Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Обмен минеральных элементов в органах и тканях всегда привлекал внимание ученых. Тем более что была обнаружена взаимосвязь между химическими (неорганическими) элементами и энзимами (органическими) элементами. Среди наиболее часто изучаемых неорганических компонентов организма млекопитающих и человека являются железо, медь и цинк и другие. Известно, что медь входит в состав фермента – цитохромоксидазы, отвечающего за клеточное дыхание в органах и тканях. Помимо этого является компонентом некоторых витаминов и гормонов. Также медь участвует в процессах кроветворения, в частности в синтезе гемоглобина, играющего ведущую роль в переносе кислорода. Особенно важно, что медь участвует в синтезе эластина при гистогенезе. Важно, что медь участвует в синтезе меланина. Кроме того, медь входит в состав миелиновых оболочек нервных волокон, тем самым контролируя функции передачи импульса по нервной системе.

С другой стороны функциональный антагонист меди – цинк обладает также широким спектром свойств. Так, цинк входит в состав многих ферментов. Например, карбоангидраза – звено в метаболической цепи окиси углерода. Входя в состав дегидрогеназ, участвует в клеточном дыхании. Участие цинка в синтезе гормонов – нейромедиаторов обуславливает внимание исследователей к этому биоэлементу.

Несомненно, для организма человека и млекопитающих является важным правильное функционирование головного мозга. Напрямую это зависит от функциональной полноценности морфологического субстрата – сосудистых сплетений головного мозга, располагающихся на границе между кровью и ликвором [1–3].

Именно сосудистые сплетения в первую очередь боковых желудочков головного мозга являются не только барьером между ликвором и кровью, но и сами синтезируют ликвор, часть которого они же и резорбируют [4, 5].

Понятно, что основной задачей в изучении морфофункциональных изменений сосудистых сплетений головного мозга человека является сопоставление событий, наблюдаемых с помощью прижизненной диагностической томографии, с морфологическими изменениями организации сосудистых сплетений на клеточном и молекулярном уровнях [6].

Именно сосудистые сплетения головного мозга играют важнейшую роль в регуляции водно-солевого баланса головного мозга. Поэтому важна характеристика минерального обмена в органе. Функциональная несостоятельность сосудистых сплетений может привести к серьезной патологии. Очевидно, что при изучении метаболизма структуры необходимо учитывать и влияние окружающей среды исследуемого объекта [7, 8]. Вместе с тем большая часть химических элементов в организме животных и человека в функциональном плане имеют тесную связь с ферментами и способствуют оптимальной деятельности головного мозга вместе с микроокружением: тканевыми базофилами и моноаминоцитами. Сосудистые сплетения головного мозга содержат широкий спектр химических элементов, называемых биотиками, в том числе медь и цинк. В связи с их особой морфофункциональной ролью в организме млекопитающих и человека важно знать особенности их метаболизма. Однако сведения, имеющиеся в литературе, недостаточны.

С целью детализации особенностей метаболизма нами проведено комплексное исследование содержания и распределения наиболее важных минорных микроэлементов: меди и цинка методом спектрального анализа в сосудистых сплетениях боковых желудочков головного мозга человека в мг % на золу.

Кроме того, проводилось цитофотометрическое сравнение уровня активности цинк зависимого фермента – щелочной фосфатазы на регистрирующем МФ-4 в онтогенезе у мышей и человека.

Также проводилось гистохимическое определение содержания и распределения химических элементов (меди по Степанян, цинка по Шевчуку) в клеточных структурах сосудистых сплетениях боковых желудочков головного мозга человека в онтогенезе на парафиновых срезах, толщиной 3 мкм. Для проводки использована стандартная схема проводки биологического материала.

Кроме того, было проведено экспериментальное определение топографии и уровня активности щелочной фосфатазы по Гомори в онтогенезе у человека и мышей в аналогичные возрастные периоды. Всего было исследовано 30 животных разных возрастов.

Животных содержали в стандартных условиях вивария при естественном освещении на полнорационной сбалансированной диете (ГОСТ Р 50258-92) и свободном доступе к воде и пище. Содержание животных соответствовало правилам лабораторной практики при проведении доклинических исследований в РФ (ГОСТ 351000.3-96 и 51000.4-96) и Приказу МЗ РФ № 267 от 19.06.2003 г. «Об утверждении правил лабораторной практики» с соблюдением Международных рекомендаций Европейской конвенции по защите позвоночных животных (1997). Настоящее исследование оценено этической комиссией ГБОУ ВПО АГМА Минздрава России (заключение № 3 от 6 марта 2012 года).

Выбор меди обусловлен тем, что она является жизненно важным элементом и входит в состав как витаминов, так и ферментов, гормонов, а также дыхательных пигментов. Помимо этого она активно участвует в процессе тканевого дыхания. Медь необходима для формирования костной ткани, хрящей структурных элементов сосудистой системы. Медь входит в состав цитохромоксидазы – важнейшего звена дыхательной цепи. В то же время она является биологическим антагонистом цинку, который также обладает рядом важных функций.

Так цинк является компонентом (простетической группой) более 300 ферментов, влияет на клеточную репродукцию и дифференцировку. Помимо этого цинк участвует в обмене витаминов А и Е. Не менее важно участие цинка в репродуктивной функции организма. Очевидно, что в онтогенезе цинк играет существенную роль.

Исследования проводились, начиная от 4-х месяцев антенатального периода до 90 лет. На каждую временную (возрастную) точку брали не менее трех проб.

У мышей для исследования были взяты сосудистые сплетения боковых желудочков головного мозга у 18-дневных плодов, новорожденных, 1, 2, 3, 4 и 8 недель постнатальной жизни. Для снижения травматизации и получения объективных результатов в работе с животными использовано устройство для фиксирования мелких лабораторных животных [9].

Для каждого измерения определяли среднюю арифметическую (М), среднее квадратическое отклонение (δ), ошибку средней арифметической (m), показатель достоверности (p).

В результате исследования было установлено, что цинка в составе сосудистых сплетений головного мозга намного больше, чем меди, во все возрастные периоды. Как показали исследования, количество цинка в органе к моменту рождения увеличивается примерно в 2 раза, медь же накапливается более медленно (p < 0,05) (табл. 1).

Гистохимически цинк выявляется в цитоплазме эпителиоцитов сосудистых сплетений боковых желудочков головного мозга в виде большей частью диффузной коричневой окраски. Иногда можно было наблюдать глыбки исследуемого элемента.

Учитывая, что щелочная фосфатаза является цинкозависимым ферментом, было проведено параллельное детальное изучение определение содержания и распределения щелочной фосфатазы в органе по Гомори выявило, что фермент локализуется в цитоплазме эпителиальной выстилки сосудистых сплетений в виде гранул темно-коричневого цвета, либо в виде крупных конгломератов, заполняющих почти всю клетку. Такая топография сохраняется как у человека, так и у млекопитающих (рисунок).

Учитывая функциональную роль цинка в гистогенезе, можно предположить активное участие этого элемента в формировании соединительнотканного каркаса сосудистых сплетений боковых желудочков головного мозга в антенатальном периоде, в частности коллагеновых волокон.

а

б

Сосудистые сплетения боковых желудочков головного мозга мыши (а) и человека (б). Локализация щелочной фосфатазы показана стрелками

Гистохимическое выявление меди также выявило присутствие меди в эпителиальных клетках сосудистых сплетений боковых желудочков головного мозга млекопитающих. Визуально клетки чаще имеют диффузную желто-коричневую окраску в зависимости от концентрации элемента. Причем дают цветную реакцию все клетки эпителия. Особенно много зерен красителя концентрируется в ядре эпителиальной выстилки сосудистых сплетений боковых желудочков головного мозга. Ядра четко контурируются.

Качественная реакция на цинк сопоставима с локализацией активности щелочной фосфатазы и проявляется как диффузной окраской разной степени интенсивности коричневого цвета, так и в виде гранул.

Количественные данные приведены в табл. 2.

При анализе полученных данных обращает на себя увеличение содержания меди и цинка на протяжении всего внутриутробного периода в эпителии сосудистых сплетений боковых желудочков (p < 0,05).

Далее у новорожденного содержание меди продолжает увеличиваться, в то время как содержание цинка резко падает. Изменения являются статистически достоверными (p < 0,05).

Резкое падение количественных показателей содержания биотиков в органе подтверждает стрессорное воздействие процесса рождения на организм.

Если в процессе антенатального периода идет практически однонаправленное повышение содержания как меди, так и цинка, то после рождения соотношение меняется.

Вероятно, сохранение тенденции к повышению содержания меди до 1 года постнатального периода связано с сохранением интенсивных процессов кроветворения в организме.

Сравнивая данные количественного (спектрального) и полуколичественных (гистохимических) анализов в постнатальном периоде, можно отметить достоверное снижение содержания меди в интервале от 1 года до 7 лет, в то время как цинк, напротив, существенно накапливается. Учитывая роль цинка в гистогенезе соединительной ткани, в частности рыхлой соединительной ткани, это может быть функционально оправдано.

К семи годам постнатальной жизни количество цинка в сосудистых сплетениях боковых желудочков головного мозга статистически достоверно снижается, но к 16 годам вновь отмечается его накопление (p < 0,05), но уже практически в пределах статистической погрешности. Можно предположить, что это связано со становлением гендерных особенностей организма. Далее в постнатальном периоде онтогенеза человека следует вновь статистически достоверное увеличение содержания цинка к 30 годам. Это указывает на особенности метаболизма в этот возрастной период. Затем регистрируется снижение, причем статистически достоверное в возрасте от 50 до70 лет (p < 0,05). А после этого возраста достаточно резко снижается.

Гистохимические исследования содержания и распределения цинка и меди показывают определенную динамику биотиков, но не столь показательную, как при количественном исследовании.

Динамика содержания меди в сосудистых сплетениях боковых желудочков головного мозга показывает, что к 16 годам медь в отличие от цинка не повышается, а снижается (однако, разница статистически не достоверна). В дальнейшем к 30 годам одновременно повышается содержание и меди и цинка (p < 0,05).

Следует отметить, что начиная с периода полового созревания до 50 лет, количество меди в сосудистых сплетениях головного мозга статистически достоверно увеличивается (p < 0,05), снижаясь лишь к возрасту долгожителей.

Это обстоятельство подтверждает разную степень необходимости исследуемых элементов. Аналогия в динамике содержания цинка в сосудистых сплетениях боковых желудочков головного мозга может быть обусловлена значимостью этого биоэлемента в конкретный возрастной период.

Помимо этого комплексные исследования с помощью количественных и полуколичественных методов взаимно дополняют друг друга. Это подтверждает объективность полученных данных. То есть выявленная динамика содержания и распределения цинка и меди, а также металлозависимого энзима (щелочной фосфатазы) в сосудистых сплетениях боковых желудочков головного мозга отражает особенности метаболизма в конкретные возрастные периоды онтогенеза.

Таким образом, наши данные позволили выявить особенности метаболизма биотиков (цинка и меди) и сопряженного металлоэнзима в сосудистых сплетениях головного мозга в онтогенезе человека в сравнении с аналогичными показателями млекопитающих.