CC BY
59
Кияева Е.В., Нотова С.В., Алиджанова И.Э.
ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
ВЛИЯНИЕ ЭТАНОЛА И КАДМИЯ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУР ГОЛОВНОГО МОЗГА
Изучены особенности элементного статуса и гистофизиология отделов головного мозга лабораторных животных в условиях воздействия этанола и кадмия. Выявлены нарушения метаболизма химических элементов в гиппокампе животных. Обнаруженные морфофункциональные изменения свидетельствуют о состоянии десинхроноза и дисфункции отделов головного мозга под воздействием токсикантов.
Ключевые слова: элементный статус, головной мозг, воздействие этанола и кадмия, метаболизм, токсиканты
Актуальность
К настоящему времени многочисленными исследованиями выявлены существенные изменения функциональной деятельности и структурной организации головного мозга человека и животных при воздействии токсичных веществ и алкоголя [2, 3, 5, 6, 8, 9]. Однако нарушения метаболизма химических элементов в структурах головного мозга при воздействии различных ксенобиотиков [7] на сегодняшний день изучены недостаточно. В этой связи особую актуальность приобретают исследования, направленные на изучение обмена химических элементов в структурах головного мозга и сопровождающие их морфологические нарушения при одновременном воздействии этанола и кадмия.
Материал и методы
В ходе выполнения работы нами была смоделирована ситуация одновременного воздействия на организм кадмия и этанола [1]. Были изучены изменения микроэлементного состава гиппокампа под влиянием этих токсикантов. Объектом исследования были самцы крыс линии ^^аг с двухмесячного возраста. Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета. В работе использовали 30 крыс, которые были поделены на 3 группы. Первая опытная группа потребляла 15% раствор этанола и воду. Во второй опытной группе на фоне потребления 15% раствора этанола в рацион был введен сернокислый кадмий в дозировке 1 /2ЬБ50 СёБ04 (47,1 мг/гол/сут). Третья группа - контрольная, содержалась на общем рационе и воде. Лабораторные животные подвергались воздействию этанола и кадмия в течение 8 недель. Учитывалось добровольное потребление этанола крысами в условиях свободного выбора между
алкоголем и водой. По окончании 8 недель животные выводились из эксперимента, их декапити-ровали и отбирали головной мозг с целью дальнейшего определения содержания микроэлементов и гистологического исследования.
В образцах определяли содержание 21 химического элемента. Аналитические исследования были выполнены лабораторией АНО «Центр биотической медицины», аккредитованной в Федеральном центре Госсанэпиднадзора при МЗ РФ (аттестат аккредитации ГСЭН. К.иДОА.311), методами атомной эмиссионной спектрометрии с индукционно связанной аргоновой плазмой (АЭС - ИСП) и масс-спектро-метрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (МС - ИСП) на приборах Optima 2000 DV и Elan 9000 (Perkin Elmer, США).
Гистологические материалы фиксировали в 10% водном растворе формалина. После стандартной гистологической обработки кусочки заливали в целлоидин-парафин. Гистосрезы толщиной 5-6 мкм окрашивали гематоксилин-эозином, по Нисслю. Взаимовлияние показателей гистоструктур выражали через коэффициенты парной корреляции.
Статистическая обработка результатов проводилась с использованием программы Microsoft Excel XP, включая описательную статистику, оценку достоверности различий по Стьюденту [4].
Результаты и их обсуждение
Анализируя содержание химических элементов в гиппокампе лабораторных животных, мы получили следующие данные. При сравнении концентрации макроэлементов в гиппокампе животных I опытной группы (получавшей 15% раствор этанола) и в контрольной группе достоверных различий получено не было, однако от-
Таблица 1. Концентрация макроэлементов в гиппокампе лабораторных животных при воздействии 15% этанола и кадмия (М±т), мг/кг
Примечание: значком * обозначена достоверная разница содержания химических элементов в гиппокампе опытных групп и контроля (р<0,05)
Таблица 2. Концентрация эссенциальных и условно эссенциальных элементов в гиппокампе лабораторных животных при воздействии 15% этанола и кадмия (М±т), мг/кг
Примечание: значком * обозначена достоверная разница содержания химических элементов в гиппокампе опытных групп и контроля (р<0,05), значком ** (р<0,01), значком *** (р<0,001)
Таблица 3. Концентрация токсичных и потенциально токсичных элементов в гиппокампе лабораторных животных при воздействии 15% этанола и кадмия (М±т), мг/кг
Примечание: значком * обозначена достоверная разница содержания химических элементов в гиппокампе опытных групп и контроля (р<0,05), значком ** (р<0,01), значком *** (р<0,001)
мечена тенденция к более низкому содержанию всех макроэлементов в группе животных, употреблявших этанол (табл. 1).
Сравнивая концентрацию макроэлементов во II опытной группе (получавшей на фоне 15% этанола нагрузку кадмием) и в контроле, достоверные различия были получены для магния и фосфора. Концентрация данных элементов была достоверно (р<0,05) ниже в гиппокампе животных опытной группы: магния в 1,2 раза, фосфора в 1,1 раза. Кроме того, обнаружена тенденция к снижению содержания остальных макроэлементов у животных опытной группы.
При сравнении концентрации эссенциаль-ных и условно эссенциальных элементов в
I опытной и контрольной группах значимых отличий получено не было. Однако отмечалась тенденция к более низкому содержанию мышьяка, железа, марганца, никеля, селена, кремния, бора и цинка в гиппокампе животных опытной группы (табл. 2).
Анализируя содержание эссенциальных и условно эссенциальных элементов у крыс
II опытной и контрольной групп, мы получили следующие данные. Так, концентрация мышьяка, хрома, селена и ванадия была достоверно выше в гиппокампе крыс опытной группы: мышьяка в 2 раза (р<0,05), хрома в 3 раза (р<0,001), селена в 1,5 раза (р<0,05), ванадия в 5 раз (р<0,001); а концентрация кремния была выше в 4,8 раза (р<0,05) у животных контрольной группы. Кроме того, выявлена тенденция к более высокому содержанию кобальта, меди и марганца в гиппокампе животных опытной группы.
Оценка концентрации токсичных и потенциально токсичных элементов в гиппокампе крыс опытных групп и контрольной показала достоверные различия в концентрации кадмия и олова (табл. 3).
Так, концентрация кадмия была достоверно выше в опытных группах: в I опытной группе в 5 раз (р<0,05), во II группе в 25 раз (р<0,001). Содержание олова было достоверно (р<0,05) выше в гиппокампе животных контрольной группы.
На основании полученных данных был сформирован элементный профиль гиппокампа лабораторных животных опытных групп. В числителе приведены элементы, концентрация которых повышена по сравнению с контролем, а в знаменателе - элементы, концентрация которых снижена по сравнению с контрольной группой.
Элемент I опытная группа II опытная группа Контрольная группа
Са 54,6±11 69,8±6,1 69,9±4,4
К 4018±788 4521±114 5252±412
мб 164±32 176±2* 210±10
Ыа 1101±218 1231±32 1380±58,6
Р 3694±725 3921±35* 4597±232
Элемент I опытная группа II опытная группа Контрольная группа
Ля 0,008±0,001 0,02±0,002* 0,011±0,002
Со 0,002±0,0006 0,006±0,002 0,003±0,0003
Сг 0,1±0,02 0,3±0,02*** 0,1±0,01
Си 3,1±0,7 3,6±0,2 3,3±0,1
Бе 26±6,5 27±2,4 33±2,2
Мп 0,55±0,1 0,76±0,1 0,65±0,03
N1 0,06±0,02 0,07±0,01 0,08±0,02
8е 0,18±0,03 0,39±0,04* 0,26±0,04
81 0,7±0,3 0,33±0,07* 1,6±0,5
V 0,011±0,002 0,05±0,003*** 0,01±0,002
Zn 13±2,6 16±0,6 17± 1
В 0,02±0,005 0,05±0,009 0,04±0,008
Элемент I опытная группа II опытная группа Контрольная группа
Л1 0,72±0,2 1,2±0,2 1,1±0,1
8г 0,09±0,02 0,18±0,05 0,14±0,02
Сё 0,003±0,0008* 0,015±0,002*** 0,0006±0,0002
8п 0,002±0,0006 0,0002±0,0001* 0,009±0,002
15% этанол ^ Са,К,М&Ш,Р^,Со,Си^е,Мп,№^е^^п,В
Т А8,Со,Сг,Си,МпЗе,У,В,А13г,Сё 15% ШтОЛ С4 = ^ Ca,K,Mg,Na,P,Fe,Ni,Si,Zn,Sn
Проведя гистологическое исследование структур головного мозга, мы получили следующие данные. У крыс в состоянии физиологической нормы (контрольная группа) ведущими структурами головного мозга в осуществлении ассоциативных связей между отделами были нейроны «зерен» мозжечка, ядра нейронов гиппокампа, нейроны коры последнего, а также ядра нейронов лобной доли коры, что соответствовало состоянию динамического равновесия системы.
В головном мозге крыс под влиянием 15% этанола (I опытная группа) комплекс реализуемых адаптивно-приспособительных реакций выразился в смене «ведущих» структур (нейроны «зерен» мозжечка и лобной доли коры) и значительном ослаблении степени их взаимосвязи. Нейроны коры и ядер гиппокампа были выведены из системы ассоциативных функциональных взаимосвязей отделов мозга. Деградирующие нейроны лобной доли коры (с меняющейся цитофизиологией) компенсаторно «включали» синтезы в ядрах нейронов ядер продолговатого мозга, нейронов «зерен» мозжечка и нейронов теменной доли коры, с целью сохранения состояния динамического равновесия системы.
В головном мозге крыс на фоне воздействия высоких концентраций кадмия в сочетании с 15% этанолом (II опытная группа) де-синхроноз системы выразился в смене «ведущих» структур, обусловленной более выраженной деградацией и необратимой деструкцией нейронов коры гиппокампа и ядер продолго-
ватого мозга. При этом роль нейронов зернистого и ганглиозного слоев мозжечка была максимально сниженной. Комплекс морфофункциональных изменений свидетельствовал о существенном нарушении системы ассоциативных взаимосвязей структур и недостаточности отделов мозга.
Заключение
Таким образом, полученные в результате исследования данные свидетельствуют о перераспределении химических элементов в гиппокампе лабораторных животных в условиях воздействия этанола и кадмия. При этом у животных, подвергшихся интоксикации этанолом, в гиппокампе наблюдалась снижение концентрации всех макро- и эссенциальных элементов. Повышенной оказалась только концентрация кадмия, хотя животные этой группы не получали его дополнительно с пищей.
Изменения концентрации химических элементов в гиппокампе животных, подвергшихся одновременному воздействию этанола и кадмия, имеют более разнонаправленный характер. Концентрация всех макроэлементов у животных этой группы также оказалась ниже. Кроме того, концентрация железа, никеля, кремния, цинка и олова была ниже в опытной группе. Однако содержание эссенциальных и условно эссенциальных элементов - мышьяка, кобальта, хрома, меди, марганца, селена, ванадия, бора, а также токсичных элементов: алюминия, стронция и кадмия - оказалось выше в гиппокампе животных, подвергшихся воздействию токсикантов.
Список использованной литературы:
1. Буров Ю.В., Ведерникова Н.Н. Нейрохимия и фармакология алкоголизма. - М.: Медицина, 1985. - 240 с.
2. Иванец И. П., Кошкина Е.А. Медико-социальные последствия злоупотребления алкоголем в России // Реф. сб. ВИНИТИ «Новости науки и техники». - Серия медицина. - Вып. Алкогольная болезнь. М., 2000. - №1.
3. Иванец Н.Н., Игонин А.Л. Клиника алкоголизма // Алкоголизм: (руководство для врачей) / Под ред. Г.В. Морозова, В.Е. Рожнова, Э. А. Бабаяна. - М.: Медицина, 1983.
4. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высш. шк., 1990.
5. Морозов Ю.Е. Гистохимические маркеры алкогольной интоксикации в ткани головного мозга и их судебно-медицинское значение: автореф. диссертации, докт. мед. наук. — М., 2002. — 32 с.
6. Попова З.Н., Яхин Ф.А. Мозг, алкоголь и потомство. - Казань: Издательство университета, 1994.
7. Семенов А.С., Скальный А.В. Иммунопатологические и патобиохимические аспекты патогенеза перинатального поражения мозга. - СПб.: Наука, 2009.
8. Шорманов СВ. Структурные изменения головного мозга человека в условиях острой алкогольной интоксикации // Архив патологии. 2004 №4. С. 9-13.
9. Cohan R., Kumar V., Robbins S. // Robbins Pathologic Basis of Disease. — Philadelphia et al., 1994. — P. 388—390, 564—565, 759, 857-861,899-904,1340-1341.
Работа выполнена при поддержке Рособразования в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект N 1.2.09).
