10
гЗ Еі
А Р, т
гЗ Е-і
п п
0 мМ 1мМ 1,5мМ 3мМ 4,5мМ 6мМ
Рис. 1. Вплив різних концентрацій МпС12 на швидкість дихання ізольованих мітохондрій при окисленні малату та глутамату (М ± т)
Одержані експериментальні результати дозволяють стверджувати, що заміна у ферментах дихальних ланцюгів мітохондрій іонів магнію на іони марганцю знижує ефективність макроенергетичного обміну клітини, що негативно впливає на обмін речовин у цілому. Аналізуючи результати поетапного дослідження впливу МпС12 на роботу мітохондрій, можна дійти висновку, що поступове підвищення концентрації іонів марганцю в клітині зумовлює порушення активності ферментів дихального ланцюга мітохондрій, зниження ефективності механізмів сполучення процесів окислення та фосфори-лювання і, відповідно, механізмів накопичення енергії у клітині.
Обговорення
Завдяки механізмам природних і захисних бар’єрів (пониження абсорбції, посилення екстракції) організм підтримує сталість внутрішнього середовища. Іонний гомеостаз є постійно контрольованою складовою
5
0
(Skalniy, 2004; Aschner et al., 2005). При цьому важливо враховувати, що концентрація речовин у плазмі крові змінюється тільки при дуже вираженому дефіциті, оскільки цей параметр важливий для виживання та підтримання електролітного балансу.
Надходження хімічних елементів із зовнішнього середовища до внутрішнього за трофічними ланцюгами є системотвірним фактором життєдіяльності та гомеостазу організму. Гостре збільшення концентрації елемента у внутрішньому середовищі організму супроводжується патофізіологічними змінами (Cersosimo and WHO, 2004; Haratake et al., 2005; Koller, 2006; Aschner et al., 2007).
Інтоксикація може настати як унаслідок надлишкового надходження токсичного елемента, так і внаслідок порушення детоксикаційної функції печінки, нирок або шкіри. Тому як об’єкт дослідження марганцевої інтоксикації обрано вміст і перерозподіл іонів у нирках і печінці білих щурів. Оскільки марганець у підвищених концентраціях відповідно до даних (Aghajanian et al., 1998; Skalniy, 2004) знижує 7-залежну гуморальну імунну відповідь, становить інтерес при Mn навантаженні дослідити перерозподіл елементів у селезінці. Вивчення перерозподілу макро- та мікроелементів у серці та м’язах дає відповідь про стан рухової та транспортно-метаболічної систем у реакціях цілісного організму на субтоксичне навантаження хлоридом марганцю, а вмісту в кістках - на стан депонування елементів для збереження іонного гомеостазу (IOM, 2001; Zota et al., 2009). Моделювання марганцевого гіперелементозу здійснювали за допомогою системного підходу, із залученням показників, що характеризують функціональний стан реактивності організму білих щурів на органному, клітинному, субклітинному, мембранному рівнях. Досліджували кумуляцію марганцю в нирках, печінці, серці, м’ язах, кістках і селезінці.
Згідно з розробками О.В. Скального, макро- та мікроелементи, що беруть участь у регуляції обмінних процесів в організмі людини, поділяються на елементи з низькою, середньою та високою гомеостатичною ємністю (Skalniy, 2004; Whanger, 2004). До накопичення в організмі таких елементів як Ca, Pb, As, тобто елементів із високою гомеостатичною ємністю, слід ставитись як до вторинних станів. На думку О.В. Скального, ці зміни зумовлені дисбалансом елементів із меншою гомеостатичною ємністю (Skalniy, 2004). Базуючись на цьому положенні, можна передбачати, що провідну роль у виявлених порушеннях в експерименті відіграє марганець, а його синергетичні й антагоністичні взаємодії визначають спрямованість розподілів Ca, Mg, Zn, Cu, Ni, Pb у різних органах і тканинах залежно від внутрішньоклітинного його накопичення.
У дослідженні біохімічних механізмів дії надлишку марганцю, уявлялося важливим з’ ясування дії даного мікроелемента на структуру та функціональні властивості клітинних мембран. Результати дослідження біохімічних механізмів ушкоджувальної дії субтоксичних концентрацій марганцю спостерігаються через пошкодження (порушення бар’єрно-транспортних властивостей) клітинних мембран. Згідно з отриманими у даній роботі даними, ушкоджувальну дію гіперелементозу марганцю можна навести у вигляді схеми (рис. 2).
Виходячи з отриманих даних, розробили два методи корекції Mn-інтоксикації. Першим методом є застосування сиропу «Валеотон», який включає антиоксидантний захист мембранних систем, наявність енергетичних субстратів окиснення та формування нового елементного складу, що блокує прояв антагоністичних властивостей Mn. Ефективність дії сиропу «Валеотон» виражалась у зниженні ПОЛ, збільшенні вмісту гемоглобіну, певному збільшенні вмісту Mg і Cu та ваги тварин порівняно з групами щурів із Mn-інтоксикацією (Goncharenko et al., 2003). Другим методом корекції є застосування препарату Zn-пектин, який сприяє виведенню надлишку марганцю з організму та нормалізації мінерального обміну. Також Zn-пектин здійснює сприятливий вплив на активність трансаміназ та вміст гемоглобіну (Goncharenko et al., 2003).
Висновки
За результатами дослідження вмісту макроелементів (Ca, Mg) та мікроелементів (Mn, Zn, Pb, Cu) виявлено, що при навантаженні хлоридом марганцю у дозі ЛД50 відбулося достовірне підвищення концентрації Mn у м’язах, печінці, кістках, нирках, селезінці, серці, зниження вмісту Mg та підвищення вмісту Ca (у серці, нирках і кістках), а також зниження вмісту мікроелементів (Cu, Zn та Ni).
Виявлено органоспецифічні особливості перерозподілу макро- та мікроелементів, які дозволяють припустити, що селезінка, печінка та м’язи виступають як депо марганцю при марганцевій інтоксикації.
Навантаження хлоридом марганцю у дозі ЛД50 викликає зниження на 44% ваги щурів, на 25% - рівня гемоглобіну, на 40% - активності трансаміназ. Це свідчить про серйозні порушення процесів регуляції іонного гомеостазу та активності метаболічних процесів.
На еритроцитарній моделі встановлено, що катіони марганцю спричинюють достовірне збільшення сорб-ційної ємності еритроцитів (53,4 і 1,8%), їх осмотичної крихкості, про що свідчить збільшення рівня спонтанного гемолізу (до 42%), а також пошкодження поверхневих властивостей (глікокаліксу), про що свідчить збільшення вмісту сіалових кислот (на 60%) порівняно з контролем.
Дані, отримані на мітохондріальній моделі, свідчать, що хлорид марганцю має здатність роз’ єднувати дихання та окислювальне фосфорилювання, що свідчить про інгібування стану енергетичного обміну клітини. Титрування хлоридом марганцю, окислення мі-тохондріями малату та глутамату показало, що концентрації, які викликають роз’єднання та повне інгібування, перебувають у вузькому діапазоні (3,0 та 4,5 мМ MnCl2 відповідно).
Експериментально доведено ефективність корекції порушень елементного обміну в організмі білих щурів, індукованих дією MnCl2 у дозі ЛД50, за допомогою полі-елементного фітокомплексу «Валеотон» і препарату-антагоніста марганцю - цинк-пектину, на які одержано патенти.
Рис. 2. Послідовність механізмів дії марганцевого гіперелементозу
Бібліографічні посилання
Aghajanian, N.A., Marachev, A.G., Bobkov, G. A., 1998. Humans environmental physiology [Jekologicheskaja fiziologija cheloveka]. Moscow, Star. (in Russian).
Aschner, M., Erikson, K.M., Dorman, D.C., 2005. Manganese dosimetry: Species differences and implications for neurotoxicity. Crlt. Rev. Toxicol. 35, 1-32.
Aschner, M., Guilarte, T.R., Schneider, J.S., Zheng, W., 2007. Manganese: Recent advances in understanding its transport and neurotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 221, 131-147.
Avtsyn, A.P., 1991. Humans micronutrients (diagnosis and treatment) [Mikrojelementy cheloveka (diagnostika i leche-nie)]. Moscow, Medicine (in Russian).
Botle, S., Normandin, L., Kennedy, G., Zayrd, J., 2004. Human exposure to respirable manganese in outdoor and indoor air in urban and rural areas. J. Toxicol. Environ. Health 67, 459-467.
Cersosimo, M.G., Koller, W.C., 2006. The diagnosis of manganese-induced parkinsonism. Neurotoxicology 27(3), 340346.
Erikson, K.M., Aschner, M., 2003. Manganese neurotoxicity and glutamate - GABA interaction. Neurochem. Int. 43, 475-480.
Goncharenko, M.S., Konovalova, E.O., Kobzar, N.V., Goncharenko, A. V., 2003. State of mineral metabolism in children from different ecological regions and the ways of its correction [Sostojanie mineral'nogo obmena u detej iz razlichnyh jekologicheskih rajonov i puti ego korrekcii]. Collection of scientific works of the XI Intern. Science and tech. Conf. - Berdyansk 2, p. 328-335 (in Russian).
Haratake, M., Fujimoto, K., Ono, M., Nakayama, M., 2005. Selenium bilding to human hemoglobin via selenotrisulfide. Biochim. Biophys. Acta 1723, 215-220.
Ikeda, S., Yamaguchi, Y., Sera, Y., Ohshiro, H., Uchino, S., Yamashita, Y., 2000. Manganese deposition in the globus
pallidus in patients with biliary atresia. Transplantation 69, 2339-2343.
IOM, 2001. Institute of Medicine. Dietary reference intakes: Vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium and zinc. Washington DC, National Academy Press.
Karowicz-Bilinka, A., Marszalek, M., Kowalska-Koprek, U., Suzin, J., Sieroszewski, P., 2004. Plasma carbonyl group concentration in pregnant women with IUGR treated by L-arginine and acetylsalicylic acis. Ginekol. 75(1), 15-20.
Miyound, Y., Schroeter, J.D., Nong, A., Taylor, M.D., 2011. Physiologically based pharmacokinetic modeling of fetal and neonatal manganese exposure in humans: Describing manganese homeostasis during development. Life sciences and medicine. Toxicological Sciences 122, 297-316.
Ohkawa, H., Ohani, N., Jadi, K., 1979. Assay for peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Anal. Bio-chem. 95(2), 351-358.
Santamaria, A.B., 2008. Manganese exposure, essentiality and toxicity. Indian J. Med. Res. 128, 484-500.
Skalniy, A., 2004. Chemical Elements in the Humans Physiology and Ecology [Himicheskie jelementy v fiziologii i jeko-logii cheloveka]. Izd. house "Onyx 21" (in Russian).
Tkachuk, A., 2002. Clinical Biochemistry [Klinicheskaja Bio-himija]. Moscow, Geotar-Med (in Russian).
Whanger, P.D., 2004. Selenium and its relationship to cancer: An update. Br. J. Nutr. 91, 11-28.
WHO, 2004. Manganese and its compounds: Environmental aspect. Geneva, World Health Organization.
Zota, A.R., Ettinger, A.S., Bouchard, M., 2009. Maternal blood manganese levels and infant birth weight. Epidemiology 20(3), 367-373.
Надійшла до редколегії 09.04.2013
