Изменения биохимических показателей нейропередачи у детей с повышенной концентрацией алюминия в моче

В промышленно развитых регионах Российской Федерации население постоянно подвергается хроническому воздействию выбросов химических компонентов предприятий различных видов производств, в том числе алюминия. Алюминий относится ко 2-му классу опасности веществ для человека1. Поступает в

• ¹    ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмо сферном воздухе населенны х мест.

атмосферный воздух в виде диалюминия триоксида, специфического компонента выбросов технологического процесса алюминиевого производства. Алюминий в ряде регионов отнесен к числу приоритетных веществ, загрязняющих питьевую воду централизованного водоснабжения в связи с особенностями развития производства и с загрязнением воды в процессе водоподготовки [Гресь, Слобожанина, Гузик, 2014]. Кроме этого, по данным агентства по регистрации токсичных веществ и заболеваний США, основным источником поступления алюминия в организм человека являются продукты питания, так как алюминий используется в качестве пищевой добавки и входит в состав пищевой упаковки [Toxicological …, 2008].

Алюминий в организме способен образовывать прочные связи с биомолекулами в виде подвижных форм, обладающих высокой реакционной способностью [Багрянцева и др., 2016]. Депонирует в сером веществе головного мозга, в костях, легких и печени. Большая часть алюминия выводится с мочой, и ряд исследователей рассматривает его концентрацию в моче в качестве индикаторного показателя экзогенного ингаляционного поступления [Roßbach et al., 2006]. При избыточном поступлении в организм обладает выраженным общетоксическим действием с преимущественным вовлечением в патологический процесс центральной нервной системы (ЦНС), что обусловлено его тропностью к данной системе [Багрянцева и др., 2016].

Алюминий, как нейротропный металл, способен проникать через обонятельные нейроны, расположенные в носовой полости, через гематоэнцефалический барьер с помощью специфических трансферриновых рецепторов. В результате происходит транснейрональное распределение алюминия в ядрах нейронов головного мозга [Becaria, Campbel, Bondy, 2002], накопление в перинуклеарных областях астроцитов с последующим нарушением аксонального транспорта, синтеза и инактивации нейромедиаторов [Deloncle et al., 1990; Levesque et al., 2000]. Исследованиями на лабораторных животных доказана способность алюминия ускорять пероксидацию в клетках, приводя к повышенной генерации активных форм кислорода, вызывающей гибель нейронов [Becaria, Campbel, Bondy, 2002]. Следствием этих процессов является повреждение синаптической передачи нервных импульсов от нервных рецепторов к клеткам тканей внутренних органов, либо между нейронами центральной и периферическими нервными системами [Levesque et al., 2000; Гресь, Слобожанина, Гузик, 2014].

В исследованиях по изучению хронического поступления алюминия, даже при низких концентрациях из атмосферного воздуха, питьевой воды, продуктов питания, особенно актуальным является доказательство и обоснование его негативного воздействия на ЦНС, в первую очередь, у детей. Установленные показатели негативного эффекта целесообразно учитывать для разработки мер профилактики нормализация медиаторных процессов у детей, постоянно проживающих в условиях хронического воздействия алюминия.

Целью данного исследования является установление изменений биохимических показателей, характеризующих передачу нервного импульса у детей с повышенной концентрацией алюминия в моче.

Материал и методы исследования

Материал

В исследовании участвовали дети возрасте 3–7 лет ( n = 234): 189 человек (группа наблюдения), проживающих в условиях стабильного присутствия алюминия в атмосферном воздухе (на уровне до 0.2 ПДК с.с. ), и 45 человек (группа сравнения), не подвергающихся аэрогенному воздействию данного химического фактора. Дети посещали дошкольные образовательные организации; по половозрастному составу, социально-бытовым условиям проживания, среднему уровню материального обеспечения сопоставимы.

Методы исследования

Исследование биологических образцов (моча) выполнено методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой СТО М25–2016 на масс-спектрометре Agilent 7500cx (США). Оценку установленного содержания алюминия в моче проводили относительно референтного уровня [Клиническое …, 2003] и показателя в группе сравнения.

Оценка баланса нейромедиаторов ЦНС выполнена по содержанию глутаминовой и γ-аминомасляной кислот (ГАМК) в сыворотке крови, уровня специфических белков – по содержанию нейронспецифической енолазы (НСЕ) в сыворотке крови, кальций-фосфорного обмена – по уровню фосфора в сыворотке крови и ионизированного кальция в цельной крови с использованием коммерческих тест-систем Фосфор-Ново (Россия), Medica Corporation (США), GABA ELISA Kit (Германия), Glutamate Kit (Австрия), НСЕ-ИФА (Россия) на анализаторе электролитов крови EasyLyte Calcium (США), на автоматическом биохимическом Keylab (Италия) и иммуноферментном Elx808IU (США) анализаторах. Свободнорадикальное окисление оценивали по содержанию гидроперекисей липидов в сыворотке крови с помощью коммерческой тест-системы OxiStat (Австрия) и малонового диальдегида (МДА) в плазме крови колориметрическим методом с тиабарбиту-ровой кислотой [Современные …, 1977].

Диагностические процедуры осуществляли с обязательным соблюдением этических принципов медико-биологических исследований, изложенных в Хельсинкской декларации 1975 г. с дополнениями 1983 г., в гармонизации с Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ-Р 523792005 «Надлежащая клиническая практика». От каждого законного представителя ребенка, включенного в выборку, получено письменное информированное согласие на добровольное участие в обследовании.

Статистическую обработку результатов проводили в программе “Statistica 6,0”. Для анализа дан- ных, подчиняющихся нормальному распределению, рассчитывали среднее арифметическое и стандартную ошибку; достоверность различий устанавливали с помощью критерия Стьюдента (t≥2.0) и уровня значимости р≤0.05; оценку зависимости отклонения лабораторного показателя от концентрации алюминия в моче выполняли с помощью нелинейного регрессионного анализа по критерию Фишера (F≥3.96), коэффициенту детерминации (R2) и критерию Стьюдента (t≥2) при заданном уровне значимости р≤0.05 [Медикобиологическая …, 1998].

Результаты и их обсуждение

Результаты химико-аналитического исследования содержания алюминия в моче у детей группы наблюдения установили статистически достоверные различия среднего содержания алюминия в моче

(0.036±0.004 мг/дм3) детей группы наблюдения, превышающие в 4.5 раза аналогичный показатель в моче детей группы сравнения (0.008±0.003 мг/дм3) и в 5.5 раза референтный уровень данного металла в моче (0.0065±0.0035 мг/дм3) (р=0.0001).

Оценка показателей активности окислительных процессов свидетельствует о повышении в 1.2–2.2 раза уровня МДА в плазме крови, гидроперекисей липидов в сыворотке крови у детей группы наблюдения относительно аналогичных показателей в группе сравнения (р=0.0001) (таблица), что вероятно, обусловлено прохождением алюминия через гематоэнцефалический барьер и необратимым накоплением его в ядрах нейронов, вызывающим окислительную модификацию белков в результате ускорения свободно-радикального окисления [Halliwell et al., 1992; Дубинина и др., 2015].

Биохимические показатели у детей с повышенным содержанием алюминия в моче (M±m)

Биохимический показатель	Среднее значение показателя
	группа наблюдения ( n = 189)	группа сравнения ( n = 45)
Гидроперекиси липидов в сыворотке крови, мкмоль/дм3	215.08±17.04*	98.12±11.10
Малоновый диальдегид в плазме крови, мкмоль/дм3	3.08±0.11*	2.68±0.15
Глутаминовая кислота в сыворотке крови, мкмоль/дм3	101.48±8.65*	85.43±5.72
γ-аминомасляная кислота в сыворотке крови, мкмоль/дм3	0.11±0.02*	0.14±0.02
Нейронспецифическая енолаза в сыворотке крови, мкг/дм3	5.04±1.55*	2.94±1.46
Ионизированный кальций в цельной крови, моль/дм3	1.17±0.01*	1.13±0.02
Фосфор в сыворотке крови, моль/дм3	1.52±0.05*	1.64±0.05

*(р≤0.05) относительно группы сравнения.

Установлены достоверная связь между повышенным уровнем гидроперекиси липидов в сыворотке крови и повышенным содержанием алюминия в моче (R²= 0.59; F = 11.27; b 0 = -3.24; b 1 = 40.61; р = 0.0001). Зарегистрировано повышение в 1.7 раза уровня НСЕ в сыворотке крови у детей группы наблюдения (5.04±1.55 мкг/дм³) относительно показателя в группе сравнения (р = 0.044). Повышение уровня НСЕ также может указывать на повреждение гематоэнцефалического барьера в результате нейротропного действия алюминия [Астахин, Евлашева, Левитан, 2016].

Установлена достоверная связь между повышенным уровнем НСЕ в сыворотке крови и повышенным уровнем алюминия в моче (R² = 0.33; F = 61.03; b 0 = -0.69; b 1 = 24.19; р = 0.0001). Следствием повреждения гематоэнцефалического барьера в результате нейротропного действия, как правило, является нарушение синаптической передачи нервных импульсов, связанное с дискоординацией процессов возбуждения и торможения. Подтверждением данного процесса является выявленный дисбаланс нейромедиаторов возбуждения и торможения в нейронах ЦНС. Установлено повышенное содержание глутаминовой кислоты в сыворотке крови детей группы наблюдения в 1.2 раза и снижение уровня γ-аминомасляной кислоты в

• 1.3 раза относительно показа телей в группе сравнения (р = 0.003–0.044); достоверная причинноследственная связь повышенного уровня глутаминовой кислоты в сыворотке крови с повышенным содержанием алюминия в моче (R² = 0.10; F = 7.31; b 0 = -1.93; b 1 = 10.16; р = 0.010).

Избыток глутамата ведет к поступлению большого количества ионов кальция в клетку, что, в свою очередь, вызывает повреждение и гибель клетки – эффект эксайтотоксичности [Roßbach, 2006]. Выявлено достоверное повышение содержания ионизированного кальция (1.17±0.01 ммоль/дм3) и снижение уровня фосфора (1.52±0.05 ммоль/дм3) в крови детей группы наблюдения относительно аналогичных показателей в группе сравнения (р = 0.0001–0.001).

В результате дисбаланса фосфорно-кальциевого обмена увеличивается транспорт ионов кальция внутри нервной клетки и, как следствие, изменяется порог возбудимости нейронов [Дубинина, 2015]. Установлены причинно-следственные связи повышенного уровня ионизированного кальция в крови с повышенным содержанием алюминия в моче (R2 = 0.47; F = 84.64; b0 = 0.52; b1 = 33.53; р = 0.0001); между пониженным уровнем фосфора в сыворотке крови и по- вышенной концентрацией алюминия в моче (R2 = 0.58; F = 16.20; b0= -3.98; b1= 38.64; р = 0.003).

Заключение

Проведенное исследование свидетельствует о том, что в условиях хронического воздействия алюминия у детей установлено повышенное содержание в моче данного металла на уровне 0.032 мг/дм3 и выше. Выявлены отклонения биохимических показателей, характеризующие нарушение процесса передачи нервного импульса в виде повышения уровня НСЕ, глутаминовой кислоты, ионизированного кальция в цельной крови и понижение фосфора в сыворотке крови, доказано связанные с повышенным содержанием алюминия в моче. Установленные отклонения биохимических показателей происходят на фоне активизации процесса пероксидации. Выявленные биохимические показатели целесообразно учитывать для разработки мер профилактики нормализация медиаторных процессов в ЦНС у детей, постоянно проживающих в условиях хронического воздействия алюминия.

Исследование выполнено в рамках бюджетного финансирования в соответствии с государственным заданием.