Современные аспекты регуляторных, патофизиологических и токсических эффектов, вызываемых ионами кобальта при оральном поступлении в организм человека

Загрязнение окружающей среды ксенобиотиками остается одной из глобальных проблем, решение которой так и не найдено, а ее серьезность в XXI в. возросла. Основными современными ксенобиотиками являются соли тяжелых цветных металлов, в том числе таких элементов, как свинец, кадмий, кобальт, хром, ртуть, алюминий и т.д. Тяжелые цветные металлы проникают в организм человека не только через пищеварительный тракт, который наиболее уязвим к воздействию техногенных экотоксикантов, они также могут попадать в организм через органы дыхания, кожные покровы и сли- зистые оболочки, особенно в тех случаях, когда барьерные функции органов и тканей снижены.

Согласно данным современных исследований, довольно высокая биологическая доступность солей кобальта и присутствие минеральных соединений в пищевых цепочках человека могут быть вызваны как эндемическими геохимическими факторами, так и непосредственно человеческой деятельностью, связанной с функционированием угольных электростанций, производством определенных пищевых продуктов, добычей и обработкой металлов, производством медицинских сплавов, керамических изде-

Доломатов Сергей Игоревич – кандидат медицинских наук, доцент кафедры биологии (e-mail: ; тел.: 8 (3652) 554-911; ORCID: .

Сатаева Татьяна Павловна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры биологии (e-mail: ; тел.: 8 (3652) 554-911; ORCID: .

Жуков Валерий Анатольевич – кандидат медицинских наук, доцент факультета наук о Земле (e-mail: ; тел.: +48 601 92 55 95; ORCID: .

лий, бытовыми отходами и т.д. Большой объем имеющихся данных указывает на важную роль, которую играет питание в интенсивности поступления кобальта в организм [1–4]. Результаты кинетического исследования двухвалентных ионов кобальта (Co2+) в организме человека показали, что поддержание стабильных системных показателей данного иона может быть усилено связыванием катиона и полианионных протеинов плазмы (например альбумина), накоплением значительного количества Co2+ внутри эритроцитов и его интенсивным перепогло-щением трубчатым эпителием нефрона. Кобальт выводится из человеческого организма, как и из организма других млекопитающих, главным образом через почки и пищеварительный тракт. Интенсивность почечного клиренса Co2+ довольно точно отражает баланс растворимой доли иона во внеклеточной жидкости в организме. Современная методология оценки уровня потребления кобальта людьми может быть основана на анализе динамики Co2+ в крови и моче [5–7]. Вместе с этим в популяционных исследованиях довольно интересными бывают сравнения динамики содержания кобальта в различных образцах человеческой крови и волос. Параллель между метаболическими процессами в организме, связанными с катионами Ca2+ и Co2+, подчеркивается предположением о преференциальном распределении данных катионов во внутриклеточной жидкости, эритроцитах и специализированных клеточных органеллах в некоторых тканях с высокой долей метаболизма Ca2+ [8]. С одной стороны, в экспериментах, проведенных на крысах, было выявлено, что кардиотоксический эффект двухвалентных солей кобальта возникает в основном вследствие накопления катиона Co2+ внутри клеток миокарда. С другой стороны, существуют экспериментально полученные доказательства тезиса о том, что внутриклеточный метаболизм Co2+ может быть тесно связан с метаболизмом ионов цинка (Zn2+) и системой транспортировки позитивно заряженных аминокислот через катионный транспортер аминокислот Cat1 [9].

Существует несколько причин, по которым разработка эффективных методов оценки уровня поступления Co2+ и изучение его кинетики в организме человека могут иметь большое практическое значение. Во-первых, физиологически активные сложные соединения, содержащие Co2+ (кобаламины), необходимы для нормального биохимического функционирования физиологических процессов. Во-вторых, минеральные соли кобальта (Co2+) постоянно присутствуют в продуктах питания, в основном животного происхождения. Согласно полученным данным, допустимое дневное поступление Co2+ в организм человека не должно превышать 1000 мкг/день. Согласно другим данным, допустимая доза дневного поступления Co2+ составляет примерно 600 мкг/день. Санитарные нормы, действующие в данный момент во Франции, устанавливают предельно допус- тимые дневные уровни поступления Co2+ (в зависимости от возраста), которые составляют 1,6–8 мкг/кг м.т./день [10]. В среднем поступление ионов кобальта в организм человека с продуктами питания составляет 0,012 мг/день-1, но в некоторых популяциях это количество несколько выше, например, в Индии, где оно равняется 0,23 мг/день-1, и в Японии – 0,036 мг/день-1. Если уровни потребления Co2+ превышают физиологические нормы, это может вызывать токсические эффекты, активируя процессы мутагенеза, канцерогенеза и некроза тканей путем стимулирования формирования активных форм кислорода и подавления систем восстановления ДНК [11–13], активацию провоспалительных процессов, функциональные расстройства в щитовидной железе, повышенный риск кардиомиопатии, энцефалопатии и врожденных пороков развития [14–16]. Данные, полученные в ходе популяционных исследований, подтверждают, что если кобальт поступает в организм в повышенном количестве, это может привести к ухудшению зрения [17].

В человеческом организме, как и в организмах других млекопитающих, минеральные соли Co2+ не участвуют в процессе биосинтеза кобаламинов кишечной микрофлорой. В то же время мы обнаружили некоторые данные, указывающие на то, что ионы Co2+, поступающие в организм с продуктами питания (не являющиеся кобаламинами), могут вызывать регуляторные эффекты, опосредованные производством физиологически активных веществ, которые действуют как катионные медиаторы в отношении различных органов и тканей. Прежде всего эти эффекты связаны с факторами, индуцируемыми гипоксией (HIF) [18–21]. Это особое воздействие кобальта на организм человека, которое опосредовано фактором, индуцируемым гипоксией, не в полной мере соответствует общепринятому мнению о тех токсических эффектах, которые вызывают соединения кобальта. Возможно, именно поэтому за последние два десятилетия это направление исследования очевидно выделилось и стало вполне самостоятельным. Наличие специфических подходов и методов исследования позволяет ему вполне эффективно поднимать ряд вопросов относительно патофизиологических и регуляторных аспектов воздействия Co2+ на организм человека. По нашему мнению, это наиболее многообещающее и актуальное направление как с точки зрения фундаментальной науки, так и практической медицины.

Цель исследования – проанализировать все имеющиеся данные о регуляторных и патофизиологических эффектах Co²⁺ в организме человека на его системном и молекулярном уровнях после употребления токсичных продуктов питания или в процессе накопления катионов кобальта во внеклеточной жидкости.

Токсические эффекты кобальта. В контексте рассматриваемых фактов данные о заявленных прямых токсических эффектах кобальта могут пока- заться довольно интересными. Это позволяет более четко различать механизмы регуляторных и токсических эффектов Co2+. Следует заметить, что возникновение этих токсических эффектов и уровень токсичной дозы катиона кобальта в большей степени зависит от того, каким способом он попадает в организм – перорально, через дыхательные пути или через кожу. По мнению некоторых авторов, существуют пороговые дозы поступления кобальта, превышение которых приводит к возникновению токсического эффекта. В частности, для перорального поступления Co2+ минимальный порог дневного поступления иона считается равным примерно 0,01 мг Co/кг м.т./день. Существуют данные о том, что кардиомиопатия, связанная с Co2+, может быть вызвана поступлением иона с пищей в количествах от 0,04 до 0,14 мг Co/кг/день. Имеются некоторые сомнения о релевантности исследований, направленных на обоснование пороговых значений поступления соединений Co2+ в организм человека, поскольку доля антропогенного фактора в биологической доступности данного химического элемента существенно возросла. Возникла версия, что пороговые значения системных токсических эффектов Co2+ могут быть связаны с насыщением внутрисосудистых систем осаждения катионов (протеинов плазмы и эритроцитов) и увеличением концентрации свободного (ионизированного) кобальта во внеклеточной жидкости [22].

Следовательно, степень токсичности Co2+ может определяться не только поступлением ионов металла с продуктами питания, но и состоянием, например, протеинового метаболизма. Действительно, существуют прямые доказательства того, что диета с низким содержанием протеина может считаться дополнительным фактором риска развития токсических эффектов, вызываемых Co2+. Результаты клинических исследований также подтвердили, что протеины плазмы способны связывать ионы Co2+, подчеркивая возможную роль, которую данный механизм играет в возникновении нейротоксических эффектов, вызываемых катионами металлов.

Доступные данные позволяют предположить, что прямые токсические эффекты Co2+ при воздействии на организм человека или животных возникают в основном вследствие увеличения количества активных форм кислорода, что приводит к активации переокисления липидов и протеинов, за которым следует значительное разрушение нуклеиновых кислот и подавление систем восстановления ДНК [23]. Доказано, что применение антиоксидантов снижает токсические эффекты кобальта [24], кроме того, не только соли, но и металлический кобальт имеет ряд генотоксических свойств. Соединения кобальта, например с вольфрамом или его карбидом, могут усилить его генотоксические и канцерогенные свойства.

Между тем существуют данные о том, что прямое повреждение митохондрий может считаться еще одним патогенным механизмом полиорганических расстройств, вызываемых солями кобальта [25]. Согласно авторам данного исследования, токсическое влияние Co2+ на митохондрии вносит свой вклад в развитие окислительного стресса и повреждение митохондриальной ДНК вне зависимости от повреждения ядерной ДНК. Исследования in vitro, проведенные на эмбриональных стволовых клетках мышей, показали, что двухлористый кобальт (CoCl2) усиливает образование свободных форм кислорода, снижает уровень антиокислительной защиты, способствует высвобождению цитохрома С из митохондрии в цитоплазму и, наконец, активирует апоптоз митохондриальных клеток [26]. Авторы подчеркивают, что токсические эффекты двухлористого кобальта зависят от дозы и времени, в течение которого клетки подвергаются воздействию ионов тяжелых металлов. Также было отмечено, что двухлористый кобальт способен вызывать образование супероксида аниона в митохондриях различных клеток тела человека [27].

По нашему мнению, следует принять во внимание тот факт, что токсичная концентрация Co²⁺ может оказывать особое воздействие на иммунную систему. В частности, исследования in vitro , проведенные на моноцитах и нейтрофилах человека, показали, что катионы Co²⁺ активируют Толл-подобный рецептор-4 (TLR4) в лейкоцитах, стимулируя миграцию клеток, что приводит к повышенному образованию провоспалительных цитокинов и очагов инфильтрации [28]. С другой стороны, Толл-подоб-ный рецептор-4, стимулированный Co²⁺, экспрессируется на капиллярных эндотелиальных клетках человека [29]. Поэтому результаты описанных исследований полностью соответствуют ранее полученным данным о том, что индукция Толл-подобного рецептора-4, вызванная Co², в брюшинных макрофагах мышей сопровождается чрезмерным образованием провоспалительных цитокинов и тканевых гормонов [30].

Тем не менее анализ токсических свойств, которые могут быть присущи тому или иному веществу, должен всегда основываться на кинетике соединения в организме человека. Так, было определено, какие именно органы (миокард, печень, почки) обладают способностью аккумулировать ионы Co2+. Были выявлены признаки изменений в метаболических процессах в печени и почках крыс, которые подвергались длительному воздействию двухлористого кобальта в дозе, равной 12,5 мг кобальта кг–1, в течение семи дней [31]. Патоморфологические исследования показали, что двухлористый кобальт может вызвать дозозависимые структурные расстройства в тканях печени и миокарда [32]. В контексте обсуждаемых здесь проблем очень важно подчеркнуть, что ткани, характеризуемые высокой интенсивностью метаболизма Cо2+, могут считаться мишенями его токсических эффектов. Действительно, результаты экспериментальных исследований свидетельствуют, что соли Co2+ запускают некротические изменения в сердце и почках [33]. Также органом-мишенью для Co2+ можно считать костномышечную систему. Было установлено, что Bcl-2-интерактивный протеин-3 аденовируса E1B (BNIP3) является важным компонентом в мускульной ткани, определяя индуцируемую Co2+ аутофагию через HIF – BNIP3. Таким образом, данные о том механизме, с помощью которого ион Co2+ проникает в клетку и ее митохондрию, могут оказаться довольно полезными. Транспортер 1 двухвалентного иона металла (DMT1) [31] считается основным каналом поступления Co2+ (а также двухвалентных ионов железа и никеля). Однако отмечено, что транспортировка гистидиновой аминокислоты посредством катионного транспортера аминокислот Cat1 тоже может участвовать в поглощении катионов кобальта. Транспортный протеин Zhf1, который отвечает за метаболизм ионов цинка, способствует детоксификации клеток, удаляя из них катионы кобальта. По существующим данным, дальнейшее поступление Co2+ из цитоплазмы в митохондриальную матрицу происходит согласно эквивалентному механизму транспортировки Ca2+ и других двухвалентных ионов металлов, а механизм проницаемости митохондриальных пор опосредуется митохондриальным потенциалом [34]. Далее авторы привлекают внимание к тому факту, что ионы Co2+, так же, как ионы Ca2+, могут влиять на систему митохондриальных перемещений.

Однако результаты исследований in vitro, проведенных на культурах кардиомиоцитов, помогли установить, что токсические свойства двухлористого кобальта проявлялись вследствие прямого токсичного воздействия на состояние восстановительноокислительных процессов в митохондриях, которое запускало апоптоз клеток [35]. Возможно, одним из кардиотоксических эффектов Co2+ является нарушение фундаментальных процессов метаболизма энергии в митохондриях, которые не могут поддерживать адекватный уровень сократительных функций кардиомиоцитов, что влияет как на систолу, так и на диастолу [36]. В некоторых работах также обсуждаются аргументы, подтверждающие повреждения, нанесенные митохондриям ионами кобальта (Co2+) в цикле Кребса [37]. Исследования in vitro помогли установить, что двухлористый кобальт стимулирует окислительный стресс и апоптоз в дозозависимой манере [38]. Авторы показали, что ионы Co2+ стимулируют экспрессию динамин-связанного протеина 1 (Drp1), который определяет патогенетические механизмы клеточной смерти: снижение митохондриального потенциала мембраны, снижение уровня АТФ, стимулирование образования свободных форм кислорода. Механизмы апоптоза клеток, вызванного повреждением митохондрий и чрезмерной стимуляцией окислительного стресса, считаются универсальным патогенетическим механизмом, посредством которого Co2+ инду- цирует повреждения центральной нервной системы. Также невозможно обойти вниманием тот факт, что синергический фактор, определяющий природу воздействия двухлористого кобальта на фундаментальные метаболические процессы (активность цикла Кребса, скорость транспортировки электронов цитохромами и активность транскрипции митохондриальной ДНК) в митохондриях, может считаться фактором, индуцированным гипоксией [39].

В настоящее время интересен тот факт, что большинство авторов, обсуждая токсические эффекты, оказываемые Co2+ на митохондрии, указывают на увеличение образования свободных форм кислорода и стимулирование апоптоза как на два тесно взаимосвязанных эффекта. Между тем в литературе содержатся данные о том, что подобная тесная взаимосвязь между окислительным стрессом и апоптозом более характерна для чистого металлического кобальта. В то же время авторы цитируемой работы предоставили данные о том, что механизм стимуляции апоптоза ионами Co2+ может и не зависеть напрямую от активации окислительного стресса.

Патофизиологические эффекты Cо²⁺. Важным аспектом обсуждаемой проблемы является то, что минеральные соли кобальта, которые не являются кобаламинами, могут оказывать собственное регуляторное воздействие на состояние метаболических процессов в организме. Соли кобальта (Co²⁺) уже довольно длительное время используются в фармакологии как стимуляторы кроветворения в лечении анемии [40–42]. Дальнейшие исследования показали, что фактор, индуцируемый гипоксией, является ведущим медиатором, который определяет механизм и интенсивность воздействия минеральных солей кобальта на организм человека. Вопрос относительно того, насколько это возможно – фармакологически лечить анемию с помощью кроветворных солей кобальта – был снят с повестки дня в 70-е гг. прошлого столетия. Между тем возможные аспекты, связанные с применением минеральных солей кобальта, в основном в форме Co²⁺, все еще остаются интересными с точки зрения современной практической медицины, что нашло свое отражение в ряде публикаций.

Согласно современным данным, факторы, вызываемые гипоксией, считаются основными медиаторами регуляторных и патофизиологических эффектов, провоцируемых солями Co2+. Анализ возможных механизмов индукции, зависимой от Co2+, которая приводила к возникновению факторов, вызываемых гипоксией, позволил обнаружить, что подавление метаболического клиренса HIF-1α в результате снижения ферментной активности пролилгид-роксилазы, вызванного Co2+, вряд ли было связано с заменой иона Fe2+ на Co2+ в каталитическом центре фермента [43, 44]. Авторы данной работы утверждают бо̀льшую вероятность того, что механизм стабилизации HIF-1α, зависимый от Co2+, заключа- ется в истощении внутриклеточных ресурсов аскорбиновой кислоты, вызванном присутствием ионов Co2+, а наличие данных ресурсов является решающим фактором для сокращения Fe3+ до Fe2+ в активном центре пролилгидроксилазы. По некоторым данным, роль Co2+ в метаболическом клиренсе HIF-1α связана с участием протеина Гиппеля – Ландау [45], а также со стимулированием трансляции HIF-1α.

Однако если проанализировать эффекты, производимые солями Co2+, связанными со стабилизацией HIF-1α, можно обнаружить уникальный эффект, который не наблюдается при рассмотрении базовых патогенетических механизмов, связанных с токсическими эффектами данного металла.

Во-первых, прямые токсические эффекты минеральных солей Co²⁺ считаются исключительно негативным фактором. Но в то же время если Co²⁺ поступает в организм в малых дозах, не превышающих пороговые уровни, то помимо негативных реакций, мы можем наблюдать физиологические эффекты, которые потенциально могут быть применены в практической медицине. Например, авторы некоторых исследований предполагали, что двухлористый кобальт мог бы стать перспективным адап-тогеном в условиях гипобарической гипоксии [46]. Результаты более поздних исследований выявили возможность применения кобальта in vitro в регенеративной медицине с целью формирования HIF-1α-зависимых, индуцированных Co²⁺ стволовых клеток определенного фенотипа [47]; создания оптимальных условий для приживления трансплантата [48]; контроля остеогенной дифференциации [49]. Помимо этого, перспективными являются и нефропротек-торные свойства солей кобальта, которые были обнаружены в исследованиях in vivo [50, 51]. Принимая во внимание ранее обнаруженные HIF-1α-зави-симые нефропротекторные свойства Co²⁺, для подавления внутритканевого фиброза было предложено использовать органо-металлические соединения кобальта, которые способны с большой точностью обеспечить необходимый уровень внутрипочечного производства Co²⁺.

Во-вторых, способность ионов Co2+ стабилизировать HIF-1α считается плейотропным патофизиологическим механизмом катионного воздействия, связанного с формированием различных физиологически активных молекул и влиянием на митохондриальную функцию. Относительно данного утверждения следует подчеркнуть разумность предупреждений о том, что минеральные соли кобальта не являются обязательным компонентом питания человека, и уровень их потребления с пищей должен жестко регулироваться. Действительно, результаты исследований показывают, что потребление двухлористого кобальта даже в совершенно незначительных количествах может вызвать серьезные изменения в метаболических процессах в миокарде и почечной паренхиме [52]. Также было установлено, что двухлористый кобальт даже в малых дозах, не превышающих порог токсичности, может запустить процессы фиброза и некроза в тканях [53].

В более ранних исследованиях отмечается, что существуют доказательства необходимости биологического мониторинга наличия Co²⁺ в пище, и подчеркивается разнообразие возможных патофизиологических реакций на присутствие катиона в организме, таких как воспаление [54]. Также необходимо отметить, что авторы указанного обзора подчеркивают роль протеинов HIFs в реализации патофизиологических эффектов, вызываемых кобальтом. Более значительный спектр патофизиологических реакций на поступление Co²⁺, возможно, связан с некоторыми HIF-1α-зависимыми регуляторными эффектами Co²⁺ [55, 56]. В частности, указывается, что воспаление может считаться одним из патогенетических эффектов гипоксии, связанных с HIF-1α. Также есть все основания полагать, что ионы Co²⁺ стимулируют экспрессию гена протеина циклооксигеназы-2 на фоне снижения ферментной активности эндотелиальных комплексов NO-синтазы [57]. Исследования in vitro показали, что ионы Co²⁺ способны активировать биосинтез индуцируемой NO-синтазы и про-воспалительных интерлейкинов в макрофагах. В ряде публикаций подчеркивается универсальная патогенетическая роль Толл-подобного рецептора-4 (TLR4) лейкоцитов в иммунных реакциях организма на соли таких тяжелых металлов, как кобальт и никель [58]. Интересно отметить тот факт, что наночастицы металлического кобальта также могут стимулировать дозозависимое формирование моноцитарных IL-1β и TNF-α [59]. Авторы процитированной работы также описывают факты, подтверждающие роль про-воспалительных эффектов кобальта и его соединений в патогенезе иммунных патологий в мускульной и костной тканях. Однако в литературе есть данные о том, что двухлористый кобальт может вызывать подавление иммунной системы путем угнетения провоспалительных факторов [60]. Хотя, как мы уже знаем, регуляторные эффекты данного металла могут зависеть от дозы экспозиции и некоторых других экспериментальных условий.

В то же время было показано, что соли кобальта в печени в концентрациях, близких к токсичным, могут стимулировать производство трансформирующего бета-плейотропного цитокина, который определяет ограничения клеточного цикла и стимуляцию внеклеточного матричного синтеза протеинов вместе с иммуноподавляющими эффектами. Авторы работы полагают, что динамика образования TGF-бета отражает риск возникновения фиброза в органе и может являться канцерогенным фактором. Привлекает внимание тот факт, что фиброз, вызываемый Co2+, может быть системным, а запускать этот процесс способны активные формы кислорода, в то время как ионы другого тяжелого металла – хрома (Cr3+) – не вызывают подобные реакции [61, 62].

При обсуждении HIF-1α-зависимых регуляторных эффектов Co2+ необходимо отметить еще одну важную область исследований, связанную со способностью данного металла участвовать в регуляции экспрессии генов через такие механизмы, как ковалентная модификация хроматина и синтез малой некодирующейся РНК. Это направление исследований динамично развивается, тестируются новые методы диагностики, а также оно является значимым для разработки фундаментально новых способов лечения наиболее смертельных форм рака [63–65].

Эпигенетические эффекты Сo²⁺. Наиболее ранние публикации по данному вопросу содержат данные о том, что Co²⁺ может стимулировать транскрипцию определенных протеинов вне зависимости от внутриклеточного эндогенного образования свободных форм кислорода [66–69]. Далее появились сведения о напрямую индуцируемых Co²⁺ HIF-1α-зависимых эпигенетических механизмах, связанных с ферментными системами метилирования и гистон-ацетилирования ДНК. В современных исследованиях широко подчеркивается роль эпигенетических механизмов в реализации токсических и канцерогенных эффектов тяжелых металлов. Признается важность HIF-1α-зависимых эпигенетических механизмов, индуцируемых кобальтом и другими тяжелыми металлами. Показано, что стимуляция двухлористого кобальта внеклеточными матричными отложениями, а также индукция фактора роста сосудистого эндотелия и эритропоэтина связаны с HIF-1α [70]. По нашему мнению, научная новизна предлагаемого подхода состоит в том, что впервые объясняется патогенез смертельных онкологических заболеваний, вызываемых тяжелыми металлами, а его возникновение обусловлено эпигенетическими механизмами контроля над экспрессией генов. Кроме того, патогенез данных заболеваний не рассматривался в качестве результата прямого повреждения ДНК [71, 72]. Данный подход был основан на канцерогенных эффектах тяжелых металлов, вызываемых специфической ковалентной модификацией хроматина, которая изменяла экспрессию гена. Устойчивость данного подхода была подтверждена результатами дальнейших исследований [73].

Результаты исследований in vitro на клеточных культурах различных миелом (злокачественные изменения B-клеток, избирательно локализованные в костном мозге) показали, что присутствие хлорида кобальта оказывало значительное воздействие на уровень HIF-1α в клетках, а также на экспрессию генов, идентифицированных как факторы транскрипции, маркеры клеточной дифференциации, про-теинкиназы, цитокины и факторы роста, гены, подавляющие опухоль, и онкогены [74, 75]. Авторам данной работы удалось изолировать группу генов, чувствительных к ионам Co2+. Также было установлено, что двухлористый кобальт путем ацетилирования протеинов гистона регулирует экспрессию внеклеточной супероксиддисмутазы [76]. С другой стороны, было показано, что вальпроевая кислота и ингибиторы гистондеацетилазы уменьшают патофизиологические эффекты HIF-1α [77].

Вместе с этим выявлено, что HIF-1α может регулировать не только ковалентную модификацию хроматина, но также влиять на биосинтез малой не-кодирующейся РНК, способной определять биосинтез протеинов на уровне транскрипции или трансляции. Действительно, существуют данные, подтверждающие, что HIF может влиять на метаболические системы малой некодирующейся РНК [78]. В то же время в исследованиях in vitro была установлена связь между присутствием кобальта в среде, HIFs с протеинами и индексом экспрессии микроклеток РНК. Доказано, что HIF-зависимые механизмы посредством системы микро-РНК вовлечены в регуляцию экспрессии провоспалительных цитокинов. Механизмы, с помощью которых Co²⁺ индуцирует воспаление, играют важную роль в патогенезе кобальтовой интоксикации, однако роль, которую эпигенетические механизмы играют в определении синтеза провоспалительных протеиновых факторов (включая микро-РНК), не была достаточно изучена.

Выводы. Необходимость изучения кинетики тяжелых цветных металлов, содержащихся в выбросах промышленных объектов, определяется значительным загрязнением современных экосистем. Экотоксиканты оказывают воздействие на внутренние органы человека на молекулярном, клеточном, тканевом и системном уровнях. Токсические эффекты, вызываемые повреждающим фактором, зависят от его концентрации и длительности экспозиции, сочетания с другими вредными факторами, хроническими заболеваниями, иммунологической реактивностью.

Кобальт является одним из тяжелых цветных металлов, который в то же время принадлежит к группе микроэлементов и является необходимым для функционирования живых организмов. Если он поступает в организм в больших количествах, то становится токсичным и вызывает серьезные повреждения. Определены концентрации, в которых кобальт необходим организму. Основная биологическая роль данного элемента – его присутствие в молекуле растворимого в воде витамина В 12 (цианокобаламина), в массовой доле, равной 4 %. Однако чрезмерное поступление кобальта в организм токсично для генов, ферментов и мембран. Токсичность высоких концентраций кобальта определяется его свойством вызывать гипоксию, активацией переокисления липидов и истощением антиокислительных систем. Кобальт в форме иона с различной валентностью вызывает серьезное переокисление липидов, приводит к возникновению окислительного стресса. Как следствие, нарушается нормальное функционирование эндотелия, повреждаются биологические макромолекулы внутренних органов: дыхания, сердечно-сосудистой системы, печени и, в особенности, почек, в которых нейтрализуются ксенобиотики.

Данные некоторых исследований указывают на токсический эффект, оказываемый хлоридом кобаль- та на почки и миокард. Этот эффект характеризуется развитием микроангиопатии, фиброзной пролиферацией, стимуляцией апоптоза и даже некрозом. Основой токсического эффекта, вызываемого солями тяжелых цветных металлов, включая кобальт, является развитие окислительного стресса, который может повреждать клетку и митохондриальные мембраны и приводить к их структурным и функциональным изменениям. Блокирование функционально активных групп, структурных протеинов и функционирующих ферментов играет важную роль в развитии данных нарушений. Еще одним механизмом токсических эффектов тяжелых металлов является их способность заменять ионы кальция в определенных процессах.

Токсические эффекты кобальта многократно исследовались и были доказаны. Вместе с тем еще не в полной мере изучены механизмы, посредством которых кобальт вызывает повреждения на молекулярном уровне и на уровне ДНК. Двухлористый кобальт (CoCl2) вызывает эффект, сходный с гипоксией, вследствие экспрессии HIF-1α микро-РНК, что указывает на зависимость процесса экспрессии данной микро-РНК не только от уровня кислорода, но и от присутствия ионов железа. Кобальт способен более тесно связываться с геном, чем железо. Также было показано, что кобальт активирует HIF-1 вследствие истощения внутриклеточных запасов аскорбиновой кислоты, сопутствующего фактора HIF-гидроксилазы, которая дестабилизирует и деактивирует HIF-1α. Гипоксия как типичный патологический процесс, который сопровождает и определяет развитие многочисленных патологических состояний, приводит к функциональным, а затем и к струк- турным изменениям в органах и тканях в результате снижения внутриклеточной концентрации кислорода. Это относится и к гипоксии опухолевых клеток (внутриопухолевая гипоксия). Так, многие виды опухолей содержат участки с гипоксией. Внутри-опухолевая гипоксия значительно ухудшает прогноз развития заболевания, так как ангиогенез в тканях опухоли является очень интенсивным. Очевидно, это является одной из причин быстрого роста злокачественных опухолей и может объяснить канцерогенные эффекты кобальта. Помимо этого, усиленный ангиогенез в опухоли вносит свой вклад в метастазирование ее клеток, что, в конечном итоге, приводит к повышению уровня смертности среди пациентов с этим заболеванием. Основным механизмом, с помощью которого раковые клетки адаптируются к гипоксии, является активация HIF-1-фактора. Объяснение той патогенетической роли, которую играет в процессе HIF-1α-фактор, открывает новые возможности не только для коррекции гипоксии, но и для лечения злокачественных опухолей.

Как показано выше, влияние ионов кобальта на организм человека должно быть глубоко изучено. Также заслуживает внимания взаимодействие между кобальтом и другими ионами и аминокислотами, содержащимися в жидкостях тела. Возможно, данное взаимодействие также вызывает определенные и даже значительные благоприятные эффекты.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.