НЕЙРОХИМИЯ, 2012, том 29, № 1, с. 5-10
= ОБЗОРЫ =
УДК 577.118+618.29+616-053.31
МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ ПЛОДА И НОВОРОЖДЕННОГО В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ
© 2012 г. И. К. Томилова1, *, О. А. Громова2, 3, О. В. Гришина1
1Кафедра биологической химии ГБОУВПО ИвГМА Минздравсоцразвития России, Иваново 2Кафедра фармакологии и клинической фармакологии ГОУВПО ИвГМА Минздравсоцразвития России, Иваново 3Российский сотрудничающий центр Института микроэлементов ЮНЕСКО, Москва
В обзоре рассматриваются аспекты участия макро- и микроэлементов в нейроонтогенезе: трансплацентарный переход, содержание, распределение в головном мозге плода и новорожденного, роль в процессах созревания центральной нервной системы и нейрональные функции в норме, а также при осложненной беременности и влиянии патологических факторов.
Ключевые слова: макроэлементы, микроэлементы, головной мозг, плод, новорожденный, нейроонтогенез.
Обширные медицинские и социальные исследования, проводимые как в нашей стране, так и за рубежом, показали, что риск формирования психомоторных и соматических расстройств, нередко не компенсируемых в течение всей последующей жизни, в большой степени обусловлен нарушением внутриутробного развития плода [1—4]. В структуре детской инвалидности около половины составляют поражения нервной системы [5],при-чем в 70—80% случаев они ассоциированы с перинатальными поражениями мозга [6]. Некоторые заболевания, хотя и не приводят к инвалидизации ребенка, но в значительной степени определяют его биологическую и социальную дезадаптацию [6,7]. Несмотря на успехи перинатальной медицины частота поражения центральной нервной системы у новорожденных снижается пока незначительно.
Беременность представляет собой период важных физиологических изменений, когда плоду требуется регулярное и сбалансированное питание, в том числе поступление витаминов, макро- и микроэлементов, выраженный дефицит или дисбаланс которых может вызвать аномалии развития плода, нарушения функционирования его органов и систем [8—15]. Развитие центральной нервной системы (ЦНС) наиболее чувствительно в этом отношении [6, 10, 16, 17], причем установлено, что степень тяжести поражения ЦНС определяется низкой нутриентной обеспеченностью новорожденных в неонатальный период [18].
Макроэлементы (МаЭ) и микроэлементы (МиЭ) — обязательные и биологически активные составляющие нервной ткани, которые играют
*Адресат для корреспонденции: 153012, Иваново, пр. Ф. Энгельса, 8; тел.: +7 (910) 990-86-09, e-mail: irinatom ilovaiv@mail.ru.
ключевую роль в сложных биохимических процессах, являющихся химической основой деятельности центральной нервной системы [19]. Дисмик-роэлементозы в головном мозге плода и новорожденного и эффективность их восстановительной коррекции не изучены вследствие невозможности исследования на уровне органов и тканей. Работы в этом направлении носят в основном экспериментальный характер и проведены на патолого-анатомическом материале. Так, выявлены морфо-структурные дезадаптивные изменения в головном мозге лабораторных животных при макро- и микроэленментозах в виде нарушений кровообращения, носящих мозаичный характер от спазма сосудов до полнокровия, а также кровоизлияний и тромбоза сосудов [20].
Деформация элементного гомеостаза и нарушения топографии металлов и их комплексов в ЦНС у детей начинают формироваться уже антенатальном периоде [21]. Организм здорового человека обладает достаточно четкой саморегулирующей системой гомеостаза, в которой уровень МаЭ и МиЭ в крови и тканевых компартментах подчиняется определенным физиологическим закономерностям. При беременности обмен минеральных веществ значительно усложняется, так как появляется новая система — фетоплацентарный комплекс. Каждая часть этой системы (плод, плацента, околоплодные оболочки и воды) принимает активное участие в этом процессе [12]. Избыточное накопление Аз, РЬ, Сё, Си, Fe, N1 в плаценте может провоцировать отрицательные эффекты на плод, в том числе нейротоксичные [22, 23]. При осложненной гестозом беременности в плаценте накапливаются эссенциальные ^е, Zn, Си, Мп, Со), условноэссенциальные (N1) и токсические
элементы (РЬ, Сё, Щ), причем в плаценте больше в 1.7 раза, чем в пуповине [24].
Доказан трансплацентарный переход определенных химических элементов, причем через плаценту и гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) проникают только липофильные соли МЭ [25]. Свинец и кадмий, например, поступая к беременной и накапливаясь в плаценте, проникают в плод, о чем свидетельствует их высокое содержание в пупо-винной крови и меконии новорожденных [4]. Добавление в пищу ацетата свинца беременным самкам крыс ежедневно или однократно на 18-й день беременности вызывало значительное снижение антиоксидантной активности, повышение уровней окисленного глутатиона и малонового диальдегида в мозговой ткани новорожденных крысят [26].
Введение внутрижелудочно беременным крысам Сё в течение 11 дней (с 9-го по 19-й) показало, что этот элемент накапливается и оказывает влияние на содержание Zn, Fe, Си, Са, К и На в феталь-ных печени, почках и плаценте, но не накапливается в мозге плода, что, видимо, связано с функционированием ГЭБ [27], который способствует селективному поступлению элементов в нервную ткань [14, 25, 28].
В работах О.А. Громовой показано, что нарушения гематоэнцефалического барьера и формирования цитоархитектоники мозга в онтогенезе обусловливает ретроградный ток нейротоксичных металлов и вследствие этого грубую деформацию элементного статуса у детей с ДЦП: дефицит кобальта, что нарушает процесс миелинизации, а также селена и цинка, которые обеспечивают адекватную защиту мозга во время родов и препятствуют накоплению токсичных металлов [16].
В ходе эмбриогенеза генетически детерминированы механизмы транспорта и депонирования МаЭ и МиЭ. Достижение достаточного количества их внутриклеточного пула очень важно для плода, для которого характерно явление "сверхзапасания" элементов. Так, концентрация меди в мозге у плода и новорожденного выше, чем у взрослых. Это обусловлено ее ролью в синтезе фосфолипи-дов, являющихся структурными компонентами нервной ткани, что подтверждается развитием ги-помиелинизации головного и спинного мозга при недостаточности меди [14, 29]. Большинство микроэлементов откладываются в органах и тканях плода в третьем триместре беременности. Цинк активно транспортируется через плаценту и накапливается в основном в головном мозге, а также фетальных печени, поджелудочной железе и костной ткани. Накопление меди у плода происходит в основном во второй половине беременности матери, причем 50% запасается в печени, второе место по накоплению этого элемента занимают ткани мозга. Выявлена обратная корреляционная связь в соотношении цинка и меди: содержание цинка
уменьшается в течение беременности, а меди, напротив, растет [11]. Количество железа увеличивается с возрастом во всех участках мозга, кроме продолговатого мозга [14]. Содержание Си, Мп, И, А1, Si и Zn в мозге плода выше, чем у взрослых, и повышается в сером и белом веществе к моменту рождения [14, 19, 30]. Концентрация селена в фе-тальном мозге снижается к периоду родов и возрастает в постнатальном периоде [19].
Деление и рост клеток в развивающемся эмбрионе сопровождается распределением внутреннего пула МЭ. В процессе онтогенеза осуществляется активное перераспределение катионов металлов в структурах мозга [23]. У новорожденных наиболее высокая концентрация металлов в продолговатом мозге и таламусе. По мере усложнения цитоархи-тектоники происходит относительное перемещение МЭ в высшие отделы — в кору [19]. В постэмбриональном периоде концентрации элементов в коре головного мозга продолжают возрастать, что, вероятно, связано с созреванием и становлением окислительно-восстановительных энергообесечи-вающих систем, процессами дифференцировки клеток и миелинизации.
"Точки приложения" действия металлов в ЦНС чрезвычайно многочисленны и подробно освещены в большом количестве источников [10, 14, 16, 19, 31, 32]. В нашем обзоре мы остановимся на участии некоторых из них в нейрональных функциях плода и новорожденного.
Медь — единственный микроэлемент, концентрация которого увеличивается во время беременности за счет клеточных запасов [10]. Этот элемент участвует в окислительно-восстановительных процессах в составе электронпереносящих белков-нейропептидов [31, 33], содержится в Си^п-супероксиддисмутазе, дофамин-р-гидрок-силазе, цитохром-С-оксидазе, аминооксидазе [19], принимает участие в процессах передачи нервного импульса, оказывает заметное воздействие на уровень нейропептидов, влияя на процессы их биосинтеза или высвобождения. При ее дефиците в препаратах синаптосом существенно повышается связывание ГАМК, угнетается функция опиоидных рецепторов, развиваются нейродеге-неративные заболевания [16]. При болезни Мен-кес у детей на фоне глубокого внутриклеточного дефицита меди в головном мозге (а также в печени и сыворотке крови) при высоких концентрациях этого элемента в других тканях наблюдаются многочисленные неврологические расстройства, дегенерация коры мозга и белого вещества [19, 32].
Тканями, наиболее зависящими от содержания магния, являются ткани, имеющие максимальную плотность митохондрий — плацента, матка, головной мозг, миокард. Этот элемент чрезвычайно важен для нормального функционирования нервной системы [16, 34—36]. Ферменты, содержащие его,
обеспечивают энергетические и пластические процессы в ЦНС, участвуют в гидролизе АТФ, поддержании активности М§,Са-АТФ-аз, в синтезе нейропептидов [21, 37, 38]. Магний тормозит процессы возбуждения в коре головного мозга
[39], участвует в регуляции нейрональной памяти
[40]. Дефицит цитозольного магния в нейронах является наиболее ранним и точным маркером апо-птоза нервных клеток [41, 42]. В то же время избыток его у новорожденных провоцирует перивентри-кулярную лейкомаляцию и интравентрикулярные геморрагии, в последующем реализующиеся в грубую неврологическую патологию, в том числе ДЦП [43].
Не меньшую, чем магний, роль для ЦНС играет цинк. Прежде всего он является стабил
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.