Введение
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 не достаточно. 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.
Материалы и методы исследования
В ходе выполнения работы нами была смоделирована ситуация одновременного воздействия на организм лабораторных животных кадмия и этанола [1]. Были изучены изменения микроэлементного состава гиппокампа под влиянием этих токсикантов. Объектом исследования были самцы крыс линии Wistar с двухмесячного возраста. 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 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 декапитировали и отбирали головной мозг с целью дальнейшего определения содержания микроэлементов и гистологического исследования.
Анализ исследуемых образцов осуществлялся по 25 химическим элементам в лаборатории АНО «Центра биотической медицины» (г. Москва) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer, США). Гистологические материалы фиксировали в 10 % водном растворе формалина. Гистосрезы толщиной 5–6 мкм окрашивали гематоксилин-эозином, по Нисслю. 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, нами были получены 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 отмечена тенденция к более низкому содержанию всех макроэлементов в группе животных, употреблявших этанол (табл. 1).
Таблица 1
Концентрация макроэлементов в гиппокампе лабораторных животных при воздействии 15 % этанола и кадмия (M±m), мг/кг
|
Элемент |
I опытная группа |
II опытная группа |
Контрольная группа |
|
Ca |
54,6±11 |
69,8±6,1 |
69,9±4,4 |
|
K |
4018±788 |
4521±114 |
5252±412 |
|
Mg |
164±32 |
176±2* |
210±10 |
|
Na |
1101±218 |
1231±32 |
1380±58,6 |
|
P |
3694±725 |
3921±35* |
4597±232 |
Примечание: значком * обозначена достоверная разница концентрации химических элементов в гиппокампе опытных групп и контроля (р≤0,05).
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 раз. Кроме того, обнаружена тенденция к снижению содержания остальных макроэлементов у животных опытной группы.
При сравнении концентрации эссенциальных 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).
Таблица 2
Концентрация эссенциальных и условно эссенциальных элементов в гиппокампе лабораторных животных при воздействии 15 % этанола и кадмия (M±m), мг/кг
|
Элемент |
I опытная группа |
II опытная группа |
Контрольная группа |
|
As |
0,008±0,001 |
0,02±0,002* |
0,011±0,002 |
|
Co |
0,002±0,0006 |
0,006±0,002 |
0,003±0,0003 |
|
Cr |
0,1±0,02 |
0,3±0,02** |
0,1±0,01 |
|
Cu |
3,1±0,7 |
3,6±0,2 |
3,3±0,1 |
|
Fe |
26±6,5 |
27±2,4 |
33±2,2 |
|
Mn |
0,55±0,1 |
0,76±0,1 |
0,65±0,03 |
|
Ni |
0,06±0,02 |
0,07±0,01 |
0,08±0,02 |
|
Se |
0,18±0,03 |
0,39±0,04* |
0,26±0,04 |
|
Si |
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 |
|
B |
0,02±0,005 |
0,05±0,009 |
0,04±0,008 |
Примечание: значком * обозначена достоверная разница концентрации химических элементов в гиппокампе опытных групп и контроля (р≤0,05), значком ** (р≤0,001).
Анализируя содержание эссенциальных и условно эссенциальных элементов у крыс II опытной и контрольной групп, нами были получены 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).
Таблица 3
Концентрация токсичных и потенциально токсичных элементов в гиппокампе лабораторных животных при воздействии 15 % этанола и кадмия (M±m), мг/кг
|
Элемент |
I опытная группа |
II опытная группа |
Контрольная группа |
|
Cd |
0,003±0,0008* |
0,015±0,002** |
0,0006±0,0002 |
|
Sn |
0,002±0,0006 |
0,0002±0,0001* |
0,009±0,002 |
Примечание: значком * обозначена достоверная разница концентрации химических элементов в гиппокампе опытных групп и контроля (р≤0,05), значком ** (р≤0,001).
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.
15% этанол =
15% этанол+Cd =
Проведя гистологическое исследование структур головного мозга, мы получили следующие данные. В головном мозге крыс под влиянием 15 % этанола (I опытная группа) более всего деградации и деструктивным изменениям подверглись нейроны лобной доли коры. В головном мозге крыс на фоне воздействия кадмия в сочетании с 15 % этанолом (II опытная группа) регистрировали десинхроноз системы, сопровождающийся выраженной деградацией, необратимой деструкцией нейронов коры гиппокампа и ядер продолговатого мозга, на фоне дезактивации нейронов зернистого и ганглиозного слоев мозжечка, что свидетельствовало о существенном нарушении ассоциативных взаимосвязей структур и функциональной несостоятельности 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 наблюдалось 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.
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 14.B37.21.0122.
Рецензенты:
Барышева Елена Сергеевна, д.м.н., заведующая кафедрой профилактической медицины Оренбургского государственного университета, г. Оренбург.
Лебедев Святослав Валерьевич, д.б.н., заведующий лабораторией Института биоэлементологии Оренбургского государственного университета, г. Оренбург.