Текст
                    

АКАДЕМИЯ НАУК СССР АКАДЕМИЯ ' МЕДИЦИНСКИХ НАУК СССР М5д А.П.Авцын езы А. А. Жаворонков М.А.Риш Л.С.Строчкова МИКРОЭЛЕМЕНТОЗЫ ЧЕЛОВЕКА (этиология, классификация, органопатология) I юта ^чает нк щите Москва „Медицина" 1991 ггеро- лазме 3
ББК 52.5 М59 УДК 616-092: 612.126 Рецензент Д. С. САРКИСОВ, акад. АМН СССР ИЗДАНИЕ ОДОБРЕНО И РЕКОМЕНДОВАНО К ПЕЧАТИ РЕДАКЦИОННО-ИЗДАТЕЛЬСКИМ СОВЕТОМ ПРИ ПРЕЗИДИУМЕ АМН СССР Авцын А. П, и др. М59 Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология/А. П. Авцын, А. А. Жаворонков, М. А. Риш, Л. С. Строчкова; АМН СССР. — М.: Медицина, 1991, 496 с.: ил. ISBN 5—225—02128—X В монографии изложены современное состояние учения о микроэле- ментозах человека и структурные основы всасывания микроэлементов. Предложена оригинальная классификация микроэлементозов человека. В ней выделены природные, техногенные и ятрогенные формы этих рас- пространенных заболеваний. Представлена характеристика эссенциаль- ных, условно эссенциальных, условно токсичных и токсичных микро- элементов, а также связанных с ними заболеваний. Описаны наследст- венные и врожденные формы микроэлементозов человека и животных. Теоретически обосновано значение микроэлементозов для медицины. Для патологов, физиологов, биохимиков, профпатологов. 4107010000—149 М039(01)—91 56 91 ББК 52.5 ISBN 5—225—02128—X © Коллектив авторов, 1991
СПИСОК СОКРАЩЕНИИ ДАТ АДП АКТГ АМД БА БАС БГГ ВОЗ ГАМК г-цд — а-антитрипсин — алиментарная дистрофия поджелудочной железы — адренокортикотропный гормон — алиментарная мышечная дистрофия — болезнь Альцгеймера — боковой амиотрофический склероз — богатый гистидином гликопротеид — Всемирная организация здравоохранения — гамма-аминомасляная кислота — гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсо- на—Коновалова) ддк ДМБА ДОФА дп ДТПА здт ИЛ-1 и КБП кДНК — диэтилдитиокарбомат натрия — 7,2-диметилбензатрацен — 3,4-дигидроксифенилаланин — синдром деменции-паркинсонизма — 1,1,4,7,7-диэтилентриаминопентауксусная кислота — зоб диффузный токсический ИЛ-2 — интерлейкин 1 и интерлейкин 2 — коэффициент биологического поглощения — ДНК-комплементарная мРНК, которая получает- кмпс КС лип ЛОНИ лэм МКРЗ мт МТОЗы мэ НДФаза окп ПААГ ПБ пдк пмик ся действием обратной транскриптазы на мРНК — кислые мукополисахариды — коэффициент концентраций — липопротеиды низкой плотности — липопротеиды очень низкой плотности — лейкоцитарный эндогенный медиатор — Международный комитет по радиационной защите — металлотионеины — микроэлементозы — микроэлемент — нуклеозиддифосфатаза — оральные контрацептивные препараты — (электрофорез) в полиакриламидном геле — профессиональные болезни — предельно допустимая концентрация — пузырьки мембраны исчерченной каемки энтеро- пен цитов — парные спиральные нейрофиламенты (в цитоплазме РТМЛ СМФ нейронов при болезни Альцгеймера) — реакция торможения миграции лейкоцитов — система мононуклеарных фагоцитов 3
СОД — супероксиддисмутаза СЭД — синдром Элерса—Данло Тб — биологический период полувыведения микроэлемен- та из организма ТГГ — тиреотропный гормон гипофиза ТПД — трихополидистрофия (болезнь Менкеса) ФАД — флавинадениндинуклеотид (кофермент) ФЕП-карбоксикиназа — фосфоенолпируват-карбоксикиназа цАМФ — циклический аденозинмонофосфат цГМФ — циклический гуанозинмонофосфат ЦНС — центральная нервная система ЭДТА — этилендиаминтетрауксусная кислота ЭМГ — электромиограмма ЭПР — электронный парамагнитный резонанс APUD-система (amine precursors uptake and decarboxylati- on)— эндокринные элементы в эпителиях, способ- ные воспринимать предшественники аминов и де- карбоксилировать их BEI (butanol extracted I) — йод, экстрагируемый бутанолом GSH-Px (glutation-SH peroxidase) — глутатионпероксидаза GTF (glucose tolerance factor) — фактор толерантности к глюкозе DIT — дийодтирозин DLM25 (dose lethal minimum)—V4 минимальной летальной дозы EF-1 и EF-2 (elongation factor)—факторы элонгации белко- вой цепи MIT — монойодтирозин NAD — никотинамидадениннуклеотид (кофермент) NADP — никотинамидадениндинуклеотидфосфат (кофер- мент) PBI (protein bound I) — белок, связывающий йод SALT (skin-associated lymphoid tissue) —лимфоидная ткань, связанная с кожей Se-Met (Se-methionine) — селен-метионин SeCN — селеноцианид SMON (subacute myelo-optic neuropathy) —подострая миело- оптико-нейропатия SCN — тиоцианат Тз — трийодтиронин гТз — неактивные метаболиты, образующиеся из тирокси- на (Т4) TBG (thyroxine bound globulin)—глобулин, связывающий тироксин ТВРА (thyroxine bound prealbumin) — Т4-связывающий пре- альбумин TM-Se — триметилселенид TRH (thyrotropin-releasing hormone) — тиротропин-рили- зинг гормон гипоталамуса 4
Посвящается памяти основоположника биогеохимии Владимира Ивановича Вернадского и его выдающихся последователей Александра Павловича Виноградова и Виктора Владиславовича Ковальского, рано оценивших значение микроэлементов для жизнедеятельности здорового и больного организма и много сделавших для развития этого направления науки ПРЕДИСЛОВИЕ Путь к созданию нашего труда был во многих отношениях нетрадиционным. В основу первоначального замысла данной мо- нографии легли результаты многолетних наблюдений по геогра- фической патологии эндемических заболеваний биогеохимичес- кой природы, а также экспериментально-морфологических ис- следований токсического действия некоторых микроэлементов (МЭ) на органы, ткани и клетки человека и лабораторных жи- вотных. Указанные наблюдения были начаты в 60-х годах и про- должаются до настоящего времени в лаборатории географичес- кой патологии Института морфологии человека АМН СССР. Здесь же были сформулированы первые теоретические положе- ния об основных закономерностях функционирования системы МЭ как особого аппарата обеспечения микроэлементного гомео- стаза и поддержания элементного состава живых организмов. В краткой форме эти положения были изложены ранее [Ав- цын А. П., 1972] и неоднократно дополнялись и развивались в последующих публикациях. Примером того, как в нашем не- большом коллективе осуществлялось изучение географической патологии и экспериментальной патоморфологии токсического действия одного из микроэлементов, а именно фтора, является книга Патология флюороза [Авцын А. П., Жаворонков А. А., 1981]. В 1982 г. впервые было сформулировано понятие о микро- элементозах (МТОЗах), которое обсуждалось на научной кон- ференции в марте 1983 г. в Институте аналитической химии и геохимии им. В. И. Вернадского. В 1983 г. была опубликована первая классификация этих своеобразных и, как выяснилось, широко распространенных болезней. В коллективной моногра- фии Патология человека на Севере (1985) А. П. Авцын и А. А. Жаворонков описали проявления недостаточности жиз- ненно важных МЭ и влияние некоторых токсичных МЭ в экст- ремальных зонах техногенного загрязнения на население Севе- ра СССР. В 1986 г. были охарактеризованы важнейшие алю- минозы человека. В 1987 г. специально для врачей был опуб- ликован уточненный вариант классификации МТОЗов человека. В ряде публикаций и докладов совместно с Л. С. Строчковой рассматривались вопросы о роли МЭ на клеточном уровне в 5
условиях нормы и патологии и выполнены соответствующие экспериментальные работы. Из сказанного достаточно ясно, что проблема МТОЗов возникла в рамках географической патоло- гии и получила дополнительные стимулы для своего развития в результате развернувшихся затем исследований по общей и частной патологии клетки. Вначале мы предполагали ограничиться публикацией до- вольно короткого обобщения результатов конкретных наблю- дений. Однако углубленное изучение данных обширной лите- ратуры, посвященной всем МЭ, сопоставление этих в чем-то сходных или резко контрастных материалов, многолетнее обду- мывание закономерностей полезного или, напротив, токсическо- го действия МЭ, присутствующих в клетках и жидкостях орга- низмов в удивительно малых количествах, побудили нас резко изменить первоначальный план. Мы пришли к выводу, что на настоящем этапе изучения МЭ необходимо более подробно рас- сказать читателю об их основных химических и биологических свойствах. Это в большей степени соответствует потребностям текущего момента, так как знакомство врачей с данной пробле- мой является крайне недостаточным. Все авторы предлагаемого читателю труда являются чле- нами Научного совета АН СССР по проблемам микроэлементов в биологии. Двое из нас имеют медицинское, двое — биологичес- кое образование. В связи с этим вопросы общей и частной па- тологии, включая проблемы клинических проявлений и класси- фикации микроэлементозов, изложены автором этих строк и зав. лабораторией географической патологии НИИ морфологии человека АМН СССР, проф. А. А. Жаворонковым. Системати- зированные сведения о биохимии МЭ, а также данные о роли ге- нетических факторов в происхождении микроэлементозов изло- жены зав. кафедрой физиологии и биохимии человека и жи- вотных Самаркандского университета, засл. деят. науки УзССР, проф. М. А. Ришем — известным специалистом в этой области знания. Характеристику влияния различных концентраций МЭ на культуры клеток человека осуществила ст. науч, сотр., докт. биол. наук Л. С. Строчкова. К счастью, в число изучаемых ею элементов вошел селен, благодаря чему удалось получить новые факты об антибластическом влиянии этого МЭ на опухолевые клетки в условиях прямого контакта. Пересмотр первоначального плана нашей книги существен- но отразился на ее структуре. В главах 1 и 2 приведены общие сведения о МЭ, краткая история их изучения и современные данные об их содержании в органах, тканях и жидкостях орга- низма человека. Значительной новизной отличается глава 3, в которой дана характеристика структурных основ всасывания МЭ, а также изложены взгляды биохимиков, изучающих этот вопрос. В главе 4 обосновано подразделение МЭ на эссенциальные и токсичные в соответствии с данными современной литературы. В главе 5 изложены взгляды авторов на специальную термино- 6
логию, содержится предложенная нами классификация МТОЗов. Таким образом, после ознакомления с важным с прак- тической и теоретической точки зрения подразделением МЭ чи- татель встречается с детальной характеристикой их свойств и с главными особенностями обусловленных ими заболеваний (гла- вы 6, 7 и 8). В главе 9 рассматривается новый и важный в практическом отношении вопрос о МТОЗах ятрогенного проис- хождения. Глава 10 знакомит читателя с наследственными фор- мами МТОЗов. В главе 11 в краткой форме излагаются совре- менные данные о врожденных пороках развития, а также о преждевременной гибели эмбрионов и плодов при дефиците и избытке МЭ. В общем заключении содержится суммарная оцен- ка значения МТОЗов для патологии и современной нозологиче- ской номенклатуры. Авторы хорошо понимают, что в связи с обширностью и мно- гокомпонентностью учения о микроэлементах и микроэлементо- зах далеко не все стороны этой проблемы удалось осветить с одинаковой полнотой. В современной зарубежной литературе описанию свойств каждого из важнейших МЭ обычно посвяща- ется отдельный том. Такова, например, монография R. J. Sham- berger (1984) о свойствах селена, в которой дана исчерпываю- щая характеристика этого важнейшего эссенциального, а при некоторых условиях токсичного элемента. Мы ставили перед собой совершенно другую задачу. Кратко характеризуя каждый МЭ, мы в первую очередь стремились привлечь внимание врачей и биологов к его главным свойствам, которые в значительной степени обусловливают клиническую картину и соответствующие патоморфологические изменения. Цитопатологические данные в этой монографии имеют главным образом вспомогательный характер. Они в определенной степе- ни показывают нам многообещающие возможности анализа механизмов действия различных химических элементов, кото- рый мы предполагаем осуществить в будущем. Несколько забе- гая вперед, можно сказать, что уже сейчас экспериментальная цитопатология МЭ содержит в себе большой познавательный материал для выделения специфических и неспецифических ре- акций клеток и их органелл. В еще большей степени он может быть использован в практическом здравоохранении для созда- ния клеточных диагностических тестов для выяснения обратимо- сти повреждающего действия и разработки клеточно-молеку- лярных основ экспериментальной терапии недостаточности эс- сенциальных МЭ и микроэлементных токсикопатий. В разделе «Приложения» читатель найдет сводные таблицы о важнейших заболеваниях человека при дефиците и при из- бытке эссенциальных, условно эссенциальных и токсичных микроэлементов. Представленный вниманию читателя труд является одной из первых попыток медико-биологического освещения проблемы МТОЗов человека. Учитывая значительную сложность всей про- блемы, авторы вполне отдают себе отчет в том, что упущения 7
и возможные неточности в этой большой работе неизбежны. Мультидисциплинарное изучение микроэлементов имело и имеет преимущественно аналитический характер, причем мно- гие специалисты пока не преодолели периода научной автар- кии, когда все добытые материалы предназначаются главным образом для внутреннего пользования. Это в значительной сте- пени тормозит познавательный процесс. Достаточно сказать, что все это огромное научное направление еще не имеет офи- циально признанного названия. Между тем необходимость в нем ощущают многие исследователи и практики. Таким назва- нием, по-видимому, является микроэлементология, которая в свою очередь должна подразделяться на общую и частную в зависимости от основного предназначения каждой ветви этой науки. Таким образом, кроме общей микроэлементологии, дол- жны развиваться биологическая, агрономическая, химическая и, разумеется, медицинская микроэлементология. За все критические замечания мы заранее благодарны. В заключение мы считаем своим приятным долгом выразить благодарность всем учреждениям и отдельным лицам, способ- ствовавшим завершению данного многолетнего труда. Очень большую помощь по уточнению библиографии, подготовке ру- кописи к печати нам оказали наши дорогие сотрудники Н. И. Краевская и М. П. Баланова, за что мы им также при- знательны. По независящим от нас условиям список литературы приво- дится в сокращенном виде. Акад. АМН СССР А. П. Авцын
ВВЕДЕНИЕ Учение о микроэлементозах как о заболеваниях, синдромах и патологических состояниях, вызванных избытком, дефицитом или дисбалансом микроэлементов в организме человека, пере- живает принципиально новый этап своего развития. После дли- тельного периода накопления множества ценных, но слабо си- стематизированных фактов оно встало перед необходимостью своего осознания в качестве особого раздела патологии, пред- метом которого является новый класс болезней человека с уже установленной этиологией, но с еще неясным патогенезом. Не- смотря на то что болезни этого происхождения были давно известны клинической медицине (эндемический зоб, железоде- фицитные анемии, отравления некоторыми металлами и др.), под объединяющим названием они никогда не выделялись и фигурировали в современных классификациях в разных рубри- ках. Самое важное, однако, что подавляющее большинство бо- лезней и синдромов этого класса почти не регистрировалось, так как на них не обращали достаточного внимания. В настоящее время хорошо известно, что МТОЗы широко распространены в патологии животных и растений. Более того, в этих областях знания сделаны ценные наблюдения и одержа- ны успехи безусловного практического значения. Экономичес- кий эффект профилактики и терапии МТОЗов в животноводстве весьма велик, так как в этом случае дело может идти об ис- коренении определенных болезней и о сохранении большого числа ценных сельскохозяйственных объектов. На первый взгляд может показаться, что МТОЗы животных и растений, включая и соответствующую патологию таких форм жизни, как вирусы, бактерии и простейшие, — это совершенно независимые и малоизученные разделы общей биологии, микро- биологии, вирусологии и всего комплекса дцсциплин сельско- хозяйственного профиля. На самом деле это, очевидно, не так, так как принципиальные положения учения о МТОЗах челове- ка почти безоговорочно приложимы к соответствующим главам патологии любых представителей живого мира. Это, в частно- сти, относится и к предложенной нами классификации МТО- Зов, в которую входят не только патологические формы при- родного характера, но и многие феномены антропоургического происхождения. В связи с бурным развитием промышленности 9
В. И. Вернадский (1863—1945 гг.) — создатель современного учения о био- сфере, основоположник геохимии и биогеохимии. В 1891 г. выдвинул идею об особом значении микроэле- ментов и их биогенной миграции, ор- ганизовал в АН СССР Институт гео- химии и лабораторию по изучению биогеохимии микроэлементов. глобальная проблема техно- генного загрязнения внешней среды теснит чисто природные формы патологии всех живых существ и неизбежно наклады- вает на них свой искажаю- щий отпечаток. Мировая литература о МЭ по существу необозрима и в последние годы лавинообраз- но увеличивается. Медицинс- кие аспекты учения о МЭ еще недостаточно разработаны. Относящиеся к нему факты и вы- сказывания разбросаны в публикациях по различным дисцип- линам. Это создает большие трудности при попытках их систе- матизации. Некоторые важные разделы патологии МТОЗов че- ловека до сих пор остаются белыми пятнами. Для того чтобы их заполнить, нужна длительная и многосторонняя исследова- тельская работа. Специальный аспект проблемы — воздействие радиоактивных МЭ — в этой книге не рассматривается. В нашей стране учение о МЭ имеет давние и славные тра- диции, что в первую очередь связано с именем В. И. Вернад- ского, который пророчески предсказал большое будущее этой области знания и заложил научные основы ее последующего развития. Именно он в 1926 г. открыл «Отдел живого вещест- ва» при Комиссии по изучению естественных производительных сил. В 1928 г. по его же инициативе организована «Биогеохими- ческая лаборатория» АН СССР, на долгие годы ставшая основ- ным центром координации исследований этого профиля. В тече- ние последних 25 лет ее возглавлял замечательный последова- тель В. И. Вернадского лауреат Ленинской премии и премии им. В. И. Вернадского, чл.-корр. ВАСХНИЛ, проф. В. В. Ко- вальский. В этот период развернулись широкие исследования самого Виктора Владиславовича и его многочисленных учени- ков, результаты работ которых были опубликованы в послед- них 10 томах «Трудов Биогеохимической лаборатории». Науч- ная и организационная деятельность В. В. Ковальского спо- собствовала тому, что в нашей стране стали проводиться много- численные исследования по единому плану, выработанному На- учным советом АН СССР «По проблемам микроэлементов в 10
А. П. Виноградов (1895— 1975 гг.)—ученик и ближайший сотрудник В. И. Вернадского, ос- новоположник учения о биогеохи- мических провинциях и их роли в возникновении эндемических забо- леваний человека и животных. биологии». В результате этой работы возникли мно- гочисленные центры, в кото- рых велась самостоятель- ная исследовательская ра- бота по МЭ. Наиболее крупные из них находились в Прибалтийских республи- ках, главным образом в Латвии, а также в Туркме- нии, Иркутске, Улан-Удэ, Чите, Казани, Самарканде, Таджикистане, Казахстане, Чебоксарах, Кишиневе и др. Медицинские аспекты учения о МЭ имеют наибо- лее давние традиции на Ук- раине и успешно развиваются на кафедре биохимии Ивано- Франковского мединститута, возглавляемой проф. Г. А. Бабенко. Кроме биогеохимической лаборатории АН СССР, в Москве работали коллективы исследователей в Институте общей и ком- мунальной гигиены им. А. Н. Сысина, при Московском государ- ственном университете им. М. В. Ломоносова, в Педагогичес- ком институте им. В. И. Ленина, в Институте минералогии, гео- химии и кристаллохимии редких элементов АН СССР, в НИИ морфологии человека АМН СССР и др. Каждое из этих учреж- дений, имея свои специфические исследовательские задачи, на- ходилось в контакте с названным выше Научным советом АН СССР, участвуя в организованных им мероприятиях и внося в общее дело свой посильный вклад в соответствии со своей спе- циальностью. Следует подчеркнуть, что в некоторых городах исследования МЭ не ограничивались определением их количества в пищевых продуктах, растительных и животных тканях, а сопровождались также клинической и биогеохимической характеристикой энде- мических болезней, являвшихся реакцией на аномальный хими- ческий состав природной или измененной техногенными вли- яниями среды. В течение длительного времени в указанном Научном совете превалировал интерес к биогеохимическим эн- демиям природного происхождения. Однако в последующие го- ды наибольшее внимание стали привлекать микроэлементные аномалии индустриального происхождения. Сравнительно не- давно объектами изучения уровня микроэлементного загрязне- ния внешней среды стали промышленные города и окружающие 11
В. В. Ковальский (1899—1984 гг.)— основоположник геохимической эко- логии и биогеографии химических элементов. В течение 25 лет руково- дил лабораторией биогеохимии им. В. И. Вернадского и был председате- лем Научного совета АН СССР по проблемам микроэлементов. Впервые осуществил биогеохимическое рай- онирование СССР. их регионы. Многочисленные публикации, в том числе до- клады экспертных комитетов ВОЗ, позволяют сделать за- ключение, что в настоящее время есть все основания го- ворить о возрастающей агрес- сивности внешней среды. Од- ной из важных сторон этого, еще в недостаточной степени контролируемого, процесса яв- ляются загрязнения микроэле- ментной природы. Современная нозологическая панорама не может игнорировать указанный фактор, имеющий фундамен- тальное значение. В связи с этим наши представления о проис- хождении и патогенезе многих болезней человека подлежат су- щественной переработке. Необходимо указать, что в других учреждениях параллель- но с активностью врачей, биогеохимиков, биологов и биогеогра- фов развивалась не меньшая по своему объему и значению ис- следовательская и организаторская деятельность гигиенистов. Они внесли в изучение этой проблемы самостоятельные подхо- ды, в значительной степени продиктованные потребностями коммунальной гигиены и особенно гигиены труда. Профпатоло- гам принадлежат крупные труды о повреждающем действии не- которых токсичных элементов и о рациональных путях профи- лактики. Особое внимание уделялось определению предельно- допустимых концентраций (ПДК), а также установлению раз- личных индикаторов, характеризующих ту или иную степень контаминации внешней среды. Гигиенисты интересовались, кро- ме того, характеристикой различных синдромов, возникающих в результате контакта организма с токсичными МЭ, главным об- разом металлами в процессе их производства. Это способство- вало возникновению оригинального аспекта проблемы, который получил название «учения о ксенобиотиках». Полезные сведе- ния о загрязнении пищевых продуктов металлами приведены в книге К. Рейли (1985). В заключение мы должны вкратце объяснить, почему у нас возникла потребность осветить эту проблему в виде обобщаю- щего труда. Поводов к этому было несколько. .Одним из них было наше ознакомление с замечательными произведениями 12
Эрик Андервуд (1905— 1980 гг.)—один из основополож- ников учения о микроэлементах. Автор и редактор многократно из- дававшегося руководства Микро- элементы в питании человека и животных. Во время многолет- ней работы в Австралии установил микроэлементную этиологию ряда заболеваний сельскохозяйственных животных. В. И. Вернадского и с кни- гой А. И. Войнара «Биоло- гическая роль микроэле- ментов в организме живот- ных и человека» (1960), ко- торые побудили нас занять- ся прицельным изучением этой проблемы. Эти труды привели нас к мысли, что микроэлементы — это ско- рее всего не случайные ин- гредиенты тканей и жидко- стей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древ- ней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития. Наше понимание некоторых сторон ак- тивности этой еще недооцененной, но универсальной физио- логической системы мы выразили в том, что провизорно выде- лили три основополагающих принципа ее функционирования, которыми являются: 1) избирательное поглощение определен- ных МЭ; 2) избирательная концентрация их в определенных ор- ганизмах, органах, тканях и некоторых органеллах клетки и 3) их селективная элиминация. Вероятно, именно эти механизмы поддерживают микроэлементный гомеостаз [Авцын А. П., 1972]. Другие стимулы к продолжению этой работы пришли со- всем с другой стороны. Во время экспедиции в Целинный край в 1963—1965 гг. А. А. Жаворонков собрал большой материал по эндемическому флюорозу в Северном Казахстане. Не ограничи- ваясь природными материалами, он провел многолетнее экспе- риментально-морфологическое исследование всех органов бе- лых крыс при хронической интоксикации фтором. Результаты этого исследования вышли за пределы ожидавшихся. Другими словами, они не могли быть сведены только к более детально- му описанию патологической анатомии флюорозного поражения зубов и костей. Выяснилось, что один и тот же этиологический агент — избыток фтора — вызывает поражение всего организ- ма и как следствие этого заболевания различных систем и ор- ганов. При изучении мировой литературы о действии алюминия на 13
Вальтер Мертц — выдающийся уче- ный США, специалист по микро- элементам, редактор 5-го издания руководства Микроэлементы в пи- тании человека и животных (1987). организм эксперименталь- ных животных и человека выяснилось, что алюминоз человека также выражается не в одном, а во многих син- дромах и болезнях, часть из которых оказалась крайне неблагоприятной. Сопостав- ление алюминоза и флюоро- за позволили сделать пред- варительное теоретическое заключение, согласно кото- рому МТОЗы, как правило,, выражаются в многообраз- ных заболеваниях человека и животных. Это полностью подтверждается данными эксперимента. Органотропное влияние МЭ имеет сложную при- роду и реализуется на уровне глубинных метаболических про- цессов, затрагивая биологические структуры и содержащиеся в. них ферменты многих клеток и тканей. Вместе с тем нельзя от- рицать действие МЭ на регулирующие и интегрирующие систе- мы, т. е. на весь организм в целом. Отечественная медицинская наука рано оценила роль МЭ в патологии. На протяжении последних десятилетий были опуб- ликованы ценные монографии Г. А. Бабенко (1965, 1972), В. Я. Шустова (1967), М. Г. Коломийцевой и Р. Д. Габовича (1970), Л. Р. Ноздрюхиной (1977), В. И. Венчикова (1978). Количество клинических и экспериментальных работ, посвя- щенных тем или иным аспектам изучения МЭ, огромно. Есть основания говорить о взрыве информации, посвященной откло- нениям от нормы, обусловленным дефицитом или избытком МЭ в организме человека и экспериментальных животных. В этой информации непросто разобраться, не имея руководств меди- ко-биологического профиля. В 1983 г. вышла в свет коллективная монография Н. Zumk- ley и соавт., в которой дана раздельная характеристика патоло- гических процессов, развивающихся при недостаточности и из- бытке ряда МЭ в организме. В течение многих лет основным руководством по проблеме МЭ в питании была прекрасная кни- га Е. Underwood «Trace Elements in Human and Animal Nutri- tion», выдержавшая 4 издания. В 1987 г. она вышла 5-м изда- нием под редакцией W. Mertz. Работая в области изучения патологии, связанной с дейст-
вием МЭ, более 20 лет, мы вместе с сотрудниками только в 1983 г. решились сделать первое обобщение по всей проблеме, опубликовав работу «Принципы классификации заболеваний биогеохимической природы». В этой работе был впервые пред- ложен термин «микроэлементозы» и дана рациональная клас- сификация этих многообразных заболеваний, которая должна быть известна работникам здравоохранения. Имеющая прямое отношение к проблемам эпидемиологии, клинической и профи- лактической медицины предложенная классификация нацелива- ет врачей на выработку рациональных методов борьбы с этими широко распространенными заболеваниями. Книга имеет подзаголовок: этиология, классификация, орга- нопатология. Изложение именно этих сторон проблемы пред- ставляется нам первоочередным и наиболее важным в практи- ческом отношении. Освещение методов лечения МТОЗов не вхо- дит в число задач этой книги. Это по силам только клиницис- там, располагающим многолетним личным опытом. Однако книга все же имеет прямое отношение к больному человеку, в частности к диагностике МТОЗов. Можно выразить надежду, что лечащие врачи, гигиенисты и патологи после ознакомления с нашим трудом будут гораздо чаще и обоснованней ставить диагноз определенной микроэлементной недостаточности, а так- же микроэлементных токсикопатий. Это, очевидно, будет ре- зультатом более пристального внимания к профессиональному анамнезу и условиям жизни больных, так как очень многие МТОЗы человека, за исключением довольно редких наследст- венных форм, имеют экзогенную природу и связаны с режи- мом питания и химическими факторами среды обитания и тру- довой деятельности. Впрочем даже в условиях очевидной экзо- гении интенсивность и особенности реагирования организмов неразрывно связаны с генетическими механизмами их гомеоста- за. Именно это в значительной степени объясняет не всегда одинаковый ответ организма на дефицит, избыток и дисбаланс МЭ.
Глава 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МИКРОЭЛЕМЕНТАХ 1.1. Определение понятия «микроэлементы». Краткая история их изучения Микроэлементы — это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10-3—10-12%. Именно это определяет их названия: «следовые элементы» в немецком и английском языках, «олигоэлементы» — у французских авторов, «рассеян- ные элементы» — в трудах В. И. Вернадского. По мнению Е. Un- derwood (1976), единственной характерной чертой МЭ является их низкая концентрация в живых тканях. «Резко отличаясь друг от друга по своим физико-химическим свойствам и био- логическому действию, они вместе с тем не имеют какой-либо общей химической характеристики, которая давала бы возмож- ность отличить их от макроэлементов». Изложенное не вызывает сомнений с позиций аналитичес- кой химии. Однако в определении МЭ должны отражаться и их биологические свойства, имеющие, как установлено, исключи- тельную теоретическую и практическую важность. По мнению М. Апке и соавт. (1987), в процессе абсорбции неорганических частей почвы, воды и пищи флорой и фауной, который продол- жался миллионы лет, следовые элементы, вероятно, приобрели биологическую функцию компонентов или активаторов фермен- тов, синтеза белков и других органических соединений. Более подробно наши представления о биологическом значении МЭ приведены в общем заключении этой книги. Необходимо рассмотреть некоторые терминологические во- просы, так как они прямо связаны с формированием научных понятий. Принятый в англоязычной литературе термин «следо- вые элементы» (trace elements) может быть предметом обсуж- дения. Нам он кажется не самым удачным, так как содержание некоторых МЭ в человеческом организме исчисляется в грам- мах и миллиграммах, что противоречит представлению о сле- довых количествах. Мы считаем, что требованиям рациональной терминологии в большей степени отвечает термин «микроэле- менты», так как он образован от корней классических языков всех научных терминологий. Дискуссия об основном термине имеет далеко не праздный интерес, так как изучение и приме- нение МЭ в настоящее время приобрели интернациональный и междисциплинарный характер. Поднимая этот вопрос, необхо- димо принять во внимание и задачи здравоохранения, так как 16
5 6 7 BON 28 М 26 78 Pt 46 Pd 47 Ag А 48 Cd 33 As 51 Sb 83 Bi Рис. 1. Место микроэлементов (обведены жирной чертой) в периодической си- стеме Д. И. Менделеева. Буквой М обозначены микроэлементы, избыток или дефицит которых имеет практическое значение для здоровья человека [Mertz W., 1987]. предложенный нами термин «микроэлементозы», за которым стоит очень многообразное и практически важное содержание, является производным от слова «микроэлементы». Предложить равнозначный термин, приняв за основу обозначение «trace ele- ments», не представляется возможным. Тем более нет медицин- ских терминологических перспектив у нового очень громоздкого обозначения «ультраследовые микроэлементы» [Frieden Е., 1984J. Все живые существа на 99% состоят из 12 наиболее рас- пространенных элементов, входящих в число первых 20 элемен- тов периодической системы Д. И. Менделеева. Это основные, или «структурные», элементы, присутствие которых в живой ма- терии связано в первую очередь с их огромным содержанием в биосфере. Кроме того, во всех организмах находится неболь- шое количество более тяжелых элементов, которые до некото- рой степени произвольно подразделяются на микро- и ультра- микроэлементы. Из 92 встречающихся в природе элементов 81 обнаружен в организме человека. При этом 15 из них (же- лезо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, молибден, никель, вана- дий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий) признаны эссенциальными, т. е. жизненно необходимыми. Четыре других (кадмий, свинец, олово, рубидий) являются «серьезными кан- дидатами на эссенциальность». Это подразделение МЭ в основ- ном признается большинством специалистов, хотя и существу- ют небольшие разночтения (рис. 1). G. N. Schrauzer (1985), которому принадлежит краткий очерк истории учения о МЭ, в XX веке выделяет только два основных периода: первый, или классический, с 1925 по 1956 г. и второй, современный, с 1957 г. по настоящее время. В клас- сическом периоде почти все открытия МЭ были сделаны слу- 2—568 17
чайно или при локальных вспышках необъяснимых болезней у сельскохозяйственных животных. Во втором периоде, в котором доминировали блестящие исследования К. Schwarz, работа про- водилась более систематизированно. Были разработаны приемы эксперимента, вызывавшие специфические дефицитные состоя- ния в отношении ряда МЭ у лабораторных животных при содер- жании их на специально созданных синтетических диетах. Успех этой работы был связан также с появлением в продаже очищен- ных аминокислот, разработкой высокочувствительных методов анализа МЭ и применением пластиковых клеток-изоляторов. По-видимому, история открытия МЭ, в частности установле- ние их эссенциальности, заслуживает специального освещения. Хочется подчеркнуть, что в мировой литературе по этому воп- росу недостаточно оцениваются работы отечественных ученых. В истории учения о МЭ сложилось своеобразное положение: вызываемые ими патологические процессы —МТОЗы — были известны человечеству за несколько тысяч лет до открытия МЭ. Один из первых МТОЗов — эндемический зоб—упоминается в индийской и китайской литературе 4000-летней давности. Бо- лее того, даже в те далекие времена лечебные приемы включа- ли применение морских водорослей и препаратов из щитовид- ных желез свиньи и оленя [Langer Р., 1960]. В XIX веке ряд исследователей применяли йод для лечения зоба. В 1852 г. A. Chatin впервые опубликовал свои новаторс- кие наблюдения о содержании йода в почвах, водах и продук- тах питания в Европе. На основании этих данных он пришел к выводу о связи эндемического зоба у человека с недостаточно- стью йода в окружающей среде. На эту же возможность еще в начале XIX века указывали другие исследователи, хотя они и не располагали убедительными аргументами. Через 44 года пос- ле публикации работ A. Chatin немецкий химик Е. J. Baumann (1896) установил, что йод концентрируется в щитовидной желе- зе, причем его содержание в этом органе при эндемическом зо- бе оказалось сниженным. Только во второй половине XIX века было показано, что хи- мические элементы, содержащиеся в тканях организма в очень низком (следовых) количестве, способны оказывать опреде- ленное действие на физиологические процессы. К числу таких элементов относится цинк [Тимирязев К. А., 1871; Raulin J., 1869], который, как выяснилось в дальнейшем, обладает уди- вительно многообразной и, более того, жизненно необходимой активностью. Краткий исторический очерк, написанный Г. А. Бабенко (1965), не устарел до настоящего времени и дает объективную характеристику важнейших отечественных работ, посвященных роли МЭ в экспериментальной и клинической медицине. Имен- но в этой небольшой книге справедливо оцениваются основопо- лагающие идеи В. И. Вернадского о способностях живого веще- ства к захвату, аккумулированию и использованию солнечной энергии, которые лежат в основе его химической активности. 18
Последняя проявляется в непрерывном выделении и захвате атомов элементов из мертвой материи, принимая таким обра- зом участие в процессах миграции, концентрирования и рас- пределения химических элементов в земной коре. Именно В. И. Вернадский, впервые показавший планетарную роль жи- вого вещества в геохимических процессах, теснейшим образом связал их с эволюцией всего органического мира. С 1922 г. на- учные интересы В. И. Вернадского сконцентрировались на про- блеме связей живых организмов с различными химическими элементами и особенно элементами, содержащимися в живых, организмах в виде «следов». Именно этим элементам он при- давал огромное значение в жизненных процессах. В образной форме В. И. Вернадский говорил, что, посколь- ку все организмы, составляющие в своей совокупности «живое вещество», выполняют большую работу, пропуская через себя «атомные вихри», элементный состав их находится в тесной за- висимости от состава земной коры. Организм нераздельно свя- зан с механизмом земной коры и должен изучаться в тесной, связи с последним. «Автономного организма вне связи с зем- ной корой в природе не существует» [Вернадский В. И., 1940]. Крайне важную мысль о единстве организма и окружаю- щей среды в середине XIX века высказал И. М. Сеченов (1864). Современные многосторонние исследования о влиянии окружаю- щей среды на здоровье человека, выполненные под руководст- вом ВОЗ, развивают и конкретизируют эти идеи. Особенно де- тальной разработке подвергается вопрос об опасности химиче- ских веществ как реальных и потенциальных загрязнителей ат- мосферного воздуха. Среди последних в первую очередь назы- вают токсичные МЭ—металлы, переносимые потоками воздуха? в виде взвешенных пылевых частиц, паров и аэрозолей. Боль- шое внимание уделяется свинцу, ртути, кадмию, бериллию,, марганцу, мышьяку, а также фторидам. Таким образом, мысли В. И. Вернадского оказались проро- ческими во многих отношениях. Как современно звучат слова об «атомных вихрях», проникающих в живые организмы в све- те наших знаний о мощном техногенном прессинге на живую- природу в эпоху НТР, о различных химических выбросах, воз- никающих в результате промышленных неожиданных аварий! МЭ — это важнейшая составная часть многих промышленных: загрязнителей, которые оказывают на человеческий организм разнообразное действие, причем не только во время катастроф,, но и в условиях повседневной и, казалось бы, вполне благопо- лучной жизни. «Следовые вещества», или МЭ, играют большую роль не только в жизненных процессах нормального организма, как утверждал В. И. Вернадский, но они сохраняют свое важное значение и в больном организме. Впрочем и эту сторону про- блемы хорошо понимал В. И. Вернадский, так как именно под его руководством начались исследования, направленные на вы- яснение аномального состава химических элементов в регионах 2* 1Э
с зарегистрированными в то время заболеваниями химической природы. По персональному сообщению акад. АМН СССР М. А. Скворцова в далекие довоенные годы В. И. Вернадский по собственной инициативе прочитал доклад патологам Москвы о связи химического строения земной коры и состояния здо- ровья человека. Весьма вероятно, что дело идет о том же до- кладе, который В. И. Вернадский сделал в декабре 1909 г. на XII съезде русских естествоиспытателей и врачей в Москве [Добровольский В. В., 1983]. М. А. Скворцов присутствовал на этом съезде. Следует подчеркнуть, что патологическая анатомия, гисто- логия и цитопатология МТОЗов создаются только в настоящее время. Имеются лишь фрагментарные данные об изменении структуры тех тканей, которые содержат либо избыточные, либо крайне недостаточные количества МЭ. Однако единичные све- дения о повреждающем действии некоторых МЭ на ткань опуб- ликованы. Наряду с этим в судебно-медицинской литературе, посвящен- ной отравлениям и местному токсическому действию различных химических веществ, приводятся отдельные полезные данные. Значительно больший интерес представляют руководства по про- фессиональной патологии и токсикологии, где суммированы не только патоморфологические описания измененных под воздей- ствием тех или иных МЭ органов и тканей, но и весьма важные наблюдения клинического, патофизиологического и патохимиче- ского характера. Мы обратимся к ним при характеристике каж- дого из МЭ. Ценные наблюдения были накоплены при изучении МТОЗов сельскохозяйственных животных. К сожалению, значительная часть их сопровождается очень краткими патогистологическими •сведениями. В лечении и профилактике МТОЗов у сельскохо- зяйственных животных достигнуты определенные успехи. Они имеют большой теоретический и практический интерес, так как материалы сравнительной патологии МТОЗов обладают значи- тельной познавательной силой. Один из ближайших учеников В. И. Вернадского — академик А. П. Виноградов — в течение многих лет исследовал элемент- ный состав различных видов животных, а также среды их оби- тания. Он считал, что в живом веществе находятся не только все известные элементы, но также и их радиоактивные и нера- диоактивные изотопы. В связи с этим расширение наших зна- ний о химическом составе организмов зависит от прогресса ме- тодических возможностей. По его мнению, количественное со- держание того или иного элемента в организме определяется его содержанием во внешней среде, а также свойствами самого элемента. А. П. Виноградов отметил большие различия между огромными концентрациями алюминия, кремния и титана в зем- ной коре и их ничтожным количеством в живом веществе. Это, по его мнению, связано с тем, что указанные элементы входят в состав труднорастворимых соединений. Вместе с тем элементы, 20
легко образующие газы и водорастворимые соединения (угле- род, йод, азот, фосфор, калий, кальций, натрий и др.), несмотря на их сравнительно низкое содержание во внешней среде, кон- центрируются в организмах вследствие высокой подвижности их соединений в биосфере. Таким образом, А. П. Виноградов приходит к заключению, что концентрация элементов в живом веществе прямо пропорциональна содержанию их в среде оби- тания с учетом растворимости их соединений. Это важное пра- вило А. П. Виноградова полностью основано на химических за- кономерностях. Мы полагаем, что с течением времени в свете последних достижений это правило будет заново проанализи- ровано и дополнено данными молекулярной биологии клетки и тканей с учетом новых фактов о строении и функционировании специфических клеточных рецепторов и ионных каналов. А. П. Виноградову (1933) принадлежат еще два крупных теоретических обобщения. Во-первых, сопоставляя огромный фактический материал о химическом элементном составе орга- низмов различных типов, классов, родов и видов, он пришел к выводу, что «химический состав организма есть его признак — видовой, родовой и др.». К этому следует добавить, что своеоб- разие химического состава организмов особенно проявляется в содержании и локализации МЭ. Распространяется ли это пред- положение на микроэлементный состав клеток различных жи- вых существ, покажет будущее. Однако в настоящее время этот подход уже используется в таксономии растений. Во-вторых, А. П. Виноградов создал учение о биогеохимиче- ских провинциях, которое логически завершило его исследова- ния о значении химического состава среды обитания организ- мов для их размножения, роста, развития, а также для их мор- фологической и физиологической изменчивости. Согласно его концепции, различные области земной поверхности характери- зуются неодинаковым типом геохимических процессов и поэто- му отличаются и по количественному элементному составу. Именно эти области получили название «биогеохимические про- винции». «Поскольку поступление химических элементов в ор- ганизм определяется наряду с другими факторами и содержани- ем элементов во внешней среде, то растения и животные в пре- делах той пли иной геохимической провинции будут находиться в различных условиях питания». В связи с этим животные и растения проявляют своеобразные биологические реакции в от- вет на элементный химический состав атомов, которые про- ходят через организм в ходе питания. «В результате длитель- ного непрерывного воздействия на организм определенного по химическому составу потока атомов происходит подбор и рас- пределение организмов по разным зонам земли, а наряду с этим наступает и изменчивость организмов». «Своеобразие и отличие этой изменчивости от всех других видов ее состоит в том, что она обусловливается первичным изменением содержания хими- ческих элементов в тканях организма». Эти взгляды получили широкое распространение и легли в основу многолетней работы 21
по биогеохимическому районированию СССР, которая под руко- водством В, В. Ковальского позволила установить «аномальные биогеохимические провинции», характеризующиеся понижением или повышением содержания таких элементов, как барий, бор, кобальт, кальций, медь, молибден, никель и др. Совершенно; естественно, что эти важные материалы были использованы В; эпизоотологии, ветеринарной медицине и в других сельскохо- зяйственных науках. Были выделены новые формы патологии животных, растений и, наконец, человека. Более того, на основе обнаружения почв с низким содержанием кобальта [Under- wood Е., 1937, 1971], а также меди удалось осуществить целе- направленную коррекцию пищевых рационов у сельскохозяйст- венных животных и добиться их выздоровления и оптимального, развития [Ковальский В. В., 1945, 1955; Берзинь Я. М., 1952; Underwood Е„ 1977]. Недостаточность йода во многих регионах СССР, в частно- сти в гористых местностях и по долинам рек, вызывает эндеми- ческое увеличение щитовидной железы и зоб у людей и живот- ных. Профилактическое йодирование способствовало предот- вращению интенсивности зобных эндемий и эпизоотий. Огромные по охвату обследованных территорий нашей страны исследования были выполнены В. В. Ковальским, кото- рый не только открыл конкретные формы биогеохимической па- тологии людей и животных, но и стал основоположником новой науки — геохимической экологии. Среди безбрежной литературы о МЭ особого внимания за- служивают довольно редкие работы методологического характе- ра. К ним относится совсем небольшая статья Е. Underwood (1976), имеющего не только большие заслуги в установлении микроэлементной этиологии ряда эндемических заболеваний сельскохозяйственных животных, но и разработавшего общие принципы исследования МЭ. Он подчеркивает исключительную сложность работы с МЭ, которая связана с низкой концентра- цией исследуемого элемента, с загрязнениями, попадающими в объект изучения из внешней среды, а также из реактивов и инструментов, с возможностью связывания МЭ с другими ве- ществами, содержащимися в продуктах или тканях. Более то- го, многие МЭ соединены координационными или ковалентными связями с различными органическими веществами, обладающи- ми неодинаковой устойчивостью и биологической активностью. Очень большие осложнения обусловлены взаимодействиями МЭ с макроэлементами, происходящими в процессе всасывания в кишечнике и на уровне клеток. Кроме того, МЭ могут взаимо- действовать и с другими веществами, в частности с продукта- ми питания. По мнению Е. Underwood (1976), при взаимодейст- вии МЭ граница между их благотворным и токсическим влия- нием на организм становится трудно уловимой или даже исче- зает. Это установлено на примере меди и молибдена, а также цинка и кадмия, селена и ртути. Разнообразие 19 МЭ, считающихся в настоящее время не- 22
обходимыми для жизнедеятельности животных, простирается ют галогенов йода и фтора через переходные металлы до крем- ния 'и ванадия, которые лишь в последнее время включены в список условно-эссенциальных МЭ. Методические сложности усугубляются тем, что такие потенциально токсичные элементы, как свинец, ртуть и кадмий, также подлежат изучению, так как они способны взаимодействовать с эссенциальными МЭ. Е. Underwood (1976) выделяет два главных метода, с по- мощью которых были получены основные знания по физиоло- гии МЭ. Этими методами являются: 1) изучение «локальных проблем МЭ» в природных условиях (т. е. эндемических забо- леваний, связанных с МЭ); 2) использование очищенных диет и строгого контроля среды обитания. Он специально останавлива- ется на проблеме локальных заболеваний, вызванных дефици- том, токсичностью и нарушением баланса МЭ, подчеркивая, что именно их разгадка оказалась наибольшим научным и эконо- мическим вкладом в области изучения МЭ. Справедливости ра- ди следует отметить, что начало этим исследованиям положил A. Chatin (1852), но поднял их до уровня теории А. П. Вино- градов (1949). В 20-х годах XX века был предложен метод эмиссионной спектрографии, который давал возможность определять малые количества многих элементов и позволил осуществить сравнение минерального состава почв, растений и животных тканей в пора- женных и непораженных эндемическими заболеваниями райо- нах. После этого были сделаны крупные открытия в области па- тологии сельскохозяйственных животных, в частности описание молибденозиса в некоторых районах Англии [Ferguson W. S et al., 1938]. В 1937 г. Н. W. Bennets, F. Е. Chapman показали, что энзоотическая атаксия новорожденных ягнят в некоторых районах Западной Австралии является следствием недостаточ- ности меди. В 1945 г. А. Т. Dick и L. В. Bull сделали важное наблюдение о том, что потребление молибдена может оказы- вать выраженное влияние на обмен меди у травоядных живот- ных. В 1937 г. Е. Underwood описал истощающее заболевание крупного рогатого скота в Новой Зеландии и в начале предпо- ложил, что оно зависит от дефицита железа. В дальнейшем он же сам выяснил, что истинной причиной этой болезни является дефицит кобальта (вернее, витамина В12), хотя и терапия же- лезом оказала высокое профилактическое и лечебное действие. Таким образом, изучение эндемических заболеваний, сыграв- ших очень большую роль в развитии учения о МЭ, показало, что установление их истинной причины сопряжено со значи- тельными сложностями, и поэтому поспешные суждения об этиологии вновь обнаруживаемых природных МТОЗов по меньшей мере неуместны. Это полностью относится и к МТОЗам техногенного происхождения, которые не всегда яв- ляются монокаузальными заболеваниями. Наряду с большими успехами в изучении этиологии микро- элементных зоонозов неменьшими достижениями явились ра- 23
боты отечественных ученых, заложивших основы новой теоре- тической науки синтетического характера. Эта наука называ- ется геохимической экологией. Она является разделом биогео- химии и экологии, исследует взаимодействие организмов и их сообществ с естественной и техногенной геохимической средой, самих организмов между собой в условиях популяций, биоцено- зов, а также регионов и субрегионов биосферы, биогеохимичес- ких провинций как структурных частей единой целой экосисте- мы— биосферы. Основной задачей этой науки является «выяс- нение процессов приспособления организмов, популяций, сооб- ществ к условиям окружающей геохимической среды и измене- ния ими геохимических свойств окружающей среды» [Коваль- ский В. В., 1983]. Данные геохимической экологии в дальней- шем послужили основой для разработки системы биогеохими- ческого районирования гетерогенной биосферы. В свою очередь биогеохимическое районирование стало необходимым методом изучения строения биосферы, основанным на признании единст- ва жизни и геохимической среды в биосфере. Взаимодействие геохимических факторов среды и организ- мов осуществляется в последовательных звеньях биогеохимиче- ской пищевой цепи и зависит от природных концентраций хими- ческих элементов и пороговой чувствительности организмов. Понятие о биогеохимических пищевых цепях глубоко разраба- тывалось В. В. Ковальским, основным объектом исследовательс- кой деятельности которого была обширная сфера биогеохимии сельскохозяйственных животных. Эти теоретические положения привели В. В. Ковальского к учению о регионах биосферы, ко- торые характеризуются биогеохимической мозаичностью и по принципу географической непрерывности разделяются на субре- гионы. Значительную практическую важность имеют мысли В. В. Ковальского об экстремальных условиях субрегионов биосферы, в которых биологические реакции организмов, вызы- ваемые недостатком определенных естественных или избытком техногенных элементов, могут быть особенно ярко выражены. Это совпадает с нашей концепцией о природных и техноген- ных экстремальных зонах [Авцын А. П., 1966]. «Система биогеохимического районирования биосферы должна охватить континенты Земли. Живое вещество биосферы в пределах между верхними и нижними пороговыми концент- рациями должно находиться в отношениях определенной сла- женности со средой, в состоянии относительного равновесия, при котором сохраняется живое вещество как жизнеспособная система...» [Ковальский В. В., 1983]. Исходя из этих теоретиче- ских положений, В. В. Ковальский придает исключительное значение районированию биосферы, в котором биогеохимичес- кое картографирование, основанное на количественной харак- теристике звеньев биогеохимической цепи, имеет важное прак- тическое (прикладное) значение. Со всей определенностью он указывает на значение этих методов не только для практичес- 24
ких задач сельского хозяйства, но и для медицинской и ветери- нарной гигиены. С полным основанием он утверждает, что ис- следование роли геохимических факторов выдвигает новую большую программу в области изучения условий сохранения здоровья и причин болезней растений, животных и человека. Вернемся, однако, к некоторым методическим вопросам. Ис- следования Е. Underwood (1977) на животных с дефицитом ко- бальта потребовало разработки новых методов определения его концентраций в тканях. Перед ним встала трудная задача со- здания такого метода анализа, который давал бы возможность определить концентрацию кобальта, равную 1,7 мкмоль/кг. Простая оптическая колориметрия оказалась для этой цели не- пригодной. Только через много лет с использованием усовер- шенствованных методов удалось выяснить, что «кобальтовая не- достаточность» у жвачных животных является результатом де- фицита витамина В12, вызванным неспособностью микроорганиз- мов кишечника (при недостаточности кобальта) синтезировать необходимые для организма количества этого витамина [Under- wood Е., 1977J. Крупные успехи по выяснению эссенциальной роли некото- рых микроэлементов были связаны с использованием высоко- очищенных диет. Таким образом удалось получить доказатель- ства эссенциальности селена, фтора, мышьяка и других МЭ для роста животных. В частности, для селена пришлось разрабо- тать адекватную во всех отношениях диету, содержащую менее 0,06 мкмоль/кг. В настоящее время проблема МЭ освещается на страницах специальных журналов и в периодически издаваемых моногра- фиях. Большую информацию содержат труды ежегодно созы- ваемых международных симпозиумов. Существуют междуна- родные научные общества, глубоко изучающие отдельные МЭ, например фтор. Они же созывают регулярные конференции. С 1968 г. выходит международный ежеквартальный журнал «Fluoride», посвященный медицинским и биологическим аспек- там проблемы фторидов. Отечественные публикации по МЭ сравнительно немногочис- ленны, специального периодического издания (журнала) не су- ществует, за исключением трудов биогеохимической лаборато- рии им. В. И. Вернадского. Однако в настоящее время и они по необъяснимой причине не издаются. К сожалению, еще нет специальных обобщающих изданий, посвященных МТОЗам. Те сведения, в которых затрагивается данный вопрос, фрагмен- тарны, причем это относится не только к отечественной, но и зарубежной литературе. Однако есть много признаков того, что это положение в самом ближайшем будущем изменится. В ча- стности, число публикаций о нейротоксическом действии алю- миния и особенно о многообразных свойствах селена стреми- тельно увеличивается, освещаются данные о ряде других токсич- ных, а также эссенциальных МЭ. Изобилие разнообразных на- учных фактов по многим вопросам этой сложной проблемы на- 25
стоятельно диктует необходимость публикации систематичес- ких и особенно концептуальных обзоров. С 1984 г. выходит еже- квартальный международный журнал Trace Elements in Medici- ne, с 1987 г. еще один журнал — J. Trace Elements and Electro- lytes in Health and Disease и c 1988 r. — J. of Trace Elements in Experimental Medicine, посвященные изучению роли МЭ в ме- дицине. 1.2. Содержание микроэлементов в окружающей природной среде Общие сведения о распределении МЭ в окружающей среде в краткой форме изложены в книге А. И. Войнара (1960), где он довольно подробно останавливается на химическом составе почв и литосферы. Более новые важные данные, сгруппирован- ные по несколько иному принципу, приведены в переводной мо- нографии Дж. Фортескью Геохимия окружающей среды (1985). Из нее мы приводим данные, отражающие распределение МЭ в главных геосферах (табл. 1). Это дает общее представление о> крайнем разнообразии распространенности химических элемен- тов. Обращает на себя внимание огромное содержание таких МЭ, как кремний, алюминий и железо в земной коре и их отно- сительно небольшие концентрации в пресной и морской воде. Однако общее содержание кремния в биосфере очень велико, что свидетельствует об активности протекающих с его участи- ем химических процессов. Это было предметом многолетних ис- следований М. Г. Воронкова (1968, 1972), который посвятил данной проблеме, в частности вопросу о роли соединений крем- ния в биогенезе, интересные и пока еще недостаточно оценен- ные труды. В табл. 2 представлено содержание химических элементов в морских и наземных растениях и животных. Данные этой таб- лицы также имеют общее ориентирующее значение для сужде- ний о содержании МЭ в пище растительного и животного про- исхождения. Содержание МЭ в почве и во внутренних водах США охарактеризованы в книге К. Рейли (1985). Геохимичес- кие и биохимические процессы, прямо или косвенно влияющие на характер распределения МЭ в почвах и растениях, на со- временном уровне представлены в монографии А. Кабата-Пен- диас и X. Пендиас (1989), авторы которой не останавливаются на медицинских аспектах этого вопроса. Существуют многочисленные данные о загрязнении МЭ био- сферы, которые систематически освещаются в соответствующей литературе [Жигаловская Т. М. и др., 1974]. Содержание МЭв аэрозолях воздушных бассейнов, в частности в Средней Азии, меняется в значительных пределах. Кроме того, эти изменения вариабельны и во времени. Расчеты показали, что содержание бора в этом регионе изменилось в 20 раз, никеля — в 60, тита- на— в 400, ванадия — в 20, меди — в 40, цинка — в 100, сереб- ра— в 20, олова — в 200, стронция —в 20, бария — в 20 раз. 26
Таблица 1 Распространенность химических элементов в четырех главных геосферах [Фортескью Дж., 1985] Верхняя ли- Гидросфера? Элемент Тосфера (земная пресные морская Атмосфера3 Биосфера* кора)1 воды вода Кислород 456 000 889 000 857 000 755’100 780 000 Кремний 273 000 6,5 3 - (4,0) 21 000 Алюминий 83 600 0,24 0,01 - (3,0) 510 Железо 62 200 0,67 0,01 - (3,0) 1100 Кальций 46 600 15,00 400 - (2,0) 51 000 Магний 27 640 4,1 1350 - (1,0) 4100 Натрий 22700 6,3 10 500 - (1,1) 2100 Калий 18 400 2,3 380 31 000 Титан 6320 0,009 0,001 - (0,01) 81 Водород 1520 111000 108 000 0,35 (300,0) 105 000 Фосфор 1120 0,005 0,07 — • 7100 Марганец 1060 0,012 0,002 - (0,01) ПО Фтор 544 0,090 1,30 - (0,01) 51 Барий 390 0,054 0,03 310 Стронций 384 0,080 8,10 — — 210 Сера 340 3,7 885,0 — (3,50) 5100 Углерод 180 162 11,0 28,0 460 (164 000) в форме СОг 180 000 Цирконий 0,003 0,00002 —. —. — Ванадий 136 0,001 0,002 — (0,001) — Хлор 126 7,8 19 000 - (1,2) 2100 Хром 122 0,0002 0,00005 — (0,002) — Никель 99 0,01 0,005 — (0,002) 5 Рубидий 78 0,002 0,12 - . — ' » 51 Цинк 76 0,01 0,01 - (0,07) 51 Медь 68 0,01 0,003 — (0,02) 21 Церий 66 —. 0,0004 — Неодим 40 —- — — Лантан 35 —, 0,00001 — — Иттрий 31 — 0,0003 —. —. 1,1 Кобальт 29 0,0009 0,0003 — (0,0007) 2,1 Скандий 25 — 0,000004 —. — Ниобий 20 — 0,00001 . . . Азот 19 0,23 0,50 750 100 (9,73X10) 31 000 Галлий 19 0,01 0,00003 - Литий 18 0,0011 0,18 1,1 Свинец 13 0,005 0,00003 — (0,2) 5,1 Празеодим 9,1 — — Бор 9,0 0,013 4,6 110 Торий 8,1 0,00002 0,00005 __ Самарий 7,0 .— — — . Олово 2,1 0,0004 0,003 — (0,01) 5,1 Бериллий 2,0 0,001 0,0000006 — (0,0001) Мышьяк 1,8 0,0004 0,0003 - (0,01) 3,1 Гольмий 1,3 . 1,1 Ртуть 0,86 0,00008 0,00003 Золото 0,004 0,00006 0,000011 —- — — ‘ А. Б. Роков, А. А. Ярошевский (1972) процентов). (данные рассчитаны на основании весовых « Л Bowen, 1966 (данные рассчитаны иа основании весовых пооцентов). . • i хаьоп (1Уоо) (данные рассчитаны на основании весовых пооиентов): в скобках данные по ri. J. Bowen (1966) (рассчитаны иа осиоваи-ии объемных" пЬопентов). ’ a. в. иерельман (1966) солютно сухого вещества). (данные рассчитаны на основании весовых процентов аб- 27
Таблица 2 Содержание химических элементов [Bowen Н. J., 1966]1 Элемент Морские расте- ния Наземные растения Морские жи- вотные Наземные жи- вотные Кислород 470 000 410 000 400 000 186 000 Кремний 1500—20 000 200—5000 70—1000 120—6000 Алюминий 60 500 10—50 4—100 Железо 700 140 400 160 Кальций 10 000—300 000 18 000 1500—20 000 200—8500- Магний 5200 3200 5000 1000 Натрий 33 000 1200 4000—48 000 4000 Калий 52000 14 000 5000—30 000 7400 Титан 12—82 1,0 0,2—20 0,2 Водород 41 100 55 000 52 000 70 000 Фосфор 3500 2300 4000—18 000 17 000—44 000» Марганец 53 630 1-60 0,2 Фтор 4,5 0,5—40 2 150—500 Барий 20 14 0,2—3 0,75 Стронций 160—1400 26 20—500 14 Сера 12 000 3400 5000—19 000 5000 Углерод 345 000 454 000 400 000 465 000 Цирконий 20 0,64 0,1—1 0,3 Ванадий 2 1,6 0,14—2 0,15 Хлор 4700 2000 5000—90 000 2800 Хром 1 0,23 0,2—1 0,075 Никель 3 3 0,4—25 0,8 Рубидий 7,4 20 20 17 Цинк 150 100 6—1500 160 Медь 11 14 4—50 2,4 Церий — (320) — 0,03 Неодим 5 (064) 0,5 —- Лантан 10 0,085 0,1 0,0001 Иттрий — 0,6 0,1—0,2 0,04 Кобальт 0,7 0,5 0,5—5 0,03 Скандий — 0,008 — 0,00006 Ниобий — 0,3 0,001 — Азот 15 000 30 000 75 000 100 000 Галлий 0,5 0,06 0,5 0,006 Литий 5,0 0,1 1,0 0,02 Свинец 8,4 2,7 0,5 2,0 Бор 120 50 20—50 0,5 Торий — — 0,003—0,03 0,003—0,1 Самарий — 0,0055 0,04—0,08 0,01 Данные приведены в условных единицах (часть на 1 млн сухого вещества). Хотя и неизвестно, насколько отмеченные изменения характер- ны и постоянны, однако они, несомненно, весьма существенны [Жигаловская Т. М. и др., 1976]. Недостаточно учитывается роль внезапных «микроэлементных кризов» в происхождении неожиданных ухудшений состояния здоровья людей и живот- ных, связанных с промышленными выбросами и отчасти с не- благоприятными погодными условиями. Для оценки миграции элементов в биосфере исследователи широко используют ряд эмпирических показателей, в частности так называемый коэффициент биологического поглощения 28
(КБП). А. П. Перельман (1966) определяет его как отношение содержания определенного элемента в золе организмов (обычно растений) данного ландшафта к содержанию его в горной поро- де или почве, на которой произрастает это растение, или же в земной коре в целом. Элементы с более высоким КБП актив- нее поглощаются растениями из окружающей среды. В краткой форме техногенное рассеивание элементов и со- ответствующие изменения геохимии окружающей среды оха- рактеризованы В. В. Добровольским (1983). Он специально вы- деляет вопрос о загрязнении тяжелыми металлами. «...Нараста- ющие масштабы промышленного производства влекут за собой далеко идущие последствия. Так, если в первой половине теку- щего столетия беспокойство вызывали перспективы нехватки сырья, то во второй половине обнаружилась более серьезная опасность, а именно: изменение состава среды, окружающей человека». Действительно, в современной гигиенической и об- щемедицинской литературе имеются многочисленные сообще- ния от отравлениях определенных групп населения ртутью, кад- мием, свинцом. С полным основанием тяжелые металлы рас- сматриваются в качестве основных промышленных загрязните- лей. Наиболее важные для физиологии и патологии сведения о суточном балансе химических элементов для «условного» чело- века приведены в книге «Человек. Медико-биологические дан- ные» (1977). В табл. 3 представлены показатели, характеризую- щие баланс макроэлементов и МЭ в течение суток. Эти пока- затели относятся к пищеварительному и аэрогенному путям по- ступления их в организм. Приведены также данные о выделе- нии их с мочой и калом, а также с помощью других биосубст- ратов (пот, молоко, волосы и др.). При острых и особенно хронических МТОЗах эти показате- ли могут значительно изменяться, что позволяет сделать соот- ветствующие медицинские выводы, например об избыточном поступлении тех или иных МЭ или о задержке их элиминации. Сравнительные данные о содержании химических элементов в усредненной диете человека в различных регионах земного шара (табл. 4) представляют несомненный интерес, так как позволяют с определенной долей вероятности использовать их для ориентировочной оценки микроэлементного гомеостаза кон- кретного человека. Как видно из табл. 4, поступление химических элементов не- одинаково в различных странах, причем в большей степени это относится к МЭ. Так, в Великобритании потребление с пищей алюминия составляет всего 2,3 мг, в то время как в США оно достигает 45 мг, т. е. почти в 20 раз больше. Различия по дру- гим элементам обычно значительно меньше. Неожиданно ве- лико содержание лития и тория в пище в США. Отражение этих существенных различий в патологической панораме человека еще не улавливается либо оценивается в недостаточной степени. Среди множества МЭ существуют особенно важные для пол- 29
Таблица 3 Суточный баланс микроэлементов для условного человека (Из книги: Человек. Медико-биологические данные. М.: Медицина, 1977) Элемент Единица измерения Поступление с Выделение с пищей и жид- костя - мн воздухом мочой калом потом волосами и др. Алюминий МКМОЛЬ 1668 3,7 3,7 1594 37 0,022 Барий МКМОЛЬ 5,46 0,0006—0,19 0,36 0,50 0,007 0,054 Бериллий мкмоль 1,33 0,001 о,н 1,11 Бор мкмоль 120 — 90 20 0,1 Бром мкмоль 94 — 88 0,88 2.4 0.025 Висмут нмоль 96 0,048 7,66 86 Неизвестно Ванадий мкмоль 39 0,004 0,29 38 Германий мкмоль 21 — 19 1,38 __ Железо мкмоль 287 0,54 4,48 269 8,9 0,23 (муж.) 215 0,54 3,58 197 10,8 (жен.) Менстру- альные по- -Иод мкмоль 1,58 0,004—0,276 1,34 0,39 0,047 терн 0,176 Кадмий мкмоль 1,33 0,009 0,89 0,44 — - Кобальт мкмоль 5,09 0,002 3,40 1,53 0,068 0,041 Кремний мкмоль 0,12 0,53 0,36 0,36 — 0,011 Литий ммоль 0,29 — — 0,12 0,17 Следы Марганец мкмоль 67 0,036 0,55 65 0,71 0,036 Медь мкмоль 55 0,31 0,79 53 0,63—6,30 0,047 Молибден мкмоль 3,13 0,001 1,56 1,25 0,21 0,0001 Мышьяк мкмоль 13,3 0,019 0,67 1,07 —- 0,007 Никель мкмоль 6,81 0,010 0,19 6,30 0,34 0,017 Ниобий мкмоль 6,67 — 3,87 2,80 Следы 0,003 Олово нмоль 33,7 0,003 0,17 29,5 4,21 — Ртуть нмоль 74,8 4,99 1,74 49,8 Следы 4,48 Рубидий мкмоль 23,4 — - 22,2 3,51 0,58 — Свинец мкмоль 2,12 0,048 0,22 1,45 3,14 0,145 Селен мкмоль 1,90 Неизвестно 0,63 0,25 1,01 0,013 Серебро мкмоль 0,65 ——• 0,08 0,56 0,004 0,006 Стронций , мкмоль 21,7 —- 3,88 17,1 0,23 0,002 Сурьма мкмоль 410 0,41 329 74 — 8,21 Таллий нмоль 7,34 0,24 2,45 4,89 —— 0,0005 Теллур мкмоль 4,70 0 4,15 0,78 Виды- 0,078 хается Титан мкмоль 17,7 0,021 6,89 0,23 — 0,0017 Фтор нмоль 94,7 52,6 7,89 34,2 ' 1 Хром мкмоль 2,88 0,002 1,35 1,54 0,02 0,012 Цезий нмоль 75,2 0,19 67,7 7,52 Следы Цинк ммоль 0,20 0,0015 0,0076 0,17 0,012 0,0005 Цирконий мкмоль 46,0 —. 1,64 43,8 неценного питания человека. Питьевая вода является главным источником поступления в организм лишь фтора и стронция. «Для населения развитых стран характерно включение в ра- цион разнообразных продуктов питания, часть из которых про- изводится в других биогеохимических районах, в виду чего лик- видируются условия, способствующие воздействию на человека .30
Таблица 4 Суточное содержание некоторых химических элементов в пище человека- в различных регионах земного шара [Hamilton Е. J., 1981] Химический элемент Единица из- мерения Великобри- тания США Индия ФРГ Алюминий ММОЛЬ 0,085±0,041 1,67 Серебро МКМОЛЬ 0,25±0,16 0,65 Барий МКМОЛЬ 4,39±1,63 5,46 3,20 Бериллий мкмоль 1,66 1,33 — Бром ммоль 0,11±0,01 0,09 0,03 Кадмий мкмоль 0,б7±0,27 1,33 __ 0,44 Кальций ммоль 34,9±0,5 27,4 17,7 9,48 Цезий мкмоль 0,098±0,053 0,75 — 0,098 Хлор моль 0,150±0,002 0,148 — 0,126 Хром мкмоль 6,15±3,11 2,88 2,88 1,00 Медь ммоль 0,049±0,012 0,055 0,091 0,042 Железо ммоль °,417±0,002 0,21—0,28 0,71 0,25 Калий ммоль 71,6±0,8 76,7 105 61,4 Литий мкмоль 24,5±7,6 288 14,4 — Магний ммоль 10,3±0,8 11,0—14,0 30,4 Марганец мкмоль 49,1±14,6 67,3 151 49,1 Молибден мкмоль 1,30±0,35 3,13 — 0,73 Фосфор ммоль 61,3±1,0 58—84 48 — Свинец мкмоль 1,54±0,73 2,12 — — Рубидий мкмоль 51,5±17,5 25,7 31,6 22,2 Сера ммоль 29,3±2,1 26,5 37,4 —— Сурьма мкмоль 0,28±0,22 0,41 — 0,189 Стронций мкмоль 9,79±1,64 21,7 45,6 —• Таллий нмоль 9,78 7,34 — Торий нмоль 0,215 12,9 —• — Титан мкмоль 16,7 17,7 —— — Уран нмоль 4,16 7,98 —• — Цинк ммоль 0,218±0,018 0,199 0,246 0,180 биогеохимических особенностей данной местности» [Книжни- ков В. А. и др., 1981]. Таким образом, разнообразная пища со- значительной долей привозных продуктов не только предупреж- дает возникновение эндемических дефицитов МЭ в регионах с дискомфортными природными условиями, но и является одним из мощных средств ликвидации эндемических заболеваний био- геохимического происхождения. Подробные сведения о содержании МЭ в основных продук- тах питания изложены в справочнике Химический состав пище- вых продуктов (1987). 1.3. Перенасыщение организма микроэлементами в условиях природных и техногенных локусов Для территории СССР, отличающейся исключительным раз- нообразием биогеохимической ситуации, важное практическое* значение имеют исследования регионов с экстремальными усло- виями обитания. Эти аномальные в биогеохимическом отноше- нии регионы и локусы природного и антропоургического проис- 311
хождения предъявляют значительные требования к адаптаци- онным механизмам организма, в том числе и к обеспечивающим микроэлементный гомеостаз. Важное значение в эпидемиоло- гической оценке очагов природной и техногенной эндемии МТОЗов имеют исследования распространенности биогеохими- ческих эндемий у сельскохозяйственных животных. Они явля- ются своеобразным индикатором неблагополучия биогеохимиче- ской ситуации определенного региона и для человека. При этом установлены видовые, породные, популяционные и индивидуальные различия чувствительности животных к био- геохимическим факторам региона, в том числе и к МЭ. В энде- мичных регионах манифестные признаки заболевания встреча- ются обычно не более чем у 20% животных, в то время как ос- новная масса поголовья адаптируется к избытку или дефициту определенных МЭ в данной геохимической среде [Раец- кая Ю. И., 1987]. Систематические исследования в этом направлении, прово- дившиеся в течение нескольких десятилетий В. В. Ковальским, позволили создать карту биогеохимического районирования СССР. Из этой карты видно, что районы Крайнего Севера практически не изучены и представляют собой «белые пятна». Недостаточная изученность биогеохимической панорамы Севе- ра нашей страны связана в основном с его слабой заселенно- стью, что сказывается на отсутствии достоверных сведений о распространенности и напряженности многих эндемий биогео- химического происхождения. Хорошо известно, что рост населения, интенсивное исполь- зование природных ресурсов и прогрессирующее загрязнение окружающей среды представляют собой проблемы планетарно- го характера. На Западе распространено определение загрязне- ния как «неблагоприятного изменения окружающей среды, ко- торое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение ...энер- гии, уровня радиации, физико-химические свойства окружаю- щей среды и условия существования живых существ...» [Ра- мад Ф., 1981]. В соответствии с современной классификацией загрязнений биосферы выделяют несколько типов последних, уделяя особое внимание контаминациям физической и химической природы. Хотя химические загрязнения давно известны и наиболее много- образны, систематика их, приводимая в литературе, не може’ считаться полной, так как в ней не выделяются загрязнения микроэлементной природы. Между тем в последние десятилетия такие загрязнения становятся все более значимыми, их пате генный эффект начинает привлекать внимание не только эко- логов, но и специалистов в области человеческой и ветеринар- кой патологии. Существенные наблюдения накоплены фитопа- тологами и специалистами по заболеваниям наземных и океани- ческих животных. Многие из этих загрязнений по своему значе- нию приобретают характер «лимитирующих факторов», кото- 32
рые угрожают не только нормальному развитию, но и самому существованию различных видов [Одум Юд., 1975]. Микроэлементное загрязнение окружающей среды пред- ставляет наибольшую опасность для индустриально развитых стран. Известно, что по соседству со многими промышленными предприятиями образуются постоянно расширяющиеся техно- генные биогеохимические провинции с повышенным содержани- ем в биосфере свинца, мышьяка, фтора, ртути, кадмия, мар- ганца, никеля и других элементов. Однако не только вблизи с промышленными предприятиями определяются микроэлемент- ные загрязнения, но и на значительном отдалении, возникаю- щие в результате трансгрессии загрязнителей воздушными и водными потоками. А. П. Шицкова (1989) подчеркнула особое значение ветрового распространения загрязнений в условиях Севера СССР. Микроэлементный перенос может быть эпизодическим, на- пример в результате природных или техногенных катастроф, ли- бо явиться следствием систематического загрязнения атмо- и гидросферы отходами производства. Типичным примером транс- грессии являются кислотные дожди, наблюдающиеся во многих странах Европы и Северной Америки. Одни из первых сообще- ний по этому вопросу поступили из Скандинавии, затем из Ка- нады и ряда других стран. Кислотность осадков в Северо-Вос- точной Европе за последние 20 лет резко возросла; концентра- ция ионов водорода в дождях в некоторых частях Скандинавии с 1956 г. возросла более чем в 200 раз [Likens G. Е. et al., 1974]. Данные, полученные в зоне озер Канады к западу от Сэд- бурийских плавильных заводов, говорят о 100-кратном повыше- нии кислотности их воды. Так, в 1970 г. вода 33 из этих озер резко повысила свою кислотность,которая достигала величины pH, равной 4,5. Эти изменения сопровождались массовой ги- белью рыб, особенно лососевых. Кроме того, окисление водных экосистем приносит значительный ущерб другим живым объ- ектам, а также промышленным и архитектурным сооружениям. По данным G. Е. Likens и соавт. (1974), в США из антропоген- ных источников попадает в атмосферу около 32Х106 т SO2. К 2000 г. это количество должно возрасти в 2—5 раз. Возра- стающее поступление SO2 в атмосферу является предметом серьезной озабоченности не только органов здравоохранения, но и руководителей многих предприятий. Основными загрязнителями атмосферы в Швеции являются такие отдаленные индустриальные страны и их отдельные ре- гионы, как Англия и Рур (ФРГ). Более 70% серы в воздухе Швеции имеет антропогенное происхождение. SO2 до своего выпадения в виде осадков может проделать путь более 5000 км. Наряду с SO2 воздух загрязняется также NO3_, NH4+ и реже НСОз-". Исследование этих процессов в настоящее время ак- тивно продолжается, они зарегистрированы в других регионах Земного шара. 3—568 33
Кроме антропогенных кислотных дождей, существуют и не- антропогенные. В частности, на Гавайских островах на высотах от 0 до 3400 м собрано большое число проб дождей, причем большинство из них оказалось кислым. Кислотные дожди об- наружены также в центре Индийского океана. Часть непро- мышленных кислотных дождей, очевидно, имеет природное происхождение и может быть связано с вулканами или ат- мосферными загрязнениями, источниками которых являются определенные регионы на дне океанов. Крупные индустриальные города представляют собой экстре- мальные зоны обитания, их следует рассматривать как регионы интенсивного загрязнения. Так, по данным Ю. Е. Саета и соавт. (1981), средний уровень загрязнений для таких МЭ, как вольф- рам, ртуть, кадмий, свинец, сурьма, молибден, цинк, медь, ни- кель и кобальт, во много раз выше в городах по сравнению с природными ландшафтами. Среди МЭ-загрязнителей преобла- дают элементы с повышенной «экотоксичностью». Распределе- ние микроэлементных аномалий, по данным этих авторов, опре- деляется не столько метеорологическими параметрами, сколько условиями застройки городов. В настоящее время вся биосфера загрязнена свинцом индустриального происхождения, основными источниками которого являются литейное производство, авто- мобили, а также сжигание промышленных отходов. Высо- кая концентрация свинца в воздухе обусловлена плотностью автомобильного движения, а также плотностью застройки. Из- вестно, что каждый автомобиль ежегодно выбрасывает в воз- дух 1 кг этого МЭ [Рамад Ф., 1981]. По данным Б. А. Ревича и соавт. (1982), вблизи промыш- ленных предприятий черной, цветной металлургии и машино- строения, расположенных в городах среди жилых массивов, максимальные концентрации свинца превышают фоновые зна- чения в 14—50 раз, цинка — в 30—400 раз, хрома — в 11—46 и никеля — в 8—63 раза. С целью оптимизации мер по контролю и борьбе с загрязне- нием окружающей среды как в региональных, так и глобальных масштабах принята «Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния». Известно, что воздействие за- грязняющих веществ на биосферу зависит от их концентрации, физических и химических свойств, а также от продуктов их по- следующих превращений. В связи с этим выделены три основ- ных типа выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: одни из них приводят к загрязнению в глобальном масштабе, дру- гие— к загрязнению в региональном масштабе (регион нередко охватывает территории нескольких стран), третьи загрязняют в локальном масштабе, т. е. на относительно небольшой терри- тории, например в пограничных районах двух соседних стран [Израэль Ю. А. и др., 1983]. Содержание МЭ в атмосфере зависит от многих причин, в частности от метеорологических и технологических, и сущест- венно колеблется во времени. Эти колебания являются опреде- 34
ляющими для соответствующих расчетов кумулятивных доз за- грязнителей, поступающих в организм [Буштуева К. А., 1976; Ревич Б. А и др., 1982]. Так, Т. М. Roberts и соавт. (1974), изу- чая уровни свинца в воздухе, пыли, почве и в крови детей, жи- вущих вблизи плавильного завода в Торонто, установили, что среднемесячный уровень этого МЭ (1,0—5,3 мкг/м3) здесь был вдвое больше, чем в других частях города. Месячные уровни свинца в выпадающей пыли (200—1500 мг/м2), в почве (16 000— 40 000 мг/кг) вблизи завода были выше, чем на расстоянии 300—400 м от предприятия. При этом концентрация свинца в крови детей, живущих в радиусе 300 м от заводской трубы, со- ставила более 400 мкг/л у 13—30% обследованных. Таким об- разом, эти дети могут составлять группу риска. Специалистами, изучающими геохимию окружающей среды, установлено, что в условиях умеренных широт в регионах, зна- чительно удаленных от урбанизированных зон, суточное фоно- вое выпадение аэрозольных загрязнений составляет 9,75 кг на 1 км2. В то же время в урбанизированных зонах эти показате- ли в 20—50 раз возрастают и в среднем достигают 200—500 кг. Максимальное загрязнение составило 5739 кг/км2, в 600 раз превышая суточную фоновую величину [Ревич Б. А. и др., 1982]. Эти же авторы представили суммарные данные по распре- делению микроэлементных загрязнений в аэрозольных выпаде- ниях, уловленных снеговым покровом на территории крупной урбанизированной зоны с разнообразной промышленностью. Их анализ проводился на основании соответствующего коэф- фициента концентрации (Кс), который равен отношению вели- чины среднего выпадения элемента на территории города к ве- личине среднего выпадения его на площади, удаленной от го- рода на 100 км и более. Все МЭ в соответствии с этим коэффи- циентом распределились на три группы. В 1-ю группу вошли МЭ, накапливающиеся выше фоновых концентраций (Кс в пре- делах 23—2); 2-ю группу составили МЭ, накапливающиеся на уровне фоновых концентраций (Кс около 1); МЭ 3-й группы на- капливаются ниже фоновых концентраций (Кс = 0,6—0,4). Ха- рактерно, что все МЭ 1-й группы широко используются в про- мышленности, в то время как МЭ 2-й и 3-й групп мало приме- няются в промышленности, поэтому их в значительно меньшем количестве обнаруживают в аэрозольных загрязнениях. Эти же авторы дали оценочную характеристику концентрации ряда МЭ в волосах детей в зависимости от их содержания в аэро- зольных загрязнениях, осажденных снегом. Различия между средними концентрациями всех исследованных МЭ в волосах детей по изученным выборкам оказались статистически досто- верными, что является еще одним доказательством того, что волосы человека — это накопитель МЭ, причем их концентра- ция в волосах может служить объективным показателем мик- роэлементной ситуации в целом организме. В настоящее время агрессивность внешней среды, обуслов- 3* 35
ленная антропогенным загрязнением, в том числе и микроэле- ментным, настолько серьезна, что ее нельзя игнорировать. Об этом, в частности, свидетельствуют обширные исследования группы авторов [Козлюк А. С. и др., 1987], изучавших иммун- ный статус детей в местностях, где применяют пестициды с раз- личной интенсивностью, а также в населенных пунктах Молда- вии с вредными геохимическими факторами. При этом уста- новлено, что загрязнения окружающей среды химическими ве- ществами малой интенсивности обусловливают ряд сопряжен- ных сдвигов в иммунной системе детей. Отмечены угнетение преимущественно клеточного звена иммунитета, наличие IgE- гиперглобулинемии и высокого уровня спонтанной бласттраис- формации лимфоцитов. Выраженность дисбаланса иммуноло- гических показателей и степень функциональных нарушений иммунитета коррелируют с уровнем загрязнения окружающей среды. Важно подчеркнуть, что в настоящее время существуют ме- тоды клинической иммунологии, позволяющие провести имму- нологический скрининг и выявить в «группе риска» детей, у ко- торых в результате патогенного действия токсичных факторов малой интенсивности создаются предпосылки для возможного развития заболеваний, в той или иной степени связанных с им- мунопатологией. Вспышки необъяснимых заболеваний детей с синдромом тотальной алопеции могут представлять собой пря- мое следствие загрязнения внешней среды М.Э (подробнее см. главу 8). Эти своеобразные индикаторы загрязнений не столь без- обидны, как это может показаться на первый взгляд, так как при этом отмечаются не только выпадение волос, но и невро- логическая симптоматика, свидетельствующая о патологии гипоталамуса. Проблема развития и здоровья детей в связи с влиянием МЭ заслуживает самостоятельного рассмотрения. Уже есть сведения о том, что в условиях микроэлементных загрязнений происходит интенсивное накопление различных токсичных эле- ментов в плаценте. Некоторые промышленные регионы с особо интенсивным микроэлементный загрязнением могут стать зона- ми экологического бедствия в результате избыточного накопле- ния в них ртути, кадмия, мышьяка, бериллия и др. Организм может реагировать не только развитием болезней. Могут по- явиться признаки дизадаптации, а также нарушения физичес- кого и психического развития. В. Н. Кувина и соавт. (1989) на обширном материале доказали, что в промышленных регионах Восточной Сибири и Севера у детей и подростков в высоком проценте регистрируются диспластические изменения скелета, которые также следует считать индикаторами микроэлемент- ных загрязнений.
Глава 2 СОДЕРЖАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНАХ, ТКАНЯХ И ЖИДКОСТЯХ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА 2.1. Содержание микроэлементов в организме человека в норме и в различные периоды его развития Несмотря на общий интерес к проблеме МЭ, вопрос об их содержании в организме человека освещен недостаточно. Ста» рые литературные данные изложены в монографии А. И. Вой- нара (1960). Многочисленные данные о некоторых МЭ приве- дены в трудах М. Г. Коломийцевой, Р. Д. Габовича (1970)„ В. В. Ковальского (1974) и их сотрудников. Ценные материалы о содержании МЭ в различных регионах Сибири и Дальнего Востока суммировал В. М. Мещенко (1968). Более новые данные представил D. К- Kalani (1980), кото- рый показал, что содержание МЭ в органах и жидкостях чело- века очень неравномерно. Обращает на себя внимание, чтоМЭ, имеющие заслуженную репутацию токсичных (мышьяк, сурь- ма, барий, бериллий, висмут, бор, свинец, таллий), содержатся в норме в органах и жидкостях организма человека в значи- тельно меньших количествах, нередко на несколько порядков ниже, чем эссенциальные МЭ. В этот перечень не входят дру- гие, несомненно, токсичные МЭ, которые по неизвестной пока причине в единичных органах содержатся в относительно боль- ших количествах. В частности, пока необъяснимо относительно высокое содержание золота в головном мозге и в почках (2,54 мкмоль/кг сухой массы). Также непонятно относительно высокое содержание бора в почках (46,2 мкмоль/кг) и в пече- ни (44,4 мкмоль/кг). Относящийся к токсичным элементам кадмий обнаружива- ется во всех исследованных органах, причем его концентрация в почках необычно высока (0,59 ммоль/кг). Широко известная из-за своей токсичности ртуть содержится во всех изученных органах, причем в головном мозге ее концентрация достигает 0,014 ммоль/кг; еще выше концентрация этого МЭ в печени (0,018 ммоль/кг). Содержание таллия, обладающего токсичес- ким свойством, во всех органах находится почти на одном уров- не (1,96 мкмоль/кг) и только в головном мозге увеличивается до 2,44 мкмоль/кг. Содержание олова также необычно высоко в головном мозге (16,8 мкмоль/кг) и на порядок превышает со- ответствующие показатели в сердце и почках. Эти различия по- ка необъяснимы. Содержание МЭ в крови, по данным D. К. Kalani (1980), как правило, очень невелико. Эти данные, характеризующие 37
норму, заслуживают пристального внимания при их сопостав- лении с соответствующими показателями при МТОЗах. Попутно заметим, что высокие или необычно низкие показатели содер- жания МЭ в крови могут встречаться и при других заболе- ваниях. Важным показателем отравления ртутью может служить содержание этого элемента в волосах. То же самое относится и к никелю. В исследовании В. А. Бацевича (1988) с помощью нейтрон- но-активационного анализа проведено определение содержания 11 МЭ в волосах у представителей 17 этнотерриториальных групп населения СССР в зонах, не подверженных техногенно- му загрязнению. При этом установлено, что в биогеохимических провинциях с избытком или недостатком определенных МЭ на- блюдается соответственное изменение их содержания в воло- сах. Отмечено повышенное поступление в организм человека селена (Тува, Якутия, Чукотка), ртути (Чукотка), марганца (Якутия). Кроме того, закономерные возрастные изменения со- держания МЭ установлены для цинка и марганца в пубертат- ном периоде. D. К. Kalani (1980), как и многие другие авторы, различа- ет эссенциальные, предположительно эссенциальные и физио- логически инертные МЭ. Критериями необходимости исследуе- мого МЭ для организма являются: закономерная реакция на его добавку в состав пищи, возникновение дефицита МЭ при устранении его из диеты, корреляция состояния дефицита МЭ с субнормальным уровнем его концентрации в крови или в тка- нях лабораторных животных. Эти данные в отношении ряда МЭ отчасти устарели, так как в последние годы показано, что та- кие МЭ, как фтор, бром, селен, молибден, в действительности являются и эссенциальными для организма. Патогенное дей- ствие фтора, селена и молибдена, содержащихся в высоких кон- центрациях в воде или пище жителей определенных географи- ческих зон, не противоречит их возможному положительному эффекту в адекватных, как правило, очень низких дозах. Такие потенциально токсичные МЭ, как медь, мышьяк и цинк, имею- щие репутацию важных промышленных контаминантов, наря- ду с этим являются в определенных дозах жизненно необходи- мыми. Действие МЭ на организм в большой степени зависит от на- личия (обилия) внеклеточной жидкости в тканях, степени раз- вития подкожной клетчатки, а также от содержания кальция в костной ткани и от степени кальцификации других тканей. В настоящее время еще отсутствуют или неполны обобщаю- щие данные о содержании МЭ в различных органах и тканях эмбрионов и плодов человека в пренатальном периоде. В про- цессе онтогенеза определенные органы и ткани способны изби- рательно концентрировать в своем составе те или иные МЭ. Большинство исследователей объясняют это физиологической ролью МЭ и специфической деятельностью органа. Так, в част- 38
ности, показано, что содержание меди, цинка, кремния, марган- ца, алюминия в сером и белом веществе головного мозга по- вышается к моменту рождения [Баженко Г. А., 1953]. У ново- рожденных наибольшее количество таких МЭ, как медь, титан, алюминий, кремний, содержится в зрительных буграх и продол- говатом мозге. В зрелом возрасте некоторые МЭ, особенно медь и титан, концентрируются в коре полушарий большого мозга. В старческом возрасте отмечены обратные соотношения [Дель- ва В. А„ 1973; Curzon G„ 1975; Greiner А., 1975]. Возрастная динамика концентрации некоторых МЭ в ЦНС связана с особенностями обменных процессов, свойственных оп- ределенному возрастному периоду и в первую очередь с изме- нением интенсивности окислительных процессов [Райцес В. С., 1981]. Особенно много МЭ накапливается в костях и зубах, некоторые из них (фтор, стронций и др.) входят в структуру апатита высокоминерализованных тканей организма и тем са- мым изменяют их физико-химические свойства. Накопленные данные свидетельствуют о том, что обмен МЭ в раннем воз- расте менее совершенен, чем у взрослых. В частности, в экспе- рименте на телятах показано, что повышение концентрации цинка в рационе приводило к резкому увеличению его содержа- ния в печени и поджелудочной железе, а также к перераспре- делению его внутриклеточной локализации. В то же время у взрослых животных отмеченные изменения не наблюдались [Miller W. J., 1981]. Как у человека, так и у животных в период старения гомео- статический контроль нарушается. При этом снижается и уро- вень некоторых МЭ, что находится в соответствии с современ- ными представлениями об адаптационно-регуляторной теории старения. Согласно этой теории, старение приводит к затуха- нию одних и появлению новых механизмов, обеспечивающих жизнедеятельность организма в измененных условиях [Раец- кая ГО. И., 1987]. Исследование содержания свинца в крови в онтогенезе по- казало, что у детей дошкольного возраста оно примерно равно содержанию этого МЭ у взрослых, в то время как у детей школьного возраста его концентрация в крови значительно меньше. При изучении пуповинной крови новорожденных Нью- Йорка обнаружено, что содержание свинца составляет 0,39± ±0,02 мкмоль/л [Kaul В. et al., 1983]. Установлено, что для детей европейских стран содержание свинца в крови считается угрожающим здоровью, если оно превышает 1,2 мкмоль/л, для взрослых мужчин эта концентрация составляет 1,93 мкмоль/л и для женщин—‘ 1,45 мкмоль/л [Page R. А., 1984]. Нарушения в содержании МЭ в организме человека могут прослеживаться на протяжении всей жизни. При этом как их избыток, так и недостаток в ряде случаев сопровождаются оп- ределенными морфофункциональными изменениями отдельных систем и органов. В детском возрасте могут возникать и про- являться врожденные пороки развития (при дефиците цинка, 39
меди, селена и др.), генетически обусловленные заболевания (болезнь Вильсона — Коновалова, болезнь Менкеса). В пост- натальном периоде встречаются алиментарный дефицит МЭ, недостаточность их при ряде заболеваний, нарушающих усвое- ние МЭ, а также в результате лечебных мероприятий. Конкрет- ные формы указанных заболеваний описаны в соответствую- щих разделах. 2.2. Участие микроэлементов в гомеостатических функциях организма Организм здорового человека обладает достаточно четкой саморегулирующей системой гомеостаза, в которой определен- ную роль играют и МЭ. Их уровень в крови и тканевой жидко- сти подчиняется определенным физиологическим закономерно- стям. Для большинства МЭ основными регуляторными меха- низмами гомеостаза являются процессы всасывания, преиму- щественно из желудочно-кишечного тракта, а также экскреция их с мочой и калом. О суточном балансе МЭ условного человека можно судить по данным табл. 3, составленной по материалам Междуна- родной комиссии по радиологической защите (МКРЗ, Публика- ция 23, 1977]. Как видно из этой таблицы, МЭ поступают в ор- ганизм из пищи и в значительно меньшем количестве — из воз- духа. Выделяются МЭ из организма с мочой, калом и в не- большом количестве с потом, волосами, ногтями и менструаль- ной кровью. Не останавливаясь в деталях на этих процессах, необходи- мо, однако, отметить, что для отдельных МЭ существуют опре- деленные особенности, которые оказывают заметное влияние на гомеостаз. Так, в частности, известно, что для фтора не име- ют значения пути его введения в организм (ингаляционный, али- ментарный, парентеральный), так как этот МЭ свободно (без носителя) проникает в кровь и быстро элиминируется с мочой, а также селективно абсорбируется в высокоминерализованных тканях (кости, зубы, петрификаты). Для других же М.Э (цинк, медь, кадмий, ртуть и др.) процесс всасывания в желудочно-ки- шечном тракте зависит от наличия специальных носителей-— металлотионеинов. Включение металлопротеинов тканями осуществляется по- средством фиксации их на специфических рецепторах мембран, в комплексе с которыми они как бы «стекают» в окаймленные везикулы и поступают в клетки, где и разрушаются лизосомаль- ными ферментами, а металл восстанавливается и используется в обмене. Такой механизм, в частности, доказан для трансфер- рина [Gachelin G., 1980] и церулоплазмина [Kostsak S. A., Be- arn А. С., 1978]. Есть достаточно оснований полагать, что именно с помощью этого механизма происходит поступление в клетку большинства жизненно необходимых МЭ. Гомеостаз МЭ тесно связан с селективной реабсорбцией или 40
секрецией в тканевую жидкость необходимых количеств воды, электролитов и неэлектролитов. Известно, что плазматическая мембрана всех эпителиоцитов по характеру ее проницаемости и содержанию транспортных белков четко дифференцируется на апикальную и базолатеральную части. В связи с этим ее про- ницаемость обусловлена изменением числа ионных каналов и содержанием транспортных протеинов. Это происходит благо- даря включению в нее цитоплазматических везикул, мембраны которых содержат ионные каналы или транспортные белки. По- добная адекватная реакция на изменение тканевой (окружаю- щей) среды является одним из многочисленных процессов, уча- ствующих в поддержании гомеостаза [Stanton В. А., 1984]. Имеющиеся различия в концентрации макроэлементов и МЭ в межклеточной жидкости и в самой клетке являются объектив- ным доказательством определенных закономерностей их рас- пределения. Не подлежат сомнению, что наряду с этим сущест- вует и случайное загрязнение клеток МЭ. О неравномерности распределения жизненно необходимых МЭ в различных органах, а также в структурных компонентах клетки, следовательно, и об их биологической роли можно су- дить на примере марганца [Hiromu Sakudai, 1986]. Так, уста- новлено, что в норме максимальное содержание этого МЭ оп- ределяется в щитовидной железе, печени, гипофизе и надпо- чечниках. Максимальная концентрация марганца в указанных органах может свидетельствовать о том, что они являются в оп- ределенной степени функциональными тканевыми депо этого-' МЭ. При нагрузке организма животных марганцем (например,, МпСЬ) еще больше увеличивается его концентрация в подже- лудочной железе и печени, принимающих участие в процессах элиминации этого МЭ. Фундаментальное исследование экскреции 18 металлов из организма крыс было проведено A. Gregus и соавт. (1986). Оно дает достаточно четкое представление о естественных путях и скорости элиминации внутривенно введенных МЭ. Этими авто- рами показано, что общая экскреция (с калом и мочой) была относительно быстрой. Так, через 4 дня для кобальта, серебра и марганца она составила более 50% введенной дозы, для ме- ди, таллия, висмута, свинца, цезия, золота, цинка, ртути, селе.- на и хрома была в пределах 50—20%, а для мышьяка, кадмия;, железа, метилртути и олова она была менее 20%. Наряду с этим показано, что серебро, марганец, медь, таллий, свинец, цинк, кадмий, железо и метилртуть в основном выделялись с калом, тогда как кобальт, цезий, золото, селен и хром выде- лялись преимущественно с мочой; такие МЭ, как висмут, ртуть, мышьяк и олово, в равной степени экскретировались обоими путями. Поступление в желчь таких МЭ, как серебро, мышьяк, мар- ганец, медь, селен, кадмий, свинец, висмут, кобальт, а также метилртуть, является определяющим фактором для их экскре- ции с калом. В частности, установлено, что за 2 ч после введе- 41
ния этих МЭ в кровь 45% серебра поступали в желчь. Кон- центрация МЭ в желчи не зависела от дозы внутривенно вве- денного серебра, мышьяка, марганца, висмута, метилртути, зо- лота, цезия, таллия и олова. Однако она заметно возрастала при увеличении дозы кадмия, цинка и железа. Это, по-видимо- му, является результатом избыточного накопления ряда МЭ в печени (кадмий, цинк) вследствие связывания их определенны- ми компартментами гепатоцитов или же вне печени (железо). Сравнительный анализ величин экскреции МЭ с желчью и ка- лом свидетельствует, что мышьяк и селен повторно абсорбиру- ются кишечником, в то время как таллий и цинк попадают в кал не через желчь. Наибольшая концентрация большинства изученных МЭ наблюдалась в печени и почках. Однако.не установлено прямой корреляции между распределением МЭ в этих органах и основным путем их выведения из организма. Важную роль в экскреторных системах играет различие в скорости выделения молекул — носителей МЭ. В частности, из- вестно, что крыса ежечасно выделяет в желчь 5—10 мг/кг бел- ка [La Russo N. F., 1984; Karlowitz N. et al., 1985]. В то же вре- мя в моче эти вещества практически не определялись. Кроме того, F. М. Zuyderhoudt (1985) показал, что предпочтительная экскреция железа в виде ферритина и гемосидерина в желчь происходит за счет лизосомального экзоцитоза. Хорошо известно, что в пищеварительном тракте имеются сложные взаимоотношения между всеми компонентами пищи (органической и неорганической природы) и поэтому необходи- мо рассматривать потребность организма в определенном МЭ с учетом содержания и других элементов в диете. Для полноцен- ной работы гомеостатической системы организма важное зна- чение имеет так называемая константа устойчивости хелатов, образующихся в пищеварительном канале. Она должна быть ни- же, чем у комплексов МЭ с биологически активными вещества- ми, которые вовлекают МЭ в промежуточный обмен [Раец- кая Ю. И., 1979; Miller W., 1975, 1981]. В табл. 5 приведены данные о дифференциальной возмож- ности всасывания химических элементов периодической системы Менделеева в желудочно-кишечном тракте. При этом обраща- ет на себя внимание, что все щелочные элементы первой, седь- мой и нулевой групп, а также все элементы первого и второго периодов, за исключением бериллия, обладают максимальной всасываемостью (1) в желудочно-кишечном тракте. Всасывае- мость коррелирует с возрастом и обычно приближается к 1 у молодняка животных и детей. Кроме того, на ее величину ока- зывают влияние физико-химические характеристики самого эле- мента, она снижается с увеличением атомной массы элемента и его металлических свойств. Всасывание в желудочно-кишечном тракте можно увеличить на 1-—2 порядка, вводя комплексообра- зователи, в частности, такие как ЭДТА и ДТПА. Плохая всасываемость тяжелых металлов объясняется их способностью образовывать коллоиды и нерастворимые комп- 42 Таблица 5 сазатели всасывания химических элементов в желудочно-кишечном тракте в зависимости от их места в периодической системе [Москалев Ю. И., 1985] Группа элементов VIII 1 0 Не 1,0 Ne 1,0 Аг 1,0 Кг 4,0 Xe 1,0 с о JI Се 1 Pr 1 Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb 1 Dy | Ho | Er | Tm | Yb I Lu ’ -« — 0,0002—0,005 „ T h„ I „ I a ,1 U Np 1 Pu 1 Am | Cm | Bk | C£ | Es I Fm | Md | No | Lr | 0,0002 1 0,0003 | 0,2 0,02 И 0,0005 . — — “*• Ni 0,05 £ 1 £ Со 0,3 Rh (0,05) llr 0,01 Ru 0,05 C/1 о VII | [J-, о_ С1 1,0, 1 Мп 0,1 Вг 1,0 CJ 00 H o' Re (0,8) At (1,0) > О О GO оо Сг 0,1 Se 0,9 1 Mo 0,85 Те 0,25 W 0,1 Po 0,1 > CU<4 V 0,02 As 1,0 Nb 0,01 Sb 0,1 Ta 0,0001 Bi 0,05 > Si 0,33, Ti 0,03 Ge 0,01 Zr 0,002 Sn 0,2 Hf 0,0001 Pb 0,2 3 I 1 soo'o IV 1 Sc 0,001 Ga 0,001 Y 0,0005 In 0,02 La* 0,0005 TI 0,45 j Ac** 0,0001 Be 0,002 Mg 0,3 Ca 0,3 Zn 0,5 Sr 0,3 Cd 0,1 Ba 0,1 Hg 0,4 Ra 0,2. - н 1 (1,0) Li 1,0 .Na l,o ! К 1,0 Си 0,5 >Rb 1,0 Ag 0,05 Cs 1,0 Au 0,1 £ ° О С Период 1 т—< сч со to CD b- 4&
лексные соединения. Важно иметь в виду, что большинство жиз- ненно необходимых макроэлементов и МЭ практически полно- стью (Н, С, N, О, F, Cl, I, К, Na, Р, Мо) или достаточно хоро- шо (Mg, Са, Р, S, Со, Fe, Си, Zn, Se) абсорбируются в желу- дочно-кишечном тракте [Москалев Ю. И., 1985]. Нередко встречающиеся патологические изменения процес- сов пищеварения и всасывания могут явиться основой наруше- ний обмена МЭ [Bunch J. et al., 1973; Zalewski H., 1973]. Об этом, в частности, могут свидетельствовать эксперименты на крысах по изучению влияния ваготомии на экскрецию цинка клетками Панета1 тонкой кишки в условиях функциональной нагрузки [Куликов О. В., 1982]. Отмечено увеличение числа клеток Панета с большим и максимальным, а также с низким и умеренным содержанием цинка. Динамика выведения цинка тонкой кишкой у ваготомированных животных характеризова- лась одновершинной кривой с минимумом через 1,5 ч после функциональной нагрузки. Через 7 ч этот показатель прибли- жался к контрольному, а через 12 ч превышал его. При этом в норме у крыс при парентеральной нагрузке цинком наблюдает- ся через 3,5 ч накопление его в клетках Панета, затем проис- ходит частичное выделение (7 ч), которое сменяется дальней- шим накоплением этого МЭ. Как уже отмечалось ранее, уровень абсорбции цинка в же- лудочно-кишешном тракте связан с содержанием цинксвязыва- ющего лиганда. Однако, по данным С. В. Ammorinan и соавт. (1983), при избытке этого МЭ в рационе он хорошо усваивает- ся и в отсутствие лиганда. Исходя из этого, повышенное со- держание МЭ в рационе сопровождается увеличением их кон- центрации в тканях. Данный факт, по мнению М. Kircghesser и соавт. (1981), является более объективным показателем обес- печенности организма МЭ, чем данные так называемых балан- совых опытов. При избыточном поступлении МЭ вступает в действие си- стема элиминации. В частности, может происходить блокиро- вание процессов их всасывания в желудочно-кишечном тракте и последующее выведение с калом. Всосавшийся в кровь избы- ток МЭ выводится с мочой, желчью, потом, молоком, а также откладывается в депо. В связи с этим становится очевидно, что дефект определенного звена системы, обеспечивающей микро- элементный гомеостаз, приводит к тому, что в организме может возникнуть недостаток или избыток МЭ, сопровождающийся соответствующими клиническими симптомами и развитием за- болевания. Таким образом, существующее многообразие путей регуля- ции микроэлементного гомеостаза должно быть в поле зрения исследователя. Однако значение каждого из них неодинаково 1 В соответствии с международной гистологической номенклатурой клетки Панета следует называть энтероцитами с ацидофильными гранулами. — При- ме ч. р е д. 44
для различных МЭ. Так, для меди, кобальта, железа, цинка и молибдена основным путем регуляции является изменение уров- ня абсорбции, в то время как для кадмия и йода наиболее важный путь их регуляции в организме — экскреция с мочой. Последний путь для большинства МЭ составляет не более 1— 4% от их количества, выделяемого с калом [Раецкая Ю. И., 1987]. Отдельные авторы [Adams Е., 1975] придают существенное значение регуляции микроэлементного гомеостаза путем сек- реции МЭ с молоком. Показано, что она вариабельна и изме- няется не только в зависимости от стадии лактации, но и от уровня поступления МЭ в организм. В то же время содержание йода и цинка в молоке, по мнению М. Е. Kirchgessner и соавт. (1978), является важным и надежным тестом обеспеченности организма этими МЭ. Пусковым механизмом абсорбции ряда МЭ (железо, цинк и др.) в желудочно-кишечном тракте является снижение их концентрации в тканевых депо. Однако путь передачи инфор- мации от тканей к эпителиоцитам слизистой оболочки желудоч- но-кишечного тракта еще неизвестен. Логично, что на роль та- ких передатчиков информации могут претендовать уровень кон- центрации белков-носителей (лигандов) МЭ в крови и ткане- вой жидкости, опосредуемый через клеточный компонент им- мунной системы, а также увеличенное число свободных рецеп- торов к этим лигандам. Интересную мысль высказывает Ю. И. Раецкая (1987). В связи с тем что пики анаболизма МЭ находятся в соответст- вии с высотой активности определенного звена эндокринной си- стемы, в частности с высокими уровнями в организме сомато- тропных, тиреоидных и половых гормонов, можно думать о ве- дущей роли этой системы в поддержании микроэлементного го- меостаза. Наиболее изучена взаимосвязь между уровнем со- держания в организме йода и активностью щитовидной железы, т. е. показана четкая система обратной связи. При этом нельзя забывать о центральных механизмах регуляции гомеостаза. Следовательно, микроэлементный гомеостаз — это частная фор- ма общей гомеостатической системы организма. 2.3. Адаптация организма в экстремальных условиях и влияние ее на содержание микроэлементов. Акклиматизационный дефицит микроэлементов Адаптация — это процесс приспособления живых организмов к тем или иным условиям существования. Молекулярные меха- низмы этого процесса интенсивно изучаются. Так, Ф. 3. Меер- сон (1973, 1981) отмечает, что повышение потенциала фосфо- рилирования в клетке сопровождается увеличением синтеза ДНК и белка. В свою очередь Л. Е. Панин (1978, 1983) боль- шую роль придает активации нейроэндокринных механизмов, в частности повышенному синтезу и выбросу в кровь кортико- 45
стероидов и катехоламинов с одновременным ингибированием синтеза инсулина, что обеспечивает на уровне клеточных мемб- ран переключение с углеводного типа обмена на жировой как наиболее эффективный не только в энергетическом, но и в син- тетическом плане. Наши исследования [Авцын А. П. и др., 1985] показывают, что одним из необходимых условий долговременной адаптации организма к экстремальному воздействию внешней среды явля- ется модификация липидного состава биомембран, направлен- ная на изменение информационных и энергетических потоков, а также функциональной активности клетки. Следовательно, в основе этой адаптации к различного рода чрезвычайным разд- ражителям, в том числе и избыточному поступлению в организм МЭ, лежат не только прирост массы функционирующих струк- тур, но и их адекватные качественные изменения. Сохранение достаточного морфофункционального резерва снижает воз- можность развития дизадаптационных повреждений. В нераз- рывной связи со сказанным находится выдвинутое Д. С. Сар- кисовым (1977) положение о временной адекватности реакций организма на действие повреждающего химического агента. Установлены закономерные корреляции между климатиче- скими и ландшафтно-биогеохимическими особенностями от- дельных регионов страны, с одной стороны, и распространени- ем ряда заболеваний и синдромов — с другой. Так, природно- биогеохимические условия Севера, являясь экстремальными, предъявляют к организму повышенные требования в смысле его «биосоциальной платы» за достижение адаптированности. Последняя сопровождается значительной перестройкой обмен- ных процессов. В частности, в условиях Севера происходят су- щественные изменения микроэлементного гомеостаза в орга- низме человека и животных. Медико-географические исследования, проведенные нами и другими авторами в различных регионах Севера, показали, что здесь четко выявляются заболевания (кариес зубов) и синдро- мы (железодефицитные состояния), обусловленные дефицитом определенных жизненно важных МЭ, например фтора и железа. До последнего времени установленный дефицит этих МЭ рас- сматривался односторонне как недостаточное поступление их с водой и пищевыми продуктами. Однако исследованиями ряда авторов [Алексеев В. П. и др., 1976; Панин Л. Е., 1980, и др.] убедительно показано, что в условиях холодового воздействия резко нарушается микроэлементный и электролитный гомео- стаз. Метаболическая перестройка в организме при холодовой адаптации настолько существенна, что это позволяет нам гово- рить о развитии акклиматизационного дефицита МЭ. Так, у крыс, получавших воду с концентрацией фтора 15 мг/л и под- вергавшихся 5-месячному охлаждению, и у животных, нахо- дившихся в комфортных температурных условиях и потребляв- ших воду с концентрацией фтора 0,3 мг/л, содержание этого< МЭ в зубах и костях — органа-накопителях — существенно не- 46
различалось [Марачев А. Г., Жаворонков А. А., 1987; Тед- дер Ю. Р., Жаворонков А. А., 1988]. В неразрывной связи с выявленными нарушениями фторово- го статуса организма в условиях холодового воздействия нахо- дится и высокая встречаемость железодефицитных состояний человека на Севере, так как известно положительное влияние фтора на кроветворение за счет улучшения усвоения железа. В частности, у животных, получавших питьевую воду с опти- мальной концентрацией фтора (1 мл/л), отмечено лучшее усвоение железа и повышение его уровня, а также меди в кро- ви [Абросимов А. И., 1975; Книжников В. А., 1975; Messer Н.Н., 1984]. Наряду с этим нашими исследованиями показано, что вы- сокая встречаемость железодефицитных состояний у жителей Севера обусловлена повышенной потребностью организма в же- лезе вследствие усиления метаболических (анаболических и ка- таболических) процессов под воздействием экстремальных фак- торов внешней среды, особенно холода [Авцын А. П. и др., 1985]. Аналогичный эффект был отмечен Л. Е. Паниным (1980), изучавшим содержание некоторых микроэлементов и МЭ (цин- ка, меди, железа, марганца, магния, натрия, калия и кальция) в крови рабочих Норильского медно-никелевого комбината. Так, содержание в крови цинка, магния, натрия и кальция оказалось сниженным. В то же время концентрация меди в крови была повышенной, что объясняется спецификой производственных условий, избыточным экзогенным поступлением указанного МЭ. При анализе этих данных следует принять во внимание физио- логический антагонизм меди и цинка. Таким образом, физиологические механизмы адаптивной пе- рестройки организма в экстремальных условиях Севера могут закономерно приводить к сдвигу микроэлементного гомеостаза и возникновению акклиматизационного дефицита МЭ. Это в свою очередь влечет за собой повышенную потребность орга- низма в жизненно важных МЭ. Акклиматизационный дефицит МЭ, несомненно, играет важную роль в развитии и широком распространении па Севере как скрытых, так и выраженных форм МТОЗов, обусловленных недостатком или дисбалансом в первую очередь жизненно необходимых МЭ. Вводя понятие об акклиматизационном дефиците МЭ в экст- ремальных условиях обитания, мы относим его только к физио- логическим уровням поступления их в организм. В случаях их избыточного поступления, очевидно, правильнее говорить об ак- климатизационной «блокаде» процессов накопления МЭ в ор- ганах-мишенях или об акклиматизационном сдвиге их метабо- лизма [Теддер Ю. Р., Жаворонков А. А., 1988]. К проявлениям акклиматизационного дефицита МЭ, очевидно, относятся и большие потери цинка с потом в условиях высокой температу- ры внешней среды, что, вероятно, является одним из факторов патогенеза болезни Прасада.
Глава 3 СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ ВСАСЫВАНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ 3.1. Абсорбция микроэлементов в желудочно-кишечном тракте. Мембранное пищеварение. Особенности метаболизма микроэлементов. Ультраструктурные основы кишечного всасывания Общая характеристика абсорбции металлов, МЭ и радио- нуклидов приведена в книге S. С. Skoryna и D. Waldron-Ed- ward (1971). М. Freeman и соавт. (1971) применили для иссле- дования тонких механизмов всасывания карбоната железа эн- тероцитами метод электронной микроскопии и показали, что железо расщепляется до мицелл на микроворсинках, затем транспортируется в цитоплазму и концентрируется в зоне тер- минальной сети, а также в эндоплазматической сети в виде фер- ритина. Разработанные данные о всасывании МЭ принадлежат ряду авторов. Цинк изучали М. М. Меркулова и соавт. (1970), железо — М. М. Щерба (1977), медь — М. Kirhgessner и соавт. (1975). Стронций проходит пищевод и желудок, почти не всасываясь. Быстрая и интенсивная абсорбция этого МЭ от- мечается в двенадцатиперстной кишке. Однако основным мес- том его поглощения, по-видимому, являются тощая и подвздош- ная части тонкой кишки [Cramer С. F. et al., 1959]. У цыплят наиболее эффективное всасывание стронция наблюдается в две- надцатиперстной кишке. Следует отметить, что места всасыва- ния в кишечнике кальция и стронция совпадают. Сравнительно немногочисленные данные о резорбции МЭ в кишечнике, полученные в первой половине XX века, основыва- лись на устаревшей ныне двухзвенной схеме ассимиляции пище- вых веществ, которая включала в себя этап полостного (или дистантного) пищеварения и сам процесс всасывания. В 60-х годах XX века общепринятой стала трехзвенная схема пищева- рения, которая включает в себя: 1) полостное пищеварение, 2) мембранное пищеварение и 3) всасывание. Внеклеточное пи- щеварение обеспечивает начальный этап переваривания пище- вых частиц. Внутриклеточное пищеварение делится на два этапа: 1) транспорт молекул через клеточные мембраны с последую- щим расщеплением их ферментами цитоплазмы и 2) лизосо- мальное переваривание различными гидролазами —фосфата- зами, глюкозидазами, протеазами, липазами и др. Оно являет- ся широко распространенным биологическим актом, который входит в общее понятие «эндоцитоз» и играет большую роль- уже на самых ранних этапах постнатального развития. После- дующие работы выяснили, что, кроме названных выше этапов 48
а б в Рис. 2. Основные типы пищеварения [Уголев А. М., 1985]. а — внеклеточное пищеварение; б — внутриклеточное цитоплазматическое; в — внутрикле точное вакуоляриое, или экстраплазматическое, связанное с фагоцитозом и пиноцитозом; г — мембранное пищеварение. 1внеклеточная среда; 2 — внутриклеточная среда; 3 —• пищеварительная вакуоль; 4—лизосома; 5 — ядро клетки; 6 — клеточная мембрана; 7 — внутриклеточные ферменты; 8 — частицы пищи. г ассимиляции, крайне важное значение имеет мембранное пище- варение (рис. 2), в раскрытии механизмов которого основную- роль сыграли многолетние исследования А. М. Уголева (1967, 1970, 1972, 1977, 1985, 1986). Мембранное пищеварение обеспечивается определенными ферментами. Они имеют двоякое происхождение: 1) часть из них, главным образом панкреатические ферменты, адсорбиро- вана на химусе и 2) собственно кишечные ферменты, которые синтезируются энтероцитами и инкорпорированы в состав их липопротеиновой мембраны. За счет мембранного пищеварения осуществляются промежуточные и заключительные стадии гид- ролиза пищевых веществ, а также сопряжение конечных этапов переваривания и начальных этапов всасывания. По А. М. Уго- леву (1982), это обеспечивается своеобразным пищеварительно- транспортным конвейером. Всасывание начинается в ротовой полости, имеет значитель- ную выраженность в желудке, но достигает наибольшей интен- сивности в тонкой кишке. Поступления пищевой массы из же- лудка в кишечник сопровождается изменением величины pH в результате действия сока поджелудочной железы и желчи. По- видимому, именно такая среда способствует более активному всасыванию многих компонентов пищи, в том числе и МЭ. Для обеспечения тонко отрегулированного процесса всасы- вания существует сложный анатомо-физиологический аппарат, схематическое строение которого авторы представляют различ- ным образом. Наиболее известна и проста схема С. С. Booth (1967), приведенная А. М. Уголевым (1982). К сожалению, она далека от реальных анатомических отношений и содержит дан- ные о всасывании только одного МЭ (железа) и двух макро- элементов (магния и кальция), которые, согласно этой схемы, всасываются в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта. 4—568 49>
I Рис. 3. Схематическое изо- бражение некоторых отделов пищеварительной системы человека [Михайлов С. С., 1982]. Сплошным черным цветом изображена главная зона всасывания МЭ в двенадца- типерстной кишке, серым цветом обозначены зоны ме- чее активного всасывания МЭ в желудке и тонкой кишке. Сфинктеры пищева- рительного тракта: 1 — пищеводно-желудочный; 2 — привратник; 3 — сфинктер пу- зырного протока (Люткеиса); 4 — сфинктер общего печеночно- го протока (Морисси); 5 — об- щего желчного протока; 6 — пе- ченочно-поджелудочной ампулы; 7 — протока поджелудочной же- лезы; 8 — терминальной ч-асти подвздошной кишки (сфинктер Варолия): 9 — сфинктер Бузи; 10 —сфинктер Гирша; 11 — сфинктер Кеннона — Бема; 12 — сфинктер Херста; 13 — сфинктер Кеннона; 14 — сфинктер Пай- на — Штраусса; 15 — ссЬннктер Балли; 16 — сфинктер Росси — Мютье; 17 — сфинктер Пирого- ва — Берна; 18 — третий сфинк- тер прямой кишки (сфинктер Хепфнера); 19 — внутренний сфинктер заднего прохода; 20 — наружный сфинктер заднего прохода. .Для большего приближения к истинным анатомическим отно- шениям мы приводим рисунок С. С. Михайлова (1982). На нем двенадцатиперстная кишка и верхние отделы тощей кишки не- сколько распрепарованы, что дает возможность более нагляд- но нанести на представленные контуры условные обозначения главных зон всасывания МЭ. Выбор этого схематического ри- сунка объясняется его обобщающим характером. Как видно из рис. 3, весь пищеварительный тракт разделен с помощью точно установленных сфинктеров на определенные анатомо-физиоло- гические сегменты. В этих сегментах у здорового человека име- ет место физиологическая ретенция желудочно-кишечного со- держимого, которая происходит через определенные сроки. Каждый сегмент пищеварительного тракта обладает присущей ему системой ангио- и лимфоциркуляции, иннервации, а также ферментного и нейрогуморального обеспечения [Морозов И. Н. и др., 1988]. В последние годы выяснено, что в стенке кишечни- ка, в частности в двенадцатиперстной кишке, находится мощ- ный аппарат иммунокомпетентных структур [Сапин М. Р., :50
1987], принимающих участие в реакциях гиперчувствительностк [Гайдар Ю. А. и др., 1984]. В тонкой кишке не только завершается переваривание пи- щи, поступающей из желудка, но и избирательно всасываются в кровь и лимфу продукты переваривания. Эффективное выпол- нение функции всасывания требует обширной поверхности, по- крытой энтероцитами, осуществляющими всасывание веществ. Существуют специальные анатомические аппараты, способст- вующие увеличению всасывающей поверхности. Это циркуляр- ные, или спиральные, складки, называемые клапанами Керкрин- га. Они наиболее развиты в проксимальном отделе двенадцати- перстной кишки. Всасывающую поверхность слизистой оболочки увеличивает огромное количество мелких листовидных выпячи- ваний, называемых кишечными ворсинками. Высота этих ворси- нок по направлению от привратника к илеоцекальной заклонке постепенно снижается. В еще большей степени увеличивает всасывающую поверх- ность тонкой кишки множество микроворсинок, расположенных на апикальной поверхности эпителиоцитов. Большинство эпи- телиоцитов (энтероцитов) тонкой кишки представляют собой высокоспециализированные цилиндрические клетки с широкой исчерченной каемкой. Именно эти клетки называются всасыва- ющими (рис. 4—6). Кроме этих клеток, в эпителии ворсинок имеются бокаловидные клетки, продуцирующие слизь, и нейро- эндокринные клетки, на которые приходится менее 0,5% от об- щего числа элементов эпителиального пласта. Особый вид эпи- телиоцитов— это клетки Панета, содержащие крупные грану- лы зимогена и обладающие специфическим свойством накопле- ния и выделения цинка (рис. 7). Именно эти клетки выделяют лизоцим. Особый вид энтероцитов — это олигомукозные клет- ки, содержащие слоистые глобулы. Относительно немногочис- ленные «пещеристые клетки» содержат цитоплазматические «кавеолы», образованные инвагинациями апикальной плазма- леммы, а также длинные пучки прямых филаментов, которые тя- нутся от стержня микроворсинки и глубоко проникают в цито- плазму. Эти элементы иногда называют «щеточными», или «хо- холковыми», клетками. Между клетками эпителиального плас- та мигрируют лимфоциты и другие типы лейкоцитов, в том чис- ле особый клеточный тип, получивший название «глобулярный лейкоцит». Такие клетки могут быть обнаружены в норме, но чаще они встречаются у больных, зараженных паразитами. Глобулы этих лейкоцитов представляют собой крупные включе- ния. Ядро их несколько уменьшено. Приведенный краткий пе- речень клеточных вариантов эпителиоцитов и лейкоцитов тон- кой кишки имеет существенное значение для понимания функ- ции всасывания и переваривания. Сложный процесс резорбции МЭ обеспечивается именно этим клеточным ансамблем. Точные механизмы, при помощи которых МЭ всасываются в энтероцит, не выяснены. Т. М. Сох и М. W. O’Donnell (1981) в экспери- менте на животных показали, что мембрана с исчерченной ка- 4* 5t
Рис. 4. Схематическое изображение ультраструктуры энтероцита при голода- нии (А) и интенсивном всасывании липидов (Б) [Cardcll R. et al., 1967]. емкой имеет по крайней мере два типа участков, связывающих железо и цинк. Можно полагать, что в недалеком будущем бу- дут открыты ультраструктурные механизмы селективного вса- сывания и элиминации МЭ энтероцитами. Большие перспекти- вы в этом отношении имеет прицельное изучение строения, хи- мизма и функции исчерченной каемки. Характеризуя преимущественные места всасывания МЭ в пищеварительном тракте, необходимо подчеркнуть неполноту и некоторую противоречивость данных литературы. Многие МЭ всасываются в нескольких отделах пищеварительной трубки. Однако в большинстве случаев авторы все же называют наряду с добавочным, или второстепенным, главное место всасывания. Наиболее точные данные получены на животных, которым вво- дили меченые изотопы МЭ. Очень полезным оказался метод 52
Рис. 5. Абсорбция железа в энтероцитах двенадцатиперстной кишки человека. Сидерофильные энтероциты. Сидеросомы показаны стрелками. X13 900. При большем увеличении они изображены в правом верхнем углу. Х34 300 [Parm- ley Р. Т. et al., 1984]. изолированных кишечных петель. Однако эксперименты с пе- роральным введением меченых МЭ имеют еще большую дока- зательность. Эти опыты позволили выяснить важный феномен повторного всасывания (реабсорбции) МЭ в одном и том же месте или в нижележащих отделах кишечника. Всасывание стронция происходит в тощей и подвздошной кишке. Здесь же наблюдается абсорбция кальция, которая име- ет проксимально-дистальный градиент (в желудке — 2%, в две- 53
Рис. 6. Микроворсинки и апикальная часть сидерофильного энтероцита две- надцатиперстной кишки человека с всосавшимися депозитами железа. X37 500 [Parmley Р. Т. et al., 1984]. надцатиперстной кишке—15%, в тощей — 23% и в подвздош- ной— 60%). Магний всасывается по всей длине тонкой кишки, а у крыс преимущественно в подвздошной кишке. У человека с калом выделяется 15—25% парентерально введенной дозы маг- ния [Lengemann F. W., 1959]. Всасывание цинка происходит в верхнем отделе кишечника, причем в двенадцатиперстной кишке поглощается его основная масса (40—45%), а в тощей и подвздошной — от 15 до 21%. В желудке и прямой кишке всасывается только 1—2% этого важнейшего МЭ. Экскреция цинка происходит на всем протя- жении желудочно-кишечного тракта. Однако особенно интенси- вен этот процесс (80%) в тонкой кишке [Methfessel А. Н., Spencer Н., 1973]. При пероральном введении радиоактивного цинка (65Zn) показано, что около 70% поступившей в организм дозы обнаруживается в кале и только 0,3% —в моче [Feas- ter J. Р. et al., 1954]. Есть основания полагать, что в тонкой кишке и особенно в клетках Панета сосредоточен и наиболее развит регуляторный аппарат поглощения и выведения цинка, активность которого обеспечивается вегетативной нервной си- стемой. В пользу этого говорят данные Ю. К. Елецкого и А. Ю. Цибулевского (1989), обнаружившие изменение выделе- ния цинка после перерезки блуждающего нерва. Своеобразно всасывается медь. Основная масса ее абсор- бируется в желудке (52%), в двенадцатиперстной (16—21%) и в тощей 10%) кишке. По данным G. Cartwright и соавт. (1960), из 2—5 мг суточной дозы меди, получаемой взрослым 54
Рис. 7. Цинкпоглощающие и цинквыделяющие клетки Панета слизистой обо- лочки кишечника (препарат С. П. Луговского). а — ШИК-реакция и альциановой синий. Х400; б — окраска гематоксилином и эозином, ХЮОО.
человеком с пищей, 0,6—1,6 мг, или 32%, всасывается в желу- дочно-кишечном тракте. По данным этих же авторов, с желчью выделяется 0,5—1,3 мг меди в сутки, 0,1—0,3 мг — слизистой оболочкой кишечника (из крови) и всего 0,01—0,06 мг экскре- тируется с мочой. Железо в отличие от меди всасывается преимущественно в двенадцатиперстной кишке, меньше в начальных отделах то- щей кишки. Это впервые показал S. Granick (1946) путем опре- деления ферритина, который образуется в эпителиоцитах тон- кой кишки из всосавшегося здесь железа. Скорость абсорбции железа в проксимальных отделах тонкой кишки в 7 раз выше, чем в дистальном. По мнению отдельных авторов, всасывание- железа является единственным регуляторным механизмом,, обеспечивающим постоянство содержания этого МЭ в организ- ме в определенные этапы его индивидуального развития ГЩер- ба М. М„ 1977]. Основной путь поступления фтора в организм — это желу- дочно-кишечный тракт. Хотя всасывание фтора начинается в же- лудке, однако его наибольшая абсорбция происходит в тонкой кишке. Максимальная концентрация фтора в крови после перо- рального введения наблюдается через 60 мин [Cormis L. D.„ 1975] и составляет 80% от введенной дозы. Считается, что фтор быстро абсорбируется в результате пассивной диффузии по гра- диенту концентрации [Messer Н. Н., 1984]. На скорость и сте- пень абсорбции оказывают существенное влияние количество поступивших фторидов, их растворимость, особенности питания и физиологическое состояние организма. Так, показано, что 90— 97% фтора питьевой воды всасываются, а фтор пищи абсорби- руется медленнее и меньше на 20% [Габович Р. Д., МинхА. А.,. 1979]. Фтор может абсорбироваться также в дыхательном трак- те. Этот путь поступления бывает значительным у людей, нахо- дящихся в контакте с фтором в производственных условиях. Р. I. Aggett (1985), которому принадлежит один из наи- более полных обзоров по физиологии и метаболизму эссенци- альных МЭ, подчеркивает, что распределение элементов в тка- нях организма и даже внутри клеток ни в коем случае не явля- ется случайным и единообразным. Он справедливо считает, что- это отражает различную функциональную роль МЭ. Как изве- стно, йод концентрируется в щитовидной железе. Железо нахо- дится в наибольшем количестве, в печени, селезенке и в костном мозге. Концентрация цинка в сосудистой оболочке глаза и сет- чатке на 3 порядка выше, чем в лейкоцитах, что в свою очередь, в 10 раз меньше, чем в эритроцитах. Если охарактеризовать эти отношения применительно к содержанию МЭ внутри клет- ки, то железо преимущественно обнаруживается в митохондри- ях и пероксисомах, медь и марганец преобладают в митохонд- риях, в то время как цинк в основном присутствует в цитозоле и в «предсекреторных продуктах» или в секреторных гранулах. Ставя вопрос о причинах поразительной селективности мета,- болизма МЭ, этот автор по существу не находит на него удов- 56
летворителыюго ответа и дает только частичные объяснения. С одной стороны, он обращает внимание на возможность мно- жественных взаимодействий между металлами, например, во время их поглощения слизистой оболочкой кишечника, при пе- ремещении в транспортных белках крови, в процессе поглоще- ния металлов гепатоцитами, во внутриклеточных участках свя- зывания и даже при включении металлов в апопротеины металло- ферментов. С другой стороны, вслед за R. J. Williams (1981, 1984) он подчеркивает, что изоморфные замены металлов in vi- vo, по-видимому, не происходят. Это говорит в пользу того, что живые организмы с удивительной тонкостью используют инди- видуальные свойства элементов. Р. I. Aggett условно разделяют МЭ на три группы: 1) ка- тионные элементы (цинк, железо, марганец и медь), которые всасываются с различной интенсивностью; гомеостатический контроль за этой группой элементов осуществляется печенью и желудочно-кишечным трактом; 2) анионные элементы (хром, селен, молибден, йод), эффективно абсорбируемые желудком и выделяемые из организма в основном почками; 3) элементы, существующие в виде органических комплексов, метаболизм их затруднен. Выдвигая такую классификацию МЭ, автор признает также общий метаболический контроль за этими группами, который осуществляется путем изменения валентности (состояние окис- ления) данных элементов и их взаимодействия с возможными лигандами. Другими словами, создается система, в которой каждый из элементов попадает в ловушку в цепи дискретных метаболических и физических «ячеек», в конечном счете обеспе- чивающих его поступление к функциональным участкам в соот- ветствующей форме и концентрации [Aggett Р. I., 1985]. Предварительные этапы абсорбции эссенциальных катион- ных МЭ связаны с их высвобождением из пищевых комплексов и последующим попаданием в слизистую оболочку кишечника в той химической форме, которая является приемлемой для по- глощения и последующей транслокации в организме. По мне- нию Р. I. Aggett, количество биометаллов в виде свободных ио- нов при нейтральной величине pH чрезвычайно мало. Железо, цинк, медь и марганец образуют в просвете кишечника мало- растворимые гидроокиси и фосфатные соединения. В связи с этим необходимо, чтобы эти элементы достигали слизистой оболочки в комбинации с эндогенными или пищевыми лиганда- ми. W. Forth и W. Rummel (1976) обобщили данные о факто- рах, влияющих на абсорбцию МЭ. Они выделяют системные факторы, в частности анаболические потребности, связанные с ростом организма в грудном и детском возрасте, с состоянием организма в период беременности и лактации и с посткатабо- лическими состояниями организма. На поглощение МЭ кишеч- ником и на их транспорт оказывают определенное действие эн- докринные влияния, инфекции и стресс, специфические систем- 57
ные резервы металла, генетические влияния, врожденные нару- шения метаболизма, особенности пищевого режима. Другая большая группа факторов, влияющих на поглощение МЭ слизистой оболочкой кишечника, относится к «люменаль- ным», т. е. действующим в его просвете. Среди них авторы на- зывают: 1) химическую форму и состояние окисленности этих элементов в пище; 2) наличие антагонистических лигандов (фосфаты, карбонаты, таннаты, полифенолы, оксалаты); нали- чие специализированных лигандов (например, аскорбатов, саха- ра для железа), карбоновых кислот, некоторых сахаров, амино- кислот и жирных кислот, а также конкурирующих металлов. Предварительный гидролиз жиров и белков в кислой среде желудка способствует отделению металлов от пищевых компо- нентов. При обычной величине pH содержимого желудка метал- лы, по-видимому, должны иметь ионную форму. Весьма важно, что такие металлы, как марганец, цинк, железо, хром и медь, представлены их хлорными солями. Кислая среда способствует образованию двухвалентных ио- нов железа и марганца, что является наиболее благоприятным состоянием этих металлов для их всасывания кишечником. Вы- свобождающиеся в процессе желудочного пищеварения глута- тион и цистеин содействуют восстановлению этих металлов. В дальнейшем происходит нейтрализация химуса секретом под- желудочной железы в просвете двенадцатиперстной кишки, что способствует осаждению нерастворимых гидроокисей металлов, карбонатов и фосфатов. В процессе пищеварения высвобожда- ются аминокислоты и другие макромолекулы, образующие рас- творимые комплексы с металлами, способные к всасыванию слизистой оболочкой. При исследовании пищеварения in vitro широко использует- ся метод изолированных петель кишечника. Процесс абсорбции меди, марганца, цинка и железа ухудшается в результате обра- зования комплексных соединений этих металлов с компонента- ми секрета поджелудочной железы. Желчь улучшает раствори- мость и абсорбцию железа и меди, поглощаемых из пищи. Жир- ные и фосфатидные кислоты легко образуют комплексы с пере- ходными металлами. Данные комплексы обнаруживаются в мезентериальной лимфе. В связи с этим предполагается, что они также участвуют в абсорбции эссенциальных МЭ. Влияние пищевых жиров на абсорбцию МЭ изучено мало. Отмечено только, что диета с низким содержанием жира у больных с синдромом «короткого желудка» улучшает абсорбцию цинка. Аминокислоты и олигопептиды облегчают абсорбцию МЭ, причем L-аминокислоты в большей степени улучшают абсорб- цию меди, чем их D-изомеры [Kirchgessner М., Grassman Е.„ 1970]. Влияние сахаров на абсорбцию МЭ изучено мало. Важную роль в осуществлении биологической доставки и абсорбции биометаллов играют антагонистические лиганды, в частности органические и неорганические фосфаты. Р. I. Ag- gett (1985) указывает, что орто- и полифосфаты оказывают си- 58
нергическое действие на всасывание магния и кальция и об- разуют нерастворимые соли с цинком, медью и железом при pH содержимого кишечника, ухудшая их абсорбцию. Казеин ко- ровьего молока связывает 24% железа, 44% меди, 84% цинка и 67% марганца. В отличие от этого в человеческом молоке лишь 9% железа, 7% меди, 8% цинка и 11% марганца свя- зываются с казеином. Очень большую роль в поглощении биометаллов играет вез- десущее фосфорсодержащее соединение — фитат, которое обна- ружив ается’во всех злаках, многих бобовых растениях, орехах, в некоторых фруктах и корнеплодах [Maga J. А., 1982]. При почти нейтральном значении pH фитат может образовывать разнообразные комплексы не только с белками, но и с кальци- ем, магнием, медью, цинком, никелем, железом, уменьшая усвоение их организмом [Davies N. Т., Nightingale R., 1975]. Высказывается предположение, что поступление МЭ из белка овощей может быть снижено не только действием фитата, но и некрахмальными полисахаридами, в частности целлюлозой, ге- мицеллюлозой и пектином, которые также могут связывать медь, цинк и железо и снижать их абсорбцию. В организм живых существ МЭ поступают различными пу- тями. В. И. Вернадский указывал, что у низкоорганизованных форм жизни поступление МЭ осуществляется через наружные покровы тела. В свете более новых данных можно утверждать, что у высших животных и, в частности, у человека в ходе эво- люции сформировался основной путь поступления МЭ — желу- дочно-кишечный тракт, где в верхнем отделе тонкой кишки, а именно в двенадцатиперстной кишке, возник особый высоко- специализированный резорбционный аппарат, широко связан- ный с кровеносными и лимфатическими сосудами, а также с центральной и вегетативной нервной и эндокринной системой. Отличительной особенностью абсорбции МЭ в данной зоне яв- ляется многократность этого процесса, который начинается в проксимальных отделах тонкой кишки и неоднократно повторя- ется в более дистальных отделах [Авцын А. П., Жаворон- ков А. А., 1989]. Специальные исследования с радиоактивными изотопами показали, что способностью к абсорбции МЭ обла- дают и другие отделы кишечника. Какая-то часть абсорбции МЭ происходит и в ободочной кишке. J. W. Matseshe и соавт. (1980) в опытах с перфузией кишеч- ника, проводившихся на добровольцах, показали, что железо и цинк эффективно поглощаются проксимальной частью тонкой кишки. Одновременно в просвет двенадцатиперстной кишки по- ступает значительное количество цинка с панкреатическим со- ком. Следует обратить внимание, что от 0,12 до 0,23 ммоль цинка (7,5—14,5 мг) в сутки участвует в энтеропанкреатической циркуляции, осуществляемой через кровеносные сосуды. С из- вестным основанием можно говорить о рециркуляционном аппа- рате дуоденально-панкреатического кровообращения. Именно этот аппарат способствует насыщению организма цинком. По 59
такому же принципу резобции и реперфузии происходит насы- щение организма, в частности печени, поджелудочной железы, другими МЭ, например марганцем. Многосторонние исследования процессов связывания метал- лов различными биосубстратами выдвинули на передний план изучение металлотионеина (МТ). Этот белок, обладающий низ- кой молекулярной массой, равной 6600, состоит из 61 аминокис- лоты, из которых почти половина (30) — это цистеин, осталь-. ное глицин, лизин и серин, причем ароматические аминокисло- ты в состав этого белка не входят. Его уникальные свойства выражаются в том, что 1 моль этого апопротеина способен свя- зать 7—10 моль металла (!). Впервые он был открыт в почке лошади в 1957 г., когда М. Margoshes и В. Z. Vallee обнаружи- ли макромолекулу, способную аккумулировать кадмий, в кор- ковом веществе этого органа [Falck F. J. et. al., 1983]. Данные изучения биоптатов почек людей, подвергавшихся интоксика- ции кадмием, показали, что кадмиевая нефропатия развивается в тех случаях, если концентрация кадмия в корковом веществе почки превысит 1,78 ммоль/кг ткани. В дальнейшем выяснено, что МТ широко распространен в природе. Он содержится в пе- чени плодов и новорожденных, причем в более высоких кон- центрациях, чем у взрослых животных. После рождения кон- центрация МТ понижается, причем если он первоначально со- держится в ядре и цитоплазме клеток, то после рождения этот белок перераспределяется и локализуется преимущественно в цитоплазме. Его поразительная металлофильность сразу при- влекла внимание исследователей, занимающихся изучением ме- таллоферментов. Так, перераспределение МТ и связанного с ним цинка, по-видимому, отражает изменение потребности ор- ганизма в цинке для обмена нуклеиновых кислот и белков. В дальнейшем МТ были обнаружены не только в тканях и клет- ках животных, но и в тканях высших растений. Они образуют комплексы с цинком, кадмием, медью, ртутью, золотом и сереб- ром. Первоначальная индукция транскрипции специфической иРНК названными металлами вызывает последующий синтез МТ. Наибольшей индуцирующей активностью обладает кад- мий. Другими индуцирующими факторами, вызывающими син- тез МТ, являются, в частности, инфекция, голодание, введение эндотоксинов, а также глюкокортикоидов, эстрогенов, глюкаго- на, удаление надпочечников, гипотермия, физическая нагрузка и лапаротомия [Webb М. et al., 1982; Bremner J. et al., 1983]. Выяснилось, что индуцированный этими крайне разнообраз- ными факторами синтез МТ в печени сопровождается накопле- нием в ней цинка и понижением его содержания в плазме кро- ви, в частности, в той ее фракции, которая связана с альбуми- ном. По данным J. R. Riordan и соавт. (1982), большая часть МТ в растворимых фракциях связана с цинком, в то время как большая часть нерастворимых фракций представляет собой ли- зосомальный МТ, образующий комплексы с медью. Окончатель- но функция МТ не выяснена. Большая часть исследователей ви- 60
дит в них белки, обладающие обезвреживающим свойствомг предохраняющие организм от чрезмерной интоксикации ме- таллами. Другие исследователи считают МТ внутриклеточным дело цинка для активации апоферментов. R. J. Р. Williams (1984) рассматривает их как регуляторы метаболизма цинка и меди. С помощью радиоиммунного анализа удалось показать тесную корреляцию между концентрацией МТ в печени и его содержа- нием в плазме. У крыс был обнаружен активный поток цинка от слизистой оболочки к серозной [Kowarsky S. et al., 1974]. Парентерально введенный цинк быстро появляется в просвете кишечника [Matseshe J. W. et al., 1980]. На основании систематических исследований гомеостаза- цинка у животных Е. Weigand и соавт. (1980) показали, что ресекреция цинка в просвет кишечника, по-видимому, является преобладающим механизмом регуляции гомеостаза. Однако это имеет место только при нормальном потреблении цинка. Напро- тив, при его высоком содержании в пище возникает блокада переноса данного металла в слизистой оболочке. Этот меха- низм может быть связан с индукцией внутри клеток слизистой- оболочки кишечника синтеза МТ. У больных, которые в течение длительного времени получа- ли терапевтические дозы цинка, возникали гипокупремия и при- знаки недостаточности меди. Эти приемы использовались для снижения абсорбции меди при болезни Вильсона — Коновалова [Hoodgenraad Т. U. et al., 1984]. По мнению Р. I. Aggett (1985), для оптимального течения* обменных процессов у человека необходимы как минимум де- вять МЭ (железо, медь, марганец, йод, цинк, хром, селен, мо- либден, кобальт). Именно перечисленные элементы выполняют разнообразные функции, в том числе каталитическую, струк- турную и регуляторную. В процессе осуществления этих функ- ций они взаимодействуют с макромолекулами, такими как фер- менты, прогормоны, а также с предсекреторными гранулами » биологическими мембранами, участвуя во всех видах обмена веществ. Уровни обмена, на которых это происходит, столь фундаментальны, что признаки недостаточности многих МЭ' оказываются крайне изменчивыми и на первый взгляд кажутся неспецифическими. Эти МЭ, как уже говорилось, распадаются на катионы и анионы. Последние абсорбируются относительно легко и их го- меостаз регулируется в основном за счет выделения с мочой. Катионы нуждаются в специфических путях абсорбции и в их гомеостазе принимает участие желудочно-кишечная и желч- ная секреция. Некоторые МЭ абсорбируются более эффективно в виде органических комплексов. Характерной особенностью метаболических путей для каждого элемента является достав- ка его к «функциональному сайту» с помощью использования физико-химических особенностей МЭ. 61!
Концепция Р. I. Aggett вполне логична с позиций физичес- кой химии. Однако она в неполной степени объясняет селектив- ную локализацию МЭ, на которую влияют многие другие фак- торы, о которых автор, разумеется, знает, но, по-видимому, не придает им существенного значения. С нашей точки зрения, яв- но недооценивается генетическая предопределенность селек- тивности путей миграции и конечной локализации МЭ при за- вершении их сложного транспортного цикла. Принимая во вни- мание физико-химические взаимовлияния биометаллов, труд- но избежать биологических гипотез о рецепции МЭ именно в нужном, т. е. соответствующем физиологическим потребностям, «месте». Эта рецепция обязательно должна быть связана со специфическими свойствами клеточных мембран, ионными ка- налами и другими механизмами, которые определяют селектив- ное распределение МЭ в строго определенных частях орга- низма. Приведенные выше данные показывают, что стройная сис- тема всасывания и выделения МЭ характеризуется определен- ными балансовыми параметрами. Другими словами, адекватное физиологическим условиям всасывание у здорового человека уравновешивается адекватной элиминацией, в которую включа- ются не только удаление МЭ из организма, но и отложение их в определенные тканевые и клеточные депо. Последнее особен- но относится к эссенциальным МЭ, часть из которых представ- ляет собой нутритивный и пластический материал. Следует не упускать из виду, что ряд МЭ элиминируется не только с ки- шечным содержимым, но и с мочой. Каждого медика в первую очередь должны интересовать факторы, способные повредить или даже разрушить механизмы абсорбции и элиминации МЭ. Практические врачи отдают себе отчет в том, что чем сложнее устроена система какой-то жиз- ненно важной функции, тем большее число факторов должно участвовать в обеспечении ее сохранности. Более глубокое изучение механизмов абсорбции и элиминации приносит все новые доказательства участия в них регулирующих систем ор- ганизма— нервной, эндокринной и иммунной. Несомненно, даже после беглого ознакомления с механизма- ми абсорбции и элиминации МЭ в верхнем отделе желудочно- кишечного тракта крайне распространенный диагноз «дуоде- нит», который встречается так же часто, как диагноз «гастрит», с позиций учения о МТОЗах должен вызывать по меньшей мере настороженное отношение. Таким образом, воспалительные, ди- строфические и особенно атрофические изменения слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки неизбежно сопровожда- ются нарушениями всасывания МЭ. Это прежде всего относит- ся к хроническим дуоденитам с глубокой перестройкой слизис- той оболочки. Причины упомянутых болезней очень разнообразны. К ним относятся паразитарные, бактериальные, вирусные, а также послеоперационные осложнения. Классическим примером этой 62
З-Келудочно' кишечный Рис. 8. Использование микроэлементов в желудочно-кишечном тракте, в крови и клетке [Kirchgessner М. et al., 1974]. Клетка Синтезы' металлофер - ментов и дру- гих субстан- ций, например гемоглобин и др. патологии является синдром мальабсорбции, обусловленный нарушением всасывания через слизистую оболочку тонкой киш- ки одного или нескольких питательных веществ. Он может быть первичным, т. е. наследственно обусловленным, или вто- ричным, т. е. приобретенным. Крайне важно, что мальабсорбция выражается в атрофии слизистой оболочки тонкой кишки с трансформацией всасыва- ющего эпителия. Очень характерны уменьшение диаметра вса- сывающих пор и глубокие нарушения кишечного лимфотока и микроциркуляции. Ультраструктурно обнаруживают: 1) гипо- плазию микроворсинок, 2) угнетение микропиноцитоза, 3) ат- рофию всей клетки и парциальную атрофию ее органелл. Маль- абсорбция вызывает большие изменения в жизнедеятельности всего организма, часть из которых связана с гипонатриемией, гипокалиемией и гипокальциемией. При мальабсорбции прок- симальных отделов тонкой кишки нарушено всасывание каль- ция и железа, витаминов группы В. Поражение дистальных от- делов тонкой кишки сопровождается недостаточной абсорбци- ей витамина В12 и желчных кислот. Представленная схема М. Kirchgessner и соавт. (1974) дает основную ориентировку в процессах утилизации МЭ в желу- дочно-кишечном тракте, крови и клетке (рис. 8). По мере раз- работки вопроса данная схема, по-видимому, будет дополнена данными о роли распределительного пула МЭ и в лимфатиче- ской системе. В последние годы наши представления о структурных осно- вах всасывания в тонкой кишке существенным образом измени- лись под влиянием систематических исследований И. А. Моро- зова и соавт. (1988). Еще в 1967 г. А. М. Уголев, характеризуя ба
поверхность кишечной стенки, указал, что ворсинки увеличива- ют эпителиальную поверхность в 8 раз, а микроворсинки эпи- телиоцитов — в 30—60 раз. По определению И, А. Морозова, кишечная ворсинка является микроорганной структурой, обла- дающей своим сосудистым, мышечным и нервным аппаратом. Микроциркуляция в слизистой оболочке тонкой кишки осущест- вляется в богатой капиллярной сети, находящейся в тесном контакте с эпителиоцитами. Сами капилляры ворсинок относят- ся к фенестрированным и располагаются на расстоянии 0,5— 1 мкм от базальной мембраны. Вокруг центрального лимфати- ческого сосуда ворсинок находятся гладкомышечные клетки. Их сокращения лежат в основе ритмических движений ворси- нок и облегчают микроциркуляцию. Энтероциты отличаются очень высокой скоростью обновления. В тонкой кишке человека в течение 1 мин образуется и одновременно гибнет, отторгаясь в просвет, от 10 до 60 млн эпителиальных клеток [Da Costa L. R., 1972]. Полное обновление эпителиальных клеток у чело- века происходит в кишечнике каждые 5—6 дней [Eastwood G. L., 1977]. Общая площадь «пищеварительно-транспортной поверхности» эпителия достигает 200 м2. Каждый энтероцит имеет приблизительно 1500—2000 микроворсинок [Eggermont Е., 1979]. Каждая микроворсинка обладает осевым пучком ак- тиновых филаментов [Mooseker М. S., Tilney L. G., 1975]. И. А. Морозов и соавт. (1988) пришли к заключению, что так называемый надэпителиальный слизистый слой обладает пищеварительными и транспортными функциями, так как в его слизистых наложениях содержатся панкреатические и собст- венно кишечные ферменты. Эти авторы подчеркивают особое значение микровезикулярных механизмов всасывания и секре- ции в тонкой кишке, которые недооценивались в литературе. Неменьшее значение имеют новые доказательства участия апи- кального сократительного комплекса в инициации процессов всасывания и секреции. Новыми фактами, важными для пони- мания сложной функции энтероцитов, являются установление динамики транспорта нутриентов через цитоплазму энтероци- тов, а также реакция иммунокомпетентных клеток слизистой оболочки тонкой кишки на пищевые вещества. Так, число инт- раэпителиальных лимфоцитов в межклеточном пространстве эпителиального пласта очень велико и составляет от 10 до 30% всех клеточных элементов [Ferguson А., 1977]. С полным осно- ванием в современной литературе говорится о «лимфоидной системе кишечника» [Arnaud-Battandier F., 1984]. Обобщая эти данные, И. А. Морозов и соавт. (1988) убедительно пока- зывают, что на протяжении всего процесса всасывания нутри- ентов имеет место тесный контакт введенных в организм ве- ществ с лимфоцитами эпителиального пласта, а также с дру- гими иммунокомпетентными клетками. Особенно активны в в этом отношении средние лимфоциты. Авторы анализируемой монографии лишь попутно затрону- ли вопрос о всасывании МЭ в кишечнике, ограничившись дан- 64
.Сокращение Расслабление Рис, 9. Схематическое изображение возможных механизмов регуляции деятель- ности апикального сократительного комплекса эпителиальных клеток тонкой кишки [Морозов И. А. и др., 1988]. ными о сорбции изотопов железа и цинка структурными компо- нентами слизи тонкой кишки. Специально исследуя механизмы везикулярного транспорта в энтероците, они указывают, что эндоцитоз и транспорт веществ по существу являются логичес- ким продолжением сорбционных процессов в гликокаликсе и мембранного пищеварения. В образующиеся везикулы в про- цессе всасывания попадают не только крупномолекулярные, но и низкомолекулярные соединения. Результаты прицельного ис- следования процесса всасывания микроэлементов в кишечнике не приводятся. Образование эндоцитозных везикул связано с активацией сократительного актомиозинового комплекса апикальной части энтероцитов. Пиноцитоз является Са2+-зависимым процессом, 5—568 65
>I Полостное . пищеварение Мембранное пищеварение|Ц IV Всасывание Внутриклеточное интравезикулярное мембранное пищеварение Пищеварение в собственной пластинке, органах и тканях Рис. 10. Основные этапы пищеварительного конвейера в тонкой кишке [Моро- зов И. А. и др., 1988]. который в терминальной сети регулируется кальмодулином. Активность цАМФ находится под регулирующим влиянием ад- реналина, а цГМФ — ацетилхолина. В конечном счете эти два медиатора вегетативной нервной системы оказывают влияние на циклические сокращения и расслабления микроворсинок. Основные представления о возможных механизмах деятельно- сти апикального комплекса энтероцитов отражены на рис. 9. Ссылаясь на данные Г. К. Шлыгина (1974), И. А. Морозов и соавт. (1988) подчеркивают, что холиномиметические вещест- ва (ацетилхолин и др.), а также средства, угнетающие ацетил- холинэстеразу (например, физостигмин), усиливают всасыва- ние и секрецию, тогда как холинолитики (атропин) и симпато- миметики (адреналин, норадреналин и др.) тормозят эти про- цессы. Представляется очевидным, что эти данные должны быть использованы при изучении всасывания МЭ в условиях клиники и эксперимента. Оценивая в целом вклад группы исследователей под руко- водством И. М. Морозова (1988) в изучение проблемы микро- физиологии процессов всасывания нутриентов в тонкой кишке, надо признать его весьма значительным. Особую ценность это- му труду придает систематическое применение электронно-мик- роскопического метода, с помощью которого получено много новых данных. И. А. Морозов и соавт. (1988) с полным основанием гово- рят о «пищеварительном конвейере», под которым они понима- 66
ют непрерывно движущуюся транспортную систему для после- довательной обработки поступающих в организм пищевых ве- ществ. Этот конвейер включает шесть этапов, что хорошо пред- ставлено на рис. 10. Принимая это схематическое подразделе- ние, мы должны вместе с тем указать, что систематическое ис- следование прохождения МЭ по этим этапам еще не изучено, недостаточно исследованы также регулирующие влияния на механизмы этого крайне сложного процесса. 3.2. Микроэлементы и органы дыхания Воздухоносная система является вторым по значению пу- тем поступления МЭ в организм, особенно в профессиональной патологии. Судя по литературным данным, аэрогенный путь существенно важен для следующих МЭ, перечисленных в по- рядке увеличения атомной массы: литий, бериллий, фтор, алю- миний, кремний, титан, ванадий, хром, марганец, железо, ко- бальт, никель, кадмий, медь, цинк, мышьяк, стронций, молиб- ден, серебро, олово, йод, вольфрам, осмий, платина, золото, ртуть, свинец, висмут. Патогенез ринитов, фарингитов, ларинготрахеитов и брон- хитов, которые часто бывают начальными проявлениями раз- личных МТОЗов, связан как с токсическим действием некото- рых МЭ, так и с дефицитом эссенциальных МЭ, участвующих в поддержании трофики дыхательных путей. Значение МЭ в этой патологии, как правило, недооценивается, так как наблю- даемые клинические симптомы обычно объясняют влиянием других патогенных факторов (колебания температуры воздуха, избыточная или недостаточная влажность, запыленность). Тер- мин «пылевой бронхит» широко используется в профессиональ- ной патологии. В действительности он представляет собой сборное понятие, под которым объединяется результат влияния патогенных факторов с различными физико-химическими и биологическими свойствами. Профессиональные заболевания дыхательных путей, вызван- ные МЭ, крайне многообразны. В основном они входят в пер- вые две группы общепринятой классификации профессиональ- ных болезней (ПБ): 1) ПБ, вызываемые действием химических факторов (острые и хронические интоксикации и их последст- вия, заболевания кожи, профессиональные новообразования, профессиональные аллергозы); 2) ПБ, вызываемые действием пылевого фактора (силикоз, силикатозы, антракоз, металлоко- ниозы от смешанной пыли, бронхит и др.) [Монаенкова А. М., Архипова О. Г., 1983]. Эти заболевания в зависимости от длительности воздействия и характера профессиональной вредности могут протекать остро, подостро и хронически. Особенно тревожат клиницистов сверхострые заболевания, развивающиеся после однократного воздействия относительно высоких концентраций веществ, в том числе и МЭ, содержащихся в воздухе рабочей зоны. 5* 67
Подострые и хронические ПБ возникают в результате неод- нократного воздействия на организм профессиональных вредно- стей. Особенностью хронических, наиболее часто встречающих- ся в настоящее время, профессиональных заболеваний является постепенное нарастание симптомов, причем в течение длитель- ного периода заболевание может протекать с минимальной симптоматикой. Некоторые МЭ вызывают острое аллергическое поражение верхних и нижних дыхательных путей. Заслуживают внимания острые бронхоспастические реакции, а также различные формы раздражения н повреждения эпителиального покрова. При хро- нических поражениях дыхательных путей МЭ, преимуществен- но металлами, возникают разнообразные изменения, в частнос- ти атрофия эпителиального покрова, которая может иметь как локальный, так и распространенный характер. В этом случае возникают риниты с затруднением носового дыхания, хроничес- кие катаральные, гипертрофические и атрофические процессы в носу, глотке и гортани. Особое место занимают пылевые по- ражения легких, относящиеся к числу наиболее распространен- ных форм профессиональной патологии. Хронические поражения дыхательных путей МЭ (никель, хром, кобальт, мышьяк) могут вызывать местнодеструирующие и неопластические процессы. Нередко возникают изъязвления носовых раковин при воздействии никеля и перфорация носовой перегородки у рабочих хромовой промышленности. В течение длительного времени в общей и частной токсико- логии повреждающее действие многих патогенных факторов рассматривалось в качестве результата нарушения активности ферментных систем и сложной ферментной сопряженности [Правдин Н. С., 1960; Покровский А. А., 1971; Тиунов Л. А., 1976]. В свете новейших данных становится все более понят- ным представление о том, что действие ряда экзогенных фак- торов на организм в целом осуществляется через рецепторный аппарат некоторых клеток и тканей [Сергеев П. В., 1976]. Это показано, например, для фтора, свинца, ртути, марганца, кото- рые изменяют активность мембраносвязанного фермента аде- нилатциклазы, регулирующей многие звенья внутриклеточного метаболизма [Бархина Т. Г., Ляпин М. Н. 1978; Слинчен- ко Н. Н. и др., 1979; Строчкова Л.С. и др., 1987]. Среди профессиональных заболеваний органов дыхания, вызванных воздействием некоторых металлов, широко извест- ны острые и хронические кадмиозы, ванадозы, алюминозы, ко- бальтозы, вольфрамозы, никелезы, молибдеиозы, стибиозы, цинкозы и другие МТОЗы. Патогенез МТОЗов, возникающих в результате аэрогенного проникновения токсичных металлов в организм, чрезвычайно сложен и относительно некоторых элементов еще не изучен. Важно подчеркнуть, что наряду с общими чертами в механиз- ме их развития существуют ясные признаки клинической и патоморфологической индивидуальности действия многих МЭ. 68
Эта индивидуальность становится более рельефной при глубо- ком изучении каждой нозологической формы. В качестве при- мера может служить бериллиоз. Бериллий обладает уникальной способностью к аллергизации организма. Бериллиоз характе- ризуется неблагоприятным течением и специфическими морфо- логическими изменениями в легких. Большие перспективы для более углубленного изучения патогенеза и терапии каж- дого из МТОЗов имеют моделирование на экспериментальных животных и исследование непосредственного воздействия МЭ на клетки в культуре. Если острые формы заболевания при ингаляционном поступ- лении МЭ в токсичных дозах относительно хорошо изучены, то подострые и хронические формы ингаляционных интоксика- ций исследованы недостаточно полно. Как известно, основными промышленными токсикантами являются хлор и его соедине- ния, соединения серы (сернистый газ, сероводород, диметил- сульфат, серная кислота), соединения азота (окиелы азота, азотная кислота, аммиак, гидразин), соединения фтора (фто- рид водорода, плавиковая кислота и ее соли, перфторизобути- лен), соединения хрома (хромовый ангидрид, окись хрома, би- хроматы калия и натрия, хромовые квасцы), карбонильные соединения металлов (карбонил никеля, пентакарбонил желе- за), растворимые соединения бериллия. Из перечисленных семи групп соединений пять относятся к МЭ (фтор, хром, никель, железо, бериллий). Многие из них вызывают следующие основ- ные клинические синдромы: 1) острый токсический ларингофа- ринготрахеит, 2) острый токсический бронхит, 3) острый токси- ческий бронхиолит, 4) острый токсический отек легких, 5) ост- рую токсическую пневмонию. Всегда надо помнить, что при острых интоксикациях может возникнуть рефлекторный спазм гортани и голосовых связок с развитием асфиксии и наступлением смертельного исхода [Иванова И. С. и др., 1983]. Интенсивность интоксикации и ее исход зависят от продол- жительности экспозиции и дозы поступившего токсичного веще- ства. Дифференциальная клиническая диагностика, терапия и прогноз изложены в руководствах по профессиональным забо- леваниям. 3.3. Микроэлементы и кожа Поражения кожи, вызванные той или иной формой контак- та с различными МЭ, обычно описываются дерматологами. Составляя 33,7% всей профессиональной заболеваемости [Ан- тоньев А. А., 1965], поражения кожи чаще всего вызываются различными химическими соединениями и могут иметь как острое, так и хроническое течение [Алексеева О. Г. и др., 1978; Braun-Falco О., 1980]. В настоящее время благодаря про- филактике при воздействии низких доз металлов чаще встре- чаются хронические поражения кожи химическими веществами. 69
Следует подчеркнуть, что очень часто пострадавшие не замеча- ют и не обращают внимания на контакт их кожи с МЭ. Только в случае повреждения кожи с появлением выраженной воспа- лительной реакции они обращаются к врачу. Все химические вещества в соответствии с их действием на кожу подразделя- ются на три группы: вещества, оказывающие раздражающее действие (1-я группа); фотостимулирующее и фотосенсибили- зирующее действие (2-я группа); вещества-сенсибилизаторы (3-я группа) [Антоньев А. А. и др., 1965]. В общем виде это относится и к МЭ, которые могут оказывать влияние на кожу как сами по себе, так и в качестве компонентов, входящих в состав сложных химических соединений. Так, раздражающее действие на кожу оказывают МЭ в форме солей тяжелых ме- таллов (например, соли хрома и кобальта). Эти же вещества обладают мощным сенсибилизирующим свойством, что прояв- ляется при постановке кожных аллергологических тестов. Разумеется, что реакция кожи на тот или иной МЭ в сущест- венной степени зависит от места контакта на кожном покрове, от концентрации и продолжительности экспозиций действующе- го начала. Именно это побуждает более подробно остановиться на современных представлениях о строении и функции кожи. Известно, что поверхность кожи покрыта роговым слоем погибающих кератиноцитов, живые функционирующие керати- поциты преобладают в эпидермисе и, размножаясь, перемеща- ются в его наружные слои по мере слущивания омертвевших клеток (рис. 11). Внутриэпидермальные макрофаги (клетки Лангерганса, дендритные клетки), принимающие непосредст- венное участие в процессинге антигена, попавшего на кожу, располагаются над базальным слоем кератиноцитов. Они име- ют характерное ядро лопастной формы с четко выраженным гетерохроматином. В их цитоплазме видны многочисленные ор- ганеллы, в частности специфические гранулы в форме «теннис- ной ракетки» с ампулярным расширением, продольными и по- перечными пластинками в области «рукоятки». Другим видом специализированных клеток в эпидермисе являются тактильные эпителиоциты (клетки Меркеля), представляющие собой осо- бый тип чувствительных клеток, структурно связанных с нерв- ными волокнами. На отдельных участках плазмалеммы они имеют синапсоподобные щелевидные контакты шириной 30 — 60 нм [Chen S. J. et al., 1973]. Происхождение и функция этих клеток точно не установлены. Так, одни авторы рассмат- ривают тактильные эпителиоциты в качестве нервных клеток, другие связывают их происхождение с дифференцировкой ке- ратиноцитов [Михайлов И. Н., Виноградова Е. В., 1982]. Дер- ма представляет собой соединительнотканную сеть, под ней находится подкожная клетчатка. Хотя Т-лимфоциты рассеяны по всей толще кожи, но особенно их много в эпидермисе и поверхностных слоях дермы. Специализированные кератиноци- ты волосяных луковиц синтезируют и секретируют вещество волос. Дерма богата нервными волокнами, часть из которых 70
Рис. 11. Гистологическая картина эпидермиса в норме. а —выраженный роговой слой, чешуйки которого осуществляют элиминацию МЭ. Окраска гематоксилином и эозином. Х400; б — иммунокомпетентная клетка Лангерганса (стрелка). Полутонкнй срез эпидермиса. Окраска толуидиновым синим н пироннном. ХЮОО; в —кон- такты соседних эпителиоцитов шиповатого слоя. При микроэлементпых аллергодермато- зах происходит резкое расширение межклеточных пространств. ХЮ ООО. являются чувствительными, а также кровеносными и лимфати- ческими сосудами. Важное значение в процессе всасывания МЭ через кожу имеют микрососуды (рис. 12). Как видно из этой схемы, основ- ной путь проникновения в просвет жидкости и микрочастиц из интерстиция пролегает через расширенные межклеточные щели, или межэндотелиальные люки. Кроме того, здесь происходит и микровезикулярный транспорт веществ через эндотелий. Не останавливаясь на морфологической характеристике лимфати- ческих и кровеносных капилляров, которая детально представ- 71
Рис. 12. Тонкое строение стенки лим- фатического капилляра кожи (рекон- струкция по серийным срезам, изу- ченным в электронном микроскопе). Большие -стрелки показывают основ- ной путь проникновения в просвет капилляра жидкости и микрочастиц из интерстиция через расширенные межклеточные щели (люки); малень- кие — микровезикулярный транспорт веществ через эндотелий. ЯН — якор- ные нити [Leak L. V., 1971]. Рис. 13. Пути проникновения веществ через эндотелий капилляра сосочко- вого слоя собственно кожи. 1 — диффузия через участки, истонченные мнкровезикуляцией; 2 — диффузия н уль- трафильтрация через фенестры; 3 — диф- фузия и фильтр-ария через сквозные поры; 4 — комплексный механизм (микровезику- лярный транспорт в обход плотного меж- клеточного соединения и диффузия по меж- клеточной щелн); 5 — микровезикулярный транспорт; 6-—диффузия через всю толщу клетки (траисцеллюлярная диффузия); 7 — диффузия и ультрафильтрация через мик- роканальцы, образующиеся при временном слиянии цепочки мнкровезикул. БМ — ба- зальная мембрана; Пц — перицит; ЭН — эндотелий [Алексеев О. В., 1982]. лена в монографиях В. А. Шахламова (1971, 1982), необходимо все же показать основные пути проникновения веществ через эндотелий кровеносного капилляра в сосочковом слое кожи (рис. 13). Из представленной схемы становится понятным мно- гообразие путей проникновения веществ как в просвет капил- ляра, так и из крови в окружающие ткани. Принимая во вни- мание, что в развитии профессиональных аллергодерматозов важное значение имеет состояние иммунной системы человека, следует кратко остановиться на относительно новой трактовке кожи как составной части иммунной системы [Эдельсон Р. Л., Финк Д. М., 1985]. В работе этих авторов показано, что кера- тиноциты базальной части эпидермиса человека содержат в высокой концентрации вещество, которое идентично тимопоэти- 72
ну — гормону тимуса. Известно, что именно этот гормон регу- лирует созревание Т-клеток. Кроме того, внутриэпидермальные макрофаги несут на своей поверхности вещество Т6, характер- ное для Т-клеток, созревающих в тимусе. Таким образом, внут- риэпидермальные макрофаги, являясь по своему происхожде- нию моноцитами костного мозга, ответственны за развитие им- мунного ответа на локально нанесенный антиген. В настоящее время установлено, что интерлейкин (ИЛ-1), вырабатываемый макрофагами, синтезируется также и кератиноцитами. Следо- вательно, и кератиноциты являются важным элементом иммун- ной системы. Они не только обеспечивают создание на поверх- ности тела защитного кератинового слоя и волосяного покрова, но и, продуцируя гормоноподобные вещества, способны глубоко воздействовать на функционирование Т-лимфоцитов кожи. Так, их реакция проявляется в широком диапазоне: от регуляции созревания Т-лимфоцитов до усиления специфической реакций на антигены, которыми могут быть как сами МЭ, так и их сложные соединения. В 1984 г. был открыт еще один тип иммунологически актив- ных эпидермальных клеток. Это также дендритные так назы- ваемые антигенпредставляющие клетки Гренстейна. Они в отли- чие от эпидермальных макрофагов более устойчивы к ультра- фиолетовому облучению и способны взаимодействовать с Т-су- прессорами, а не с Т-хелперами. Хелперный и супрессорный ответы находятся в относительном динамическом равновесии, хотя в норме преобладает хелперный сигнал, который обеспечи- вает адекватный ответ на антиген, проникающий в кожу. Все локализованные в эпидермисе компоненты иммунной системы принято называть единым термином SALT (от англ, skin-associated lymphoid tissue). Авторами показан координи- рованный ответ иммунокомпетентных клеток кожи на воздей- ствие антигена, проникшего через роговой слой. Антиген встре- чается с внутриэпидермальными макрофагами, которые пред- ставляют его (в комплексе с антигеном гистосовместимости) Т-клеткам, обладающим запрограммированным ответом на данный антиген. Эти Т-клетки экспрессируют рецептор к ИЛ-1. ИЛ-1, продуцируемый кератиноцитами, а также, возможно, и внутриэпидермальными макрофагами, побуждает активирован- ные Т-клетки секретировать интерлейкин 2 (ИЛ-2). Последний связывается с рецепторами на поверхности других Т-клеток, отвечающих на данный антиген и находящихся в дерме, в лим- фатических узлах, селезенке, и инициирует их пролиферацию. В развитии профессиональных аллергодерматозов, в том числе вызванных МЭ, необходимо учитывать биологические свойства продуктов активированных лимфоцитов.' Возникнове- ние аллергической реакции замедленного или немедленного ти- па зависит от свойств антигена, его всасываемости, путей про- никновения в кожу и некоторых других факторов (состояние реактивности, иммунологического статуса, сенсибилизации и др.). В частности, при трансдермальном пути попадания аллер- 73-
генов в организм в производственных условиях возникает ал- лергическая реакция замедленного типа. И, напротив, при про- никновении аллергенов через дыхательные и пищеварительные пути характерно развитие аллергической реакции немедленно- го типа. Среди химических веществ, обладающих выраженны- ми сенсибилизирующими свойствами и играющих этиологичес- кую роль в развитии профессиональных аллергодерматозов с реакцией замедленного типа, определенное значение имеют со- ли хрома, кобальта, никеля, а также содержащие их материа- лы — цемент, бетон, легированные стали [Сомов Б. А., Ко- ган В. Ю., 1983]. Так, показано, что лимфоциты больных, стра- дающих никелевым дерматитом, при воздействии in vitro ионов никеля претерпевают бласттрансформацию. Известно, что соли МЭ, обладающие сенсибилизирующими свойствами, являются неполными антигенами — гаптенами. Проникая в кожу, они связываются с белками в виде комплекс- ных соединений, приобретают свойства полных антигенов. Ан- тигенная стимуляция вызывает активное кооперативное взаимо- действие всех заинтересованных компонентов кожи. В частнос- ти, сенсибилизированные лимфоциты, помимо прямого цитоток- сического действия на клетки, содержащие антиген, выделяют фактор, тормозящий миграцию макрофагов. В клинических условиях широко используется диагностический тест — реакция торможения миграции лейкоцитов (РТМЛ) [Адо В. А. и др., 1978]. В патогенезе профессиональных дерматозов важная роль принадлежит нейроэндокринным и функциональным нарушени- ям, особенно в ЦНС, которые и проявляются в развитии за- стойных очагов возбуждения. В клинической картине заболева- ния у таких больных преобладают эмоциональная лабиль- ность, нарушения ночного сна, зуд кожи. Факторы организма, способствующие развитию аллергического поражения кожи при экземе и других аллергодерматозах, представлены на рис. 14. При начальных формах профессионального аллергического дерматита гистологические изменения развиваются преимуще- ственно в глубоких слоях эпидермиса и характеризуются вы- раженным межклеточным отеком с формированием везикул. В дерме отмечается мопонуклеарная, обычно периваскулярная, инфильтрация. При прекращении действия этиологического фактора воспалительные изменения довольно быстро стихают, оставляя щелушение и незначительную пигментацию. Профессиональные аллергические дерматиты, обусловлен- ные МЭ и их более сложными соединениями, развиваются у рабочих следующих специальностей: металлургов, химиков, никелировщиков, хромировщиков, строителей и др. При этом профессиональными аллергенами могут быть соли хрома, ко- бальта, никеля, соединения ртути, соли платины, бериллия, золота и некоторые другие. Токсикодермия возникает как результат сенсибилизирую- 74
дни Слабый иммунный ответ Слабый иммунитет Частичная толерантность Сенсибилизация Рис. 14. Факторы организма, способствующие развитию аллергического воспа- ления кожи при экземе и других аллергодерматозах [Фролов Е. П., 1982]. щего и токсического воздействия химических веществ, попада- ющих в организм через дыхательные пути и кожу. При этом важна повышенная чувствительность организма немедленного или замедленного типа. Причинами микроэлементной токсико- дермии нередко являются соли йода и брома. Развивается она в короткие сроки после поступления в организм аллергена, 75
однако вслед за его элиминацией воспалительные изменения довольно быстро исчезают. Профессиональная экзема — аллергическое заболевание ко- жи, в этиологии и патогенезе которого важную роль играют воздействие определенного производственного фактора и функ- циональные нарушения в нервной, сосудистой и других систе- мах, определяющие динамику аллергических реакций, особен- ности клинической картины и хроническое рецидивирующее те- чение. Характерно, что при профессиональной экземе повышен- ная чувствительность вначале, как правило, бывает монова- лентной, а в дальнейшем становится би- и поливалентной. Этиологическими факторами при ней являются хром, никель («никелевая чесотка»), платина и другие металлы и их соли. Необходимо отметить, что кожные поражения при так называе- мой платиновой экземе нередко сочетаются с бронхиальной астмой. При контактном дерматите облигатными раздражителями являются соли тяжелых металлов (действуют как кислоты) и щелочных металлов (действуют как щелочи), а также бром, растворимые соединения бериллия, фториды, хлориды, суль- фаты, ацетаты и др. Для этой формы дерматита характерны отеки или изъязвления. Первичная экзема при действии берил- лия встречается редко. Фотодерматит возникает при производственном контакте с веществами, повышающими чувствительность организма к свету. К ним относятся соли марганца, железа, урана, препараты ртути и др. Характерной чертой этих заболеваний является поражение открытых частей тела, подвергающихся загрязнени- ям профессиональными вредностями и инсоляции. Выражена сезонность рецидивов фотодерматитов в весенне-летние перио- ды. Близко к этой группе болезней микроэлементной природы относятся МТОЗы ятрогенного происхождения.
Глава 4 ЭССЕНЦИАЛЬНЫЕ И ТОКСИЧНЫЕ МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В 1912 г. в классической работе G. Bertrand впервые был поставлен вопрос о различных ответах организма на эссенци- альные МЭ. По его данным, организм проходит через несколь- ко стадий по мере того, как концентрация «эссенциального пи- тательного вещества» увеличивается от состояния недостаточ- ности до состояния, характеризующегося избыточным содер- жанием. При «абсолютном дефиците» наступает смерть. При ограниченном поступлении «эссенциального вещества» орга- низм выживает, но при этом появляются признаки «погранич- ного дефицитного состояния». По схеме, представленной G. Bertrand, с увеличением приема питательного вещества его содержание в организме достигает плато. Именно это сопро- вождается оптимальным функционированием организма. По мере того как изучаемое питательное вещество начинает по- ступать в организм в избытке, сперва возникают состояние «маргинальной токсичности», а затем и проявления «летальной токсичности». Е. Frieden (1984) справедливо пишет, что ука- занная тенденция в количественном отношении может сущест- венно варьировать для каждого эссенциального элемента. Од- нако ее основные слагаемые до сих пор остаются практически неизменными для всех элементов. Впоследствии этот же под- ход был использован при изучении некоторых потенциально токсичных МЭ. В частности, исследование селена и фтора по- казало, что существует почти 10-кратный разрыв между необ- ходимым суточным количеством для выживания подопытных животных и тем количеством, при котором появляются приз- наки токсического действия этих МЭ. W. Mertz (1982) подчер- кивает, что из схемы G. Bertrand можно сделать по крайней мере два вывода: 1) каждый элемент имеет присущий ему ди- апазон безопасной экспозиции, который поддерживает опти- мальные тканевые концентрации и функции-, 2) у каждого МЭ имеется свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена. Как показали последующие исследования, весь этот вопрос оказался значительно сложнее, чем это представлялось на пер- вых этапах изучения МЭ. В частности, Klaus Schwarz (1977) отметил, что высокая токсичность МЭ не исключает его биоло- гической эссенциальности. Например, фтор и селен первона- 77
чально рассматривались только в свете их относительной ток- сичности. Однако в дальнейшем было установлено, что они же являются, несмотря на токсичность, эссенциальными ультра- микроэлементами. По-видимому, это в известной мере относит- ся также и к высокотоксичному кадмию. В свете новых данных нельзя исключить его эссенциальность по крайней мере для животных. При разграничении эссенциальных и токсичных МЭ нужно учитывать тот факт, что некоторые металлы, не буду- чи, строго говоря, эссенциальными, могут обнаруживать стиму- лирующее влияние при проведении исследований по принципу доза — ответ. В настоящее время некоторые «стимулирующие» металлы получили название «горметины» [Luckey Т. D., Venu- gopal В., 1977]. Во всех группах периодической системы Мен- делеева обнаружены элементы, стимулирующие рост и выжи- ваемость животных. К ним относятся литий, титан, галлий, гер- маний, рубидий, цирконий, сурьма, барий, золото, ртуть и мно- гие элементы из семейства лантанидов [Frieden Е., 1984]. Все же не подлежит сомнению, что медицинская практика нуждается в обоснованном разграничении токсичных и эссен- циальных МЭ. Такие данные, полученные в результате дли- тельного изучения многочисленных биологических моделей, имеются в современной литературе. В большом обзоре Р. I. Aggett (1985) к эссенциальным МЭ отнесено только 9 (железо, цинк, медь, марганец, селен, молиб- ден, хром, йод, кобальт). Он приводит основные данные о со- держании и биохимической функции этих МЭ (табл. 6). Несом- ненно, автору известно, что число этих МЭ несколько больше, но он ограничивается рассмотрением только тех, которые при- знаны необходимыми «для оптимального здоровья человека». Быстрый прогресс науки позволяет уже в настоящее время говорить о десяти МЭ, которые признаны эссенциальными для животных организмов, так как к приведенному перечню добав- ляется фтор. Однако и это число не является окончательным, так как существуют данные о необходимости для животного организма ряда других элементов. В частности, В. В. Ковальс- кий (1982) указывает, что процессы метаболизма в организмах происходят при участии многих металлоферментов, которые обладают микроэлементными координационными центрами, ме- таллоферментных комплексов, содержащих также разнообраз- ные металлы (марганец, кобальт, цинк, никель, железо, барий, кадмий, ртуть и др.). Металлы, поглощаемые организмами и содержащиеся в тканях и тканевых жидкостях, могут являться активаторами действия ферментов (цинк, марганец, железо, кадмий, кобальт, никель, ртуть, рений, цезий, литий, лантан, алюминий) или их ингибиторами (бериллий, стронций, барий, кадмий, ртуть, никель, железо, рубидий). Как видно из приве- денных данных, подход В. В. Ковальского к причислению к необходимым для жизни МЭ является наиболее широким. Определенный смысл имеет следующее высказывание В. В. Ковальского (1982): «Все эти химические элементы ока- 78
Таблица 6 Содержание в организме эссенциальных микроэлементов и их биологическая роль [Aggett Р. I., 1985; с дополнениями Авцына А. П. и соавт. (1988)] Элемент и его количе- ство в орга- низме взрос- лого чело- века Биологическая роль Железо, 4—5 г Транспорт и депонирование кислорода, цитохромы, окислитель- ное фосфорилирование, редокс-ферменты, антиоксидантное действие. (Специфически предупреждает, устраняет или ос- лабляет признаки дефицита железа у человека и животных)1 Медь, ВО—120 мг Оксидазы, окислительное фосфорилирование, антиоксидантное действие, метаболизм жирных кислот, участие в синтезе сое- динительнотканных структур (коллагена, эластина). (Специ- фически предупреждает, устраняет или ослабляет признаки дефицита меди у лабораторных и сельскохозяйственных жи- вотных) Цинк, 1—2 г Каталитическая, структурная и регуляторная функция в мно- гочисленных ферментах, в экспрессии геиа, в макромолекуляр- ных и полимерных структурах. (Специфически предупрежда- ет, устраняет или ослабляет признаки дефицита циика. Мощ- Марганец, 12—20 мг ный активатор Т-клеточного иммунитета) Антиоксидантное действие, синтез стерола, гликозилирование, метаболизм углеводов. (Специфически предупреждает, устра- няет или ослабляет признаки дефицита марганца у сельско- хозяйственных животных) Хром, 6 мг Оптимизация толерантности к глюкозе. (Оказывает положи- тельное влияние на признаки дефицита хрома) Селей, 14 мг Антиоксидантное действие, оксидазы, обладающие смешанной микросомальной функцией, поддержание сохранности спермы. (Специфически и в комбинации с витамином Е устраняет и предупреждает признаки дефицита селена. Антибластический фактор) Молибден, 10 мг- Метаболизм пуринов и серы. (Специфически предупреждает, устраняет или ослабляет признаки дефицита молибдена у жи- вотных) Иод, 19—20 мг Тироидные гормоны. (Специфически предупреждает, устраняет или ослабляет признаки дефицита йода у человека, лабора- торных и сельскохозяйственных животных) Кобальт, 1,5 мг Количественные данные не приводятся. (Одно из действую- щих начал витамина Bi2 специфически предупреждает, устра- няет или ослабляет признаки дефицита кобальта у человека и животных) 1 В скобках приведены данные литературы последних лет, обобщенные авторами КГЛ1ГИ. зывают большое влияние на жизнь организмов, вступая в связь с органическими веществами, синтезируемыми в живых, клет- ках. Они влияют на оплодотворение, развитие, рост, жизнеспо- собность организма, его иммунобиологические свойства, дыха- тельную функцию гемоглобина, фотосинтетическую деятель- ность хлорофилла, на фиксацию микроорганизмами атмосфер- ного азота и прочие важнейшие функции». Он подчеркивает, что в отличие от всех веществ, синтезируемых организмами, 79
МЭ поступают в организм из геохимической среды, почвообра- зующих пород, почв, природных вод, атмосферного воздуха (аэрозоли химических элементов) благодаря первичной орга- низованности биогенных циклов, которые представляют собой биогеохимические явления. Именно эти мысли позволили В. В. Ковальскому с позиций биогеохимика рассматривать единство организма и геохимической среды, которые представ- ляют собой настолько зависимые явления в биосфере, что рас- сматривать отдельно эволюцию жизни и эволюцию среды не- возможно. Указав, что количество МЭ, обладающих потенциальной эссенциальностью, может быть значительно увеличено, необхо- димо одновременно подчеркнуть, что проявления и синдромы истинного дефицита МЭ у человека доказаны только для желе- за, меди, цинка, марганца, хрома, селена, молибдена, йода, ко- бальта и фтора. Окончательное суждение об эссенциальности новых МЭ должно выноситься только на основании убедитель- ных аргументов. Значительный биологический интерес представляют данные Р. I. Aggett (1985) (табл. 7), которые привлекают внимание к синдрому истинного дефицита МЭ главным образом у некото- рых животных. Изучение этих данных будет иметь значение Таблица 7 Другие возможно эссенциальные микроэлементы [Aggett Р. I., 1985; с некоторыми изменениями] Элемент Модель Признаки недостаточности Мышьяк Цыплята, мини-свиньи Задержка роста, изменение синтеза белков, повышенное содержание мо- чевой кислоты в плазме Бор Цыплята Задержка роста, аномалии костей, соединение с холекальциферолом в обмене магния Бром Цыплята, мыши, человек Может замещать хлорид и йодид. Бессонница у больных во время по- чечного диализа Фтор Грызуны, человек Субоптимальная утилизация железа, анемия Возникновение и усиление имеющего- ся кариеса зубов Литий Козы, крысы Замедление роста, пониженная фер- тильность Никель Цыплята, коровы, козы, мини-свиньи, крысы, ов- цы Задержка роста, нарушение гемопоэ- за, измененный обмен железа, цннка, меди Кремний Цыплята, крысы Неполноценное формирование колла- гена и энхондрального окостенения Ванадий Крысы, цыплята Нарушение регуляции ферментов, пе- реносчиков фосфорила, Na, К-АТФ- азы 83
для выяснения механизма различных форм микроэлементного дефицита, особенно если учесть, что этот вопрос в медицине и биологии недостаточно исследован. Огромный интерес представляют МЭ, обладающие способ- ностью вызывать токсический эффект в определенных концент- рациях. Кроме того, необходимо обратить внимание на продол- жительность экспозиции, характер контакта МЭ с организмами и чувствительность последних в различные периоды их жизнен- ных циклов. К общеизвестным токсичным МЭ относятся ртуть, свинец, фтор, кадмий, бериллий, мышьяк, хром и, как выяснилось в последние годы, алюминий. Специалисты по геохимическим за- грязнениям техногенного происхождения [Ревич Б. А. и др., 1982] выделяют четыре основные группы химических элементов, которые различаются по типам создаваемой ими нагрузки на окружающую среду за счет выпадения из атмосферы и харак- теру формируемых аномалий. 1. Элементы с невысокими содержаниями в выпадениях, создающие повышенную нагрузку на воздушный бассейн. Хи- мических аномалий в почвах они не образуют. Сюда входят преимущественно так называемые литофильные элементы (ти- тан, барий, цирконий, ниобий). Экологическая токсичность этой группы элементов невелика. 2. Элементы с невысокими средними содержаниями в выпа- дениях, но с отдельными (локальными) участками высоких и очень высоких (экстремальных) концентраций, которые создают очень большие нагрузки на воздушный бассейн и сравнитель- но небольшие по размеру аномалии в почвах. Сюда входят стронций, серебро, кобальт, висмут, хром, ванадий, бериллий, литий, олово. Для некоторых из этих элементов характерны токсические эффекты даже при невысоких концентрациях . 3. Элементы с высокими средними концентрациями в выпа- дениях, сравнительно равномерно распределенными по терри- тории урбанизированных зон. Участки с экстремальными со- держаниями МЭ нехарактерны. Эти элементы формируют по- вышенную общую нагрузку на воздушный бассейн и обширные аномалии в почвах. Сюда входят свинец, сурьма, частично медь. Из них особо следует отметить свинец — элемент транс- портных выбросов и один из опаснейших загрязнителей окру- жающей среды городов (входит в первый класс опасности по гигиеническим оценкам). 4. Элементы с высокими средними концентрациями в выпа- дениях, на фоне которых распространены участки с очень вы- сокими и даже экстремальными значениями. Эти элементы создают обширные аномальные поля и локальные экстремаль- но-аномальные центры. К ним могут быть отнесены ртуть, мо- либден, цинк, никель, вероятно, кадмий. Из этих элементов наиболее опасны ртуть и кадмий. В 1978 г. Г. И. Сидоренко выдвинул концепцию о макси- мально допустимой нагрузке на население с учетом всех факто- 6—568 81
ров окружающей среды. В этих исследованиях широко изуча- ется содержание химических элементов в диагностических био- субстратах человека (кровь, моча, слюна, желчь, волосы, ног- ти, зубы), а также в «критических» органах (печень, почки, костная ткань и др.). Эти показатели используются в качестве необходимых сведений о рекомендуемых и допустимых уровнях некоторых химических элементов. * * $ Подразделение МЭ на эссенциальные и токсичные в значи- тельной степени условно. Так, некоторые в основном токсичные элементы (мышьяк, свинец и даже кадмий) некоторыми авто- рами относятся к эссенциальным по крайней мере для лабора- торных животных. Вместе с тем некоторые, казалось бы, сугубо эссенциальные элементы при определенных условиях могут вы- зывать симптомы интоксикации (медь, марганец, селен, молиб- ден, йод, кобальт). Следует особо подчеркнуть, что результат действия многих МЭ в большой степени зависит от возраста человека, а также от функциональной активности реципииру- ющих, детоксицирующих и элиминирующих систем. В 1975 г. А. И. Арчаков обобщил свои обширные исследования о деток- сикации многих ксенобиотиков, в том числе и некоторых МЭ, с помощью микросомального окисления. Ряд авторов склонны относить многие МЭ к ксенобиотикам. В соответствии с содержанием этого термина они должны быть действительно чужеродными веществами. Так ли это? По-види- мому, в настоящее время большую часть МЭ, а может быть и все (?), не следует называть ксенобиотиками, так как вопрос об их эссенциальности интенсивно изучается.
Глава 5 МИКРОЭЛЕМЕНТОЗЫ ЧЕЛОВЕКА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИНОВ. КЛАССИФИКАЦИЯ Заболевания, вызываемые токсическим действием веществ, находящихся в организме в очень малых количествах, известны с античных времен, и каждое из них называлось по имени того химического элемента, с которым было связано их происхож- дение. Например, отравление ртутью и свинцом именовали со- ответственно меркуриализмом и сатурнизмом. Современная научная медицина, начиная с XX века, обра- тила внимание на те болезни, происхождение которых было связано с недостаточностью поступления и содержания в орга- низме определенных веществ, в частности металлов. Одной из первых болезней этой природы стали железодефицитные состоя- ния, главным образом анемии. Применение железа при анемии в XIX веке имело чисто эмпирический характер, так как сведе- ния о его исключительной биологической роли стали известны значительно позже. В медицине прошлых веков в виде полуми- стических представлений высказывались идеи о нарушениях баланса различных элементов в организме. Истоки этих пред- ставлений восходят к древнему учению о жидкостях живого тела. Благодаря наблюдательности врачей выделены многие болез- ни, развитие которых сперва связывали с гипотетической, а впоследствии с вполне доказанной недостаточностью опреде- ленных веществ. Первым научно доказанным заболеванием, вызванным элементной недостаточностью, стал эндемический зоб, после того как в 1895 г. Е. Baumann подтвердил гениаль- ную догадку J. L. Prevost и А. С. Maffoni (1846) и показал, что при этом патологическом процессе количество йода в щито- видной железе оказывается уменьшенным. В течение многих десятилетий XX века не существовало никаких попыток объединить между собой такие разнообразные заболевания, как железодефицитная анемия, эндемический зоб и отравления тяжелыми металлами. Это происходило потому, что еще не существовало самого учения о МЭ, получившего на« учную базу только после новаторских работ В. И. Вернадско- го. Краткий очерк становления этого крупного научного обоб- щения в химии, биологии и медицине изложен в первой главе нашей книги. В настоящее время учение о МЭ — это один из наиболее активно развивающихся разделов медицины и биоло- 6* 83
гии, многие стороны которого глубоко разработаны и приносят реальную пользу практическому здравоохранению и всему комплексу наук сельскохозяйственного профиля. Как уже ука- зывалось, в истории учения о МЭ сложилось парадоксальное положение: вызываемые ими патологические процессы стали известны человечеству за несколько тысяч лет до открытия са- мих МЭ. С учетом достижений современной науки настало время предложить объединяющее название для всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком и дисбалансом МЭ в организме. Таким названием, по нашему мнению, является термин «микроэлементозы» (МТОЗы) [Авцын А. П. и др., 1983]. Что же выигрывает практический врач от этого предло- жения и выигрывает ли он вообще? По нашему мнению, ответ на этот вопрос должен быть утвердительным. Врач приобрета- ет одно короткое и вытекающее из современного уровня разви- тия науки обозначение для логичного объединения обширного круга внешне очень разнообразных патологических процессов, имеющих в действительности принципиально единую химичес- кую этиологию. Применение этого термина центрирует внима- ние исследователей на причине явлений и таким образом по- зволяет глубже понять их закономерные следствия, которыми в данном случае являются многие болезни, синдромы и пато- логические признаки. Несмотря на то что термин «микроэлементозы» введен в литературу недавно, можно констатировать, что он легко при- нимается представителями многих специальностей. Это объяс- няется не только его конкретностью и простотой, но и назрев- шей необходимостью предложить обозначение, позволяющее объединить многочисленные факты и, более того, поставить всю эту проблему на рельсы клинической медицины и практи- ческой эпидемиологии. Термин «микроэлементозы» приняли не только врачи, но и биологи, а также научные работники сель- скохозяйственного профиля. Предложенная нами рабочая классификация микроэлемен- тозов человека (табл. 8) потребовала разработки определенной терминологии, которая в основном является общемедицинской. Прежде всего необходимо остановиться на принципе выде- ления приемлемого для всех обозначения любых МТОЗов. С нашей точки зрения, таким принципом должно быть перво- очередное выделение этиологического фактора, имеющего в данном случае химическую природу. Каждый МТОЗ следует именовать в соответствии с латинским (в отдельных случаях с греческим) названием МЭ, дефицит или токсическое дейст- вие которого вызвало заболевание. Таким образом выделяются купродефициты (медьдефицитные болезни, синдромы, состояния и признаки), цинкдефициты (цинкдефицитные болезни, синдро- мы, состояния и признаки), манганодефициты (марганецдефи- цитные болезни, синдромы, состояния и признаки), хромдефи- цитные заболевания, синдромы, состояния, признаки), селенде- 84
Таблица 8 Микроэлементозы человека МТОЗы F Основные формы заболеваний Краткая характеристика Природные 1. Врожденные При врожденных микроэлементозах в осно- эндогенные 2. Наследствен- ные ве заболевания может лежать микроэле- ментоз матери При наследственных микроэлементозах не- достаточность, избыток или дисбаланс МЭ вызываются патологией хромосом или ге- нов Природные 1. Вызванные де- Природные, т. е. ие связанные с деятель- экзогенные фицитом МЭ 2. Вызванные из- бытком МЭ 3. Вызванные дис- балансом МЭ ностью человека и приуроченные к опреде- ленным географическим локусам эндемиче- ские заболевания людей, нередко сопро- вождающиеся теми или иными патологи- ческими признаками у животных и расте- ний Техноген- 1. Промышлен- Связанные с производственной деятель- ные ные (профессио- нальные) 2. Соседские 3. Трансгрессив- ные ностью человека болезни и синдромы, вызванные избытком определенных микро- элементов и их соединений непосредствен- но в зоне самого производства; по соседству с производством; в значительном отдалении от производст- ва за счет воздушного или водного пе- реноса микроэлементов Ятрогенные 1. Вызванные де- фицитом МЭ 2. Вызванные из- бытком МЭ 3. Вызванные дис- балансом МЭ Быстро увеличивающееся число заболева- ний и синдромов, связанных с интенсивным лечением (пероральным, парентеральным, чрескожным, ингаляционным) разных бо- лезней препаратами, содержащими МЭ, а также с поддерживающей терапией (на- пример, с полным парентеральным пита- нием) и с некоторыми лечебными процеду- рами— диализом, не обеспечивающим ор- ганизм необходимым уровнем жизненно важных микроэлементов фициты (селендефицитные заболевания, синдромы, состояния, признаки), молибденодефициты (молибдендефицитные заболе- вания, синдромы, состояния, признаки), йоддефициты (йоддефи- цитные заболевания, синдромы, состояния, признаки). Следует учесть, что изредка употребляются термины «гипойодоз», «ги- пойодное состояние», против чего нет оснований возражать. Логично выделение железодефицитов, или ферродефицитов. Однако приходиться считаться с тем, что эти болезни уже име- ют традиционное название «гипосидерозы», или «сидеропени- ческие заболевания», синдромы, состояния и признаки. В на- стоящее время не надо настаивать на их отмене. Дальнейшая практическая деятельность покажет, какие термины окажутся более «жизнеспособными» и будут в конце концов приняты ВОЗ по рекомендации соответствующих экспертов. i 85
Необходимо оговорить также то, какое содержание следует вкладывать в термин «микроэлементный дефицит». Разумеется, речь идет не о полном отсутствии данного МЭ, а об его недо- статочном для оптимального здоровья содержании в организ- ме. Микроэлементные дефициты могут быть манифестирующи- ми, явными, т. е. клинически выраженными, а также латентны- ми и потенциальными. В последнем случае микроэлементный дефицит выявляется с помощью лабораторных исследований или становится манифестирующим под влиянием различных стрессов. Аналогичным образом формируются названия заболеваний, синдромов, состояний и признаков, вызванных дефицитом ус- ловно-эссенциальных МЭ. Разумеется, что среди исследовате- лей и практических врачей существует различное отношение к доказанности эссенциального характера некоторых элементов. Очень непривычно считать, что один из классических ядов — мышьяк — в то же время (но совсем в иных дозах и продол- жительности экспозиции) может быть жизненно необходимым МЭ. Требуется'время для того, чтобы убедиться в правильности новых данных об эссенциальности ряда МЭ, полученных только в эксперименте на животных и о правомерности распростране- ния их на человеческие популяции. В настоящее время в эссенциальности фтора и кремния, следовательно, и в необходимости выделения соответствующих дефицитных состояний трудно сомневаться. Провизорно выде- ляемые нами заболевания фтордефицитной природы с рацио- нальным названием «гипофторозы», приуроченные к различным периодам жизни человека, отображают вполне реальные пато- логические процессы. При этом они имеют прямое отношение к таким часто встречающимся заболеваниям, как кариес зубов и возрастной остеопороз. Медицинская практика показала, что проблема кобальтового дефицита (акобальтоза, гипокобальто- за) полностью покрывается проблемой недостаточности вита- мина В12. Хорошо известно, что купирующее действие кобальта при пернициозной анемии достигается только при введении в организм не самого кобальта, а именно цианкобаламина. Разработка терминологии микроэлементных токсикопатий (микроэлементных токсикозов) должна руководствоваться тем же этиологическим принципом. Следовательно, необходимо вы- делять алюминиевую, кадмиевую, свинцовую, ртутную, берил- лиевую, бариевую, висмутовую и другие токсикопатии, т. е. ин- токсикации, вызванные токсичными МЭ. Наиболее широкое употребление в профессиональной патологии имеет термин «интоксикация». Определенного внимания заслуживают также «микроэлементный токсикоз» и малоупотребляемый термин «МЭ-токсикопатия», где в каждом конкретном случае вместо общего обозначения «МЭ» ставится латинское (иногда гречес- кое) название токсичного МЭ (например, А1-токсикоз, Cd-ток- сикоз, Hg-токсикоз, Pb-токсикоз и др.). Возможно, целесооб- разно сохранить термины «меркуриализм» и «сатурнизм» 86
(«плюмбизм») для обозначения именно профессиональных ин- токсикаций. Определенные терминологические сложности возникают при появлении новых публикаций, авторы которых отходят от об- щепринятого выделения девяти эссенциальных МЭ и добавляют к ним новые. Так, в частности, поступили A. Shenkin и G. S. Fell (1985). Вслед за ними М. Апке и В. Groppel (1987) отнесли к числу классических эссенциальных МЭ фтор, а к вновь открытым эссенциальным МЭ — кремний, олово, вана- дий, никель, мышьяк, кадмий, литий и свинец. Важно замеча- ние этих авторов о том, что симптомы дефицита некоторых элементов, в частности молибдена и марганца, обнаружива- ются только в случае парентерального питания или при гене- тической неполноценности. Большое значение приобретают дан- ные этих исследователей о том, что при определенных услови- ях у таких эссенциальных элементов, как молибден, медь, цинк, железо и марганец, может проявиться токсическое дейст- вие, которое у животных является крайне различным, а иногда видоспецифическим. Так, в практике животноводства обнару- жено, что добавка молибдена к рациону может не только вы- зывать молибденовую интоксикацию, но и индуцировать вто- ричную медную недостаточность. Большие, но все же преодолимые трудности возникают при разработке номенклатуры заболеваний человека, связанных с дисбалансом МЭ, а также с нарушением их обмена, завися- щих от различных макроэлементов. Этот вопрос нами не рас- сматривается. Последовательно отстаивая приоритет этиологического фактора при разработке номенклатуры МТОЗов, мы сознатель- но стремимся к выделению определенных нозологических еди- ниц и хорошо охарактеризованных синдромов. Особое внима- ние должно быть уделено микроэлементный дефицитным со- стояниям организма, многие из которых не обнаруживают зна- чительной динамики. Часть их, как уже указывалось, имеет только потенциальную опасность для здоровья. В свое время И. В. Давыдовский, работая над курсом част- ной патологической анатомии, заметил, что «нозологический синтез требует органопатологического анализа». Это замеча- ние, несомненно, справедливо и полностью приложимо к нозо- логическому синтезу МТОЗов, который является одной из ос- новных задач данной монографии. Действительно, железодефи- цитные заболевания обладают крайне разнообразной органо-, гисто- и цитопатологией. В нее входят не только аномалии кроветворения, но и умеренные и тяжелые поражения эпителия слизистой оболочки носа, верхних отделов пищеварительного тракта, включая предраковые изменения пищевода при синдро- ме Пламмера — Винсона, нарушения кератиногенеза, обуслов- ливающие койлонихии и т. д. Характерная органопатология при эндемическом зобе настолько привлекает внимание клини- цистов, что она в определенной степени даже заслоняет веду- 87
щий этиологический фактор этого массового заболевания, ка- ким является йодная недостаточность. Настаивая на приорите- те этиологии при выделении нозологических единиц при раз- работке номенклатуры патологических процессов, вызванных дефицитом или избытком МЭ, мы отчетливо представляем себе огромную практическую полезность органопатологического ана- лиза и значительную сложность патогенеза каждой нозологи- ческой формы, каждого синдрома. Крайняя и тем более при- митивная трактовка каждого заболевания микроэлементной природы как простейшей нехватки полезного вещества не мо- жет встретить поддержки. Очень поучительные примеры в этом отношении дает нам изучение генетики МТОЗов. Достаточно вспомнить, что существует не менее 5 типов наследственно обусловленных нарушений поглощения йода и синтеза тиреоид- ных гормонов, которые могут встречаться при семейных фор- мах эндемического зоба. Дефицит многих МЭ связан не только с их недостаточным поступлением в организм, но и с интенсивностью их всасыва- ния, с неполноценностью транспорта и метаболизма, с наруше- ниями активности специфических лигандов и клеточных рецеп- торов, словом, с деятельностью очень многих систем организ- ма, которые вовлекаются в патологический процесс на разных стадиях его развития. Также сложны этапы патологических процессов при действии токсичных МЭ. Они подлежат конкрет- ному преимущественно экспериментальному изучению, причем ведущая роль должна принадлежать биохимическим исследо- ваниям. С нашей точки зрения важное значение имеет не толь- ко органопатологический, но и клеточно-молекулярный анализ нарушений, вызванных избытком (токсическим действием) и дефицитом МЭ. Именно он должен выяснить глубинные меха- низмы этих процессов. К сказанному следует добавить, что многообразие патогене- тических механизмов при различных вариантах микроэлемент- ных дефицитов и МЭ-токсикозов не колеблет их нозологическо- го единства, которое является отправной точкой для их разгра- ничения, более глубокого понимания и разработки методов их рациональной профилактики и терапии. Эндогенные генетические и врожденные МТОЗы (болезнь Вильсона — Коновалова, болезнь Менкеса, синдром Марфана, синдром Элерса — Данло) представляют собой сложные ано- малии обмена меди, давно известные клиницистам. Наряду с ними существуют менее изученные заболевания, вероятно, той же природы, связь которых с эндогенным дефицитом меди окончательно не установлена. Среди экзогенных МТОЗов биогеохимического происхожде- ния мы выделяем: 1) природные, 2) техногенные и 3) ятроген- ные заболевания. Первые из них связаны с характерными осо- бенностями местной биогеохимической среды. Таковы, в част- ности, природные эндемии флюороза, селенотоксикоза и селе- нодефицита, бороза и др., имеющие свою в настоящее время 88
уже довольно определенную географию [Ковальский В. В., 1980; Ковальский В. В., Сусликов В. А., 1980; Авцын А. П., Жаворонков А. А., 1981, 1987]. Среди техногенных эндемий предлагается различать про- мышленные, соседские и трансгрессивные МТОЗы. Отдельные формы промышленных МТОЗов давно известны профпатоло- гам. Заслуживает особого внимания тот факт, что с годами промышленные МТОЗы становятся все более разнообразными. Как следует из названия, соседские МТОЗы поражают лиц, не принимающих прямого участия в производстве, а прожива- ющих по соседству. Очень часто эти МТОЗы развиваются у членов семей рабочих вредных производств. Как правило, они нерезко выражены и могут принимать скрытую и непрогреди- ентную форму тех или иных патологических состояний, иногда это только микросимптомы или небольшие аномалии развития у детей. Термин «трансгрессивные МТОЗы» введен нами впервые в 1983 г. и заимствован из геологии, в которой им обозначается наступание моря на сушу (от лат. transgressio — переход, пере- движение)1. Трансгрессивные техногенные заболевания хими- ческой природы стали известны сравнительно недавно в связи с резким возрастанием промышленного загрязнения внешней среды в индустриально развитых странах. Вспышки их регист- рируются не по соседству с предприятиями, а на значительном отдалении от них, причем перенос специфической химической вредности (в том числе и аэрозолей МЭ) осуществляется за счет атмосферной или водной циркуляции. Примерами этих заболеваний людей, животных и растений являются разнооб- разные патологические процессы, возникающие в результате массивного выброса в атмосферу в основном сернистых и азо- тистых окислов, а также других токсичных веществ. Огромное загрязнение водной среды ртутью имело место в Японии с по- следующим отравлением морских животных и произраставших в воде растений. Трансгрессивные МТОЗы непосредственно связаны с проблемой кислотных дождей, которая имеет по су- ществу глобальное значение. Выделяя МТОЗы для их прицельного изучения, мы, разуме- ется, понимаем, что многие заболевания этой природы имеют сложное происхождение и зависят не только от МЭ, но и от очень многих других эндо- и экзогенных факторов. В частнос- ти, недавно выяснилось, что динамика поглощения и распреде- ления МЭ находится под влиянием ряда гормонов. В последние годы возросло значение ятрогенных МТОЗов. Современная терапия использует МЭ в качестве лечебных пре- паратов или добавок к различным медикаментам. МЭ могут загрязнять смеси, употребляющиеся при полном парентеральном 1 Существующий в гидрометеорологии термин «трансграничный» употреб- ляется для обозначения переноса химических загрязнителей атмосферой через границы соседних стран. 89
питании. Многие МЭ в течение десятилетий считались без- вредными. Однако более прицельное и длительное изучение вы- явило их потенциальную токсичность. Последняя не всегда объясняется большой дозой МЭ, а может быть связана с инди- видуальной чувствительностью организма. Эта чувствительность может иметь и аллергическую природу. Она также может быть связана с врожденной или приобретенной неполноценностью физиологических аппаратов обезвреживания или специфичес- кой элиминации токсичного начала. Существенную роль в воз- растании числа ятрогенных МТОЗов сыграло стремление вра- чей к более активному и часто парентеральному применению лекарственных веществ. Выделение микроэлементных токсикопатий и микроэлемент- ных дефицитов позволяет организовать целенаправленные про- филактические мероприятия против первых и осуществлять специфическую терапию вторых. Из приведенных данных видны сложность разработки систематики каждого из МТОЗов и вы- сокий уровень компетенции врачей, необходимый для их выяв- ления. Обобщающие теоретические концепции о значении МЭ в жизненных циклах организмов нуждаются в новых фактах и организации специальных исследований с использованием всех возможностей мультидисциплинарного подхода. В связи с этим суммация и анализ соответствующей литературы для точной индивидуализации каждого МТОЗа и разработки методов их профилактики и лечения крайне необходимы. Рассматривая болезни и синдромы биогеохимической при- роды, мы выделяем мономикроэлементозы, т. е. заболевания, обусловленные в основном избытком или дефицитом одного МЭ (например, алюминозы, селенозы, флюороз и др.). В то же время необходимо выделить полимикроэлементозы— забо- левания, в этиологии которых существенную роль играют не- сколько МЭ или их дисбаланс с некоторыми макроэлементами. К ним относятся такая массовая болезнь человечества, как ка- риес зубов, широко распространенная группа мочекаменных болезней, весьма гетерогенная по этиологии и патогенезу группа эндемического зоба, группа анемий сложной биогеохимической природы (включая железодефицитные), а также давно извест- ная, но до сих пор мало понятная болезнь Кашина — Бека. Следует обратить внимание на определенную условность термина «мономикроэлементоз». В случаях тяжелых и хрони- ческих отравлений ртутью, свинцом, мышьяком и другими ток- сичными МЭ, которые сохраняют значение ведущего фактора в течение всего патологического процесса, целесообразность применения термина «мономикроэлементоз» достаточно ясна. Однако при других МТОЗах дело обстоит сложнее. Например, при выраженных кадмиозах именно интоксикация кадмием яв- ляется главным, поддерживающим патологический процесс, фактором; вместе с тем при кадмиевой токсикопатии обязатель- но наступают последовательные изменения обмена других МЭ, Хорошо известно перераспределение цинка и даже истощение 90
его запасов в организме при нагрузке кадмием. Таким обра- зом, кадмиевая токсикопатия одновременно является примером и цинкдефицитного состояния, так как метаболизм цинка при этом резко нарушается. Понятие о полимикроэлементозах недостаточно разработано и должно использоваться только в доказанных случаях, когда заболевание действительно является результатом сочетанного воздействия нескольких МЭ. Не подлежит сомнению, что и за пределами заболеваний, вызванных МЭ, любой патологический процесс сопровождается теми или иными изменениями обмена и содержания многих элементов, в том числе довольно значи- тельными. Однако, если эти изменения не имеют значения ве- дущих, а представляют собой лишь фоновые явления, нет до- статочных оснований относить их к полимикроэлементозам. Наиболее доказательными в качестве болезней микроэле- эденг.юй недостаточности являются цинкдефицитные состояния. Следует особо подчеркнуть их крайнее разнообразие и приуро- ченность к определенным периодам индивидуального развития. Если цинкдефицитные состояния способны вызывать разнооб- разную патологию, преимущественно у детей и лиц молодого возраста, то нейроалюминозы чаще встречаются в пожилом и старческом возрасте, а также при ятрогенных воздействиях. Если цинкдефицитные состояния в большинстве случаев не имеют прямой связи с профессиональными факторами, то кад- миозы, напротив, являются МТОЗами, которые в значительной степени зависят от производства, а также от интенсивного за- грязнения внешней среды. Не подлежит сомнению, что значительная часть МТОЗов еще не выделена, и мы должны ожидать новых открытий в этом направлении. Еще в меньшей степени определен удель- ный вес каждого из МТОЗов в качестве факторов, отягощаю- щих течение болезней другого происхождения. В связи с этим очень перспективным и практически важным является понятие «вторичный микроэлементов», который может присоединяться к основному заболеванию на различных стадиях его течения или иметь ятрогенное происхождение. В частности, это забо- левание может быть следствием хирургических операций на желудочно-кишечном тракте с повреждением или даже выклю- чением основных зон всасывания МЭ. Вторичные МТОЗы мо- гут также развиться при таких тяжелых гельминтозах, как опи- сторхоз и особенно дифиллоботриоз, при котором у Уз больных возникает перциниозная анемия, поддающаяся лечению циапо- кобаламином. Известно, что перенасыщение окружающей среды опреде- ленными МЭ может привести к их более или менее выражен- ному накоплению в организме. Это не всегда вызывает клини- чески выраженные ответные реакции. Наиболее интенсивные загрязнения воды, воздуха, пищи способны вызывать вторичный микроэлементный гисто- и цитотесаурисмоз.
Глава 6 ВАЖНЕЙШИЕ ЭССЕНЦИАЛЬНЫЕ МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЗАБОЛЕВАНИЯ В эту группу Р. I. Aggett (1985) относит следующие МЭ: железо, медь, цинк, марганец, хром, селен, молибден, йод, ко- бальт. Другие авторы главным образом на основании экспери- ментальных данных указывают на значительно большее число эссенциальных МЭ. Особенно важны в этом отношении опыты К. Schwarz (1972). Он доказал эссенциальность многих МЭ с помощью сложных экспериментов, в основе которых было полное предотвращение любых микроэлементных загрязнений внешней среды, в том числе пищи и воздуха. Воспроизведение «феномена эссенциальности», в частности поддержания жизни, нормального роста и развития, репродуктивной способности, предотвращения заболеваний и преждевременного летального исхода, было получено и у потомства некоторых лабораторных и сельскохозяйственных животных [Anke М. et al., 1987]. Этот автор различает «классические эссенциальные» МЭ, перечень которых совпадает с приведенным выше (с добавлением фто- ра), и так называемые новые эссенциальные МЭ (кремний, олово, ванадий, никель, мышьяк, кадмий, литий, свинец). Эта точка зрения пока еще не является общепринятой. Изложение материала этой главы построено по единому плану — доказательства эссенциальности МЭ, распространен- ность их в природе, всасывание, транспорт и выделение из ор- ганизма, физиологическая роль и патологические процессы, обусловленные дефицитом и избытком МЭ в организме чело- века и животных. 6.1. Железо Железо — широко распространенный в природе элемент, ра- нее его относили к макроэлементам в связи с относительно вы- соким содержанием в организме (4,2 г в теле «стандартного» человека). Если, однако, исключить гемоглобиновое железо, составляющее 75—80% от его общего количества, то концент- рация этого элемента в тканях окажется равной и даже мень- шей, чем концентрация такого типичного МЭ, как цинк. Уста- новлено, что 20—25% железа являются резервными, 5—10% входят в состав миоглобина, около 1 % содержится в дыхатель- 92
ных ферментах, катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях. Поскольку МЭ осуществляют свою биологическую функцию главным образом в составе других биологически ак- тивных соединений, преимущественно ферментов, то железо, входящее в состав более 70 различных по своей функции фер- ментов, следует также признать истинным МЭ. Это принято в большинстве современных специальных руководств [Mertz W., 1987J. Железосодержащие биомолекулы выполняют четыре основ- ные функции: 1) транспорт электронов (цитохромы, железо- серопротеиды); 2) транспорт и депонирование кислорода (мио- глобин, гемоглобин, эритрокруорин, гемэритрин, хлорокруорин); 3) участие в формировании активных центров окислительно- восстановительных ферментов (оксидазы, гидроксилазы, су- пероксиддисмутаза и Др.); 4) транспорт и депонирование железа (сидерофилины и среди них наиболее изученный трансферрин, гемосидерин, ферритин, сидерохромы). Цитохромы — это гемопротеиды, выполняющие функцию электронного переноса в процессах дыхания и фотосинтеза, основанную на обратимом окислении атома железа. В зависи- мости от типа гема и его спектральной характеристики выделя- ют четыре (а, Ь, с и d) группы цитохромов. Типы гемов разли- чаются боковыми цепями порфириновых структур. Цитохромы а содержат формильную боковую группу, цитохромы b — про- тогем, нековалентно связанный с белком, цитохром с — гем, ковалентно связанный двумя цистеиновыми остатками одной полипептидной цепи, цитохром d содержит дигидропорфирин (хлорин) [Диксон М., Уэбб Э., 1982J. Различия в пределах группы, вызванные особенностями структуры апопротеида, обо- значаются порядковым индексом или величиной длины волны поглощения света в видимой области. Цитохромы с и аа3 при- сутствуют в митохондриальной дыхательной цепи, и Р-450— в микросомах клеток животных, остальные индексиро- ванные цитохромы и цитохром d(a2) —в растительных и бакте- риальных клетках. Цитохром Ь3 является переносчиком элект- ронов для десатуразной системы эндоплазматической сети. В ней и в митохондриях коры надпочечников обнаруживается также цитохром Р-450, являющийся типичной монооксигеназой, участвующей в процессах гидроксилирования стероидов, отщеп- пления боковой группы холестерина, гидроксилирования широ- кого круга ксенобиотиков. В печени млекопитающих присутствует несколько форм ци- тохрома Р-450, прочно связанных с мембраной агранулярной эндоплазматической сети и непосредственно реагирующих с флавопротеидами. Под влиянием отдельных лекарственных пре- паратов их синтез резко возрастает, например фенобарбитал и бензофлавон индуцируют 20-кратное повышение активности ци- тохрома Р-450. Еще большая активность индуцируется диокси- ном, чем, по-видимому, объясняется хроническое токсическое действие малых доз этого соединения. 93
Роль цитохрома Р-450 заключается, видимо, в превраще- нии путем гидроксилирования ксенобиотика в легко экскрети- руемую форму. Однако гидроксилирование может сообщать веществу канцерогенные свойства, как, например, в случае ме- тилхолантрена. Железосеропротеиды — новая важнейшая группа электрон- переносящих белков. Они содержат негемовое железо, связан- ное четырьмя лигандами с серой, образующими кластер с тет- раэдрической или искаженной тетраэдрической геометрией. Се- ра кластера принадлежит как цистеиновым остаткам полипеп- тидной цепи, так и неорганической «лабильной» сере (исключая рубредоксин). Железосеропротеиды подразделяют в зависи- мости от числа атомов железа в кластере. В эту группу входят сукцинатдегидрогеназа, дегидрогеназа электронпереносящего флавопротеида, NADH-дегидрогеназа и другие ферменты. Важнейшим кислородпереносящим белком позвоночных яв- ляется гемоглобин, характеристику которого можно найти в учебниках физиологии и биохимии. Столь же хорошо изучен и миоглобин, обеспечивающий депонирование кислорода и его перенос на дыхательные ферменты. К оксидоредуктазам, содержащим гемовое железо, относятся обширные семейства пероксидаз и каталаз. Пероксидазы ката- лизируют окислительные реакции, в которых в качестве окис- лителя участвуют перекись водорода или замещенные перекиси. Из многочисленных представителей этой группы ферментов у млекопитающих наиболее хорошо изучены лактопероксидаза, тиреопероксидаза и миелопероксидаза [Hewson W. D., Hager L. Р., 1979]. Лактопероксидаза, выделенная первоначально из коровьего молока, была обнаружена затем в слюнных, слезных и гарднеровых железах, обладающих, кроме того, способностью концентрировать йод. Биологическая роль фермента недоста- точна ясна. Он с особой легкостью катализирует окисление йодидов, в связи с чем используется в лабораторной практике для метки белков радиоактивным йодом. Допускается также его участие в образовании меланина. .Тиреопероксидаза прочно связана с мембранами эндоплаз- матической сети фолликулярных эндокриноцитов щитовидной железы и принимает участие в биосинтезе йодтиронинов. Мие- лопероксидаза — гемопротеид, выделенный из лейкоцитов, гноя, хлоромы крыс, костного мозга морских свинок. Основной функ- цией фермента является его участие в процессах фагоцитоза и лизиса микроорганизмов. Миелопероксидаза находится в азур- офильных гранулах нейтрофилов и выделяется в фагоцитирую- щие вакуоли в процессе лизиса гранул [Пигаревский В. Е., 1982]. Реакция окисления субстратов пероксидазой протекает в три этапа: нативный фермент + Н2О2-> соединение I. Соеди- нение 1 + АН2->-соединение П + АН. Соединение II4-АН2-> на- тивный фермент+АН. Соединение I содержит на два, а соеди- нение II — на один окислительный эквивалент больше, чем нативный фермент. 94
Таблица 9 Железопротеиды и ферменты человека и животных, не содержащие железосерных центров Наименование Источник полу- чения Молекулярная масса Число атомов железа Простегнческая группа Цитохром а Сердце крупного 93 000 1 Си, гем А Цитохром b рогатого скота 93 000 1 Протопорфи- Цитохром с 13 000 1 рин IX Гем С Фенила ланингид- Печень крысы 100 000 (димер) 2 Fe (II), птерин Лактопероксида- Коровье молоко 78 000 (димер, 2 Мезопорфи- за Тиреоидперокси- Щитовидная желе- гликопротеид) 200 000 (глико- 2—3 рин IX Протопорфи- даза за протеид) рин IX Миелопероксида- Лейкоциты 104 000 (димер) 2 Гем А за Каталаза Эритроциты круп- 250 000 4 Протопорфи- Цитохром Р-450 кого рогатого ско- та Микросомы печени 46 000 1 рин IX Протопорфи- Гемоглобин Эритроциты мле- 67 000 4 рин IX Протопорфи- Миоглобин копитающих Мышцы млекопи- 16 000 1 рин IX Протопорфи- Эритрокроурин тающих Arenicola 3 000 000 192 рин IX Гем Гемэритрин Sipunculidae 108 000 (окта- 16 — Трансферрин Кровь млекопита- мер) 79 000 2 Лактоферрин Кональбумин ющих Молоко Яичный белок 77 000 2 2 ... _ (овотрансферрин) Фосвитин плазма крови птиц Яичный желток 35 000 47 — Ферритин Печень млекопи- 440 000 4500 — Гастроферрин тающих Желудочный сок 260 000 — Каталаза, выделенная из эритроцитов крупного рогатого скота, катализирует реакцию 2Н2О2->-2Н2О + О2, также прохо- дящую с образованием промежуточных соединений. При высо- кой концентрации Н2О2 она катализирует разложение этого со- единения, а при низкой концентрации в присутствии донора водорода (метанол, этанол и др.) у нее преобладает перокси- дазная активность. Рассмотренные соединения железа пред- ставлены в табл. 9. Транспорт и депонирование железа осуществляется группой белков, получивших название «сидерофилины». Это негемовые гликопротеиды с молекулярной массой около 77 000 и содержа- нием углеводов около 6%. К ним относится трансферрин из плазмы крови позвоночных, лактоферрин молока и кональбу- мин (овотрансферрин) из крови и яиц птиц. Сидерофилины 95
различаются по физическим, химическим и иммунологическим свойствам, но все имеют по два участка связывания трехва- лентного железа. Связь железа с белком в сидерофилинах сла- бее, чем в ферритине. Наиболее изученным представителем этой группы является трансферрин, относящийся к |3-глобули- нам. У человека известно 15 генетических вариантов трансфер- рина, из которых чаще других встречаются варианты А, В и С. Главная функция трансферрина — это транспорт всосавшегося железа в его депо (печень, селезенка), в ретикулоциты и их предшественники в костном мозге. Трансферрин способен так- же связывать ионы других металлов (Zn, Со, Ga и др.). Транс- феррин связывается специфическими рецепторами на мембра- нах ретикулоцитов, отдает клетке железо и возвращается в циркуляцию в виде лишенного железа апотрансферрина. Из общего количества трансферрина в организме человека только 25—40% содержит железо. Общая железосвязывающая способ- ность плазмы крови, определяемая содержанием в ней транс- феррина, составляет у здорового человека 44,7—71,6 мкмоль/л [Петров В. Н., 1982]. Молекула трансферрина состоит из од- ной полипептидной цепи с двумя участками связывания желе- за. Она содержит 678 аминокислотных остатков и две углевод- ные цепи с молекулярной массой 79 550; 40% N- и С-концевых остатков идентичны, что свидетельствует о происхождении трансферрина в результате дупликации гена более простого железопереносящего белка. N-концевой домен беднее дисуль- фидными мостиками, а С-домен содержит обе углеводные цепи, связанные с остатками аспарагина и оканчивающимися остат- ками сиаловой кислоты. Участок связывания, находящийся ближе к N-концу, легко отщепляет железо в кислой среде, а второй, расположенный ближе к С-концу, устойчив к действию кислот [Huebers Н. et al., 1981]. В плазме крови человека трансферрин присутствует в че- тырех формах — апотрансферрина, лишенного железа, двух моноферриформ, содержащих железо в одном из обоих участ- ков связывания, и диферритрансферрина. Оба вида монофер- ритрансферрина функционально эквивалентны, но диферри- трансферрин способен передавать железо ретикулоцитам крыс вдвое эффективнее, чем мононасыщенные формы. In vivo кисло- толабильный участок нагружен железом в большей степени, чем кислотоустойчивый. Другая важная роль сидерофилинов — ограничение доступ- ности железа для бактерий и опухолевых тканей, в связи с чем они представляют собой самостоятельную систему естественно- го иммунитета. В курином яйце все железо находится в желтке в составе фосвитина. Но это железо практически недоступно для бактерий, так как в яичном белке- они подвергаются воз- действию кональбумина, прочно связывающего железо и ли- шающего бактерии этого необходимого для их роста элемента. На данной особенности в значительной степени основаны бак- териостатические свойства яичного белка. 66
Лактоферрин присутствует в молоке и большинстве других секретов, является главным белковым компонентом специфиче- ских гранул полиморфно-ядерных нейтрофилов. Он высвобож- дается в процессе дегрануляции этих клеток и затем поглоща- ется макрофагами после связывания с железом, присутствую- щим в инфицированных участках. В отличие от других сидеро- филинов лактоферрин способен удерживать железо при pH 4,0 и обеспечивать таким образом его связывание в условиях по- вышенного содержания в инфицированных участках молочной кислоты. Лактоферрин способен связывать избыток железа в пищеварительном тракте. Исходя из этого у животных, обла- дающих медленным ростом, как, например, у морской свинки, а также у человека, лактоферрина в молоке значительно боль- ше (в 20 раз), чем у быстрорастущих животных — крупного рогатого скота, свиней, крыс и кроликов, нуждающихся для своего роста в повышенных количествах железа. Высоким со- держанием лактоферрина в грудном молоке объясняется зна- чительно большая устойчивость детей, вскармливаемых грудью, к инфекциям, чем получающих коровье молоко [Weinberg Е., 1984]. Аполактоферрин оказывает бактериостатическое дейст- вие, которое утрачивается при его насыщении железом. Име- ются также данные, что лактоферрин нейтрофильных лейкоци- тов играет роль в регуляции миелопоэза [Петров В. Н., 1982]. Основным белком млекопитающих, депонирующих железо, является ферритин. Вместе с гемосидерином он содержит око- ло 25% железа, присутствующего в организме. Он находится в клетках печени, селезенки, костного мозга и ретикулоцитах. Молекула ферритина — это белковая оболочка сферической формы диаметром 13 нм, состоящая из 24 субъединиц апофер- ритина двух видов (Н и L) примерно одинакового размера. Субъединицы различаются по молекулярной массе, раствори- мости и иммунологически. При значительной общности амино- кислотного состава L-субъединица богаче лейцином, фенилала- нином и аргинином. Изоферритины человека, видимо, возника- ют в результате посттрансляционной модификации. Субъединица ферритина, выделенного из селезенки лошадей, состоит из 174 аминокислотных остатков с молекулярной массой 19 824. Внут- ри сферы может находиться до 4300 атомов трехвалентного железа. В отсутствие фосфата железо находится в форме фер- ригидрата (5Fe2Os-9H2O) в виде гексагонального кристалла. Железо поступает внутрь апоферритина через 6 каналов, имею- щихся в сфере, преимущественно в двухвалентном виде, после чего окисляется до трехвалентного состояния. Степень насыще- ния ферритина железом составляет в среднем 2000 атомов на молекулу. Создание радиоиммунологических методов определения ферритина позволило обнаружить этот белок и в сыворотке крови, где он, по-видимому, выполняет функцию транспорта железа от ретикулоэндотелиальных к паренхиматозным клет- кам печени [Петров В. Н., 1982]. Апоферритин способен в при- 7—568 97
сутствии кислорода катализировать окисление Fe2+ в Fe3+. Об- ратная реакция — восстановительная мобилизация железа фер- ритина — катализируется NADFH-зависимой оксидоредукта- зой, в результате чего повышается всасывание железа в кишеч- нике. Радиоиммунологическое определение ферритина сыворот- ки крови является удобным тестом для выявления дефицита железа в организме и хорошо коррелирует с печеночными запа- сами этого белка. Гемосидерин — бурое аморфное вещество, содержащее 26— 37% железа от его массы. Полагают, что гранулы гемосидери- на являются крупными агрегатами молекул ферритина, частич- но подвергнутого протеолизу. Он также нерастворим в воде. Относительное содержание обоих соединений в тканях зависит от общего количества резервов железа. При содержании в пе- чени железа более 2000 мг/кг в ней начинает преобладать ге- мосидерин. В желудочном соке обнаружен железосвязывающий белок, получивший название «гастроферрин», содержание которого снижается при дефиците железа и увеличивается при его нор- мальном и повышенном поступлении с пищей. Существует ги- потеза, что этот белок принимает участие в регуляции всасыва- ния железа, однако она недостаточно подкрепляется фактами [Underwood Е„ 1977]. Сидерохромы — железосодержащие красно-бурые водораст- воримые метаболиты бактерий. Они включают серию антибио- тиков-сидеромицинов (альбомицин, ферримицин, даномицин и др.) и класс соединений, обладающих свойствами факторов роста для ряда микроорганизмов, сидераминов (феррихром, копроген, ферриоксамин, феррихризин, феррирубин и др.). Си- дерамины конкурентно ингибируют сидерохромы катехолатного типа, синтезируемые анаэробами, и гидроксаматного типа, син- тезируемые аэробными микроорганизмами. Основная функция сидерохромов — обеспечение микробных клеток железом. В ус- ловиях дефицита железа микроорганизмы усиленно продуциру- ют сидерохромы. Вирулентность микроорганизмов, нуждающих- ся в железе главным образом для синтеза железосеропротеи- дбв и цитохромов, в значительной степени зависит от способности их сидерохромов успешно конкурировать с сиде- рофилинами организма хозяина за присутствующее в тканях железо. Обмен железа. Гомеостаз железа обеспечивается в пер- вую очередь регуляцией его всасывания в связи с ограниченной способностью организма к выделению этого элемента. Сущест- вует выраженная обратнаяз ависимость между обеспеченностью железом и его всасыванием в пищеварительном тракте,; меха- низм которого недостаточно изучен. Гипотеза «мукозного бло- ка», согласно которой усвоение железа регулировалось уровнем ферритина в клетках слизистой оболочки, не нашла экспери- ментального подтверждения. Всасывание железа зависит от: 1) возраста, обеспеченности 98
организма железом, состояния здоровья; 2) состояния желу- дочно-кишечного тракта; 3) количества и химических форм поступающего железа и 4) количества и форм прочих компо- нентов рациона. У животных с однокамерным желудком вса- сывание железа происходит главным образом в двенадцатипер- стной кишке преимущественно в двухвалентной форме, хотя известны и соединения трехвалентного железа, обладающие бо- лее высокой биологической доступностью, чем некоторые фер- роформы. Всасыванию негемового железа предшествует, по- видимому, распад его координационных соединений, тогда как гемовое железо всасывается в составе порфиринового макро- цикла. Для оптимального всасывания железа необходима нор- мальная секреция желудочного сока. Прием соляной кислоты способствует усвоению железа при ахлоргидрии. Пищевые компоненты. Аскорбиновая кислота, вос- станавливающая железо и образующая с ним хелатные комп- лексы, повышает доступность этого элемента, так же как и другие органические кислоты. Другим компонентом рациона, улучшающим всасывание железа, является «фактор животно- го белка». Опыты с радиоактивным железом свидетельствуют о его лучшем усвоении в составе рационов, богатых белком жи- вотного происхождения, по-видимому, в результате образования легко усвояемых комплексов железа с аминокислотами и в первую очередь со свободным или пептидно-связанным цистеи- ном [Morris Е. R., 1987]. Улучшают всасывание железа про- стые углеводы — лактоза, фруктоза, сорбит, а также такие аминокислоты, как гистидин, лизин и упомянутый выше цисте- ин, образующие с железом тридентатные хелаты. Десферриоксамин — бактериальный сидерофор — является мощным ингибитором всасывания железа и может быть ис- пользован при лечении сидерозов. Всасывание железа угнета- ется фитином при условии, если образуются 2—4-замещенные фитаты железа. Однозамещенный фитат, образующийся при избытке в пище фитина, обладает хорошей усвояемостью. Уг- нетение всасывания негемового железа пшеничными отрубями, по мнению ряда авторов, объясняется его связыванием фити- ном, хотя есть данные, что в отрубях присутствуют и другие компоненты, затрудняющие всасывание этого элемента, как, например, клетчатка [Simpson К. М. et al., 1981]. Всасывание железа угнетается соевым белком и фосфатами, а также при поедании глины, чем, по-видимому, объясняются анемии, на- блюдаемые при геофагии. Всасывание железа снижают такие напитки, как чай и кофе, полифенольные соединения которых прочно связывают этот элемент. В этой связи было предложе- но использовать чай для профилактики повышенного усвоения железа при талассемии [De Alcorn Р. A. et al., 1979]. Заболевания. Большое влияние на усвоение железа оказывают различные заболевания. Оно усиливается при недо- статочности железа, при анемиях (гемолитической, апластичес- кой, пернициозной), гиповитаминозе Вй и гемохроматозе, что 7 99
объясняется усилением эритропоэза, истощением запасов железа и гипоксией [Morris Е. R., 1987]. Снижение усвоения этого элемента отмечено при трансфузионной полицитемии в резуль- тате перегрузки организма железом, а также при дефиците ме- ди и никеля у крыс [Nielsen F. Н., 1987]. Поступление в энтероцит. Большинство современ- ных представлений о процессах всасывания железа в кишечни- ке отводит центральную роль двум видам трансферрина — му- козному и плазменному, между которыми имеются различия в иммуннохимических свойствах и устойчивости к протеолитиче- скому действию трипсина [Ward J. Н. et al., 1984]. Из всех предложенных вариантов экспериментально наиболее 'обосно- ван взгляд, что мукозный апотрансферрин секретируется энте- роцитами в просвет кишечника, где он нагружается железом, после чего проникает в энтероцит. В нем он освобож- дается от железа, после чего возвращается к исчерченной ка- емке и вступает в новый цикл [Huebers Н. et al., 1983]. Источ- ником мукозного трансферрина является, однако, не сам энте- роцит, в котором не удалось обнаружить трансферриновую мРНК, а, по-видимому, печень, из которой этот белок посту- пает в кишечник с желчью [Jdzerda R. L. et al., 1986]. На ба- зальной стороне энтероцита мукозный трансферрин отдает же- лезо своему плазменному аналогу. Путем применения таких современных методов, как изоли- рованные энтероциты и пузырьки мембраны исчерченной каем- ки (ПМИК), было установлено, что первоначальное поступле- ние железа в эпителий слизистой оболочки является пассивным процессом, не требующим затраты энергии, но зависит от ве- личины pH, температуры и ингибируется реагентами, образую- щими хелаты с этим элементом пропорционально их концент- рации. Немногим более половины железа, всосавшегося в изо- лированные энтероциты, оказывается связанным мембраной исчерченной каемки [Savin М. A., Cook J. D., 1980]. Поступле- ние железа в ПМИК характеризуется кинетикой насыщения, свидетельствующей о существовании специфического перенос- чика для этого элемента, находящегося под биологическим контролем. После поступления в энтероцит железо включается в систему внутриклеточного транспорта, переносящую его в базальный отдел клетки и оттуда в плазму крови. В цитозоле энтероцита некоторое количество железа включается в ферри- тин, большая часть его теряется при слущивании клеток сли- зистой оболочки, происходящем каждые 3—4 дня, и лишь не- большая часть переходит в плазму крови. Железо может посту- пать в энтероцит и из крови, о чем свидетельствует наличие ферритина в бокаловидных клетках и макрофагах слизистой оболочки, которая таким образом может служить и местом его выделения. Гемовое железо, поступившее в энтероцит, отщеп- ляется от гема гемоксигеназой слизистой оболочки. Перед включением в ферритин или трансферрин двухвалентное желе- зо превращается в трехвалентное. Этот процесс осуществляет- 100
ся, по-видимому, ксантиноксидазой слизистой оболочки, кото- рая в этом отношении активнее церулоплазмина. Наиболее интенсивное всасывание железа происходит в про- ксимальных отделах тонкой кишки, т. е. в двенадцатиперстной, тощей, и отсутствует в подвздошной кишке. Регуляция всасы- вания железа достигается, видимо, за счет синтеза мукозного трансферрина, концентрация которого в энтероцитах при де- фиците железа возрастает, и прямо коррелирует с всасыванием 59Fe из изолированной петли двенадцатиперстной кишки. Еще лучше коррелирует с ним отношение мукозного трансферрина к ферритину. Гуморальные факторы, по-видимому, не оказыва- ют влияния на процессы усвоения железа [Morris Е. R., 1987]. Поступление в ткани. У здорового человека в сутки синтезируется около 10,6 мг трансферрина на 1 кг массы тела. Распад трансферрина происходит в печени после его десиали- рования и связывания галактозоконцевыми рецепторами гепа- тоцитов. Константа связывания железа трансферрином очень высока, составляет 1024 М-1, в связи с чем в 1 л крови присут- ствует менее одного свободного иона этого элемента. Трансфер- рин доставляет железо тканям, имеющим специфические ре- цепторы. Он необходим для культивирования клеток в средах в отсутствие сыворотки крови. Применяемый для диагностики опухолей 67Ga активно связывается трансферрином и перено- сится им на мембранные рецепторы опухолевых клеток [Seph- ton R. G., Harris A. W„ 1981]. Включению железа в клетку предшествует связывание трансферрина специфическими мембранными рецепторами, при утрате которых, как, например, у зрелых эритроцитов, клетка теряет способность поглощать этот элемент. Количество желе- за, поступающего в клетку, прямо пропорционально числу мембранных рецепторов. Рецепторы трансферрина, выделенные из ретикулоцитов, плаценты человека, Т-лимфоцитов, культуры фибробластов, опухолевых клеток являются гликопротеидами, образованными двумя субъединицами с молекулярной массой около 90 000 каждая. Ретикулоциты человека могут содержать до 300 000 рецепторов на одну клетку, а клетки хронического миелолейкоза человека К562 — до 1 млн [Schulman Н. М. et al., 1981]. Используя флюоресцентную метку, удалось показать, что трансферрин, связанный рецептором, поступает внутрь клетки путем эндоцитоза, где он обнаруживается в лизосомной фракции. В клетке происходит высвобождение железа из транс- феррина, чему способствует, по-видимому, кислая среда. Затем апотрансферрин возвращается в циркуляцию. Повышение по- требности клеток в железе при их быстром росте или синтезе гемоглобина ведет к индукции биосинтеза рецепторов трансфер- рина и, напротив, при повышении запасов железа в клетке чис- ло рецепторов на ее поверхности снижается. Внутриклеточный транспорт. Железо, высвобо- дившееся из трансферрина, связывается специфическим бел- ком с молекулярной массой около 60 000 или ферритином, ко- 101
торне доставляют железо в митохондрии, где оно включается в состав гема с участием феррохелатазы. Роль трансферрина как переносчика железа на митохондрии экспериментально не доказана [Romslo I., 1980]. Помимо синтеза гема, двухва- лентное железо используется в митохондриях для синтеза же- лезосерных центров. Имеются также данные, что перенос же- леза от трансферрина к ферритину и митохондриям может осу- ществляться полифосфатами [Konopka К. el al., 1981]. Кинетикд обмена железа. Как показывают ферро- кинетические исследования, в организме происходит системати- ческое перераспределение железа. В количественном отноше- нии наибольшее значение имеет метаболический цикл: плаз- ма-*-красный костный мозг-*-эритроциты-> плазма. Кроме то- го, функционируют циклы: плазма->• ферритин, гемосидерин-*• плазма и плазма-*-миоглобин, железосодержащие фермен-. ты->• плазма. Все эти три цикла связаны между собой через железо плазмы (трансферрин), которое регулирует распреде- ление этого элемента в организме. Обычно более 70% плазменного железа поступает в кост- ный мозг [Bothwell Т. Н. et al., 1979], хотя у беременных зна- чительная часть его направляется в плаценту. За счет распада гемоглобина в сутки освобождается около 21—24 мг железа, что во много раз превышает поступление железа из пищеваритель- ного тракта (1—2 мг/сутки). Более 95% железа поступает в плазму из системы мононуклеарных фагоцитов (СМФ), кото- рые поглощают путем фагоцитоза более 10й старых эритроци- тов в сутки. В опытах с эритроцитами, меченными s9Fe, прове- денными в культуре перитонеальных макрофагов мыши, пока- зано, что железо эритроцитов или комплекса трансферрин —• антитело поступает в плазму в виде ферритина, новообразован- ного трансферрина или комплекса гем — гемопексин, причем последний образуется в условиях, когда гемоксигеназа не ус- певает высвободить железо из порфиринового макроцикла [Kleber Е. Е. et al., 1978]. Железо, поступившее в клетки СМФ, либо быстро возвращается в циркуляцию (лабильный пул) (Т1/2—34 мин), либо откладывается про запас (стабиль- ный пул). Его Ti/а составляет 7 дней. У взрослого человека плазма крови транспортирует в сутки 25—40 мг железа, хотя одновременно его общее количество в полном объеме плазмы не превышает 3—4 мг. Это железо име- ет довольно короткий период полувыведения (Ti/2 составляет 90—100 мин) [Morris Е. R., 1987]. Меченый гемоглобин обна- руживается в периферической крови через 4—8 ч после введе- ния 59Fe, а спустя 1—2 нед в циркуляции присутствует 70— 100% введенного изотопа. Промежуточный обмен железа связан в первую очередь с процессами синтеза и распада гемоглобина, в которых цент- ральную роль играет СМФ. У взрослого человека в костном мозге железо трансферрина с помощью специфических рецеп- торов включается в нормобласты и ретикулоциты, использую- 102
ющие его для синтеза гемоглобина. Вместе со зрелыми эрит- роцитами они составляют эритрон, который содержит около 3000 мг железа всего организма. Гемоглобин, поступающий в плазму крови при распаде эритроцитов, специфически связы- вается гаптоглобином, что предупреждает его фильтрацию че- рез почки. Гем из этого комплекса отщепляется в печени, пос- ле чего 0-цепь гаптоглобина осуществляет протеолиз глобино- вой части молекулы. Свободный гем транспортируется в плаз- ме другим белком — гемопексином. После распада порфирина железо снова связывается трансферрином и вступает в новый цикл. В прочие ткани трансферрин доставляет в 4 раза мень- шее количество железа, что составляет около 6 мг/сутки, и столько же примерно поступает из них в плазму крови. Общее количество тканевого железа составляет около 125 мг, из ко- торых основная часть приходится на долю миоглобина. Печень содержит около 700 мг железа, представленного преимущест- венно ферритином, а другие органы СМФ — около 300 мг [Петров В. Н„ 1982J. Железо выделяется из организма в основном путем слущи- вания эпителия слизистой оболочки и с желчью. Оно теряется также с волосами, ногтями, мочой и потом. Общее количество выделяемого таким образом' железа составляет у здорового мужчины 0,6—1 мг в сутки, а у женщин репродуктивного воз- раста немногим более 1,5 мг. Такое же количество железа ус- ваивается из съедаемой пищи, что составляет 5—10% от его общего содержания в рационе. Железо из животной пищи ус- ваивается в несколько раз лучше, чем из растительной. Железодефицит (гипосидероз) — один из наиболее распро- страненных МТОЗов человека. Формы его клинического выра- жения крайне разнообразны и варьируют от латентных состоя- ний, проявляющихся только под влиянием дополнительных неблагоприятных факторов (неадекватное питание, инфекции и др.), до тяжелых прогрессирующих заболеваний, способных привести к типичным органным и тканевым повреждениям, значительному ослаблению жизненных сил организма, стойкой потере трудоспособности и, наконец, к летальному исходу. От- сутствие своевременного диагноза и специфического лечения ухудшает прогноз. Становление понятия о гипосидерозе проходило с преодоле- нием многих ошибочных взглядов, в частности, на природу хло- роза, ранее довольно распространенного, главным образом у девушек, анемического состояния, сочетающегося с зеленова- тым цветом лица. Причиной хлороза без достаточных основа- ний считали эндокринные расстройства. В настоящее время благодаря установлению этиологии железодефицитных состоя- ний клинический диагноз хлороза не регистрируется. Большое значение для углубления понимания алиментар- ных железодефицитных состояний имели исследования М. В. Schmidt (1928), которому удалось воспроизвести этот патологический процесс у мышей. Только осторожность удер- 103
жала его от распространения этого понятия на патологию че- ловека. Еще большее значение имело открытие L. Heilmeyer и соавт. (1936) низкого уровня железа в крови у всех больных анемиями, которые давали положительную реакцию в ответ на лечение железосодержащими препаратами. У больных анеми- ей, рефрактерных к препаратам железа, напротив, уровень содержания этого МЭ в крови был нормальным или даже вы- соким. В дальнейшем был установлен и другой важный факт, что при железодефицитных анемиях парентерально введенное железо очень быстро исчезало из крови, а при других формах малокровия поглощение железа крови тканями происходило значительно медленнее. Эти наблюдения нашли полное под- тверждение и до сих пор используются в клинической диагнос- тике железодефицитных состояний. Сведения об их распространенности многочисленны, но не всегда сопоставимы, так как часть авторов учитывают только показатели крови, в то время как действительно широко рас- пространенные и практически важные железодефицитные ане- мии являются далеко не единственным проявлением гипосиде- роза. Наиболее надежны данные ВОЗ (1959), которые свиде- тельствуют о почти повсеместном распространении гипосидеро- за, причем частота его в различных популяциях колеблется от 20 до 95%. В Индии и в некоторых частях Африки более 50% населения страдают анемиями и от 10 до 40% материнской смертности во время беременности и родов связано с анемия- ми [Menon К., 1958]. По более новым данным ВОЗ (1977), более половины детей на планете страдает анемиями, большая часть которых относится к железодефицитным. Не ставя перед собой задачи полной характеристики рас- пространения анемических и неанемических форм гипосидеро- за на Земном шаре, подчеркнем только, что эти патологичес- кие состояния и заболевания встречаются не только в разви- вающихся странах. В частности, по данным V. F. Fairbanks и Е. Beutler (1977), не менее 18 млн жителей США страдают ги- посидерозом. В это число вошли только больные, обратившие- ся за медицинской помощью. Он распространен среди лиц мо- лодого возраста, причем в группе 14—16-летних он чаще реги- стрируется у девочек. Более высокая частота гипосидероза у девушек отчетливо заметна уже в возрасте от 17 до 20 лет и резко преобладает у женщин от 30 до 39 лет. Эти данные пра- вильно характеризуют частоту анемических состояний в раз- личных возрастных группах у лиц женского пола, но не отра- жают всех форм гипосидероза, при котором, как показали бо- лее новые наблюдения, часто встречаются другие, типичные органные и тканевые поражения. По мнению I. Bernat (1983), при железодефиците страдает весь организм, а гипохромная анемия — это поздняя стадия болезни (рис. 15—18). Отдельные признаки гипосидероза не- специфичны и выражаются в легкой утомляемости, головных болях, повышенной возбудимости или, напротив, депрессии. 104
Рис. 15. Гипохромные эритроциты при железодефицитной анемии. Резкое уменьшение толщины эритроцитов до 1—2 мкм, анизо- и пойкилоцитоз [Win- trobe М. М., 1967]. Рис. 16. Массивные отложения железа в митохондриях. Приобретенная сиде- робластная анемия [Bernat I., 1971].
а в б Рис. 17. Различные формы отложения железа в ретикулярных клетках костно- го мозга. а — мелкие гранулы железа в макрофаге здорового человека; б — небольшие глыбки же- леза при гемолитической анемии; в — крупные глыбки железа при хронических инфек- ционных болезнях и злокачественных опухолях [Heilmeyer L., 19681. Рис. 18. Эритробластный островок в мазке костно- го мозга. Центрально рас- полагается ретикулярная клетка с железосодержа- щими гранулами, окру- женная эритробластами [Bernat I., 1971]. Вслед за этим развиваются тахикардия, поверхностное дыха- ние, боли в области сердца, головокружения и склонность к обморокам. У многих больных наблюдаются гастроинтести- нальный дискомфорт, отсутствие или извращение аппетита. В том числе имеют место и такие признаки, как геофагия, пагофагия (поедания льда), амилофагия (поедания крахмала) 106
и др. Они получили общее название «pica sideropenica». Более 'новые исследования установили, что поедаемые вещества или объекты не содержат высоких количеств железа и таким обра- зом поглощение их нельзя трактовать как попытку аутокоррек- ции дефицита железа. Ответ на природу этих необычных вле- чений надо искать в нарушениях невропсихической сферы и в выяснении роли дефицита железа, а также цинка в патофизио- логии вкусовых потребностей. J. Н. Ward и соавт. (1984) опи- сали 2 детей, глотавших волосы. У них был обнаружен дефи- цит железа. После лечения препаратами железа трихофагия прошла. Сравнительно редким симптомом гипосидероза явля- ется кожный зуд, который также поддается терапии железосо- держащими препаратами. В настоящее время общепринято, что диагноз железодефи- цитных состояний надо ставить до развития полной картины заболевания, т. е. до возникновения гипохромной анемии. К со- временным методам относится определение концентрации же- леза и трансферрина в сыворотке крови, а также процента насыщения трансферрина. К этой триаде надо добавить изме- рение концентрации ферритина в сыворотке крови, которое является ранним и надежным диагностическим тестом, в доста- точной степени отражающим запасы железа в организме (табл. 10). Дополнительным диагностическим тестом для рас- познавания гипосидероза считается определение концентра- ции свободного эритроцитарного протопорфирина. Путем изу- чения магнитной восприимчивости можно установить содержа- ние железа в печени [Brittenham G. М. et al., 1984J. Традиционные гематологические анализы имеют важное ориентирующее значение при сопоставлении с опубликованны- ми нормативными данными. Так, средняя концентрация гемо- глобина у мужчин в норме составляет 165 г/л, у женщин — 145 г/л, у женщин на 8-м месяце беременности—130 г/л, у де- тей от 6 до 12мес— 120 г/л (сводные данные литературы, цит. по Bernat I., 1983). Если данные анализа крови указывают на гипохромную анемию, то диагноз железодефицитного состояния наиболее вероятен, но он должен быть уточнен определением степени его выраженности и наиболее вероятных причин. Сре- ди последних важное место занимают кровопотери при менор- рагиях, кровоточащих язвах желудка и двенадцатиперстной кишки, варикозе вен пищевода, опухолях пищеварительного тракта, изъязвленных полипах, регионарном илеите, при теле- ангиэктазиях, ущеплении части желудка в диафрагмальной грыже, тяжелой глистной инвазии анкилостомами, непарным власоглавом и другими гельминтами. Существуют и другие причины, вызывающие постгеморрагическое железодефицитное состояние, поиск их должен быть настойчивым и целенаправ- ленным. Если повторные носовые кровотечения и гематурия широко известны, то этого нельзя сказать о кровопотерях при легочном гемосидерозе у детей и подростков, а также о ла- тентном или манифестном гипосидерозе постоянных доноров, 107
Таблица 10 Некоторые показатели метаболизма железа у здоровых лиц и при нарушенном эритропоэзе (синтезе гемоглобина) [Bernat I., 1983] Показатель метаболизма железа НсУрма Гипосидероз Инфекцион- ная, опухо- левая ане- мия Нарушение синтеза гема и глобииа Железо плазмы (PIFe), 115 <70 <70 >180 мкг/дл (80—150) (20—50) (20—65) (180—300) Общая железосвязываю- 320 >360 200 250 щая способность плаз- (290—350) (360—550) (80—280) (200—360) мы, мкг/дл Коэффициент насыще- 32 <25 <25 ~100 НИЯ, % Содержание железа в (30—40) (5—25) (10—35) (70—100) + 0 ++ +++ ретикулярных клетках костного мозга Сидеробласты, % 30 3 10 80 Кривая нагрузки перо- (20—50) 80—150% (0-5) Крутая (5-15) Ровная (50—90) Ровная ральным железом (повыше- (>250% по- (низкая (высокая Абсорбции радиоактив- ного железа из желудоч- но-кишечного тракта, % Содержание железа в моче после внутривен- ной нагрузки 100 мг же- леза, мг/24 ч Содержание железа в ние) 25—35 4,5—5,5 0,5—1 вышение) 30—60 0,9—4,5 0,1—0,5 PIFe нато- щак; <50% повышение) 10—25 5—15 1—8 PIFe нато- щак; <50% повышение) 1—20 моче после внутримы- шечной инъекции 500 мг десферриоксиамина, мг/24 ч Сывороточный ферритин, мкг/л: мужчины женщины Средние значения Крайние значения Экскреция S7Co, % от дозы 100—120 35 12—300 4—11 <10—12 >12 Более 100 <П Более 100— 1000 которые сами недооценивают важность многократных крово- потерь для их здоровья. По мнению I. Bernat (1983), нельзя сдавать более 1 л крови в год. Слизистая оболочка полости рта и языка при сидерозе обычно отличается сухостью. Красная кайма губ имеет неров- ную поверхность, с трещинами. Хейлоз в сочетании с болез- ненными влажными трещинами в углах рта (с гиперкератозом или без него встречается у 15% больных с дефицитом железа) [Chisholm М., 1973]. Изменения и болезненность ящчка регист- 108
рируются в 50% всех случаев тяжелого, хронического гипоси- дероза. Путем изучения биоптатов слизистой оболочки языка устанавливают атрофию нитевидных сосочков. Она может рас- .спространиться на всю поверхность языка, делая ее гладкой, й иногда и блестящей. После лечения препаратами железа язык приобретает нормальный вид. Эпителий слизистой обо- лочки щек отличается патологической тонкостью, количество митозов в нем увеличено, а диаметр клеток по сравнению с нормой уменьшен. Эти изменения могут быть одной из причин возникновения повреждений и небольших кровотечений. По- скольку атрофический процесс может распространяться на глотку и всю слизистую оболочку гортани и голосовые связки, могут наступить выраженные нарушения в виде охриплости и даже полной утраты голоса. Два таких наблюдения при хро- ническом гипосидерозе, начавшемся еще в детском возрасте, приводит I. Bernat (1983). Морфологический субстрат сидеро- пенической афонии пока охарактеризован только ларингоско- пически и ограничивается атрофией и недостаточной подвиж- ностью средней трети голосовых связок. Одним из важнейших проявлений гипосидероза является сидеропеническая дисфагия, или синдром Пламмера — Винсо- на, частота которого колеблется от 5 до 20%. Он встречается как при латентной форме гипосидероза, так и при железоде- фицитной анемии и выражается клинически в чувстве жжения в regio postcricoidea или в ощущении застревания пищи. Начи- ная с 30-х годов, установлено, что причиной этого синдрома является истинное сужение пищевода за счет очагового мем- бранозного воспаления, которое может распространяться и на мышечный слой пищевода. Слизистая оболочка пищевода тон- кая, бледная, сухая, может кровоточить. Рентгенологические признаки этого процесса изучены рядом скандинавских авто- ров, а также С. С. Даниленко (1950) и особенно тщательно I. Bernat (1966). Постоянным местом сужения является крико- фарингиальная зона пищевода. Под влиянием специфической терапии препаратами железа сидеропеническая дисфагия исче- зает, но это не всегда сопровождается рассасыванием очагов воспаления. Важно подчеркнуть, что сидеропеническая дисфа- гия является предраковым состоянием и заканчивается возник- новением рака в 4—16%' [Chisholm М., 1973J. Со времени опубликования этих наблюдений они были многократно под- тверждены, причем показано, что локальные симптомы со сто- роны пищевода должны вызвать определенную онкологическую настороженность, особенно если дефицит железа был поздно диагностирован и больные не подвергались лечению. Важным проявлением гипосидероза является сидеропениче- ский ринит, называемый в широких медицинских кругах атро- фическим. Основополагающие работы по этому вопросу при- надлежат венгерскому гематологу I. Bernat (1965), который не только показал, что подавляющее большинство больных си- деропеническим ринитом излечиваются или получают облегче- 109
ние (в 30% случаев) после терапии препаратами железа, но и воспроизвел этот патологический процесс у мышей, тщатель-/ но изучил его патоморфологию и пришел к заключению, что возникновение тяжелого дефицита железа во внутриутробном периоде и в раннем детском возрасте ведет к определенным конституционным изменениям черепа. Иногда на фоне этих изменений возникает зловонный насморк (озена). Сидеропени- ческая атрофия слизистой оболочки носа распространяется на придаточные полости и ведет к истончению соответствующих костных структур. Эти наблюдения и эксперименты, под- тверждающие более ранние наблюдения F. Reimann (1955), позволили утверждать, что некоторые конституционные особен- ности лица и черепа больных озеной являются не наследствен- ными, а приобретенными и вызваны внутриутробным дефици- том железа. Особенностью многих больных озеной является их внешнее сходство, обусловленное брахицефалическим и «мно- гоугольным» черепом, выступающими лбом и скуловыми костя- ми, а также характерными чертами лица. На секции установ- лено уменьшение спонгиозной части костей черепа, а также истончение его кортикального слоя. I. Bernat (1983) предлагает называть характерные измене- ния лица и черепа, возникшие вследствие внутриутробного де- фицита железа, следующими медицинскими терминами: «гипо- сидерозный череп» и «гипосидерозное лицо», которыми целе- сообразно пользоваться в клинической диагностике железоде- фицита. В последние годы увеличился интерес к клинической харак- теристике железодефицитных анемий. В 1983 г. П. М. Альпе- рин и Ю. Г. Митерев предложили новую классификацию их. Они выделяют: 1) постгеморрагические, 2) нутритивные (али- ментарные) анемии, 3) анемии при повышенном расходе желе- за в организме (например, при беременности, лактации, росте и созревании), 4) железодефицитные анемии при исходно не- достаточном уровне железа, 5) железодефицитные анемии при его недостаточной резорбции (например, постгастрорезекцион- ные, агастральные, анентеральные), 6) при перераспределении железа в результате инфекции, при воспалительных и опухо- левых процессах, 7) при нарушениях транспорта железа (на- пример, гипотрансферринемические и атрансферринемические). В основу предложенной классификации положены механиз- мы, которые могут вызвать дефицит железа. Однако не все ее пункты одинакового удачны. В частности, в пункте 6 основной акцент делается на перераспределении железа в результате инфекций, воспалительных и опухолевых процессов. Следует напомнить, что эти процессы очень разнообразны и в них участвуют различные патогенетические механизмы. В частно- сти, при опухолях в организме появляется особый белок, спо- собный поглощать железо. Недавно открыты и особые штаммы кишечных палочек, обладающие повышенной сидерофиль- ностью. ПО
В пункте 7 классификации, где речь идет о нарушениях транспорта железа, имеется в виду только дефицит трансфер- рина. По-видимому, следовало бы упомянуть и о возможности блокады или другой формы неполноценности клеточных рецеп- торов железа. Не исключается, что этот механизм возникнове- ния железодефицитной анемии заслуживает отдельной руб- рики. При длительном течении железодефицитной анемии процесс не ограничивается гиперплазией эритроидного ростка, но соче- тается также с нарушением эритропоэза. Большое значение в патогенезе ферментативных нарушений во внутренних органах и в ЦНС имеет анемическая гипоксия. В условиях Севера железодефицитные состояния, в том числе и анемии, встречаются особенно часто. А. Г. Марачев и А. Л. Жаворонков (1987) выделяют акклиматизационный де- фицит железа у детей и взрослых. Анемии, связанные с дефи- цитом железа в пище, регистрируются у детей, находящихся на однообразном молочном вскармливании. Железодефицит- ные состояния новорожденных могут быть связаны с соответ- ствующим состоянием матери. Этот дефицит может носить относительный характер, что связано с перераспределением данного элемента в организме, пораженном инфекциями и гельминтами. Железодефицитные анемии (главным образом у детей) распространены также среди населения высокогорных и среднегорных районов и имеют свои клинические особенности [Миракплова А. М., 1986]. Избыточное содержание железа в организме, как указыва- лось, носит название «сидероз» или «гиперсидероз». Он может иметь местный и генерализованный характер. Экзогенный сидероз нередко наблюдается у шахтеров, уча- ствующих в разработке красных железных руд, и у электро- сварщиков. Сидероз шахтеров может выражаться в массивных отложениях железа в ткани легких. Местный сидероз встреча- ется при внедрении в ткани железных осколков. В частности, выделен сидероз глазного яблока с отложением гидрата окиси железа в цилиарном теле, эпителии передней камеры, хруста- лике, сетчатке и в зрительном нерве. Эндогенный сидероз чаще всего имеет гемоглобиновое про- исхождение и возникает в результате разрушения этого пиг- мента крови в организме. Гемосидерин представляет собой агрегат гидроокиси железа, соединенного с белками, гликоза- миногликанами и липидами. Гемосидерин образуется внутри клеток мезенхимной и эпителиальной природы. В. В. Серов и соавт. (1986) называют эти клетки сидеробластами. Очаговое отложение гемосидерина, как правило, наблюдается на месте кровоизлияний. От гемосидероза надо отличать тканевое «оже- лезнение», которое наблюдается при пропитывании некоторых структур (например, эластических волокон) и даже нейронов головного мозга коллоидным железом. Это имеет место при некоторых психических заболеваниях, в частности при болезни 111
Пика, некоторых гиперкинезах, а также при бурой индураций легких. ' Особой формой наследственных отложений гемосидерин^, возникающего из ферритина в результате изменения клеточно- го обмена, является гемохроматоз. При этом заболевании осо- бенно большие отложения железа наблюдаются в печени, под- желудочной железе, почках, в клетках СМФ, а также в сли- зистых железах трахеи, в щитовидной железе, эпителии языка и мышцах. Наиболее известен первичный, или идиопатический, гемохроматоз — наследственное заболевание, для которого ха- рактерны нарушение обмена железосодержащих пигментов, повышенное всасывание в кишечнике железа и накопление его в тканях и органах с развитием в них выраженных изменений. Важно подчеркнуть, что при гемохроматозе имеет место от- ложение большого количества гемосидерина, а также пигмен- тов, не содержащих железа (гемофусцина и меланина), внутри клеток паренхиматозных органов. Заболевают преимуществен- но мужчины с явлениями гипогенитализма и симптомах феми- низации. К ранним симптомам относится увеличение печени, к которому присоединяются сахарный диабет (за счет фиб- роза поджелудочной железы) и прогрессирующее потемнение кожи (бронзовый диабет). Нередко встречается тяжелое и быстро прогрессирующее поражение миокарда с увеличением размеров сердца и симптомами декомпенсации, обусловленной накоплением железа в миокарде и субэндокардиальным фиб- розом. Характерны поражения периферических нервов, а в терминальной стадии асцит, тромбоз сосудов печени и селе- зенки, печеночная кома, кровотечения из расширенных вен пищевода. У детей гемохроматоз может протекать в латентной форме. Характерны для гемохроматоза поражения эндокринной системы, с которым связаны признаки инфантилизма и гипо- плазии половой системы. В течение длительного времени наследственный гемохрома- тоз и другие формы гиперсидерозов рассматривались в качест- ве очень редких заболеваний. В последние 20 лет показано, что это не соответствует действительности, так как выяснилось зна- чительное разнообразие их клинических проявлений. Очень по- лезной оказалась клиническая классификация гиперсидерозов, предложенная J. Н. Dagg и соавт. (1971). Различают парен- химатозные формы гиперсидероза (с преимущественным отло- жением железа в клетках паренхимы), к которым относятся первичный наследственный гемохроматоз, сидероз при некото- рых видах цирроза печени, вторичный сидероз при портока- вальном анастомозе, сидероз при врожденной атрансферрине- мии, врожденный гиперсидероз, описанный L. Vitale и соавт. (1969). К преимущественно «ретикулоэндотелиальным» формам гиперсидероза относятся генерализованные отложения железа при хронических рефрактерных (к специфическому лечению) анемиях, гемолитических анемиях, многократных гемотрансфу- зиях, при избыточном парентеральном введении железа. При 112
широко распространенном в Южной Африке так называемом сидерозе банту отложение железа имеет более разнообразный Характер. К локальным формам гиперсидероза относятся: идиопатический гемосидероз легких, легочно-почечный синдром Гудпасчера и гемосидероз почечного происхождения, который выражается в ночной пароксизмальной гемоглобинурии. Наибольшие изменения претерпело понятие о наследствен- ном (идиопатическом) гемохроматозе. До 1955 г. в литературе было зарегистрировано только 1200 случаев этого заболевания. В настоящее время оно встречается значительно чаще. Обще- принято. что гемохроматоз проявляется циррозом печени, пиг- ментацией кожи, поражением суставов, кардиомиопатией и эндокринными нарушениями, включая сахарный диабет.'Боль- шая часть этих симптомов зависит от отложения значительных количеств железа в органах, однако они характерны только для конечной стадии заболевания, которая развивается через много лет. Наследственная природа гемохроматоза не вызыва- ет сомнения. Частота встречаемости генов гемохроматоза со- ставляет 0,05—0,07% при частоте гетерозиготности в популя- циях европейцев около 10% (состояние носительства), а забо- леваемости (гомозиготность)—от 0,3 до 0,5% [Ward J. Н. et al., 1984]. Очень важным методом лечения гемохроматоза является кровопускание. Оно предупреждает большинство осложнений. Однако под влиянием кровопусканий у больных гемохромато- зом не исчезают симптомы хондрокальциноза и гипогонадизма,, а также риск развития злокачественной гепатомы, которая встречается у 7—33% этих больных при наличии цирроза пе- чени. Вторичный гемохроматоз при циррозе печени встречается главным образом у мужчин, страдающих хроническим алкого- лизмом, часто употребляющих неполноценную по содержанию белков пищу. Это способствует развитию хронического панкре- атита, который в свою очередь ведет к более высокой абсорб- ции железа. Среди перечисленных выше форм гиперсидероза особое внимание привлекает сидероз банту. Он развивается у 40—88% аборигенов Южной Африки, преимущественно у мужчин. Это объясняется очень высоким содержанием железа в их пище. Значительное количество этого МЭ попадает из железных кот- лов для приготовления пищи. Особенно большое количество этого металла содержится в различных видах алкогольных на- питков, которые варятся в такой же посуде. Соответствующие подсчеты показали, что банту потребляют от 50 до 100 мг железа ежедневно только за счет пива домашнего приготовле- ния. Около 2—3% железа всасывается [Bothwell Т. Н. et al., 1979]. Пищевая перегрузка организма железом встречается и в других частях света. Например, в некоторых районах Италии вина очень богаты железом. Семейная перегрузка организма 8—568 ИЗ
Рис. 19. Массивные отложения железа в звездчатых макрофа'гоцитах печени яри синдроме Гудпасчера у мальчика 5 лет. Реакция Перлса с докраской кар- мином. Х400. Рис. 20. Резко выраженный гемосидероз селезенки при синдроме Гудпасчера у мальчика 5 лет. Реакция Перлса. Х640.
Рис. 21. Сочетание склероза клубочков (слева), облитерирующего гломерулита и интерстициальных лимфоидных инфильтратов при синдроме Гудпасчера у мальчика 5 лет. Окраска гематоксилином и эозином. Х400. железом в данных случаях не имеет наследственной обуслов- ленности и зависит от местных обычаев. Клиническая картина гемохроматоза в виде редкого исклю- чения развивается после перорального применения железосо- держащих препаратов. Редкая форма гиперсидероза — это синдром Гудпасчера, который представляет собой заболевание аутоиммунной при- роды. Антигеном, очевидно, являются белки базальных мем- бран легочных и гломерулярных капилляров. В клинической картине отмечаются кровохарканье, гематурия и анемия. В легких наблюдаются отложения гемосидерина. Болеют пре- имущественно лица старше 16 лет, но возможно развитие за- болевания у подростков и детей [Геллер А. И., 19691 (рис. 19—21). В 1947 г. А. И. Абрикосов впервые в СССР описал клини- ко-анатомическое наблюдение, относившееся к идиопатическо- му гемосидерозу легких (синдром Целена — Геллерстедта). Это преимущественно детское заболевание, характеризующие- ся повторными геморрагиями в легочную ткань и железодефи- цитной гипохромной анемией. Этиология этого заболевания не- известна, предполагается иммунный или аутоиммунный пато- генез. Ряд авторов [Strohmeyer G. et al., 1983] наряду с первичным гемохроматозом выделяют несколько вторичных форм, при ко- торых пигментный цирроз встречается в качестве осложнения 8* 115
талассемии, сидеробластической анемии, наследственного сфе- роцитоза, пиридоксинчувствительной анемии и др. Ятрогенные формы сидероза описаны в главе 9. 6.2. Медь Медь — один из важнейших незаменимых МЭ, необходи- мых для жизнедеятельности человека, животных и растений. В организме взрослого человека содержится 1,57—3,14 ммоль меди, причем половина этого количества приходится на мыш- цы и кости, a 10% на ткани печени. В частности, печень, мозг, сердце и почки содержат 0,230±0,014; 0,088 + 0,003; 0,052 + ±0,005; 0,33 + 0,006 ммоль/кг свежего вещества меди соответ- ственно. Небольшие количества этого элемента находятся в лег- ких, кишечнике, селезенке, коже и волосах. Все эндокринные органы содержат небольшие количества меди. В крови в сред- нем имеется около 100 мкг меди, причем в эритроцитах и лей- коцитах— 60 мкг. Значительная часть меди плазмы крови находится в церулоплазмине — важнейшем медьсодержащем белке. Медь найдена в супероксиддисмутазе эритроцитов и лейкоцитов [Шапошников А. М. и др., 1980]. Важно подчеркнуть, что концентрация меди в печени, мыш- цах и других тканях новорожденных в несколько раз выше, чем в соответствующих тканях взрослых. Медь плода имеет материнское происхождение, причем во время беременности ее всасывание у матери увеличивается, а выведение снижается. Только к 6—12 мес уровень тканевой меди у детей достигает уровня взрослого. Поступление меди с пищей должно составлять 2—5 мг (0,031—0,079 мкмоль) в сутки, причем суточное потребление менее 2 мг (0,031 мкмоль) опасно в связи с возможностью развития медьдефицитных состояний. Около 30% суточного по- ступления меди усиливается, а остальная медь в желудочно- кишечном тракте превращается в нерастворимые соединения, выводящиеся с калом. Из общего количества резорбируемой меди около 80% выводится с желчью и около 16% стенками желудочно-кишечного тракта. С мочой выделяется около 4% всосавшейся меди. Незначительное количество этого элемента выделяется с потом [Шапошников А. М. и др., 1980]. Основные процессы всасывания меди происходят в желудке ,и тонкой кишке, слизистая оболочка которой содержит метал- лотионеин, образующий комплексные соединения с медью. Пройдя через эпителий слизистой оболочки желудка и тонкой кишки или введенная внутривенно, медь связывается недавно открытым белком транскупреином [Weib К. С., Linder М. С., 1985] и альбумином в отношении 2: 1 соответственно и в меньшей степени аминокислотами, преимущественно гистиди- ном. Из плазмы крови человека в количестве около 200 нг/мл выделен также связанный с медью (или железом) трипептид — глицилгистидиллизин, ассоциированный с альбуминовой и а- 116
Глобулиновой фракцией. Этот трипептид образует тройной комплекс с медью и альбумином и обеспечивает поступление меди( и железа) внутрь клеток в нетоксичной и доступной для них форме. У плода функцию транспорта меди вместо альбу- мина выполняет а-фетоглобулин, имеющий близкую к альбу- мину первичную структуру. Ген а-фетоглобулина возник, по-ви- димому, в результате дупликации альбуминового гена [Frie- den Е., 1986]. Ключевую роль в обмене меди играют печень и ее основные структурные элементы — гепатоциты. Поступающая в них че- рез систему воротной вены медь связывается первоначально металлотионеином, найденным в печени человека и большинст- ва исследованных животных. Противоречивость данных о при- роде белка, связывающего медь в печени, объясняется его окислением в процессе выделения. Синтез металлотионеина регулируется содержанием цинка и меди в печени на уровне транскрипции мРНК. Тионеин выполняет функции детоксика- ции меди и ее внутриклеточного транспорта. Повышение со- держания меди может привести к амплификации тионеиновых генов и резкому повышению синтеза данного белка [Evans G. W., 1978]. Медь, первоначально связанная металлотионеином, в даль- нейшем включается в церулоплазмин, другие медьсодержащие ферменты и компоненты желчи. Церулоплазмин наряду со своими функциями оксидазы выполняет также роль транспорт- ного белка, переносящего медь на тканевые ферменты, в пер- вую очередь на цитохромоксидазу. В пользу такого допущения свидетельствуют эксперименты, показавшие, что единственным соединением меди, эффективно восстанавливающим активность цитохромоксидазы у крыс, испытывающих недостаточность ме- ди, является именно церулоплазмин. Важную роль в гомеоста- зе меди играют лизосомы гепатоцитов, удаляющие комплекс медь — тионеин из цитоплазмы. Последний превращается в них в водонерастворимую полимерную форму, ошибочно описанную ранее как митохондрокупреин. Лизосомы захватывают частич- но десиалированный церулоплазмин, который подвергается глубокому протеолизу и затем удаляется из гепатоцитов в желчные протоки. Большая часть асиалоцерулоплазмина ( — 70%), однако, поступает в желчь, минуя лизосомы. Кроме того, часть интактного церулоплазмина может поступать в желчь непосредственно из печеночных кровеносных сосудов через синусоиды между печеночными балками [Kressner М. S. et al., 1984]. Церулоплазмин, утративший сиаловую кислоту, немедленно узнается галактозоспецифическим рецептором гепатоцита и по- ступает внутрь клетки в результате эндоцитоза. Интересно, что рецепторы для церулоплазмина присутствуют и в клетках других тканей, например в миоцитах и эритроцитах. Из послед- них выделен специфический рецепторный белок с молекуляр- ной массой 60 000. Церулоплазмин, связанный этим рецепто- 117
Рис. 22. Метаболические изменения меди в гепатоците. ЖК — желчный капилляр; ЦП — церулоплазмин; TH — тионеин; Си — ак — Си — амино- кислота; ЭС— эндоплазматическая сеть. ром, обеспечивает эритроцитам заметную устойчивость к гемо- лизу [Frieden Е., 1984]. Содержимое лизосом после частичного протеолиза высво- бождается в желчные протоки, прилегающие к гепатоциту, и выводится наружу. Считается, что медь-тионеин с трудом под- дается действию протеолитических ферментов. Первоначально медь в желчных протоках находится в составе низкомолекуляр- ных соединений — комплексов с аминокислотами и желчными кислотами [Lewis A. J., 1973]; по мере продвижения в желчных ходах образует соединение с высокомолекулярными белками [Samuel A. R. et al., 1983] или конъюгатами билирубина [Мс Cullars G. М. et al., 1977], недоступными для обратного всасы- вания. Для гомеостаза меди существенное значение должна иметь скорость биосинтеза металлотионеина (рис. 22). Чем больше синтезируется этого белка, тем больше меди накапливается в клетке. Нарушение регуляции синтеза металлотионеина, ве- дущее к накоплению избытка меди в печени, происходит в первую очередь при некоторых генетических заболеваниях (см. ниже), а также под воздействием токсичных веществ, вызыва- ющих дерепрессию тионеиновых генов. К появлению избытка меди приводят также нарушения выделительной функции ли- зосом в результате дефектов мембран или цитоскелета. Следу- ет отметить, что любая задержка выделения меди из клетки приводит к индукции биосинтеза металлотионеина, создавая механизм порочного круга. Медь повреждает мембраны и ци- 118
Рис. 23. Обмен меди и церулоплазмина в гепатоците [Cousins R. J., 1985]. •ЛЭМ — лейкоцитарный эндогенный медиатор; ак — Си—-аминокислота — Си, ААА — по- ли-А-конец мРНК. тоскелет, что в свою очередь сопровождается дальнейшим на- коплением меди в клетке. Радиоактивная медь, обнаруживаемая в плазме в первые часы после ее перорального введения, рыхло связана с фрак- цией альбуминов, транскупреином и аминокислотами («пря- мая» медь). Через 2—3 ч после введения 65Си радиоактивность плазмы начинает понижаться, а затем снова возрастает, дости- гая второго максимума через 24 ч. Эта радиоактивность свя- зана уже главным образом с церулоплазмином. Синтез церулоплазмина происходит на рибосомах печени [Scheinberg I. Н., 1966]. В ней осуществляются по меньшей ме- ре три процесса: синтез самого церулоплазмина, депонирова- ние меди в составе металлотионеина и превращение меди в недиализируемую форму, выделяемую через желчь. Эти про- цессы происходят в пространственно разобщенных компартмен- тах (отсеках) ткани печени, причем между первым и вторым компартментом происходит непрерывный обмен «рыхло» свя- занной меди [Owen Е. С., 1980; Owen Е. С., Ludwig J., 19821 (рис. 23). В норме в организме человека ежедневно около 0,5 мг ме- ди включается в состав церулоплазмина и выделяется с жел- чью в виде труднодиализируемого соединения, почти не под- вергающегося обратному всасыванию [Farrer Р. A., Mistilis S. D., 1967]. У человеческого плода обратное всасывание меди, выделенной с желчью, по-видимому, имеет место, так как у недоношенных детей меконий в 2—3 раза и более богаче медью, чем у доношенных [Kleinbaum Н., 1962]. 119
Содержание меди в плазме регулируется нейрогуморальны- ми механизмами, причем неодинаково у человека и различных животных. У крыс, например, адреналэктомия ведет к повы- шению уровня меди в плазме крови, которое сохраняется даже через 10 мес после операции. Кортикостерон и тироксин вызы- вают снижение содержания меди в крови. У человека, напро- тив, отмечены повышение концентрации этого МЭ в крови при гипертиреозе и ее снижение при гипофункции щитовидной же- лезы. При даче эстрогенов или при ^физиологическом повышении их содержания в крови (например, при беременности) и ис- пользовании противозачаточных средств с эстрогенным дейст- вием повышается содержание меди в крови, связанное с ин- дукцией синтеза церулоплазмина. Повышение концентрации це- рулоплазмина при удалении гипофиза, надпочечников и щитовидной железы объясняется задержкой выделения меди с желчью, ведущей к повышению запасов меди в печени, что в свою очередь вызывает индукцию синтеза церулоплазмина [Henkin R. J., 1976]. Болевое раздражение, стрессовые ситуации и инфекционные заболевания вызывают повышение содержания в крови меди и церулоплазмина, действуя на обмен этого металла отчасти через нейрогуморальную систему. У человека и всех изученных видов животных преобладаю- щая часть поступающей в организм меди выделяется с калом. Большая часть этого МЭ, присутствующая в кале, является невсосавшейся медью пищи и меньшая часть — эндогенной медью, выделенной с желчью и стенками желудочно-кишечного тракта. Выделение меди с мочой, как уже отмечалось, весьма ог- раничено. У человека оно составляет в норме 20—60 мкг в сут- ки [Giorgio А. Р. et al., 1964; Schroeder Н. A. et al., 1966]. При болезни Вильсона — Коновалова, однако, количество меди, выделяемой с мочой, может достигать 1500 мкг в сутки. АКТГ и гормоны коры надпочечников повышают выделение меди с мочой, а адреналэктомия, напротив, ведет к снижению ее выде- ления почками. Медь участвует в биохимических процессах как составная часть электронпереносящих белков, осуществляющих реакции окисления органических субстратов молекулярным кислородом. Этой ролью она обязана своим особым свойством как переход- ного металла. Имея два обычных валентных состояния, она в зависимости от природы и расположения лигандов позволяет медьсодержащим белкам охватывать широкий интервал окис- лительно-восстановительных потенциалов, а также обратимо связывать кислород и окись углерода. Каталитические центры медьпротеидов могут быть одно- и двуядерными. Многие белки содержат по одному такому центру. Например, в галактозо- оксидазе присутствует одиночный одноядерный медный центр, а в тирозиназе — двуядерный. Ряд белков содержит четыре и 120
Таблица 11 Медьсодержащие ферменты животных и человека Ферменты Молекуляр- ная масса Функция Источник Церулоплазмин (КФ 1.16.3.1) 132 000 Окисление железа, биогенных аминов, транспорт меди Плазма крови жи- вотных и человека Супероксиддисмутаза (КФ 1.15.1.1) 32 000 Дисмутация супе- роксида Эритроциты, ткани животных Тирозиназа (КФ 1.1.18.1) 46 000 Гидроксилирова- ние тирозина Кожа, меланома, ткани животных Дофаминф-гидроксн- лаза (КФ 1.14.17.1) 290 000 Гидроксилирова- ние дофамина Кора надпочечни- ков крупного ро- гатого скота, плаз- ма крови человека Аминоксидаза, бензил- 180 000— Окисление первич- Плазма крови, аминоксидаза, спермино- ксндаза, гистаминаза и др. (КФ 1.4.3.6) —195 000 ных аминов почки Аминоксидаза (лизилок- 30 000— Окисление Плацента челове- сидаза) (КФ 1.4.3.6) (КФ 1.4.3.4) —60 000 6-аминогруппы лизина ка, аорта, хрящ человека и живот- ных Цитохромоксидаза (КФ 1.9.3.1) 140000 Терминальное окисление Митохондрии жи- вотных и человека Уратоксидаза 112 000— Окисление моче- Печень, почки мле- (КФ 1.7.3.3) —125 000 вой кислоты в ал- лантоин копитающих (у че- ловека отсутству- ет) более ионов меди, входящих в состав центров обоих типов, их характеризует необычно интенсивная голубая окраска, благо- даря которой они получили название голубых или мультимед- ных оксидаз. Медь в этих оксидазах с учетом лигандного ок- ружения бывает трех типов: 1) интенсивно голубая, обнаружи- ваемая ЭПР, 2) неголубая, обнаруживаемая ЭПР, и 3) него- лубая, не обнаруживаемая ЭПР (табл. 11). Медьсодержащие аминоксидазы с одноядерным медным центром катализируют общую реакцию: R'CH2NR2 + + O2 + H2O->R!CHO + HNR2 + H2O2. Они широко распростране- ны в природе. В связи с тем что аминоксидазы животных при- нимают участие в катаболизме и инактивации многих физиоло- гически активных аминов, таких как гистамин, адреналин, ти- рании, путресцин, спермин и др., они подвергались разносто- роннему интенсивному изучению [Горкин В. 3., 1977]. Реагенты, образующие комплексные соединения с металла- ми (О-фенантролин, 2,2-дипиридил, 8-гидроксихинолин, цианид и др.), и реагенты на карбонильные группы (фенилгидразин, семикарбазид, гидроксиламин, аминогуанидин) являются мощ- ными ингибиторами медьсодержащих аминоксидаз. Молекула образована двумя субъединицами, содержащими каждая один атом меди, которые в процессе катализа не меняют своей ва- 121
лентности. Аминоксидазы имеют розовую или желтоватую окраску, обусловленную как самой медью, так и органическим кофактором, природа которого окончательно не установлена. Предположение, что этим кофактором является пиридоксаль, не нашло подтверждения [Malmstrom В. G., 1981]. Г емоцианины — ярко-голубые белки с двуядерным медным центром, присутствующие у членистоногих (краб, лангуст, омар и др.) и моллюсков (улитка)—хорошо изученная группа медьпротеидов, способных обратимо связывать кислород. При физиологических условиях оии представляют собой высокомолекулярные агрегаты (их мол. масса достигает 6 000 000), имеющие кооперативный характер связывания кислорода. В то же время они значитель- но различаются по структуре молекул и взаимодействию с кислородом и дру- гими низкомолекулярными соединениями. В частности, гемоцианин моллюсков в отличие от аналогичного белка членистоногих обладает выраженной ката- лазной активностью. Ц и т о х р о м-с- оксидаза — фермент внутренней мембра- ны митохондрий — имеет молекулярную массу, близкую к 140 000, и состоит из 7 субъединиц, из которых предположи- тельно субъединица I содержит гем и кардиолипин, субъеди- ница II — второй гем, два остатка меди и, по-видимому, взаи- модействует с цитохромом с. Субъединица III, которую можно удалить без потери ферментом каталитической активности участвует в трансмембранном переносе протонов. Функции остальных четырех субъединиц неизвестны. Крупные субъеди- ницы I—III кодируются митохондриальной ДНК и синтезиру- ются в митохондриях, а единицы IV—VII — в цитоплазме. Молекула цитохромоксидазы имеет Y-образную форму и про- шивает митохондриальную мембрану, в которой присутствует в виде димера. Она является терминальным ферментом дыха- тельной цепи и осуществляет четырехвалентное восстановле- ние кислорода с образованием воды. Перенос электронов ци- тохромоксидазой — экзергонический процесс и выделяемая при этом энергия накапливается в виде трансмембранного протон- ного градиента, используемого для синтеза АТФ или транспор- та ионов [Capaldi A. et al., 1983]. Церулоплазмин человека — <х2-гликопротеид плазмы крови — единственная оксидаза млекопитающих, имеющая го- лубой цвет, этот фермент образован одной полипептидной цепью с установленной первичной структурой (1046 аминокис- лотных остатков), имеет молекулярную массу 132 000 и содер- жит 6 атомов меди трех .различных типов и четыре цепочки олигосахаридов, построенных из остатков гексозамина и сиа- ловой кислоты. Церулоплазмин — мультифункциональный бе- лок, обладающий активностью ферроксидазы, аминоксидазы и частично супероксиддисмутазы, участвующий в гомеостазе меди и играющий роль реактанта острой фазы в воспалитель- ных, процессах, защищает липидные мембраны от перекисного окисления [Lovstad R. А., 1984; Nakano Н., 1984]. Полипеп- тидная цепь церулоплазмина образована тремя гомологичными участками по 350 аминокислотных остатков, возникшими в ре- зультате тандемной трипликации исходного гена. Каждый 122
участок включает три домена, различающихся по своей струк- туре и функции [Ortel Т. L. et al., 1984]. Дефицит меди (гипокупреоз) был впервые обнаружен у ла- бораторных животных в 1927 г. Вскоре появились сообщения об эндемичных заболеваниях овец и крупного рогатого скота в ряде стран, связанных с недостатком меди в пастбищных растениях [Bennet J. С., Chapman F. Е., 1937, и др.] и преду- преждаемых включением в рацион животных небольших ко- личеств соединений данного элемента. Эти наблюдения показа- ли, что медь, кроме участия в кроветворении, необходима так- же для нормального течения многих биохимических процес- сов — пигментации и кератинизации шерсти, формирования миелина, синтеза различных производных соединительной тка- ни и др. Было установлено, что медь — это незаменимый компонент многих ферментов и белков, играющих важную роль в окисли- тельно-восстановительных процессах. Медная недостаточность у человека возможна при полном парентеральном питании и физиологической анемии беременных [Приев И. Г., 1985]. У большинства млекопитающих этот элемент может депониро- ваться на случай его дефицита [Evans G. W1978]. Экзогенные факторы, влияющие на усвоение меди. Усвоение и обмен меди тесно связаны с содержанием в пище других макроэлементов и МЭ и органических соедине- ний. Установлено, что существует физиологический антагонизм между медью, с одной стороны, и молибденом и сульфатной се- рой— с другой [Dick А. Т., 1953]. Нормальным соотношением меди и молибдена следует считать 10: 1 при 0,1—0,2% сульфа- тов в сухом корме. Другими элементами, влияющими на усвое- ние и обмен меди у животных, являются марганец, цинк, сви- нец, стронций, кадмий, серебро и др. В свете сложного физио- логического антагонизма между медью, марганцем, цинком и кальцием следует рассматривать так называемую мясную ане- мию, появляющуюся у мышей и крыс при скармливании им сырого рубленого мяса. При этом у молодых крыс возникает синдром кальциевой и медной недостаточности, а у взрослых — медной недостаточности (ахромотрихия, анемия, пигментация зубов). Варка мяса или добавка к сырому мясу 10 мг/кг меди предупреждает возникновение данного заболевания [Moore F. D. et al., 1964]. Усиление явлений медной недостаточности у цыплят наблюдалось при да- че им небольших количеств цинка, кадмия и серебра [Hill С. Н. et al., 1964] и выражалось уменьшением количества эластина в аорте, задержкой роста и понижением концентрации гемоглобина. Эти явления отсутствовали, если одновременно с указанными элементами в рацион добавляли медь (10— 25 мг/кг). Отмечено взаимодействие между медью и ртутью: соли ртути оказывались ядовитыми для цыплят только при одновременном скармливании солей меди. Показано, что явления медной недостаточности могут усиливать- ся при скармливании цыплятам восстанавливающих веществ — аскорбиновой кислоты и димеркаптопропанола (британский антилюзит). Существует еще ряд соединений, вызывающих дефицит меди у животных. К их числу относятся сульфиды, карбонаты, соединения железа [Cousins R. J., 123
1985]. Карбонат кальция « организме животных понижает кислотность средь» в верхних отделах пищеварительного тракта, ограничивая всасывание меди, происходящее главным образом при величине pH ниже 7,0. Усвоение меди зависит от типа ее соединений в пище. Доступность меди из пищеварительного тракта определяется в первую очередь характером лигандов, связывающих этот элемент [Kirchgessner М. et al., 1970]. В качестве последних могут фигурировать щавелевая и фумаро- вая (но не лимонная) кислоты, комплексы которых с медью всасываются на 20% быстрее, чем сульфат меди, а также комплексы этого элемента с амино- кислотами, особенно с лейцином. Комплексы с синтетическими пептидами усваиваются в обратной зависимости от степени полимеризации. Фитиновая кислота и ее соли образуют очень прочные комплексы с медью и понижают всасывание этого элемента. Другими природными соединениями, снижающи- ми усвоение медн, являются растительные пигменты, особенно хлорофилл, комплексы которых с медью малодоступны для животных при величине pH выше 3,2 [Cousins R. J., 1985]. Из органических компонентов важное значение для отложения меди в ор- ганизме имеет содержание в корме белка. Высокий уровень белка способству- ет более быстрому наступлению медной недостаточности у овец н тормозит накопление этого МЭ в печени крыс н свиней. Отмечено также, что ухудшение белкового питания является фактором, провоцирующим наступление гемоли- тического криза при хроническом отравлении медью овец [McPherson Е. A. et al., 1964] и свиней [Lukas F. V. et al., 1965]. На усвоение меди оказывает сильное влияние кальций, снижающий вса- сывание этого элемента у жвачных и практически не влияющий на этот про- цесс у свиней и кур, что объясняется высоким значением pH желудочного сока последних [Grabman Е., 1973]. Используя физиологический антагонизм между медью, цинком и железом, удается в ряде случаев предупредить токсическое действие меди при включении повышенных доз этих элементов в рацион свиней. Как отмечалось выше, вопрос о существовании специфических эндоген- ных лигандов для меди в желудочно-кишечном тракте остается открытым. Дан- ные о том, что аминокислоты способствуют усвоению меди из пищи [Kirchges- sner М., Grassman Е., 1970], не подтверждаются другими авторами [Mar- ceau N. et al, 1970]. Медь участвует в обмене веществ животного организма как компонент семи оксидоредуктаз, а у моллюсков и некоторых членистоногих выполняет роль переносчика кислорода, которым является гемоцианин. Из них для человека важное значение имеют только 6 ферментов, поскольку седьмой — уратоксида- за — у приматов не найден [Hamilton J. W., 1981]. Не нашло подтверждения присутствие каталитически активной меди и в ряде других ферментов — каталазе, 6-аминолевулинат-синта- зе, триптофан-2,3-диоксигеназе, бутирил-СоА-дегидрогеназе, мо- ноаминоксидазе, допускавшееся ранее отдельными авторами. Остается неясной роль некоторых медьпротеидов, найденных в мозге, таких как альбокупреины I и II и нейрокупреин [Sha- roian S. G. et al., 1977]. В то же время есть основание пола- гать, что в животном организме имеются еще и некоторые пока неидентифицированные медьсодержащие ферменты. Физиологи- ческое значение медьсодержащих ферментов становится более понятным при рассмотрении метаболических нарушений, выз- ванных их недостаточностью (табл. 12). Если физиологическое значение четырех медьсодержащих ферментов удовлетворительно объясняется их специфической биологической функцией, то роль супероксиддисмутазы пока трудно связать с конкретной патологией. Вызывает сомнение 124
Таблица 12 Нарушения метаболизма при недостаточности меди Патология Метаболический дефект Предполагаемая фермент- ная недостаточность Ахромотрихия Нарушения формирова- ния сердечно-сосудистой системы, скелета, колла- гена и эластина Поражение ЦНС Поражение ЦНС Нарушение синтеза ме- ланина Нарушение образования поперечных сшивок кол- лагеновых и эластичес- ких волокон Гипоплазия миелина Нарушение синтеза ка- техоламинов Тирозиназа Аминоксндаза соедини- тельной ткани (лизнлок- сндаза) Цитохром-с-оксндаза Дофамин-Р-гндрокси- лаза представление о роли супероксиддисмутазы в устранении токси- ческого действия супероксидного ион-радикала, поскольку он является короткоживущим и малоактивным в водной среде при физиологическом значении pH. Кроме того, его дисмутация легко осуществляется природными комплексами переходных ме- таллов [Valentine W. N., 1981]. Физиологическое действие це- рулоплазмина как «ферроксидазы» также вызывает сомнение, так как апотрансферрин легко присоединяет Fe3+, образующий- ся из Fe2+ в аэробных условиях без участия церулоплазмина. Известны многочисленные случаи, когда при недостаточности церулоплазмина нарушения обмена железа и сопутствующие анемии отсутствуют, например в младенческом возрасте, при болезнях Вильсона — Коновалова и Менкеса [Reinhammer В., Malmstrom В. G., 1981]. В то же время оба белка обладают важным свойством депонировать и переносить медь. В связи с этим не исключено что именно данная функция у них являет- ся главной, а оксидазная функция — побочной. При медной недостаточности у овец появляются светлые по- лосы на пигментированной шерсти, у индюков — депигментация оперения, у грызунов — ахромотрихия [Underwood Е., 1977], Эти явления связаны с нарушением синтеза фермента тирозина- зы, катализирующего две реакции биосинтеза меланина: гидр- оксилирование тирозина до 3,4-дигидроксифенилаланина (ДОФА) и окисление ДОФА в ДОФА-хинон. Другое хорошо известное проявление дефицита меди — это дефектный синтез коллагена, сопровождающийся ломкостью костей и деформацией скелета у овец, крупного рогатого скота, собак, домашней птицы, лабораторных животных и при некото- рых заболеваниях человека. В костной ткани животных при де- фиците меди повышено содержание растворимого коллагена (тропоколлагена) и снижено число альдегидных групп, что свидетельствует о нарушении процессов образования костного коллагена ([а! (1)]2а2(1), требующего образования прочных поперечных связей между отдельными молекулами тропокол- лагена для формирования коллагеновых фибрилл. 125
Процесс превращения тропоколлагена в зрелый коллаген сопровождается появлением внутри- и межмолекулярных свя- зей, образующихся за счет боковых цепей остатков лизина в оп- ределенных участках молекул тропоколлагена. Этому процессу предшествует окисление лизилоксидазой s-аминогрупп лизина и оксилизина с образованием полуальдегида аминоадипиновой кислоты — аллизина и оксиаллизина. Альдегидные группы всту- пают в реакции альдиминной и альдольной конденсации с обра- зованием лизин- и оксилизиннорлейцина, производных двух мо- лекул аллизина (синдесмина), двух молекул аллизина и моле- кулы лизина (меродесмозин), а также специфического для кол- лагена гистидиноксимеродесмозина. Аналогичные изменения в соединительной ткани описаны при латиризме — отравлении, вызванном употреблением в пищу душистого горошка (Lathyrus odoratus), содержащего пред- шественник мощного ингибитора лизилоксидазы — ^-аминопро- пионитрил. Латирогенные факторы широко используются в экс- периментах на животных. С их помощью удается вызывать различные повреждения соединительной ткани, главным обра- зом у молодых животных. Эти повреждения можно относить к экспериментальному 'десмолатиризму. В патологии человека латиризм представлен довольно редки- ми заболеваниями нервной системы, которые целесообразно от- носить к нейролитиризму. Наиболее известны случаи отравления при потреблении особого вида кормового гороха, так называе- мой чины (Lathyrus sativa L.). Небольшие вспышки латиризма с симптомами тяжелого органического поражения ЦНС (пара- парезы и параплегии нижних конечностей) зарегистрированы в Татарской АССР и в среднеазиатских республиках. Это заболевание встречается также в Индии, Сирии, Алжи- ре и крайне редко в Испании, Италии и Франции. Патогенез нейролатиризма до сих пор мало исследован. Обращает на себя внимание избирательная заболеваемость отдельных индиви- дуумов. Очевидно, это объясняется избирательной чувствитель- ностью некоторых людей к потенциальному токсическому дей- ствию латирогенов, которая, вероятно, имеет генетическую при- роду [Авцын А. П., 1959, 1972]. Существует известная аналогия между латиризмом и фавизмом-—пищевым отравлением кон- скими бобами (Vicia fava). К фавизму особенно чувствительны субъекты с наследственным дефицитом глюкозо-6-фосфат — дегидрогеназы, у которых процесс интоксикации протекает значительно тяжелей, чем у других практически здоровых людей. Нарушение синтеза коллагена III типа [а1(Ш)]3 и особен- но эластина проявляется обширными внутренними кровоизлия- ниями в результате образования аневризм крупных артерий. Как и в случае скелетных нарушений, основным биохимическим дефектом при данной патологии является неспособность к син- тезу соединений, обеспечивающих сшивку фибрилл этих белков. В аорте свиней и кур, испытывающих медную недостаточность, Л 26
найдена растворимая форма эластина (тропоэластин), не обна- руживаемая у здоровых животных и отличающаяся от нормаль- ного белка отсутствием продуктов конденсации четырех боковых цепей лизина — циклических аминокислот десмозина и изодес- мозина, образующих межмолекулярные связи в эластине.. В этом белке у животных, испытывающих дефицит меди, обна- ружена в 6—10 раз большая, чем в норме, концентрация лизи- на (37—47 остатков против 3—9). Нарушения формирования и повышенная повреждаемость- соединительнотканных структур, особенно коллагеновых и эла- стических волокон, а также кости и хряща при различных фор- мах медной недостаточности довольно хорошо изучены у раз- личных видов животных и воспроизведены в эксперименте. Это- го нельзя сказать о соответствующей патологии человека, кото- рая пока еще не находится в центре внимания клиницистов и патологоанатомов. В 1891 г. А. Н. Черногубов описал 2 случая «слабости со- единительной ткани», которая имела наследственный характер. Она выражалась в необычной растяжимости и повышенной ра- нимости кожи, гиперподвижности и вывихах суставов, зиянии ран, прорезывании швов, в аномалиях строения кожных рубцов, в мягких опухолевидных образованиях на коленях, на нижних. конечностях, в резкой атрофии подкожной жировой клетчатки. Через 10 лет Е. Ehlers обратил внимание на склонность таких больных к кровоизлияниям. В 1908 г. Н. A. Danlos дополнил описание этого синдрома указанием на наличие «псевдоопухо- лей» в области локтей и коленей [Блинникова О. Е., 1985]. В дальнейшем это заболевание получило название «синдром- Элерса— Данло» (СЭД) и было неоднократно охарактеризова- но дерматологами, хирургами, терапевтами, педиатрами, артро- логами, офтальмологами, медицинскими генетиками и др. В свя- зи с тем, что в различных случаях заболевания на передний план выходят то один, то другие признаки, в настоящее время выделяют не менее одиннадцати клинических типов СЭД. Ис- следования по выяснению его морфологических, биохимических и генетических основ продолжаются. В настоящее время уста- новлено, что распространенность СЭД составляет не менее 1 на 100 000 новорожденных, но стертые формы, очевидно, не рас- познаются [McKusick V., 1983]. Важное значение имеет патоло- гия внутренних органов, в частности аномальное формирование- кровеносных сосудов (аневризмы, артериовенозные фистулы, варикозные расширения), возможность их разрыва, эмфизема- легких со спонтанным пневмотораксом, дивертикулы пищевари- тельного тракта, спонтанные перфорации кишечника, пороки сердца и многие другие аномалии развития. При патологоана- томических исследованиях установлена аномалия развития кол- лагеновых волокон, сочетающаяся или не сочетающаяся с пато- логией эластических структур. Несмотря на то что для изуче- ния соединительнотканных структур были применены современ- ные методы, вопрос о патоморфологическом субстрате СЭД 127
нуждается в дополнительном исследовании. Важно отметить, что у некоторых животных (собаки породы спаниель, норки) встречается аналогичное заболевание, имеющее наследственную породу. Сходное заболевание у коров, характеризующееся рас- тяжимостью и хрупкостью кожи, носит название «дерматопара- ксис» [Блинникова О. Е., 1985]. Среди клинических типов СЭД у человека точно установлена неполноценность лизилоксидазы при IX типе, сниженная активность которой препятствует пре- вращению вновь синтезированного коллагена в его растворимую форму. Роль дефицита меди при других формах и клинических типах СЭД изучается. В 1896 г. французский педиатр А. В. Marfan описал редкий порок развития соединительной ткани, названный им «врожден- ной гипопластической мезодермальной дистрофией», для кото- рого были типичны резко выраженная астеническая конститу- ция, «птичье лицо», узкий череп, срезанный подбородок, истон- чение ушных раковин, синеватая окраска склер, вывих или подвывих хрусталика, слабое развитие мышц и подкожной клет- чатки, аномалии формирования грудной клетки, диспропорция роста туловища и конечностей, арахнодактилия, тяжелая пато- логия аорты и (или) ствола легочной артерии с формированием аневризм. Только позднее было установлено, что заболевание наследуется по аутосомно-доминантному типу. Еще позднее были обнаружены значительные нарушения обмена, состоящие в накоплении в организме свободных или связанных с белком кислых гликозаминогликанов, которые вместе с оксипролином в повышенных количествах экскретировались с мочой. Очень поучительны данные патологоанатомического исследо- вания, при котором были обнаружены изменения эластических волокон, в том числе в средней оболочке аорты (рис. 24), ди- строфические процессы в миокарде, аномалии структуры хряща, разрежения костных балок с неравномерным отложением в них солей кальция, а также недоразвитие гонад (рис. 25). Только через несколько десятилетий после первого клиниче- ского описания было установлено, что синдром Марфана отно- сится к медьдефицитным заболеваниям, так как у этих боль- ных имеется конституциональная недостаточность лизилоксида- зы. При электронно-микроскопическом исследовании в участках аорты, подвергшихся аневризматическому расширению, были об- наружены деструкция эластических мембран и их глыбчатый распад с образованием микрофибриллярного компонента, ли- шенного эластина [Saruk М., Eisenstein R., 1977]. В. Oakes и соавт. (1976) описали патологические изменения эластических волокон при болезни Менкеса, которая также относится к медь- дефицитным заболеваниям, но имеет своеобразную патолого- анатомическую картину, в которую входят аномалии развития ЦНС, в частности своеобразные изменения грушевидных нейро- нов (клеток Пуркинье) в мозжечке. Патогенез синдрома Мен- кеса описан в главе о генетике МТОЗов. Многие авторы установили патологические изменения эла- 128
стических волокон при экспериментально вызванных медьдефи- цитных состояниях у свиней и крыс. В. В. Серов и А. Б. Шсх- тер (1981) специально останавливаются на проблеме эластоза и катаболизма эластина, подчеркивая, что «эластическая ткань и во взрослом организме не является инертной, а подвергается процессу разрушения и восстановления, особенно интенсивному в условиях патологии». А. Б. Шехтер (1981) полагает, что глав- ную роль в эластолизе играют локальные ферментные процес- сы, хотя нельзя исключить и диффузию других эластолитиче- ских ферментов. Особый интерес к ферментному эластолизу, который появился после серии открытий панкреатической, лей- коцитарной, макрофагальной и тромбоцитарной эластазы, впол- не закономерен, однако это лишь одна сторона очень большой проблемы гомеостаза эластических структур организма в раз- личные возрастные периоды в норме и в патологии. Вполне понятно, что в поле зрения исследователей попала и прогрессирующая биодеградация эластического каркаса лег- ких при одном из частных и пока еще недостаточно изученном заболевании человека — идиопатической эмфиземе. R. Senior и соавт. (1977) считают, что патология эластолиза при эмфиземе легких обусловлена эластазой лейкоцитов и макрофагов, а не панкреатическим ферментом. Существуют и другие точки зре- ния на патогенез эмфиземы легких. При дефиците меди в организме отмечается снижение актив- ности такого медьзависимого фермента, как лизилоксидаза. При экспериментальном дефиците меди N. Soskel и соавт. (1982) установили достоверное снижение содержания легочного эла- стина у свиней (11,2 мкг/мг сырой ткани, при норме 16,7 мкг/мг). В то же время выявлено почти двукратное увеличение концент- рации коллагена. Авторы не без основания полагают, что при этом может ингибироваться активность и другого медьсодержа- щего фермента — супероксиддисмутазы, ответственного за инги- бирование процессов перекисного окисления липидов мембран клеток [Soskel N. Т. et al., 1984; Soskel N. T., Sandberg L. В., 1985]. Полностью оценивая значение возможности ферментной ауто- агрессии по отношению к таким высокоспециализированным структурам, как эластические мембраны, мы должны, однако, задуматься и над ролью тех эндогенных факторов, которые обеспечивают их трофику, функционирование и сохранность в организме. Очень многие точно доказанные факты эксперимен- тальной и клинической патологии показывают, что одним из этих факторов является медь, входящая в состав упомянутых выше ферментов, в частности медь лизилоксидазы. Легко допус- тить, что ферментная атака оказывается наиболее разрушитель- ной именно для конституционально-неполноценных, в частности не обеспеченных нормальным микроэлементный составом, структур. Не подлежит сомнению, что в недалеком будущем список медьдефицитных синдромов и болезней, который уже сейчас 9—5G8 129
Рис. 24. Субтотальная биодеградация эластического каркаса аорты вблизи разрыва аневризмы при синдроме Марфана у мальчика 14 лет. В единичных сохранившихся волокнах — фрагментация, зернистый распад, утрата тинкто- риальных свойств. Окраска фукселином. Х640. достаточно внушителен, будет увеличиваться и главное уточ- няться. Следует упомянуть о том, что изменения эластических волокон часто сочетаются с той или иной патологией коллагена. Об этом, например, свидетельствуют данные С. Lapiere и соавт. (1976), систематизировавшие факты о нарушениях коллагена у человека и лабораторных животных. В этих материалах при- влекают внимание такие экзогенные влияния, как интоксикация латирогенами и недостаточность содержания меди в диете. Первостепенное значение будут иметь поиски объяснения причин биодеградации эластических волокон артериальной стен- ки, являющейся интегральным компонентом и, возможно, одним из наиболее важных факторов в патогенезе и инициации атеро- склероза. Взгляд на эту проблему с точки зрения учения о МТОЗах совершенно закономерен и имеет много доказательств эпидемиологического и медикогеографического характера. Одна- ко он почти не разработан патологами и еще мало известен клиницистам. Дефицит МЭ (в частности, недостаточность меди и селена) необязательно должен выражаться в генерализован- ных проявлениях. Нетрудно представить себе и локализованные формы микроэлементной (энзимопатической) недостаточности, связанные с неполноценностью определенных отделов сосуди- стой системы (и других систем). Именно этим легче всего объ- яснить удивительную разницу между закономерным пораже- 130
Рис. 25. Гипоплазия сперматогенного эпителия, отек межуточной ткани яичка яри синдроме Марфана; тот же случай. Окраска гематоксилином и эозином. Х400. нием при атеросклерозе крупных артерий эластического типа при практической интактности венозной системы, хотя атероген- ные липопротеиды циркулируют во всем кровяном русле. Не в этом ли разгадка резкого контраста между тяжелым пораже- нием селезеночной артерии при распространенном атеросклеро- зе и полным отсутствием атеросклеротических изменений в си- стеме печеночной артерии? Взгляд на значение местных энзимо- патий неоднократно обсуждался в литературе. Так, его развивала и оригинально аргументировала наша сотрудница Ф. Л. Лей- тес (1967), которая обнаружила местный дефицит липопротеид- липазы и связывала с этим избирательное поражение опреде- ленных отделов сосудистой системы. Новое рассмотрение этой проблемы с целью выяснения воз- можной роли дефицита меди в патогенезе атеросклероза необ- ходимо в связи с обнаружением того, что в активный центр ли- попротеидлипазы входит медь. Вместе с тем содержащая медь лецитинхолестеринацилтрансфераза — один из важных фермен- тов липидного обмена — характеризуется пониженной активно- стью при медьдефицитных состояниях. Одна из наиболее известных форм патологии медного обме- на— гепатоцеребральная дистрофия, ныне называемая болезнью Вильсона — Коновалова, представляет собой прогрессирующее дегенеративное наследственное заболевание ЦНС, сочетающее- ся с крупноузловым циррозом печени (его генетика и биохими- 9* 131
ческие нарушения характеризуются в главе 12). При этой бо- лезни особенно типичны экстрапирамидные симптомы в виде мышечной ригидности, разнообразных гиперкинезов, расстрой- ства психических функций, отложение по периферии роговицы медьсодержащего зеленоватого пигмента (роговичное кольцо Кайзера — Флейшера), частые проявления геморрагического диатеза, атония капилляров и застой кровотока, остеопороз, ломкость костей. Патология печени выявляется примерно у Уз больных, главным образом с помощью функциональных проб. Путем диагностической пункции печени обнаружены гисто- логические признаки цирроза и высокое содержание меди. Очень характерны гиперкупрурия и гиперацидоаминоурия. В крови, как правило, понижена концентрация белка и резко уменьшено содержание церулоплазмина. При патологоанатомическом исследовании обнаруживают размягчение и мелкие кисты в чечевичных ядрах головного моз- га, в хвостатом ядре, глубоких слоях коры, в зубчатых ядрах мозжечка, в подбугорных ядрах. Все изменения в ЦНС Н. В. Коновалов (1948, 1960) подразделяет на ангио- и цито- токсические. Они выражаются в распространенных стазах, со- провождающихся периваскулярным отеком, вызывающим анок- сию и гибель нервной ткани. Цитотоксический компонент вы- ражается в дистрофических изменениях астроцитов и нервных клеток, вплоть до их некробиоза; характерным морфологическим признаком болезни Вильсона — Коновалова является патологи- чески измененная глия Альцгеймера, возникающая из обычных астроцитов. Последние в процессе прогрессирующей дегенера- ции постепенно утрачивают цитоплазму, причем объем их ядер резко увеличивается, содержание хроматина уменьшается. Н. В. Коновалов связывал эти изменения с нарушениями ну- клеинового обмена под влиянием токсичного фактора, которым, наиболее вероятно, является сама медь (рис. 26, 27). Избыток свободной меди угнетает активность окислительных ферментов, что приводит к гибели клеток. Тяжелые нарушения кровообращения усиливают имеющуюся тканевую гипоксию. Погибают именно те элементы ЦНС, потребность которых в кислороде особенно велика. В течение многих лет, помогая Н. В. Коновалову в патолого- анатомическом исследовании этого своеобразного заболевания, А. П. Авцын обратил внимание на характерную особенность па- тогистологической картины, которая в те далекие времена (в первые послевоенные годы) не казалась особенно существен- ной. Она проявляется закономерным отсутствием заместитель- ного клеточного и волокнистого глиоза, несмотря на явную вы- раженность довольно грубых деструктивных изменений в ЦНС. Логично связать обнаруженную глиальную афиброплазию с глу- боким поражением самих астроцитов. Способность олигодендро- цитов к пролиферации при болезни Вильсона — Коновалова даже в очагах размягчения сохраняется. 132
Можно предполагать, что эти изменения мозга являются истинными маркерами дефицита меди, а также токсического действия меди, которая при болезни Вильсона — Коновалова аномальным образом пропитывает многие ткани, в частности край роговицы, ЦНС, печень и органы ее основного выделе- ния — почки. Известная роль в происхождении этих поврежде- ний принадлежит характерным для данного заболевания нару- шениям аминокислотного обмена. Весьма сходные изменения ядер астроцитов наблюдаются в ЦНС умерших от тяжелых поражений печени [Коновалов Н. В., 1960]. Крупный успех в лечении одного из тяжелейших наследств венных неуклонно прогрессирующих МТОЗов, которым по суще- ству является болезнь Вильсона — Коновалова, имеет принци- пиальное значение. Наилучшие результаты дает длительное при- менение L-пеницилламина. Оно может вести к полному исчезно- вению клинических симптомов. Значительный эффект дают тиоловые препараты, связывающие медь и выводящие ее из орга- низма. Это показывает, что именно медь играет главную пато- генетическую роль в возникновении основных симптомов заболе- вания. В настоящее время мысль о первичном поражении пече- ни, которая казалась не очень убедительной 40 лет назад, все же нашла по крайней мере частичное подтверждение, так как признаки патологии печени обнаруживаются значительно рань- ше, чем появляются неврологические симптомы. Более вероят- но, однако, что начальные стадии поражения мозга и печени возникают одновременно и связаны с тяжелыми наследственно обусловленными нарушениями обмена меди. Поскольку имеет место не первичная недостаточность меди и не экзогенный из- быток этого МЭ, а главным образом его патологическое пере- распределение и нарушение выделения, термин эндогенный дискупреоз кажется нам заслуживающим внимания для краткой характеристики этой патологии. Е. В. Шмидт (1977) справедли- во указывает, что до появления тиоловых препаратов 90% боль- ных умирали в возрасте до 30 лет. Лечение тиоловыми препа- ратами значительно улучшило прогноз. Успех этого способа ле- чения вселяет надежду, что и при других эндогенных МТОЗах этиотропная и патогенетическая терапия окажется эффективной. Недостаточность меди вызывает у сельскохозяйственных и лабораторных животных поражение ЦНС, примером которого может служить эндемическая атаксия ягнят, описанная в раз- ных странах мира, включая СССР [Риш М. А. и др„ 1980]. Причиной ее возникновения являются как первичный дефицит меди на пастбищах, так и ее вторичный недостаток, вызванный избытком физиологических антагонистов этого металла — мо- либдена, сульфатов, свинца, кадмия и др. Характерный признак атаксии — частичный паралич задних конечностей, которому это заболевание обязано своим названием (swayback). При эндеми- ческой атаксии отмечается целый ряд конституциональных де- фектов, среди которых ведущими являются аплазия миелина в стволе головного мозга и спинном мозге, хроматолиз и гибель 133
Рис. 26. Изменения в ЦНС при болезни Вильсона — Коновалова. а — пролиферация капилляров в зоне начинающегося размягчения в чечевичном ядре Импрегнация по методу Тибор-Паппа. Х60; б — разрастание атипических капилляров и ретикулярных волокон в чечевичном ядре. Импрегнация по методу Тибор-Йаппа. Х250; в—пролиферация олигодендроглии в зубчатом ядре мозжечка. Окраска по методу Нис- сля. Х400 (Препараты Н. В. Коновалова). Рис. 27. Изменения астроцитов при болезни Вильсона — Коновалова. а —динамика превращения астроцитов в глию Альцгеймера: (1—5)—препараты, окра- шенные по методу Ниссля; (6—9) — препараты, импрегнированные карбонатом серебра; (10—13) — гибель астроцитов — препараты, импрегнированные карбонатом серебра [Коно- валов Н. В., I960]; б — превращение астроцитов в глию Альцгеймера, резкое увеличение ядра, зернистый распад отростков. Импрегнация карбонатом серебра. XI000 (Йрепарат Н. В. Коновалов-а); в — набухание и слабовыраженная окраска ядер астроцитов. Метод Ниссля. Х400 (Препарат Н. В. Коновалова).

нейронов. Характерны также изменения в красных и вестибу- лярных ядрах. В случаях острой формы эндемической атаксии в головном и спинном мозге наблюдается образование полостей, вызванное отеком и венозным застоем с последующими некро- тическими изменениями. Последние связаны, по-видимому, с по- вышенной проницаемостью стенок сосудов и замедлением про- цессов образования дисульфидных мостиков в нейрокератине [Риш М. А., 1973]. Аналогичные изменения в ЦНС описаны у морских свинок и крыс. Аплазия миелина рассматривается как прямой результат угнетения фермента цитохромоксидазы, обеспечивающего генерирование митохондриями АТФ, необхо- димого для синтеза фосфолипидов [Underwood Е. 1977]. Сходство симптомов эндемической атаксии овец с паркинсо- низмом у человека и другими экстрапирамидными заболевания- ми дало основание предположить, что при атаксии нарушен об- мен катехоламинов [O’Dell В., 1982]. Действительно, у больных ягнят и крыс при дефиците меди содержание дофамина и но- радреналина в головном мозге существенно понижено, что, види- мо, связано с угнетением ферментов тирозиназы и дофамин-^- монооксигеназы, участвующих в биосинтезе адреналина. Воз- можно также, что недостаточность супероксиддисмутазы приво- дит к накоплению супероксидного ион-радикала, ускоряющего процесс превращения адреналина в адренохром. Медь играет определенную роль в процессах передачи нерв- ного импульса. При ее дефиците в препаратах синаптосом моз- га крысы существенно повышается связывание ГАМК мускари- новыми рецепторами и снижается связывание бензодиазепина, что может служить еще одной из причин возникновения рас- стройств ЦНС при недостаточности меди. Угнетается при этом и функция опиоидных рецепторов мозга [Geiger G. D. et al., 1984]. Прием препаратов меди ведет к нормализации описан- ных нарушений, но не устраняет изменений, связанных с гипо- миелинизацией. В последнее время [Bhathena S. J. et al., 1986] установлено, что содержание меди в организме человека и жи- вотных оказывает заметное воздействие на уровень нейропепти- дов, влияя на процессы их биосинтеза или высвобождения. Уме- ренному гипокупреозу у человека сопутствуют заметное сниже- ние концентрации плазменного энкефалина, прогрессирующее повышение в поджелудочной железе количества пептидов, со- держащих лей-энкефалин наряду со снижением концентрации свободных лей- и мет-энкефалинов. Недостаточность меди вызывает анемию у всех исследован- ных видов животных, однако конкретная роль меди в процессах гемопоэза остается неясной. Принято считать, что медь необхо- дима для образования ретикулоцитов и мобилизации железа из его тканевых депо. Медьдефицитная анемия у человека отмечена при продолжительном полном парентеральном питании и вскармливании детей молочными смесями, бедными медью. Прием препаратов меди приводит к полной нормализации всех указанных нарушений [Cordano А., 1978]. Предполагалось, что 136
действие меди на обмен железа реализуется через феррохела- тазу, включающую железо в состав гема, или через 6-аминоле- вулинатсинтетазу, участвующую на первых этапах его синтеза, но этот механизм не нашел экспериментального подтверждения. Нет убедительных данных и в пользу функции церулоплазмина в качестве ферроксидазы, как это предполагали S. Osaki и соавт. (1966), даже если допустить присутствие в плазме кро- ви еще одного медьсодержащего фермента — ферроксидазы II, осуществляющей окисление железа в отсутствие церулоплазми- на [Frieden Е., 1979]. Характерным признаком дефицита меди у овец и при болез- ни Менкеса у человека и мышей является нарушение процессов кератинизации. Шерсть овец теряет извитость, эластичность. В ней находят больше N-концевых групп серина и глутамино- вой кислоты, значительное количество неокисленных сульфгид- рильных групп [Риш М. А., 1980; Underwood Е., 1977]. Нару- шение образования дисульфидных мостиков в кератине объяс- няли ранее недостаточностью особого гипотетического медьсо- держащего фермента, условно названного сульфидоксидазой, который, однако, так и не был обнаружен. Таким образом, хотя медь сама по себе и является эффективным катализатором- окисления сульфгидрильных групп, конкретный механизм ее участия в процессах кератинизации продолжает оставаться не- ясным. Одним из первых конституциональных дефектов, обнаружен- ных при недостаточности меди, была симметричная гипо миели- низация головного и спинного мозга. Фосфолипиды являются главным компонентом миелина. Их содержание в митохондриях печени значительно снижается, хотя общее число и распределе- ние фосфолипидов в мозге существенно не меняются. Выражен- ная недостаточность меди ускоряет процесс «старения» мито- хондрий, потерю ими пиридиновых кофакторов, приводит к по- вышенной проницаемости митохондриальной мембраны и утра- те ею способности связывать адениновые нуклеотиды, что нару- шает транспорт АТФ через внутреннюю мембрану. Митохонд- рии значительно увеличиваются, занимая большую часть цито- плазмы гепатоцита, и деформируются. Основным биохимиче- ским дефектом считают нарушение образования фосфатидных кислот из ацил-СоА и L-глицерол-З-фоофата, вызванное нехват- кой АТФ при нормальном содержании и активности глицерофос- фатацилтрансферазы (КФ 2.3.1.15) [Gallagher С. Н., 1979]. Другими проявлениями недостаточности меди у животных являются особая болезнь крупного рогатого скота в Западной Австралии, вызванная дегенерацией и фиброзом миокарда, а также внезапная остановка сердца, связанная с его гипертро- фией у свиней и крыс, нарушениями структуры эластических волокон аорты и разрывом крупных кровеносных сосудов у цып- лят. Медь обладает выраженным противовоспалительным свойст- вом, смягчает проявление аутоиммунных заболеваний, таких, 137
например, как ревматоидный артрит [Sorenson J. R„ Kishore V., 1984]. Связывание меди с недоступными для лизилоксидазы хе- латными комплексами, различными лекарственными препарата- ми, такими как тубазид, апрессин, изониазид, новокаинамид, ди- фенин, лежит, по-видимому, в основе заболевания человека не- которыми формами «лекарственной волчанки», которую исходя из этого, можно рассматривать как лигандную патологию. Эндо- генными лигандами, связывающими медь и блокирующими ли- зилоксидазу при «спонтанной» волчанке, являются, возможно, фрагменты гистонов, другие полипептиды, нуклеиновые кисло- ты, поступающие в кровь из очагов кожных поражений [Поды- мов В. К., 1982]. Аналогичный процесс лежит, вероятно, в ос- нове других коллагенозов. Следует иметь в виду, что многие лекарственные вещества, например ацетилсалициловая кислота, проявляют свой лечебный эффект в виде комплексных соедине- ний с МЭ-металлами, но этот вопрос относится к фармакологии и рассматривается в специальных руководствах [Sigel Н., 1982]. Дефицит меди отражается и на липидном составе плазмы крови. Он выражается повышенным содержанием холестерина, триглицеридов и фосфолипидов, не связанным с усилением био- синтеза холестерина или задержкой выделения стероидов желчью [Allan S. G., Klevay L. М., 1980]. Повышение концент- рации холестерина в крови объясняется ускорением его поступ- ления из печени и задержкой в кровяном русле [Shao М. S., Lei К, 1980]. Изучение механизма возникновения гиперхолесте- ринемии показало, что при недостаточности меди снижена ак- тивность фермента лецитинхолестеринацилтрансферазы (КФ 2.3.1.43), катализирующего перенос остатков жирных кис- лот лецитина в ^-положении на гидроксильную группу холесте- рина. В результате этой реакции образуется основное количе- ство холестеридов, которые транспортируются липопротеидами низкой плотности (ЛНП) и липопротеидами очень низкой плот- ности (ЛОНП) в печень, где они вовлекаются в процессы ката- болизма [Lau W. М., Klevay L. М., 1981]. Механизм участия ме- ди в функционировании трансацетилазы неизвестен. Авторы полагают, что она необходима для синтеза апофермента или вхо- дит в состав его простетической группы, что, однако, малове- роятно, поскольку медь присутствует только в активном центре оксидоредуктаз, а в трансферазах не обнаружена. При дефиците меди у крыс имеет место угнетение еще одно- го фермента липидного обмена — диацилглицерол-липазы (ли- попротеинлипазы) (КФ 3.1.1.34). В ее активный центр, возмож- но, входит медь [Lau W. М., Klevav L. М., 1982]. Существует гипотеза, согласно которой всасывание и внутриклеточный син- тез холестерина контролируются специфическим рецептором для ЛНП. Связывание ЛНП, богатых холестерином, на наруж- ной мембране гепатоцита запускает серию реакций, приводя- щих к ингибированию р-гидроксиф-метилглутарил-СоА — ре- дуктазы (КФ-L1.1.88) и подавлению биосинтеза холестерина. Липопротеинлипаза действует на ЛОНП, превращая их в струк- 138
туры, близкие ЛНП. Важно подчеркнуть, что при недостаточно- сти фермента этот процесс нарушается, что приводит к возник- новению гиперхолестеринемии. Имеются также данные, что медь входит в состав аполипопротеида ЛНП (апо-В) и необходима для его перевода в растворимую форму. Дефицит меди может вызывать структурные изменения апо-В, затрудняющие его свя- зывание рецепторным белком. Липопротеинлипаза, локализованная на эндотелии сосудов, катализирует гидролиз белково-связанных триглицеридов с об- разованием свободных жирных кислот, моно- и диацилглицери- нов. Снижение ее активности при дефиците меди может быть также причиной повышенной концентрации в крови триглицери- дов [Lau W. М., Klevay L. М., 1982]. Отмеченные изменения активности ферментов в липидном обмене наступают не только при первичном дефиците меди, но и при неблагоприятном соот- ношении этого элемента с цинком. Изменения, наблюдаемые в опытах на крысах, имеют близкое сходство с биохимическими сдвигами у человека, рассматриваемыми в качестве факторов риска возникновения ишемической болезни сердца. К их числу относятся гиперхолестеринемия, изменения на ЭКГ, гиперурике- мия, отсутствие толерантности к глюкозе. В этой связи вполне возможно, что дефицит меди в рационе может служить одним из этиологических факторов этого массового заболевания. Это тем более вероятно, что, например, в США не более 25% на- селения потребляют с пищей 2—3 мг меди в сутки, т. е. коли- чество, считающееся нижним порогом содержания этого элемен- та в рационе человека [Klevay L. М., 1982]. Приведенные на- блюдения дают основание обратить пристальное внимание на необходимость нормирования питания человека по меди и цин- ку, а также селену, обеспеченность которыми его рационов до недавнего времени не вызывала никаких сомнений. Не исключа- ется, что систематическое адекватное потребление этих МЭ с пи- щей и лекарственными препаратами в будущем станет одним из путей профилактики ишемической болезни сердца и атеро- склероза. Кроме того, медь необходима для образования ненасыщен- ных жирных кислот. Первые наблюдения о роли меди в этом процессе были сделаны в ходе опытов по подкормке свиней по- вышенными дозами этого элемента, вызвавшие у них увеличе- ние мягкости спинного сала и показавшие, что в нем повыси- лось содержание мононенасыщенных и снизилось содержание насыщенных жирных кислот. Аналогичные наблюдения были сделаны и на крысах [Balevska Р. S. et al., 1985; Cunnane S. С. et al., 1985]. Однако имеются и прямо противоположные данные [Singh N. Р„ Medeiros D. М„ 1984]. Дальнейшие исследования показали, что при дефиците меди понижена активность десатуразы стеариновой кислоты (ацил- СоА-десатураза, А-9-десатураза, КФ 1.14.99.5). Важно, что для нормального функционирования Д-6-десатуразы, превращающей линолевую кислоту в ^-линоленовую, необходим цинк. В этой 139
связи медь и цинк оказывают разное влияние на метаболизм жирных кислот. Цинк стимулирует превращение незаменимых жирных кислот пищи в простагландины, тогда как медь способ- ствует превращению стеариновой кислоты в полиненасыщенные жирные кислоты семейства олеиновой кислоты. Следует также отметить, что жирные кислоты обоих метаболических путей име- ют общие ферментативные стадии, на которых они выступают как антагонисты. Антагонизм меди и цинка проявляется не только при биосин- тезе простагландинов, но и на уровне их функционирования. Так, медь усиливает действие простагландина PGI2 (простацик- лина), способствуя его связыванию специфическим рецептором, тогда как цинк является синергистом простагландина PGIi, ослабляющим эту связь [Curmane S. С., 1982]. Антагонизм между медью и цинком может играть важную роль в патологи- ческих процессах. Известно большое число заболеваний, сопро- вождающихся нарушением баланса этих элементов в организме, что влечет за собой сдвиги в обмене незаменимых жирных кис- лот и синтезе простагландинов. В этой связи представляют не- сомненный интерес исследования возможности применения дан- ных элементов в клинической практике. При дефиците меди отмечено двукратное усиление перекис- ного окисления липидов в митохондриях и микросомах печени крыс при одновременном снижении активности СОД, каталазы и глутатионпероксидазы [Balevska Р. S. et al., 1981; Fields М. et al., 1984]. Природа взаимодействия меди с последними дву- мя ферментами остается неясной. Возможно, что в восстановле- нии глутатионпероксидазы определенную роль играют продукты супероксиддисмутазной реакции. Влияние избыточных количеств меди (гиперкупреоз) мало исследовано в патогенетическом отношении. Известно, что из- быток меди может вызывать признаки отравления, сопровож- дающиеся снижением активности и биосинтеза некоторых фер- ментов. Ммлъ альбуминовой фракции легко доступна для тканей и при избыточном ее содержании постепенно в них накапливает- ся, вызывая ряд патохимических процессов, из которых основное значение имеют, по-видимому, угнетение мембранной АТФазы, а также ингибирование некоторых ферментов и кофакторов, со- держащих сульфгидрильные группы (глутатион, липоевая кис- лота), что в свою очередь ведет к задержке окисления в тканях пировиноградной кислоты и других метаболитов углеводного об- мена [Peters Т. J., Blumenstock F. А„ 1967]. Следует также иметь в виду, что избыток меди угнетает активность цитохро- моксидазы и аминоксидазы (КФ.1.4.3.6) [Mondovi В. et al., 1967]. В хрусталике глаза человека и крупного рогатого скота избыток меди ведет к полному или частичному угнетению 9 фер- ментов гликолитического и пентозного путей окисления глюкозы [Awasthi Y. С. et al., 1975]. Интересно, что у кроликов молибден и сульфаты снижают 140
Синтез церулоплазмина и повышают количество «прямой» меди в плазме, в результате чего происходит обогащение этим эле- ментом мозга и почек [Gabbalah S. S. et al., 1965]. Повышение содержания меди в почках при длительном скармливании мо- либдена и сульфатов наблюдается также у овец [Даминов Р. А., 1967]. По данным А. М. Шапошникова (1980), «...у здоровых лю- дей концентрация меди в крови относительно постоянна и уве- личивается только при беременности и при стрессе... Концентра- ция меди в крови увеличивается при острых и хронических воспалительных заболеваниях, шизофрении, алкоголизме, ревма- тизме, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, ин- фаркте миокарда, при некоторых типах анемий, лимфогрануле- матозе, лейкозах, злокачественных новообразованиях, при хро- нических инфекционных заболеваниях и после обширных опера- тивных вмешательств». Весьма вероятно, что столь обширное число гиперкупремических состояний имеет как общие, так и специфические факторы патогенеза. Одним из таких общих фак- торов является стресс. Поступление меди в организм человека и животных с пищей подвержено непрерывным изменениям. Описаны случаи как не- хватки меди в рационе взрослых [Klevay L. М., 1975; Wolf Р., 1982] и детей [Приев И. Г., 1985], так и ее избытка, например при потреблении кислых продуктов, хранившихся в металличе- ской таре. Избыток меди может возникнуть и в результате при- сутствия этого элемента в разного рода протезах, пестицидах, а также при гемодиализе и применении противозачаточных средств. При контакте с медьсодержащими рудами и использо- вании соединений меди в промышленности и сельском хозяйстве возможно избыточное поступление ее в организм. При соприкос- новении с медьсодержащими фунгицидами возможно отравле- ние, сопровождающееся ознобом и высокой температурой. Кли- нически картина «медной лихорадки» напоминает «литейную» лихорадку. При длительном соприкосновении с рудной пылью у рабочих может возникать пневмокониоз. Окислы меди могут ускорять развитие силикоза легких, специфически поражая со- суды и способствуя развитию воспалительной реакции. Сульфат меди широко используется в медицине, в частности для лечения гипохромных анемий. Привлекает внимание его пока еще не вполне объяснимое лечебное действие (в комплексе с витаминами) при экземе. Микродозы меди успешно исполь- зуются в комплексном лечении больных склеромой [Баби- чев В. Н., 1980]. Это говорит в пользу того, что медь, по-види- мому, способна усиливать ферментативный процесс внутрикле- точного переваривания возбудителя склеромы. Следует прове- рить эту гипотезу экспериментально, испытав действие препара- тов меди при тех инфекциях, для которых характерен внутри- клеточный паразитизм возбудителей (риносклерома, лепра, не- которые формы туберкулеза, риккетсиозов и хламидиазов). Сле- дует также отметить, что в отечественной литературе примене- 141
нию меди и ее солей в лечебной практике уделяется определен? ное внимание [Вельховер Е. С. и др., 1982]. Изложенные выше факты подтверждаются данными экспе- риментальной и клинической патологии. Медь имеет важное 'значение как жизненно необходимый МЭ. В связи с этим проб- лема дефицита меди выдвигается в клинической и профилакти- ческой медицине на передний план. Токсические повреждения организма медью и ее соединения- ми представляют собой существенный вопрос профессиональной патологии. Дисбаланс меди и других МЭ и макроэлементов ши- роко изучается в физиологии и патологии сельскохозяйственных животных, имеет большое практическое и познавательное значе- ние для проблемы рационального питания. Разные формы дис- баланса меди и других МЭ имеют свои аналоги в клинической медицине. 6.3. Цинк Биологическая роль цинка была установлена около 120 лет назад, когда J. Raulin (1869) показал, что данный элемент не- обходим для роста Aspergillus niger. В дальнейшем это поло- жение было подтверждено для растений и животных. Принци- пиальное значение для понимания биологической роли цинка в животном организме имело открытие D. Keilin и соавт. (1940). Они установили, что цинк является составной частью карбонат- дегидратазы (4.2.1.1). Изучение на животных недостатка цинка позволило Е. Underwood (1971) выделить следующие симптомы: изменение аппетита, нарушение поведения животных и умень- шение способности к дрессировке, задержку роста и полового созревания с прекращением развития яичек и сперматогенеза у самцов, блокирование эструса, бесплодие, патологические ро- ды у самок, паракератоз с облысением, лимфопения и увеличе- ние показателя гематокрита. Цинкдефицитные состояния у чело- века были впервые идентифицированы как синдром гипогона- дизма и карликовости у молодых иранцев [Prasad A. S. et al., 1961]. Запасы цинка в организме невелики, у взрослого человека содержится всего 22,9—30,6 ммоль, т. е. 1,5—2 г [Prasad A. S., 1979]. Он обнаружен во всех органах и тканях, однако его ко- личество колеблется в широких пределах: от 0,15 до 3,3 ммоль на 1 кг сырой ткани [Henkin R. I. et al., 1971]. Скелетные мыш- цы наиболее богаты цинком, на их долю приходится 62,6% от всего количества этого МЭ [Schroeder Н. A. et al., 1967]. Важ- но отметить, что выходу цинка из его тканевых депо способст- вуют глюкокортикоиды [Dorn F. et al., 1970]. По данным МКРЗ (1977), баланс цинка для условного человека составляет: по- ступление с пищей 13 мг, с вдыхаемым воздухом менее 0,1 мг, выделение с калом 11 мг, с мочой 0,5 мг, с потом 0,78 мг в сут- ки. Общее содержание в организме составляет — 2300 мг и из них в мягких тканях— 1800 мг. 142
На клеточном уровне цинк стимулирует образование поли- сом, тормозит катализируемое железом свободнорадикальное окисление. Показано, что для перехода из одной фазы клеточ- ного цикла в другую необходимо наличие цинка, его недоста- ток блокирует этот процесс [Riordan J. R. et al., 1976]. В непосредственной связи с указанным физиологическим фактом находится также высокое (1900 мкг/г) содержание цин- ка в сперматозоидах [Underwood Е., 1977]. Несомненно, что именно они являются носителями запаса этого жизненно важно- го МЭ, необходимого для нормального прохождения всех фаз дробления оплодотворенной яйцеклетки до ее фиксации в поло- сти матки, когда развивающийся эмбрион начинает получать все необходимое с кровью матери. Так как цинк и некоторые другие химические элементы оказывают свое действие как кри- тические кофакторы на рост клеток, особенно в фазах репродук- ции и дифференцировки, высказывается предположение, что с этим связан и опухолевый рост. В частности, в условиях экс- перимента показано, что содержание животных на диете, бедной цинком по сравнению с нормой в 30 раз, статистически досто- верно угнетает рост некоторых опухолей [Бабенко Г. А., 1981]. Особый интерес к цинку в последние 15 лет связан с открытием его роли в нуклеиновом обмене, процессах транскрипции, ста- билизации нуклеиновых кислот, белков и особенно компонен- тов биологических мембран [Пейве Я. В., Жизневская Г. Я., 1975], а также в обмене витамина А. Всасывание цинка. Основным регуляторным механиз- мом гомеостаза цинка является его всасывание, которое проис- ходит в тонкой кишке. Цинк усваивается отчасти с помощью металлотионеина, вырабатываемого, очевидно, в слизистой обо- лочке кишечника, почках и печени. По мнению G. W. Evans и Е. С. Johnson (1980), это белок имеет панкреатическое проис- хождение; у грудных детей в абсорбции цинка принимает уча- стие простагландин Е2, содержащийся в материнском молоке, но отсутствующий в коровьем. На абсорбцию цинка из кишеч- ника большое влияние оказывают обилие пищевых фитатов, а также содержание других элементов, в первую очередь кад- мия, меди и кальция, с которыми он вступает в конкурентные взаимоотношения. Как свидетельствуют эксперименты на жи- вотных и клинические наблюдения, обмен цинка и железа нахо- дится под эффективным гомеостатическим контролем. У человека и крыс цинк, как и кальций, всасывается в ос- новном в тонкой кишке. У крупного рогатого скота около '/з ра- зовой дозы цинка, поступившей per os, всасывается в сычуге. У кур всасывание цинка происходит как в железистом желудке, так и в тонкой кишке [Hambidge К. М., 1986]. У крыс при го- лодании 60% дозы 6SZn всасываются в двенадцатиперстной, 30% — в подвздошной и 10% — в тощей кишках, тогда как у не- голодающих животных основным участком всасывания цинка является подвздошная кишка (60%) и только 20% приходятся на двенадцатиперстную и тощую кишки. Часть всосавшегося 143
цинка задерживается в самой слизистой оболочке. В двенадца- типерстной и подвздошной кишках она составляет 10% и в то- щей кишке— 30%. / Всасывание цинка через исчерченную каемку происходит частично по механизму регулируемой облегченной диффузии. У крыс, испытывающих дефицит цинка, скорость поступления этого элемента в изолированные ПМИК вдвое выше, чем у контрольных животных, обеспеченных цинком. Это свидетель- ствует о том, что гомеостатический контроль всасывания цинка существует даже на уровне исчерченной каемки. Данные изуче- ния кинетики поступления в нее цинка позволяют также пред- положить, что наряду с насыщаемым (опосредованным) меха- низмом существует и пассивный (неопосредованный) механизм транспорта этого элемента. В ПМИК, полученных от крыс, ис- пытывающих дефицит цинка, преобладает всасывание по перво- му из указанных механизмов. Не исключено, однако, что так называемая пассивная диффузия является артефактом, объяс- няемым поступлением цинка в пузырьки через поврежденную мембрану [Cousins R. J., 1985]. При дефиците цинка в исчерченной каемке отмечено резкое усиление синтеза особого мембранного белка с молекулярной массой около 45 000, который, по-видимому, участвует в гомео- статической регуляции всасывания этого элемента. Данный бе- лок синтезируется также при ограниченном кормлении живот- ных, что отчасти объясняет повышенное усвоение цинка, а так- же ряда других элементов при голодании. Возможно, что ана- логичным образом объясняется и усиление всасывания цинка беременными и лактирующими животными. Аналогичный мемб- ранный белок, найденный в вилочковой железе крыс, получил название «цинкин» [Ribas В. et al., 1987]. Цинк всасывается в две фазы, одна из которых, возможно, сопряжена с затратой энергии, что, однако, признается не все- ми авторами [Solomons N. W., Cousins R. J., 1984]. Первая фа- за протекает быстро и отражает поступление цинка через исчер- ченную каемку, тогда как вторая, более медленная, фаза харак- теризует, очевидно, транспорт этого элемента через базолате- ральную мембрану. Всасывание цинка в известных пределах обратно пропорционально его концентрации в содержимом кишеч- ника, что объясняется постепенным насыщением участков свя- зывания этого элемента на мембране исчерченной каемки. При высоких концентрациях цинка возможно, однако, нарушение барьерной функции мембраны и его неспецифическое связыва- ние клеточными белками и другими лигандами. Существует, по-видимому, два различных механизма всасывания цинка, один из которых функционирует при низких концентрациях этого эле- мента. В этой связи количественное поступление цинка в эпи- телий слизистой оболочки может быть сходным как при низком, так и при высоком содержании этого элемента в содержимом кишечника. Интенсивные исследования форм цинка, поступающих в эпи- 144
Таблица 13 \ Влияние эндогенных и экзогенных лигандов на всасывание цинка \ [Cousins R. J., 1985] ; Лиганд Эффект Лигаид Эффект ЭДТА, о-оксихинолин t f Аскорбиновая кислота f О Высокий уровень белка f Лимонная кислота К О 1 в рационе Лнзин, цистеин, глицин, t Пиколиновая кислота 1. О 1 глутаминовая кислота Низкий уровень железа Глутатион 0 в рационе Лактоза t Высокое содержание |, о кальция в рационе Г истидин f, 0 Клетчатка |, О Сок поджелудочной же- f, 0 Низкое содержание бел- 4 лезы ка в рационе Простагландин Е2 f, 0 Фитаты Повышенный уровень 1 Медь 1, О железа в рационе Условные обозначения: ф — повышение; f — понижение; о — отсутствие эффекта. телий слизистой, не дали определенных результатов. Показано» что этот элемент может всасываться как в ионной форме из изотонического раствора NaCl, так и в виде комплексов с раз- личными низкомолекулярными лигандами, причем разные авто- ры дают нередко прямо противоположную оценку роли этих ли- гандов в данном процессе (табл. 13). ЭДТА значительно повышает всасывание цинка, в связи с чем используется для предупреждения паракератоза у свиней. Аналогичным свойством обладает о-оксихинолин, применяемый с успехом при лечении энтеропатического акродерматита. Комп- лекс цинк — ЭДТА, не разрушаясь, проходит через слизистую оболочку в систему воротной вены. Повышенное содержание белка в рационе улучшает всасывание цинка, по-видимому, за счет образующихся аминокислот. При низкобелковом рационе усвоение цинка, напротив, снижается. Лизин, цистеин, глицин и глутамат стимулируют этот процесс, тогда как положительное действие гистидина признается не всеми авторами. Повышенный уровень кальция в рационе затрудняет всасывание цинка и не- редко служит причиной заболевания свиней паракератозом. У человека, однако, подобное действие кальция не наблюдается [Snedeker S. М. et al., 1982]. В связи с лечебным действием грудного молока при энтеро- патическом акродерматите делались попытки выделить из него специфические лиганды для цинка, в качестве которых указыва- лись метаболит триптофана — пиколиновая кислота — и цитра- ты [Evans G. W., Johnson Р. Е., 1980]. Однако эти данные не получили подтверждения в опытах с перфузией изолированного 10—568 145,
кишечника крыс. Оба эти соединения вызвали также существен- ное угнетение всасывания цинка в ПМИК. Пиколевая кислота оказалась неэффективной в опытах на крысах и в предупрежде- нии болезни Адема (наследственной недостаточности цинка у те- лят) [Flagstad Т., 1981]. В то же время имеются данные о том, что пиколиновая кислота способствует усвоению цинка из ра- ционов с ограниченной доступностью этого элемента, а в опы- тах с вывернутыми сегментами кишечника повышает поступле- ние в них радиоактивного цинка. Лимонная кислота в этих опытах оказала прямо противоположное действие. Лечебные свой- ства грудного молока связаны, по-видимому, не столько с низ- комолекулярными лигандами, сколько с типом и количеством белка. Оно содержит значительно меньше белка и некоторых других компонентов, чем коровье. Кроме того, основными бел- ками грудного молока, связывающими цинк, являются лакто- феррин и альбумин, тогда как в коровьем молоке этот элемент преимущественно связан с казеином. Исходя из этого большая доступность цинка из грудного молока объясняется лучшей пе- ревариваемостью данных белков и меньшей прочностью связы- ваниями ими указанного МЭ. В ряде работ допускалось, что для всасывания цинка, осо- бенно у новорожденных, имеет важное значение липидная фрак- ция молока. При этом главная роль отводилась незаменимым жирным кислотам и в первую очередь метаболитам линолено- вой кислоты (у-линоленовая кислота, дигомо-у-линоленовая кис- лота и простагландин Ej) [Cunnane S. С., 1982]. Утверждалось также, что в качестве эндогенного лиганда для цинка может служить простагландин Е2 [Song М. К., Adham N. F., 1978]. Однако эти данные также не нашли подтверждения. Из пищи, бедной цинком, усваивается до 85% от общего ко- личества этого элемента, а из обычной пищи — всего 10—30%. Усвоение цинка из различных кормов неодинаково. В составе кукурузы он доступен на 52%, пшеницы — на 60%, гороха, яч- меня, бобов — на 66—68% и люпина — на 80%. Из полусинте- тического казеинового рациона, содержавшего 18 мг цинка, его всасываемость составила 83% [Weigand Е., Kirchgessner М., 1980]. На всасывание цинка влияют объем съедаемой пищи и содержание в ней клетчатки, которая, ускоряя прохождение пищевых масс по желудочно-кишечному тракту, уменьшает кон- такт цинка с участками его абсорбции [Ковальский В. В., Риш М. А., 1979]. Всасывание цинка значительно снижается при воспалительных процессах под влиянием лейкоцитарного эндогенного медиатора ИЛ-1, вызывающего одновременно сни- жение уровня цинка в плазме крови и накопление его в печени [Pekarek R. S., Evans G. W., 1976]. Наряду co специфическим транспортом возможны и другие пути всасывания цинка через стенку кишечника. У крыс, испы- тывающих дефицит железа, всасывание цинка повышено, по-ви- димому, за счет связывания его внутриклеточным трансферри- ном. Транспорт некоторого количества цинка через эпителий 146
слизистой оболочки возможен также кальцийсвязывающим бел- ком. К числу интересных результатов о влиянии витаминов на обмен МЭ следует отнести данные о взаимосвязи между обме- ном цинка и железа, с одной стороны, и витамина А— с другой. Первыми на эту взаимосвязь указали В. К. Бауман и соавт. (1975), обнаружившие нарушение всасывания цинка при гипо- витаминозе А у цыплят, а в 1981 г. В. К. Бауман выделила специфический цинксвязывающий белок из кишечной стенки цыплят, синтез которого индуцируется витамином А. Этот ви- тамин выполняет, таким образом, в отношении цинка ту же функцию, что витамин D в отношении кальция, и не исключено, что механизм его действия близок к таковому стероидных гор- монов. Вместе с тем G. W. Evans и соавт. (1976) показали, что при дефиците цинка в печени нарушен синтез ретинолсвязываю- щего белка, необходимого для транспорта витамина А в кровя- ном русле. Эти явления запускают каскадный механизм пороч- ного круга, при котором дефицит цинка или витамина А уве- личивает их недостаток. Особенно сильное влияние оказывает одновременный дефицит обоих пищевых факторов, приводящий к срыву гомеостатической регуляции организма. Этим, по-види- мому, объясняется сезонный характер некоторых гипомикроэле- ментозов, таких как, например, эндемический паракератоз круп- ного рогатого скота в Узбекистане, наступающий в поздний зим- ний и ранний весенний период [Риш М. А. и др., 1979], и энде- мическая иктерогемоглобинурия у каракульских овец, прекра- щающаяся в период их перехода на зеленый подножный корм. Следующей стадией усвоения цинка является его взаимодей- ствие с внутриклеточными лигандами энтероцита. На этой ста- дии существенное значение принадлежит металлотионеину. Установлено, что цинк, поступивший в клетку слизистой обо- лочки, связывается металлотионеином, причем повышение со- держания цинка в рационе индуцирует транскрипцию металло- тионеиновой мРНК и синтез новых количеств этого белка, кото- рый связывает избыток цинка. При слущивании эпителия боль- шая часть связанного цинка теряется. При низком содержании цинка в рационе уровень металлотионеина невысок, и транс- порт к базальной мембране этого элемента осуществляют его комплексы с низкомолекулярными лигандами. Таким образом, имеет место второй гомеостатический механизм, связанный с ос- новным внутриклеточным лигандом цинка металлотионеином. При введении антител против металлотионеина они обнаружи- ваются в эпителии, выстилающем ворсинки, и в клетках Панета. Дополнительный синтез металлотионеина происходит, одна- ко, только при резком повышении количества цинка в рационе и является кратковременным процессом. В отсутствие столь рез- ких изменений уровня этого элемента экспрессия металлотио- иеиновых генов снижается и транскрипция металлотионеиновой мРНК возвращается к стационарному уровню, В этой связи в настоящее время полагают, что продолжительные изменения 10* 147
процесса всасывания цинка (и меди) в меньшей степени зави- сят от синтеза металлотионеина, а происходят за счет эндоген- ной секреции этого элемента, который, поступая из крови в эпи- телий слизистой оболочки, блокирует всасывание цинка из со- держимого кишечника. Вполне возможно, что металлотионеин, обнаруживаемый в эпителиоцитах слизистой оболочки и в клет- ках Панета, регулирует не столько всасывание цинка, сколько его выделение. Не исключено, что физиологический антагонизм меди и цин- ка разыгрывается отчасти на уровне металлотионеина. Синтез данного белка индуцируют оба эти элемента, однако цинк более активен, а медь образует более прочные комплексы с указан- ным белком. В связи с этим при даче умеренных количеств пре- паратов цинка реально ожидать в первую очередь образование медь-тионеина и снижение поступления в кровь этого элемента. Взаимодействие обоих металлов может иметь клиническое зна- чение, например, при приеме массивных доз препаратов цин- ка при . болезни Вильсона — Коновалова [Prasad A. S. et al., 1978]. Перенос цинка через базолатеральную мембрану представ- ляет собой, по-видимому, активный процесс, требующий присут- ствия кислорода и затраты энергии. Он ингибируется метаболи- ческими ядами [Kowarsky S. et al., 1974] и может зависеть так- же от доступности металлосвязывающих участков на плазменном альбумине. Цинк содержится в плазме и эритроцитах в от- ношении 1 : 8 или 1 : 9. В эритроцитах он представлен главным образом как компонент карбоангидразы и в меньшей степени супероксиддисмутазы. Некоторое количество цинка связано, по-видимому, с мембраной, участвуя в стабилизации ее струк- туры. Лейкоциты содержат до 0,3% цинка, который в отличие от эритроцитарного цинка не обменивается с его плазменными запасами и не реагирует на дефицит этого элемента. Основным транспортным белком плазмы крови, переносящим 2/з метабо- лически активного цинка, является альбумин. Содержание цин- ка в плазме крови тесно коррелирует с количеством цинка, свя- занного альбумином. Основное количество цинка, присутствую- щего в амниотической жидкости, также связано с альбумином. Цинк присутствует также в «2-макроглобулине, метаболическая функция которого недостаточно изучена. Одно время допускали, что транспорт цинка в системе воротной вены осуществляется трансферрином [Evans G. W., Winter Т. W., 1975], но оказа- лось, что связь цинка с альбумином прочнее, чем с трансферри- ном [Charlwood Р. А., 1979], причем при перфузии изолирован- ных сегментов кишечника всосавшийся цинк связывается не трансферрином, а альбумином [Smith С. J., Cousins R. J., 1980]. Степень всасывания цинка коррелирует с содержанием альбу- мина, а не трансферрина. Таким образом, уровень циркулирую- щего альбумина может иметь существенное значение в процес- сах всасывания цинка. Более того, оказалось, что культура гепатоцитов усваивает цинк только из сред, содержащих ами- 148
нокислоты И альбумин, но не трансферрин [Failla A. L., Сои- sinsvR. J., 1978]. Эти наблюдения свидетельствуют, что именно альбумин яв- ляется основным физиологическим лигандом, транспортирующим цинк из кишечника к печени. Выше отмечалось, что альбумину принадлежит важная роль и в транспорте меди в системе ворот- ной вены, но оказалось, что участки связывания обоих элемен- тов на альбумине не совпадают. Относительно небольшая часть цинка в плазме крови связана аминокислотами, преимуществен- но гистидином и цистеином. Физиологическое значение этих ли- гандов неизвестно, но вполне возможно, что в некоторые органы (например, в мозг) цинк поступает в составе низкомолеку- лярных комплексов. Эти же комплексы могут играть определен- ную роль и в процессах выделения цинка почками, причем боль- шая часть упомянутых комплексов должна подвергаться реаб- сорбции во избежание повышенных потерь цинка [Victeri W. et al., 1984]. Поступление цинка в гепатоциты было изучено на первичных однослойных культурах этих клеток [Failla A. L., Cousins R. J., 1978]. Оно является двухстадийным энергозависимым процес- сом, требует наличия свободных сульфгидрильных групп и до- стигает насыщения при концентрации цинка в культуральной среде, равной 12 мкмоль. Первая стадия совершается быстро и заключается, очевидно, в связывании цинка специфическими лигандами на поверхности плазматической мембраны, куда он доставляется альбумином. Вторая стадия протекает значительно медленнее и носит линейный характер. Первая стадия проис- ходит по принципу облегченной диффузии с насыщением и является, ,по-видимому, общей для цинка и кадмия. В последние 15 лет выполнен большой объем исследований по внутриклеточному обмену цинка. Установлено, что глюкокор- тикоиды повышают содержание цинка в гепатоцитах, причем это накопление связано с синтезом металлотионеина, в селек- тивной стимуляции синтеза которого участвуют также инсулин и глюкагон [Di Silvestro R. A., Cousins R. J., 1983]. Высвобож- дение цинка из клетки обусловлено распадом его внутриклеточ- ных лигандов, в частности металлотионеина, соединение которо- го с цинком распадается в 5 раз быстрее, чем с кадмием. Отток цинка из клеток зависит также от содержания в плазме альбу- мина и аминокислот (рис. 28). В основном цинк из организма выводится с калом. У взрос- лого человека при суточном поступлении цинка в пределах 10— 15 мг около 90% этого количества выводится с калом и 2—10% (300—500 мкг) — с мочой. С калом удаляется также большая часть 65Zn, введенного внутривенно. У овец и крупного рогатого скота концентрация цинка в моче мало зависит от его поступле- ния с кормом. Цинк, выделяемый с калом, состоит из неусвоен- ного и эндогенного цинка, причем количество последнего отра- жает уровень поступления этого элемента с пищей и играет важную роль в его гомеостазе. 149
Рис. 28. Регуляция обмена циика и синтеза металлотионеииа в гепатоците [Cousins R., 1985]. Эндогенный цинк в отличие от меди подвергается частичной реабсорбции. Так, было показано, что верхние отделы пищева- рительного тракта человека содержат на 144—300% больше цинка, чем его поступает с пищей [Matsesche J. W. et al., 1980], что значительно превышает его выделение с калом. Источни- ками эндогенного цинка являются поджелудочная железа, желчь и стенка кишечника. У свиней и собак желчь бедна цин- ком. У крыс он выделяется поджелудочной железой преимуще- ственно в составе белков, тогда как в желчи он связан с низко- молекулярными компонентами, главным образом с глутатионом. После оперативных вмешательств содержание цинка в желчи существенно возрастает [Schneeman В. О. et al., 1983]. При распаде тканей, например при ожогах, хирургических операциях и других травмах, голодании, содержание цинка в моче существенно возрастает. Наблюдается гиперцинкурия и при печеночной порфирии, посталкогольном циррозе и хелатоте- рапии [Prasad A. S. et al., 1965; Spencer Н. et al., Kostoff, 1966]. Цинк поступает в мочу в основном из ультрафильтрата плазмы крови. В дистальных почечных канальцах он обычно на 95% подвергается реабсорбции и его количество в моче хорошо коррелирует с ее объемом и содержанием в ней креатинина. При увеличении объема мочи и при беременности происходит некоторое повышение выделения цинка, связанное, по-видимому, с усилением тубулярного тока. Цинкурия повышается также при даче некоторых диуретиков и натрийуретиков (например, хлоро- тиазида). Она наступает нередко и при полном парентеральном питании, при котором может выводиться в сутки до 23 мг этого элемента [Kay R. et al., 1983]. Значительное выделение цинка происходит при инфузиях аминокислот, особенно цистеина и 150
гистидина [Junice A. A. et al., 1978; Van Roj A. M. et al., 1979; Abu-Hamdan et al., 1981]. У здоровых лиц, живущих в умеренном климате, в сутки с потом теряется 0,4—2,8 мг цинка [Schraer К. К., Callo- way D. Н., 1974; Hess F. М. et al., 1977; Bauer М. Т., King J. С., 1984; Milne D. В. et al., 1984], причем его количество отражает содержание этого элемента в рационе. В жарких странах поте- ри цинка с потом могут служить одной из причин наступления дефицита этого элемента [Prasad A. S., 1963]. Ежемесячные по- тери цинка с менструальной кровью невелики и составляют 0,1—0,5 мг на период. Небольшое количество этого элемента удаляется также с волосом и ногтями [Milne D. В. et al., 1984; Umoren J., Kies C., 1982]. По мнению О. Guillard (1980), опре- деление цинка в волосах является важным диагностическим тестом стертых (скрытых) форм его недостаточности. Довольно значительные количества цинка выводятся с молоком. В нем содержится у человека от 7 (на 1-е сутки) до 2,5—3 мг/л в кон- це 1-го месяца лактации. Далее следует постепенное снижение концентрации этого элемента в молоке, составляющее в конце 1-го года 0,65 мг/л. Ферменты, содержащие цин к. Первые данные о ме- ханизмах, лежащих в основе биологической активности цинка, были получены D. Keilin и Т. Mann (1940), показавшими, что цинк входит в состав карбоангидразы эритроцитов. Через 15 лет В. L. Vallee и Н. Neurath (1955) обнаружили цинк в со- ставе карбоксипептидазы А поджелудочной железы крупного рогатого скота. Вскоре был открыт еще целый ряд цинксодер- жащих ферментов [Vallee В. L., Wacker W. Е. С., 1970]. В настоящее время цинк найден более чем в 200 металло- ферментах, участвующих в самых различных метаболических процессах, включая синтез и распад углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот. Цинксодержащие ферменты относятся ко всем шести известным классам [Vallee В. L., Galdes А., 1984], но в наибольшем количестве представлены в классе гидролаз. Они катализируют 27 различных реакций. Гомологичные фер- менты получены из самых разных источников. Так, щелочная фосфатаза изучена у 11, аминопептидаза — у 17, а нейтральная протеаза — у 25 различных видов живых организмов [O’Dell В. L. 1984]. Следующая по численности группа, содержащая более 20 ферментов, относится к лиазам. Среди ее представителей на- ходятся альдолаза, карбоангидраза и аминолевулинат-дегидра- таза (КФ 4.2.1.24). Более 10 цинксодержащих ферментов относятся к подклассу фосфотрансфераз. Это тимидинкиназа, ряд нуклеотидилтрансфе- раз: РНК- и ДНК-полимераза, полученные из И различных ис- точников, обратная транскриптаза миелобластоза птиц, поли(А) - полимераза из 8 источников и др. (табл. 14). В связи с тем что цинк имеет заполненную d-подоболочку (О10-электронная конфигурация), он не обладает переменной 151
Фермент Источник Таблица 14 Металлоферменты, содержащие цинк [Vallee В. L., 1985] Оксидоредуктазы Алкогольдегидрогеназа Алкогольдегидрогеназа D-лактатдегидрогеназа D-лактатцитохромредуктаза Супероксиддисмутаза Дрожжи Позвоночные, растения Усоногий рак, бактерии Дрожжи Позвоночные, растения, грибы, бак- терии Трансферазы Транскарбоксилаза Аспартаттранскарбамилаза Фосфоглюкомутаза РНД-полимераза ДНД-полимер аза Обратная транскриптаза Ядериая поли (А)-полимераза Концевая дезоксинуклеотидилтранс- фераза Меркаптопируватсульфидтрансфера- за Фосфодиэстераза (экзонуклеаза) Фосфодиэстераза циклических нукле- отидов Нуклеаза Pi а-амилаза a-D-маннозидаза Аминопептидаза Аминотрипептидаза Дипептидаза Ангиотензиназа Прокарбоксипептидаза А Прокарбоксипептидаза В Карбоксипептидаза А Карбоксипептидаза В Прочие карбоксипептидазы DD-карбоксипептидаза Эластаза Penicillum shermanii Е. coli Дрожжи Зародыши пшеницы, бактерии, ви- русы Морской еж, фаг Та Ретровирусы Печень крысы, вирусы Тимус теленка Е. coli . . Яд змеи Дрожжи Микроорганизмы Bacillus subtilis Млекопитающие, растения Млекопитающие, грибы, бактерии Кишечник кроликов Млекопитающие, бактерии Млекопитающие Поджелудочная железа » » Позвоночные, ракообразные » » Позвоночные, ракообразные, расте- ния, бактерии S. albus Pseudomonas aeruginosa Гидролазы Щелочная фосфатаза б'-нуклеотидаза Фруктозо-1,6-дифосфатаза Фосфолипаза С Р-Лактамаза Креатининаза АМФ-деаминаза Неорганическая пирофосфатаза Нуклеотидпирофосфатаза Млекопитающие, бактерии Бактерии, лимфобласты, плазма Млекопитающие Bacillus cereus Bacillus cereus P. putida Мышцы кролика Дрожжи Дрожжи 152
Продолжение Фермент Источник Лиазы Альдолаза фруктозо-1,6-дифосфата Альдолаза Ь-рамиулозо-1-фосфата Карбоангидраза Дегидратаза а-аминолевулиновой кислоты Глиоксалаза Нейтральная протеаза Коллагеназа Аминоацилаза Дигидропиримидин амииогидролаза Дигидрооратаза Дрожжи, бактерии Е. coli Животные, растения, человек Печень, эритроциты млекопитающих Млекопитающие, дрожжи Позвоночные, грибы, бактерии Млекопитающие, бактерии Почки свиньи, микроорганизмы Печень крупного рогатого скота Clostridium oroticum Изомеразы фосфоманнозы мРНК -синтетаза Пируваткарбоксялаза Изомеразы | Дрожжи Лигазы Е. coli, Bacillus stearothermophilus Дрожжи, бактерии валентностью и в окисленном виде всегда двухвалентен. Неко- торые молекулярные параметры ферментов, содержащих цинк, приведены в табл. 15. Координационное число цинка обычно равняется четырем, что позволяет ему образовывать связи с четырьмя лигандами. Подобные комплексы цинка имеют тетраэдрическое строение и отличаются стерически от квадратных планарных комплексов двухвалентной меди. Известны и октаэдрические комплексы цинка, в которых участвует 6 лигандов. Ионный радиус цинка меньше, чем у двухвалентной меди (0,074 и 0,092 нм соответ- ственно). По этой причине ион цинка несет более концентри- рованный заряд, чем ион двухвалентной меди, и обладает большим сродством к электронам. Химическая стабильность цинка лежит, видимо, в основе его широкого участия в самых различных биологических процессах, таких как гидролиз, ре- акции переноса, присоединения к двойным связям и даже окис- ления — восстановления. Однако цинк в редокссистемах, напри- мер в алкогольдегидрогеназе, выступает не как переносчик электронов, а как сильная льюисовская кислота, оттягивающая на себя электронные пары. В связи с заполненностью d-оболочки у двухвалентного цинка отсутству- ют хромоформные свойства в видимой области и другие спектральные харак- теристики таких переходных металлов, как железо, медь, марганец и кобальт. Этой особенностью объясняется отчасти относительно позднее обнаружение его ^значения для биологических процессов. Отсутствие у цинка парамагнитных свойств не позволяет использовать для изучения его соединений ЭПР-спект- роскопию. В этой связи впервые на цинксодержащих ферментах был разрабо- 153
Таблица 15 Молекулярные характеристики некоторых цинксодержащих белков и ферментов [Vallee В. L., Galder А., 1984] Наименование Источник Содержа- ние цинка, число ато- мов на мо- лекулу Моле- куляр- ная масса, хюз Кофактор Алкогольдегидрогенеза Печень человека, лоша- 4 £801 2NAD D-лактатцитохромредук- ДИ Дрожжи 4—6 50J — таза D-глицеральдегидрофос- Мышцы свиньи 3 137 3NAD фат дегидрогеназа Г устин Слюна человека 2 37 — РНК-полимераза Е. coll, дрожжи 2—2,4 700 —• ДНК.-полимераза Euglena gracilis, мор- 1—4 109 — Обратная транскриптаза ской еж Вирус миелобластоза 2 180 — Меркаптопируват-S- птиц, млекопитающих Е. coif 1 24 — трансфераза Щелочная фосфатаза Почки, печень, плацента 2 80 — Аминопептидаза млекопитающих Почки свиньи 6 300 Карбоксипептидаза А Поджелудочная железа 1 35 — Карбоксипептидаза В человека, быка, свиньи Поджелудочная железа 1 35 —.. Дипептидаза человека, быка, свиньи Почки свиньи, опухоле- 1 47 —- Нейтральная протеаза вые клетки мыши Яд змеи 1 22,5 2СА 5'-АМФ-аминогидрола- Мышца крысы, кролика 2 290 — за Альдолаза Дрожжи, 2 80 Кар бон ат-дегидр ат аз а Aspergillus niger Эритроциты млекопитаю- 1 29 (карбоангидраза) Супероксиддисмутаза Фосфоманнозонзомера- 1ЦИХ Дрожжи 2 1 33,6 450 2 Си за Пируваткарбоксилаза Печень свиньи, дрожжи 4 600 Биотин Термолизин Bacillus thermoproteoly- 1 35 5'-Нуклеотидаза ticus Е. coli 1 52 а2-Макроглобулин Сыворотка крови челове- ка 2 725 — тан широко используемый в настоящее время метод замещения цинка пара- магнитными металлами. Играя роль спиновой метки, эти металлы позволили выяснить строение активного центра ферментов, включающих цинк. Этот эле- мент был замещен кобальтом в карбоксипептидазе, карбоангидразе, термоли- зине, щелочной фосфатазе без потери ими ферментативной активности. Таким путем было показано, что вследствие гетерогенности лигандов в активном центре, напряжений, вызванных трехмерной структурой белка, различной сте- пени гидрофобности в непосредственном окружении металлосвязывающего участка его геометрия существенно отличается от картины, наблюдаемой на модельных комплексах металла с более простыми лигандами. В результате активный центр фермента приобретает термодинамически менее выгодную 154
корформацию по сравнению с более простыми комплексными соединениями данного металла в растворе, но более приспособленную для реализации метал- лом его метаболической функции — осуществления им определенной катали- тической реакции. Это предопределяемое генетически напряженное состояние иона цинка в цинксодержащих ферментах было обозначено как энтатическое {Vallee В. L., Williams R. J., 1968]. Термин «энтазис» в данном случае служит для обозначения состояния напряжения в структуре металлофермента, возни- кающее еще до его соединения с субстратом. Цинк в металлоферментах присутствует в активном центре и непосредст- венно участвует в каталитическом [процессе. Но он может выполнять в фер- ментах и иную функцию, например участвовать в стабилизации их третичной структуры, как в а-амилазе Bacillus subtilis, или выполнять регуляторную роль, как в аспартат — карбамилтрансферазе. Цинк в одном ферменте может функционировать одновременно и в двух процессах — катализе и поддержа- нии структуры, как, например, в алкогольдегидрогеназе из лошадиной печени, или катализе и регуляции активности, как в аминопептидазе из бычьего хру- сталика. Алкогольдегидрогеназа, присутствующая в печени и других органах, окисляет этанол, другие первичные и вторичные спир- ты, стероиды, а также витамин А. Ретинолдегидрогеназа сетчат- ки глаза, по-видимому, идентична или очень близка по своей •структуре к этому ферменту. Алкогольдегидрогеназы из печени лошади и человека содержат по четыре атома цинка на молеку- лу, причем цинк выполняет в их составе как каталитическую, так и структурную функции. Алкоголыдегидрогеназа печени че- ловека участвует в первичном механизме детоксикации спир- тов. Эритроциты содержат высокую концентрацию карбонат- дегидратазы (КФ 4.2.1.1), катализирующую реакцию СО2+Н2О Н2СОз. Этот фермент обнаружен и во многих других тканях. В его отсутствие скорость удаления СОг из орга- низма недостаточна для поддержания жизни. Все карбонат-де- гидратазы из эритроцитов млекопитающих, включая человека, содержат по одному атому цинка на молекулу фермента. Столь- ко же металла присутствует и в молекулах карбоксипептидаз А и В, выделяемых с соком поджелудочной железы в двенадцати- перстную кишку и осуществляющих деградацию полипептидных цепей с карбоксильного конца. Содержание карбоангидразы ис- следовано при многих болезнях человека. Щелочная фосфатаза Е. coli содержит четыре атома цинка. Она состоит из двух субъединиц, в которых один атом цинка участвует в активном центре, а второй — в поддержании струк- туры. Кроме того, для поддержания активности голофермента необходимы еще два атома магния. При дефиците цинка у жи- вотных активность щелочной фосфатазы существенно понижена. По-видимому, цинк, составляющий 0,3% сухой массы лейкоци- тов человека, преимущественно присутствует в них именно в со- ставе щелочной фосфатазы [Vallee В. L., Galder А., 1984]. Цинку принадлежит важная роль в синтезе белка и нуклеи- новых кислот. Он присутствует во всех 20 изученных в настоя- щее время нуклеотидилтрансферазах, а его открытие в обрат- ных транскриптазах впервые позволило установить тесную взаимосвязь с процессами канцерогенеза. Цинк необходим для 155
стабилизации структуры ДНК, РНК и рибосом и, входя в со- став аминоацил-тРНК-синтетаз и фактора элонгации белковой цепи у млекопитающих (EF-1), играет важную роль в процессе трансляции и незаменим, таким образом, на многих ключевых этапах экспрессии гена. В этой связи становится понятной за- держка роста и развития у человека и лабораторных животных при алиментарной или наследственной недостаточности цинка. Необходимость цинка для нормального протекания всех этапов клеточного цикла и для функционирования генетического аппа- рата^ продемонстрирована на примере эвглены [Vallee В. L., Следует иметь в виду, что целый ряд ферментов, аналогич- ных по функции указанным в табл. 15, не содержит цинка. Так, альдолаза из дрожжей содержит этот элемент, а из мышц — не содержит его. Отсутствует он и в карбоксилазе пировиноград- ной кислоты печени, карбоангидразе из шпината, супероксид- дисмутазе митохондрий и бактерий. Предполагалось, что боль- шинство дегидрогеназ, коферментами которых являются пириди- новые нуклеотиды, представляют собой цинксодержащие ферменты. Однако ранние сообщения о присутствии цинка во мно- гих ферментах этой группы, как, например, в лактатдегидроге- назе из печени крысы и сердца свиньи, глицеральдегид-3-фос- фатдегидрогеназе из мышц кролика и дрожжей, глюкозо-6-фос- фатдегидрогеназе из дрожжей, глутаматдегидрогеназе из печени быка [Джонс М. М., Хикс Дж. Э., 1978], не нашли подтверж- дения при изучении очищенных препаратов. Токсичность цинка невелика, при введении его в избытке он не кумулируется, а выводится. Однако в литературе имеются отдельные сообщения о токсическом влиянии цинка. При прие- ме внутрь 12 г ZnSO4 у юноши 16 лет были отмечены сонли- вость, рвота, повышение активности липазы в сыворотке крови и амилазы слюны. Зарегистрировано отравление со смертель- ным исходом при приеме внутрь 45 г ZnSO4 [Prasad A. S., 1979]. В противоположность этому большое значение для клиниче- ской медицины имеют цинкдефицитные состояния организма. У человека классификация цинкдефицитных состояний разрабо- тана А. А. Жаворонковым (1983). Наиболее удобно подразде- лять цинкдефицитные состояния человека в соответствие с раз- личными возрастными периодами. Так, по данным ряда авторов, цинкдефицитная патология разных периодов индивидуального развития представлена следующим образом. Антенатальный период. У 13—18% беременных с дефицитом цинка отмечается наличие пороков у плода и новорожденных: гидроцефалия, микро- и анофтальмия, расщепление неба, ис- кривление позвоночника, образование грыж, пороки сердца и др. (подтверждено экспериментально). Постнатальный период. Эндогенный дефицит цинка при врожденных и генетических заболеваниях: 1) энтеропатический акродерматит — аутосомно-рецессивное заболевание, сопровож- 156
дающееся нарушением синтеза белка — лиганда для связыва- ния, всасывания и транспорта металла; 2) клинические формы серповидно-клеточной анемии, сопровождающиеся хроническим гемолизом и цинкурией вследствие нарушения клубочковой фильтрации и канальцевой реабсорбции. Экзогенный дефицит цинка. К нему относятся: 1) али- ментарная недостаточность: а) симптомокомплекс тяжелой же- лезодефицитной анемии с гепатоспленомегалией, карликовостью, половым недоразвитием, нарушением нормального оволосения,, атрофией яичек и предстательной железы — болезнь Прасада; б) синдром идиопатической гипогевзии и гипосмии с дизосмией;. в) у беременных — прямая корреляция между снижением кон- центрации цинка в сыворотке крови и частотой слабости родо- вой деятельности, атонических кровотечений, преждевременных родов и врожденными уродствами новорожденных; 2) при за- болеваниях: а) желудочно-кишечного тракта (постгастрэктоми- ческом синдроме, хронических энтеритах, колитах, болезни Кро- на и др.) —дерматит, гипогевзия с гипосмией; б) печени (алко- гольный цирроз и др.)—дерматит, гипогевзия с дизгевзией и гипосмия с дизосмией. Ятрогенный дефицит цинка описан в главе 9. Имеющие- ся клинические и экспериментальные материалы свидетельству- ют о том, что уже эмбрион и плод в критические периоды своего развития чувствительны к недостатку цинка в организме мате- ри. Возникающие при этом цинкдефицитные состояния сопро- вождаются рождением незрелого плода, а также формирова- нием разного рода аномалий. Концентрация же этого МЭ в тка- нях зрелого новорожденного идентичны таковым у взрослого организма. В постнатальном периоде цинкдефицитные состояния могут быть обусловлены эндогенными, экзогенными и ятрогенными причинами. В первом случае они сопровождают некоторые врожденные и генетические заболевания. Во втором они возни- кают при первичном алиментарном недостатке этого МЭ, а так- же при многих хронических заболеваниях органов пищеварения. Ятрогенный дефицит цинка развивается при несбалансирован- ном в отношении МЭ парентеральном питании, а также при длительном лечении цитостатиками, D-пеницилламином, L-гис- тидином. Алиментарная недостаточность данного МЭ у детей приво- дит к симптомокомплексу, впервые описанному в 1961 г. A. S. Prasad и соавт. При этом у И молодых мужчин-иранцев отмечены железодефицитная анемия, гепатоспленомегалия, кар- ликовость, гипогонадизм (атрофия яичек и предстательной же- лезы) с почти полным отсутствием лобкового, аксиллярного и лицевого оволосения. Анемия у этих больных была гипохромной микроцитарной и легко корригировалась патогенетической те- рапией, в то время как другие симптомы, напоминавшие призна- ки цинкдефицитного состояния у экспериментальных животных, не поддавались коррекции. Через 2 года была опубликована 157
работа, в которой описывалась аналогичная клиническая кар- тина у 23 мужчин-египтян 17—19 лет [Prasad A. S. et al., 1963]. Питание больных как в Иране, так и в Египте характеризова- лось недостаточностью белков животного происхождения и пре- обладанием углеводов. При клиническом обследовании у этих больных обнаружены низкие концентрации цинка в плазме, эритроцитах и волосах. Успешное лечение этих больных сульфа- том цинка подтвердило ведущую роль недостаточности цинка в этиологии данного синдрома. В связи с тем что он является не единственным показателем алиментарной недостаточности .цинка, мы предложили этот синдром назвать болезнью Прасада ло имени автора, впервые его описавшего [Жаворонков А. А., 1983]. Дефицит цинка у взрослых сопровождается развитием синд- ромов, связанных с поражением кожных покровов (типа так называемого энтеропатического акродерматита) и с нарушением вкуса и обоняния. Гистологическая картина энтеропатического акродерматита •напоминает псориаз, однако при последнем отсутствуют акан- толические клетки [Lever W. F., 1975]. В то же время она ана- логична дерматиту, развивающемуся при приобретенных цинк- дефицитных состояниях. При этом выделяют два типа (эрите- матозный и буллезный) кожных изменений [Katsumi Hanada, 1981]. При первом типе отмечаются гипер- и паракератоз, акан- тоз и незначительная периваскулярная инфильтрация лимфоци- тами в верхних слоях дермы. Иногда встречаются псевдорого- вые кисты и базофильная дегенерация в эпидермисе. В роговом и чешуйчатом слоях выявляются липидные включения. При бул- лезном типе имеют место интраэпидермальные пузырьки с не- большим количеством акантолитических клеток, паракератоз и губчатые пустулы Когои вокруг пузырьков. В сосочковом слое дермы отмечаются отек и инфильтрация лейкоцитами. Липид- ные включения выявляются не только в верхушке пузыря, но и в нижних слоях эпидермиса. Сходные изменения обнаруживают- ся при паракератозном дерматозе у больных с цинкдефицитным состоянием, возникающим после длительного применения пени- цилламина (рис. 29). Электронно-микроскопическое исследование кожи при приоб- ретенном цинкдефицитном состоянии впервые провел Katsumi Hanada (1981), который в частности, показал, что в очаге эри- тематозных изменений роговой слой содержит остатки ядер, ор- ганелл и тонофиламентов. В поверхностных чешуйчатых клет- ках увеличено число свободных рибосом и отсутствуют керато- гиалиновые гранулы. Многочисленные овальные тельца низкой электронной плотности диаметром 0,2—0,8 мкм, связанные с плазмалеммой, были обнаружены в клетках рогового слоя, в поверхностных клетках чешуйчатого слоя и даже в клетках Лангерганса. Десмосомальные соединения в поверхностных эпи- дермальных клетках ослаблены, межклеточные пространства расширены. В базальном слое эпидермиса патологии не выявле- 158
Рис. 29. Гистологическая картина выраженного паракератозного дерматоза при циикдефицитном состоянии у больного, длительно лечившегося пеницилла- мином по поводу болезни Вильсона — Коновалова [Klingberg W. et al., 1976]. но. В клетках верхушки интраэпидермального пузырька видны вакуолизированные митохондрии, много свободных рибосом и единичные тонофиламенты. Ультраструктурные изменения эпителия слизистой оболочки щек крыс при экспериментальном циикдефицитном состоянии характеризовались избыточной пролиферацией эпителиоцитов и патологической кератинизацией [Ashraf S. Н. et al., 1980] и- свидетельствовали об аналогичных изменениях, развивающихся в ороговевающем эпителии при дефиците цинка как врожденно- го, так и приобретенного характера. При исследовании слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки больных энтеропатическим акродерматитом [Loembeck I. et al., 1974], а также при приобретенном дефиците цинка [Su- zuki Н. et al., 1979] отмечено наличие так называемых апопто- тических включений в клетках Панета диаметром до 7 мкм. Они представляли собой конденсированный миелиноподобный материал в филаментозном матриксе. Явление апоптоза, т. е. гибели клеток с конденсацией ядра и цитоплазмы и последую- щей их десквамацией или фагоцитозом соседними клетками, было описано J. F. Kerr и соавт. (1972). При исследовании слизистой оболочки тонкой кишки подо- пытных крыс с недостатком цинка установлены дистрофические- изменения энтероцитов на всем протяжении ворсинок и крипт. Отмечались просветление гиалоплазмы, деструкция микроворси- 15»
«ок и редукция большей части органелл. Апоптотические вклю- чения отмечены в цитоплазме энтероцитов и макрофагов, ин- фильтрирующих слизистую оболочку [Elmes М. Е. et al., 1980]. Эти авторы полагают, что изменения эпителия слизистой обо- лочки тонкой кишки при дефиците цинка у животных сходны с таковыми у человека при энтеропатическом акродерматите. Апоптоз встречается и при других патологических состояниях, не связанных с дефицитом цинка. Электронно-микроскопически в области пор вкусового сосоч- ка при идиопатической гипогевзии обнаружены резкое уменьше- ние числа и диаметра секреторных гранул с электронно-плот- ным гомогенным содержимым, наличие крупных вакуолей и большого количества везикул, а также отсутствие пальцевидных отростков и плотного экстрацеллюлярного вещества. При обыч- ном гистологическом исследовании вкусового сосочка методом световой микроскопии никакие изменения в нем не обнаружены [Henkin R. I. et al., 1971]. Диагноз «цинк-дефицитное состояние» ставится в том случае, если содержание цинка в крови менее 13 мкмоль/л, еще более низкая концентрация этого элемента в сыворотке крови (8,2+0,9 мкмоль/л') является неблагоприятным прогностическим признаком [Карлинский В. М., 1979]. Надо иметь в виду, что существует прямая коррелятивная связь между понижением активности цинкзависимых ферментов и сниженным содержа- нием этого МЭ в тканях с симптомами недостаточности цинка. Представляется целесообразным в группу риска в отноше- нии цинкдефицитных состояний включить подростков с задерж- кой роста и полового созревания, беременных и кормящих жен- щин с микросимптоматикой энтеропатического акродерматита и нарушениями вкусовой чувствительности и обоняния, а так- же больных хроническими заболеваниями печени, желудочно- кишечного тракта, талассемией (встречается на юге нашей страны), больных с длительным парентеральным питанием и подвергавшихся продолжительному лечению цитостатиками. Весьма вероятно, что у очень многих больных хирургического и терапевтического профиля с синдромом истощения, сопровож- дающимся анорексией и стойкими нарушениями вкусовой функ- ции в форме агевзий и парагевзий с соответствующими атрофи- ческими изменениями вкусовых сосочков языка, имеется недиаг- ностированная недостаточность цинка. Это, в частности, надо отнести к синдрому дистрофии раненых, очень часто осложняв- шему нагноительные процессы различной интенсивности и дли- тельности течения. Нарушения вкусовой чувствительности были объективно зарегистрированы у них с помощью клинических тестов [Авцын А. П., 1944, 1946]. Ликвидация лихорадки, обус- ловленной нагноением, сопровождалась быстрым улучшением вкусовой чувствительности и постепенной регенерацией сосочков языка. Эти имеющие практическое значение наблюдения отно- сятся и к кахексии, иногда сопровождающей обширные длитель- но не заживающие ожоги. 160
Естественно полагать, что явления недостаточности цинка объясняются нарушением конкретных биохимических функций, которые обеспечиваются данным элементом. Однако установле- ние такой связи не всегда возможно. Наблюдения над явления- ми недостаточности цинка позволяют говорить о его участии в следующих биологических процессах. Рост и деление клеток. Наиболее четко прослежива- ется связь между задержкой роста и деления клеток с угнетени- ем активности ферментов нуклеинового и белкового обмена [Val- lee В. L., 1983]. Содержание цинка в нуклеиновых кислотах превышает концентрацию марганца и меди и достигает в ДНК 18,4 ммоль/кг и в РНК печени крысы—19,9 мкмоль/кг. Уста- новлено, что марганец и цинк образуют наиболее прочные связи с фосфатными группами. Цинк обеспечивает обратимость про- цессов денатурации ДНК. Это действие цинка объясняется тем обстоятельством, что в нативной ДНК он связан с фосфатными группами, повышая тем самым ее стабильность, а при расхож- дении нитей ДНК этот МЭ образует, подобно меди, координа- ционные комплексы с азотистыми основаниями, удерживая их на близком расстоянии и способствуя их быстрому объединению в двойную спираль при охлаждении. Это может иметь важное значение для ренатурации молекул ДНК [Zimmer С., 1973]. Цинк оказывает влияние на деление клеток и через воздейст- вие на цитоскелет. Показано in vitro, что он может стабилизи- ровать микротрубочки в результате образования меркаптидных мостиков между субъединицами димеров тубулина. Повышение митотического индекса отмечено при дефиците цинка в эпите- лиоцитах слизистой оболочки пищевода и поджелудочной желе- зы крыс. В веретене и хромосомах во время митоза обнаружено повышенное содержание цинка. Влияние этого МЭ на созрева- ние сперматид также связывают с его способностью стабилизи- ровать микротрубочки их манжетки [Chesters J. К., 1978]. Уча- стием цинка в функционировании генетического аппарата и про- цессах деления клетки определяется его важное значение для роста и развития животного организма, показанное впервые на крысах еще в 1934 г. [Todd W. R. et al., 1934] и многократно подтвержденное в опытах на сельскохозяйственных животных [Mertz W., 1986]. Кератогенез. Уже при первых исследованиях недостаточ- ности цинка у крыс и мышей наблюдалось облысение, сопро- вождающееся обширными повреждениями эпителия кожи и пи- щевода. Гистологическими методами при недостаточности цинка обнаруживают состояние паракератоза с характерной задерж- кой гибели ядер и слущиванием эпителия. Наиболее полно паракератоз при недостаточности цинка изучен у свиней, у кото- рых гистологические изменения кожи имеют большое сходство с таковыми при псориазе у человека [Anderson Е. et al., 1967]. Чаще всего поражения кожи наблюдаются вокруг глаз и рта, мошонки и с внутренней стороны задних конечностей, откуда они распространяются на остальные участки тела. Кожа утол- 11—563 161
щается, собирается в складки и покрывается струпьями. Все описанные явления исчезают в короткие сроки после приема препаратов цинка и их парентерального введения. Установлено, что целый ряд кожных заболеваний у челове- ка и животных связан с недостаточностью цинка и поддаются лечению соединениями этого МЭ. Так, отмечена связь между хроническим язвенным дерматитом различной этиологии и низ- ким уровнем цинка в плазме крови у человека. Препараты цин- ка дают выраженный лечебный эффект и при энтеропатическом акродерматите. Остеогенез. Цинку принадлежит важная роль в разви- тии скелета. Нарушения скелета при дефиците цинка описаны у плодов крыс и у домашней птицы [Blumberg А. В. et al., 1960]. У телят при экспериментальной недостаточности цинка наблюдаются ригидность, опухание суставов и хромота, которые легко устраняются дополнительной дачей препаратов цинка. У поросят W. J. Miller и соавт. (1968) описали уменьшение размеров и прочности бедренной кости. При дефиците цинка отмечено угнетение щелочной фосфата- зы в хондроцитах эпифизарного хряща, что, по мнению S.J. Hen- ning (1976), и является основным биохимическим дефектом развития кости. Зольность кости при недостаточности цинка сни- жается или остается нормальной [Rahmat A. et al., 1961; Star- cher В. С. et al., 1963]. Нет сомнения, что цинк принимает уча- стие в процессах кальцификации, однако, раскрытие конкретно- го механизма его действия является делом будущего. Заживление ран. Роль цинка в заживлении ран впер- вые была показана W. Н. Strain и соавт. (1960). Было также отмечено, что в волосах больных с обширными ожогами содер- жится пониженное количество цинка. Разработав количествен- ный метод оценки скорости лечения ран, авторы показали, что она прямо коррелировала с уровнем цинка в волосах. Прием 50 мг сульфата цинка с пищей 3 раза в сутки повышал ско- рость заживления ран у молодых людей после операции удале- ния пилоноидальных кист [Pories W. J. et al., 1967]. Особенно ускорялось заживление на стадии эпителизации через 15 дней и более после операции. Прием сульфата цинка способствовал ускорению заживления язв на нижних конечностях [Hussain S. L., 1969]. При этом отмечено повышение содержания цинка в сыворотке крови, что дает основание предположить наличие в организме пациентов дефицита цинка и в начале лечения. Аналогичные данные при- водят G. R. Sergeant и соавт. (1970), обследовавшие больных серповидно-клеточной анемией с язвами на нижних конечностях. Цинк при заживлении ран оказывает, по-видимому, стаби- лизирующее действие на цитоплазматические мембраны, препят- ствуя высвобождению гидролитических ферментов, таких как катепсин D и коллагеназа, контролирующих скорость распада поврежденных тканей. Имеются также данные, что цинк видо- изменяет течение воспалительного процесса и ускоряет синтез 162
коллагена в заживающей ране [Tengrup В., 1977]. Не следует сбрасывать со счетов и роль цинка в синтезе ДНК и РНК, осо- бенно интенсивно протекающем в регенерирующей ткани. Воспроизводительная функция. Известно боль- шое количество работ о роли цинка в процессах воспроизведе- ния потомства. При дефиците цинка наступает угнетение спер- матогенеза и развития первичных и вторичных половых призна- ков у самцов, всех этапов полового цикла у самок — от течки до родов, а также лактации. При этом чувствительность к де- фициту цинка у самцов выше, чем у самок, а у молодых живот- ных значительно выше, чем у взрослых. Недостаточность цинка влечет за собой замедленное развитие семенников, их придат- ков, предстательной железы и гипофиза, а также атрофию спер- матогенного эпителия семенников. Задержка развития семенни- ков является характерным признаком недостаточности цинка у коз, телят, овец [Underwood Е. J., 1987] и человека. Данные A. S. Prasad и соавт. (1969), а также Н. Sandstead (1982) о недостаточности цинка у подростков в Иране и Египте, вошедшие во все обзоры литературы по биологической роли цинка, первоначально подтверждались не всеми авторами. Так, анализируя результаты ряда авторов, J. Е. Caughey (1973) под- верг сомнению данные A. S. Prasad и пришел к выводу, что в основе наблюдавшегося им явления лежит не недостаточность цинка, а неполноценность питания по белку и калорийности, которая, по данным ВОЗ, отмечена у более 70% семей, где про- водились наблюдения. В настоящее время, однако, данные A. S. Prasad являются общепризнанными. Взаимодействие с сульфгидрильными груп- пами. Ряд проявлений биологической активности цинка объяс- няется его высоким сродством к сульфгидрильным группам, являющимся важными детерминантами структуры и функции бел- ков. Поскольку ионы цинка не участвуют в окислительно-восста- новительных реакциях, они способствуют стабилизации сульф- гидрильных групп, предупреждая их окисление ионами меди и железа. -1 Содержание цинка в органах и тканях подвергается обычно незначительным изменениям даже при выраженной недостаточ- ности этого МЭ. Существенные колебания концентрации цинка наблюдаются только в плазме крови, что может иметь опреде- ленное значение в процессах регуляции мобильности макрофа- гов. Так, установлено, что при повышенном уровне цинка в плазме крови отмечается замедление миграции макрофагов, а при дефиците.— ее значительное повышение [Chvapil М., 1976]. Способность 1 моль цинка стабилизировать клеточные мембраны используется при выделении форменных элементов крови — эритроцитов и лимфоцитов с параллельным повыше- нием содержания в них цинка примерно в 10 раз. Иммунный ответ. Цинку принадлежит важная роль в иммунном ответе. Недостаточность этого МЭ у лабораторных и сельскохозяйственных животных сопровождается угнетением об- Hl 163
разования антител, снижением числа лимфоцитов, циркулирую- щих в крови, и существенным уменьшением массы тимуса. У больных энтеропатическим акродерматитом отмечено почти полное отсутствие лимфоидной ткани, включая тимус, минда- лины, лимфатические узлы, селезенку. У крыс при дефиците цинка В-лимфоциты утрачивают способность к трансформации под влиянием фитогемагглютинина и других митогенов. Сход- ным образом у человека при энтеропатическом акродерматите нарушение синтеза антител связано не столько с недостатком В-лимфоцитов, сколько с их неспособностью к трансформации в плазматические клетки при воздействии антигена, объясняе- мой нарушением механизма дерепрессии генов иммуноглобули- нов [Chesters J. К., 1978]. Для функции Т- и В-лимфоцитов важное значение имеет цинксодержащий фермент нуклеозидфосфорилаза (5'-нуклеоти- даза, КФ.3.1.3.5), участвующий в катаболизме пуринов. Недо- статочность этого фермента отмечена при врожденном дефекте Т-лимфоцитов и в лимфоцитах лиц пожилого возраста. По ана- логии с бактериальной 5'-нуклеотидазой нуклеозидфосфорила- за, присутствующая в эритроцитарной мембране, снижает свою активность при дефиците цинка, и она может служить в каче- стве диагностического теста для оценки цинкового статуса [Prasad A. S., Rabbani Р., 1981]. Не исключено, что усиление иммунного ответа лимфоцитов в пожилом возрасте при приеме препаратов цинка связано с активацией данного фермента. В 1974 г. было показано, что при дефиците цинка резко сни- жается активность тимидинкиназы — фермента, катализирующе- го реакцию образования ТМФ из тимидина и АТФ [Prasad A. S., Oberleas D., 1974]. Это наблюдение было подтверждено и дру- гими авторами [Hurley L. S., 1980]. Активность тимидинкиназы резко возрастает при вирусной инфекции, клеточном делении и снижается до минимума в дифференцированных клетках. В связи с этим допускалось, что действие цинка на пролифери- рующие и эмбриональные ткани реализуется отчасти через дан- ный фермент. Однако в этом вопросе нет ясности, поскольку в синтезе ТМФ принимает также участие тимидинфосфорилаза, катализирующая синтез тимидина из тимина и рибозы и близ- кая по своему действию к описанной выше нуклеозидфосфори- лазе. Клеточное дыхание. Цинк угнетает транспорт электро- нов в дыхательной цепи митохондрий, что свидетельствует о спе- цифической роли этого металла в процессах дыхания [Чистя- ков В. В., 1969]. Это свойство цинка, возможно, реализуется in vivo на сперматозоидах человека, содержащих высокую кон- центрацию этого МЭ и отличающихся весьма низкой дыхатель- ной активностью. При удалении из них цинка наблюдается уси- ление дыхания [Eliassen A. et al., 1971]. Как отмечают В. П. Скулачев и соавт. (1967), цинк блокирует дыхательную цепь между цитохромом b и с, воздействуя на белки, содержа- щие негемовое железо. В. В. Чистяков (1969) на основании 164
изучения ЭПР-спектров считает, что ионы цинка, будучи более сильными акцепторами электронов по сравнению с ионами же- леза, вытесняют его из соединения с белком, нарушая тем са- мым функции негемового железа в транспорте электронов. Развитие мозга и поведение. Важной особенностью цинка является его влияние на выработку поведенческих реф- лексов. Как показали D. Caldwell и D. Oberleas (1970), у по- томства самок крыс, испытывавших умеренную недостаточность цинка, значительно медленнее вырабатываются условные реф- лексы, чем у потомства матерей, получавших с пищей нормаль- ное количество этого МЭ. Помимо того, у крыс, получавших подкормку препаратами цинка, по сравнению с животными, ис- пытывавшими недостаточность цинка, вырабатывалось значи- тельно больше условных рефлексов и проявлялось меньше без- условных рефлексов. Повышенной способности к обучению соот- ветствовал и более высокий «индекс активности», который мож- но интерпретировать как пониженную эмоциональность. Причи- ной такого действия цинка, по-видимому, является его виталь- ная необходимость для развития тканей головного мозга. Недо- статочность цинка в критический период развития мозга неиз- менно приводит к угнетению его функции. При дефиците этого МЭ в последней трети беременности уменьшаются объем мозга и общее число нервных клеток, изменяется ядерно-цитоплазма- тическое соотношение, что указывает на угнетение клеточного деления в период формирования крупных нейронов. Также по- казано, что недостаточность цинка у крыс с момента рождения и до 12-го дня жизни задерживает развитие мозга, судя по активности включения тимидина в ДНК и серы в белки мозга и учитывая общее содержание в нем липидов. Авторами были отмечены также изменения характера полирибосом, что указы- вает на сдвиги в синтезе белка. У взрослых самцов из потом- ства крыс, испытывавших дефицит цинка, было отмечено нару- шение способности активно избегать столкновений, а у самок—• повышение агрессивности. У макак резусов при лишении их цинка на НО—150-й день беременности изменялись взаимоотношения между матерью и потомством. У детенышей снижались уровень активности, игри- вость и наклонность к поиску. Мать проводила больше времени с детенышами, чаще их вскармливала. Если при кормлении крысят молоком не хватало цинка, то у них задерживалось раз- витие мозга, особенно мозжечка, снижался синтез ДНК и ги- стонов. У взрослых самцов ослабевала способность к ориента- ции. Эти опыты свидетельствуют о том, что дефицит цинка в критические периоды развития мозга задерживает его созре- вание и вызывает стойкие изменения поведения потомства крыс и обезьян [Sandstead Н., 1985]. Вкус, обоняние. Недостаточность цинка у человека мо- жет быть вызвана приемом гистидина, используемым при лечении ожирения. Гистидин высвобождает цинк из его соеди- нения с альбумином, и он выделяется с мочой в виде цинк-гис- 165
тидинового комплекса. На фоне дефицита цинка вначале ухуд- шается и теряется аппетит, а затем снижаются и извращаются обоняние и вкус. Механизм действия цинка на вкусовой анали- затор объясняется наличием его ,в специальном белке — густине, вырабатываемом в околоушных слюнных железах. Молекуляр- ная масса его равняется 37 000. В одной молекуле имеются два атома цинка и 8% остатков гистидина. Показано, что этот бе- лок специфически связывается с мембранами вкусовых сосоч- ков, регулируя скорость их роста и поступление в них питатель- ных веществ [Henkin R. I., 1977]. Назначение препаратов цинка способствует восстановлению вкусового восприятия у детей с его врожденным нарушением. Снижение содержания цинка в организме детей влечет за собой ухудшение функции вкусового анализатора, которая восстанав- ливается при введении в рацион цинксодержащих продуктов. У лиц с гипогевзией в слюне околоушных' желез существенно понижено содержание этого МЭ, что объясняется нарушением синтеза густина. Слюна необходима для поддержания остроты вкусового восприятия и сохранности структуры вкусовых луко- виц. Влияние ионов цинка на вкусовой анализатор также осно- вывается, по-видимому, на его взаимодействии с сульфгидриль- ными группами. Цинк и стресс. При стрессах различного рода, как, на- пример, при инфекциях, травмах, низком содержании белка в пище, беременности, отмечается снижение концентрации цинка в плазме крови и его перераспределение между органами и тка- нями. Эти изменения регулируются особым термолабильным фактором, получившим название «лейкоцитарный эндогенный медиатор» (ЛЭМ). Он вырабатывается фагоцитирующими клет- ками (нейтрофилы, макрофаги, моноциты). При введении здо- ровым животным ЛЭМ вызывает быстрое поступление железа, цинка и большей части свободных аминокислот в печень, сни- жение содержания железа и цинка в плазме крови и повыше- ние в ней уровня меди. В печени вскоре отмечаются усиление синтеза ядрышковой РНК, ее включение в состав рибосом и ускорение синтеза ряда гликопротеидов плазмы, в частности це- рулоплазмина. ЛЭМ — низкомолекулярный белок, близкий по своим свойствам к эндогенным пирогенам [Beisel W. R., Peka- rek R. S., 1974]. Недавно было показано, что этот белок иден- тичен с ИЛ-1. Кроме того, уровень цинка в организме могут снижать про- дукты распада тканей, образующиеся при упомянутых выше стрессовых состояниях. Связывая цинк, эти продукты, прежде всего аминокислоты, могут повысить содержание соединений цинка в крови и усилить выделение их с мочой. Стресс приво- дит также к увеличению выделения в плазму кортикостероидов, стимулирующих поступление цинка в ткани. Наибольшее внимание ученых привлекала взаимосвязь цинка с инсулином. Распространенное в прошлом мнение о наличии цинка в структуре молекулы инсулина не нашло под- 566
тверждения. По-видимому, этот элемент необходим для образо- вания гексамера и других кристаллических форм инсулина, в виде которых происходит депонирование инсулина ^клетками поджелудочной железы [Maske Р., 1964]. Изучение влияния цинка на активность инсулярного аппарата показало связь меж- ду содержанием в нем цинка и его функциональным состоянием. Особый интерес в этом отношении представляют гистохимиче- ские исследования И. А. Шевчука (1970). Включение цинка в инсулин пролонгирует его физиологическое действие и гипогли- кемическое состояние. С учетом этого явления был приготовлен препарат протаминцинкинсулин, оказывающий пролонгирован- ное гипогликемическое действие. Нарушение гомеостаза глюко- зы в плазме крови при недостаточности цинка у крыс, описан- ное ранее, в более поздних опытах не подтвердилось [Che- sters J. К-, 1982]. Извращение чувства материнства у крыс при цинковой не- достаточности является, по-видимому, также результатом нару- шения выработки половых гормонов. В период, предшествую- щий беременности, у кроликов наблюдается заметное повыше- ние концентрации цинка в матке, особенно в эндометрии. Цинк мобилизуется в тканевых депо и транспортируется в матку для обеспечения развития эмбриона. Поскольку матка на ранних стадиях беременности у кролика изменяется главным образом под влиянием прогестерона, то вполне вероятно, что изменение уровня цинка и активности карбоангидразы в матке происходит под влиянием этого гормона. В соответствии с этим предполо- жением J. Apgar (1970) нашел, что введение крысам, испытыва- ющим недостаточность цинка,прогестерона и эстрогенов способ- ствует нормальному исходу беременности. Имеются также дан- ные о влиянии хорионального гонадотропина и тестостерона на поступление цинка в дорсолатеральном отделе предстательной железы и дополнительные половые железы у самцов крыс. Таким образом, цинкдефицитные состояния представляют со- бой обширную группу эндогенных и экзогенных МТОЗов. В ка- честве самостоятельных нозологических форм они еще мало известны, однако широкий спектр биологической активности цинка, его большое значение как в антенатальном, так и в пост- натальном развитии организма позволяют думать, что в неда- леком будущем обнаружат новые синдромы этой природы. Акцессорная роль других МЭ, в первую очередь сопряженно связанных с обменом цинка в организме, вероятно, проявляется в полиморфизме клинических симптомов. Это свидетельствует о чрезвычайно сложном патогенезе цинкдефицитных состояний в каждом конкретном случае. 6.4. Марганец Марганец был обнаружен в тканях животных более 70 лет назад [Bertrand G„ Medigreceanu М. F., 1913], однако его жиз- ненно важная роль для животного организма была установлена
лишь 18 лет спустя, когда было показано, что он необходим для роста и развития крыс и мышей [Kemmerer A. R. et al., 1931; Orent Е. R., McCollum E. V., 1931]. Вскоре было найдено, что этот МЭ предупреждает развитие аномалии скелета у кур, из- вестных под названием «перозис» [Wilgus Н. R. et al., 1939]. Явления недостаточности марганца затем были обнаружены у коз [Anke М., Groppel В., 1970] и практически у всех изу- ченных лабораторных и сельскохозяйственных животных [Un- derwood Е., 1977]. Впервые дефицит марганца у человека опи- сан как марганецзависимый диабет в 1972 г. Е. A. Doisey. В норме в организме мужчины массой 70 кг имеется 10— 20 мг (0,18—0,36 ммоль) марганца. В норме, по данным L. S. Hurley и соавт. (1987), в костях, особенно трубчатых а также в печени и почках находятся более высокие концентра- ции марганца, чем в других органах. Это справедливо для че- ловека, крупного рогатого скота и крысы. Содержание марган- ца в мышцах человека очень низкое, еще ниже оно в цельной крови и особенно в плазме. Концентрация марганца в больше- берцовой кости в большей степени зависит от его содержания в пище, чем в тканях других органов. В печени здоровых лю- дей всех возрастов находится 6—8 мг/кг (расчет на сухую мас- су). Концентрация марганца в реберных хрящах человека с воз- растом уменьшается. Данные о количестве марганца в цельной крови очень вариабельны. Уровень его в сыворотке крови повы- шен при заболеваниях сердца, инфекциях и некоторых психозах. Повышение уровня марганца в цельной крови зарегистрировано при избыточном потреблении этого МЭ, а также при ревма- тоидном артрите и железодефицитных состояниях. Марганец, по-видимому, имеет жизненно важное значение для функции мозга. Наиболее высока его концентрация в эпи- физе, обонятельных луковицах, срединном возвышении гипота- ламуса и в базальных ганглиях [Barbeau A. et al., 1975]. Он аккумулируется преимущественно в меланинсодержащих струк- турах ЦНС, как, например, в черном веществе. В отличие от других МЭ марганец не накапливается в нор- ме в печени плода. Характерно его более высокое содержание в клетках органов, богатых митохондриями. Дефицит марганца ведет к селективному поражению этих органелл, они удлиняют- ся, нарушается правильная ориентация их крист [Hurley L. S. et al., 1987]. Это, очевидно, специфическое повреждение мито- хондрий может быть предотвращено путем включения солей марганца в пищу. Всасывание. Обмен марганца был изучен преимущест- венно с помощью его изотопа 54Мп с периодом полураспада 312 дней. Марганец в виде двухвалентного катиона всасывается одинаково на протяжении всей тонкой кишки [Thomson А. В. R. et al., 1971]. Механизм этого процесса изучен мало. Известно, что в норме у человека, крупного рогатого скота, мышей и кур всасывается лишь небольшая (3—4%) часть этого МЭ незави- симо от его содержания в рационе; у молодых крыс всасывание S68
марганца достигает 20%. Этот процесс играет, по-видимому, не основную роль в поддержании гомеостаза марганца, который в отличие от железа контролируется механизмами выделения этого элемента. На всасывание марганца оказывает влияние целый ряд компонентов кор- ма. Избыток кальция и фосфора повышает потребность в марганце у свиней [Miller R. С. et al., 1940], домашних птиц [Schaible Р., Bandemer S., 1942] и телят [Hawkins G. Е. et al., 1955], а цитрат железа усиливает перозис у цыплят. Марганец в свою очередь угнетает всасывание железа и может в повышенных дозах привести к снижению синтеза гемоглобина [Matrone G.. et al., 1959]. Имеет место также взаимное угнетение всасывания марганца и селена [Burch R. et al., 1975]. У крыс при дефиците железа с наибольшей скоростью всасывается кобальт, затем следуют железо и марганец, причем участки связывания этих металлов на апикальной и базальных частях эпи- телиоцитов не идентичны. Этанол усиливает всасывание марганца в кишечнике [Schafer D. F. et al., 1974]. В опытах с этанолом и различными ингибиторами было также показано, что всасывание марганца, по-видимому, происходит не в результате активного транспорта, а путем облегченной диффузии с уча- стием переносчика [Leach R. М. et al., 1978]. . Транспорт и распределение в тканях. В крови воротной вены большая часть марганца связана с белком, отно- сящимся к а2-макроглобулинам. Свободный и белково-связан- ный марганец эффективно улавливается печенью. Небольшая часть марганца окисляется до Мп3+, связывается трансферри- ном и поступает из кровяного русла в различные ткани орга- низма. Марганец окисляется, видимо, церулоплазмином, так как его ионы in vitro в отсутствие окисляющих агентов с транс- феррином не связываются [Gibbons R. A. et al., 1976]. Марганец очень быстро покидает кровеносное русло. Через 10 мин после внутривенного введения S4Mn в крови удается об- наружить только около 1% этого изотопа. С учетом профессио- нальной вредности допускается содержание марганца в крови не более 18 мкмоль/л. Попав в клетку, этот МЭ включается главным образом в ми- тохондрии [Maynard R. S., Catzias G. С., 1955], в связи с чем клетки печени, почек, поджелудочной железы, богатые этими, органеллами, содержат повышенное количество марганца. Глю- кокортикоиды и АКТГ вызывают переход марганца из печени в другие органы и ткани. В гепатоцитах содержится как белково-связанный, так и свободный мар- ганец, выявляемый методом ЭПР-спектроскопии, причем соотношение между этими двумя формами зависит от характера питания животных. У голодающих крыс содержание свободного марганца во внутриклеточной жидкости в 3 раза ниже, чем у сытых животных, поскольку при голодании марганец включается в состав ферментов глюконеогенеза, таких как фосфоенолпируват (ФЕП)-карб- оксикиназа, нуждающихся в этом элементе. Активность последней под влия- нием марганца способна возрасти в 10 раз [Ash D., Schramm V., 1982]. Пред- полагают, что .изменение концентрации свободного марганца, возможно, пред- ставляет собой важный механизм регуляции внутриклеточного метаболизма, ?0Я9?ГИгтНЫИ деиствию свободных иоиов кальция и магния [Williams R. J., 1Уо2]. Поступление марганца из митохондрий в цитозоль обеспечивается, по-видимому, той же транспортной системой, что и поступление кальция, ко- торый активирует фосфорилазу, также участвующую в процессах глюконео- генеза [Jeng A. Y., Shamoo А. Е., 1980]. 16»
Марганец в незначительном количестве выделяется с мочой. В норме этот МЭ, поступая в желчь, экскретируется из организ- ма преимущественно с калом. Однако при поступлении в повы- шенных количествах он элиминируется также через стенку ки- шечника, причем в первую очередь через проксимальный отдел подвздошной кишки. Некоторое количество марганца экскретируется также под- желудочной железой, которая в случае холестаза может стать даже основным органом выделения этого МЭ. У мышей способ- ность поддерживать гомеостаз марганца появляется только через 17—18 дней после рождения [Miller S. Т. et al., 1975]. Скорость выделения марганца определяется его содержанием в пище и не зависит от ионов других металлов. Выделение 54Мп из организма животных повышается только при введении его стабильного изотопа. Марганец, выделяемый с желчью, подвер- гается частичной реабсорбции, в связи с чем устанавливается энтерогепатическая циркуляция этого элемента [Keen С. L. et al., 1984]. Некоторое количество марганца выделяется с молоком. Со- держание марганца в грудном молоке в 10 раз ниже, чем в мо- локе других млекопитающих. В начале периода лактации оно составляет 6 мкг/л, затем снижается до 4, а к концу лактации снова возрастает до 6—8 мкг/л. В коровьем молоке содержится 20—50 мкг/л этого МЭ. В грудном молоке 75% марганца свя- заны с лактоферрином, а в коровьем молоке 67% этого МЭ об- разуют комплекс с казеином [Lonnerdal В. et al., 1984]. У взрослых лиц период полувыведения одноразовой дозы марганца, данной через рот, составляет около 10 дней, тогда как при внутривенном введении он достигает 40 дней. Это раз- личие объясняется тем, что при приеме per os большая часть марганца поступает в печень, где он быстро включается в про- цессы обмена, тогда как при внутривенном введении марганец поступает и в те органы, где его обмен протекает значительно медленнее. Ферменты, содержащие марганец. В растворах и биохимических структурах находится преимущественно двухва- лентный марганец [Ash D., Schramm V., 1982]. Он, подобно трехвалентному железу, обладает значительным сродством к имидазолу в отличие от двухвалентных катионов меди, цинка и кадмия, предпочитающих SH-группы, и не замещает эти ионы в их комплексах с белками. Марганец и другие жизненно необ- ходимые переходные металлы выступают либо как прочносвя- занные компоненты молекул ферментов, которые в этом случае относятся к истинным металлоферментам, либо служат в каче- стве активаторов ферментов, образуя с ними легко распадаю- щиеся комплексы. Металлоферменты. В отличие от железа, меди и цинка для марганца существует лишь три фермента первого типа, а именно аргиназа, пируваткарбоксилаза и супероксиддисмута- за. Аргиназа (КФ 3.5.3.1)—фермент с молекулярной массой 170
120 000, присутствующий в цитозоле и катализирующий расщеп- ление аргинина с образованием мочевины. В его молекуле со- держится четыре атома Мп2+, из которых два могут быть уда- лены диализом с 50% потерей активности, полностью восста- навливающейся при добавлении в систему марганца. При уда- лении всех четырех атомов металла фермент необратимо инак- тивируется. При дефиците марганца активность фермента в пе- чени снижается в 3 раза [Ковальский В. В., 1974; Kirchgess- ner М., Heiske D., 1978]. Функциональная значимость низкого уровня аргиназы у жи- вотных, испытывающих дефицит марганца, неизвестна. Очевид- но, что по крайней мере у птиц патологические изменения, на- блюдаемые при недостаточности марганца, не могут быть выз- ваны нарушением функции данного фермента, поскольку у них отсутствует синтез мочевины. При повышении содержания мар- ганца в организме активность аргиназы может существенно воз- растать. Так, активность печеночной аргиназы у крыс с экспе- риментальным диабетом, вызванным инъекцией стрептозотоци- на, повышена в 2—3 раза по сравнению с нормой параллельно1 с аналогичным увеличением концентрации в печени марганца [Bond G. Н. et al., 1983]. В одной молекуле пируваткарбоксилазы, выделенной из ми- тохондрий печени птиц, содержится четыре атома марганца,, а также четыре молекулы биотина. Пируваткарбоксилаза необ- ходима для синтеза углеводов из пировиноградной кислоты. Было показано, что марганец находится на внешней поверхно- сти фермента и, по-видимому, активирует метильную группу пи- рувата, «оттягивая» на себя электроны. В результате метиль- ная группа приобретает способность акцептировать двуокись, углерода с образованием оксалацетата [Fung С. Н. et al., 1973]. У цыплят при дефиците марганца вместо него в состав пи- руваткарбоксилазы включается Mg2+, что не оказывает сущест- венного влияния на активность фермента [Scrutton М. С. et al.,. 1972]. Пируваткарбоксилаза из печени млекопитающих содер- жит ионы обоих металлов. Ионы марганца участвуют не только в стадии транскарбоксилирования пирувата, но и в начальной стадии карбоксилирования биотина. Дефицит марганца вызы- вает снижение активности фермента у голодающих взрослых крыс, чего не отмечается у сытых животных [Baly D. L. et al... 1984]. У человека описан наследственный дефект синтеза пируват- карбоксилазы, проявляющийся клинически в виде лактат- и пи- ру ват ацидоза, неврологических расстройств и прогрессирующей’ умственной отсталости, известный под неточным названием п°д°!;тРЬ1й энЦеФаломиелит», или болезнь Ли [Lestradet М., 1978]. Третьим металлоферментом, содержащим марганец, являет- ся Мп-супероксиддисмутаза (Mn-СОД), катализирующая дис- мутацию супероксидного анион-радикала с образованием пер- оксида (КФ 1.15.1.1). У млекопитающих и птиц найдены две- 171
формы супероксиддисмутазы, из которых одна содержит марга- нец, а вторая —медь и цинк (Си, Zn-СОД). Локализация этих ферментов в клетке различна. Си, Zn-СОД присутствует в цито- золе, а Mn-СОД преимущественно в митохондриях. Мп-СОД (мол. масса 80 000), выделенная из печени кур, состоит из че- тырех идентичных субъединиц, каждая из которых имеет по одному атому металла. В отличие от описанных выше двух фер- ментов неактивная Mn-СОД содержит трехвалентный марганец. Каталитический цикл этого фермента включает поочередное вос- становление и окисление марганца в ходе его взаимодействия с радикалами супероксида. Найдены изоферменты Мп-СОД, однако неизвестно, различаются ли они по своей биохимической функции [Lonnerdal В. et al., 1979]. При недостаточности Mn-СОД супероксид вступает в реак- цию с пероксидом с образованием гидроксильного радикала, который способен вызвать перекисное окисление липидов и по- вреждение мембран митохондрий. Это согласуется с наблюде- нием, что в период постнатального развития в печени крыс активность Mn-СОД постепенно возрастает, а степень перекис- ного окисления липидов снижается [Yoshioka Т., 1977]. Актив- ность Mn-СОД при голодании возрастает, а при дефиците мар- ганца снижается [Zidenberg-Cherr S. et al., 1983]. При гипербарической оксигенации, воздействии озона, про- должительном потреблении этанола и других условиях, способ- ствующих образованию супероксидного радикала, активность Mn-СОД существенно возрастает [Dreosti Т. Е. et al., 1982; Keen С. L. et al., 1983]. Известен ряд белков, содержащих в своем составе марганец. К ним относятся авиманганин, манганин и конканавалин. Неко- торые их характеристики, а также указанных выше металло- ферментов приведены в табл. 16. Таблица 16 Белки и ферменты, содержащие марганец Наименование Молекуляр- ная масса, ХЮ3 Число ато- мов марган- ца н/а моле- кулу Источник Супероксиддисмутаза КФ 1.15.1.1 Ачгиназа КФ 3.5.3.1 Пируваткарбоксилаза КФ 6.4.1.1 Авиманганин Манганин Конканавалин 80 39,5 120 500 89 56 190 4 2 4 4* 1 1 1 Митохондрии птиц, дрожжи Escherichia coli Печень животных Митохондрии печени жи- вотных Печень птиц Арахис Бобы канавалии мече- видной * В состав входят четыре молекулы биотина. 172
В молекуле авиманганина содержится один атом марганца, причем количество этого МЭ в белке снижается при дефиците марганца, так же как и содержание в печени самого белка. Ферменты, активируемые марганцем. Марганец выполняет функцию активатора целого ряда ферментов, относи- мых в первую очередь к киназам, кабоксилазам и трансфера- зам. В случае реакций, активируемых марганцем, ион металла вступает во взаимодействие с субстратом, содержащим фосфат- ный остаток (особенно АТФ), образуя хелат, или реагирует не- посредственно с белком. Марганец химически близок к магнию. Исходя из этого, активация большинства ферментативных реак- ций этим элементом носит неспецифический характер и он мо- жет быть заменен магнием [Keen С. L. et al., 1984]. В то же время действие Мп2+ и Mg2+ может быть совершенно различ- ным. Так, оба иона образуют комплексы с АТФ. Однако марга- нец взаимодействует со всеми тремя фосфатными группами и с пиридиновым циклом или молекулой воды, тогда как магний связывается только с и у-фосфатными группами. Для активируемых обоими металлами ферментов была пред- ложена классификация, согласно которой их можно подразде- лить на три группы. В 1-ю группу вошли ферменты, активируе- мые марганцем в большей степени, чем магнием; во 2-ю—ак- тивируемые обоими металлами в одинаковой степени; в 3-ю груп- пу — активируемые магнием в большей степени, чем марганцем [McEuen A. R., 1981]. Важное исключение составляет фосфо- енолпируват-карбоксикиназа (КФ 4.1.1.32). В ней марганец кон- курирует не с магнием, а с двухвалентным железом, которое в условиях интенсивного глюконеогенеза, например при голо- дании или диабете, может функционировать в качестве регуля- тора активности этого фермента. Несмотря на то что активирование ферментов металлами носит обычно неспецифический характер, все же целый ряд явлений, наблюдаемых при недостаточности марганца, можно связать с нарушением функции ферментов, активируемых мар- ганцем. В первую очередь это относится к гликозилтрансфера- зам. Глик оз и л трансферазы играют важную роль в син- тезе гликозаминогликанов и гликопротеидов. При дефиците марганца отмечено снижение активности этих ферментов, обус- ловливающее аномалии развития скелета, строения отолитов у грызунов и яичной скорлупы у птиц [Leach R. М. et al., 1978]. Перечень гликозилтрансфераз, нуждающихся в марганце в качестве кофактора, весьма обширен. К числу этих ферментов относятся галактозил- и N-ацетилгалактозаминилтрансферазы и ксилозилтрансфераза, осуществляющая перенос ксилозы на бел- ковую часть гликопротеидов. При дефиците марганца нарушено также включение сульфата в хрящевую ткань. Некоторые ферменты, активируемые марганцем, приведены в табл. 17. Недостаточность и функции марганца. Марга- нец оказывает заметное влияние на процессы глюконеогенеза и 173
хондриальной мембраны, а также нарушения в системе моно- нуклеарных фагоцитов. Ультраструктурные нарушения, наблю- даемые в клетках, вызваны, по-видимому, угнетением синтеза митохондриальной СОД (Mn-СОД), активность которой в серд- це мышей и печени птицы при дефиците марганца резко пони- жена [De Rosa G. et al., 1980; Paynter D. I., 1980]. При окислительном стрессе, вызванном этанолом, в печени крыс, получавших адекватное количество марганца, индуцирует- ся дополнительный синтез Mn-СОД, тогда как при дефиците этого элемента уровень СОД повышается лишь незначительно, и у животных развиваются признаки тяжелого алкогольного от- равления [Ziderberg-Cherr S. et al., 1984]. Другой причиной «дополнительного окислительного стресса» при даче марганец- дефицитным животным этанола может являться накопление в их печени повышенных количеств железа, являющегося доста- точно сильным окислителем [Hurley L. S., 1984]. СРоль супероксиддисмутазы заключается в устранении супер- оксидного ион-радикала, вызывающего повреждение тканей, в первую очередь тех, которые содержат повышенное количе- ство липидов. Сходную защитную функцию выполняет глута- тионпероксидаза (GSH-Px) — селенсодержащий фермент, раз- рушающий перекись водорода и органические гидроперекиси. Удалось показать, что у свиней при дефиците марганца сущест- венно понижено содержание в тканях селена, так что усиление перекисного окисления липидов при дефиците марганца может быть результатом недостаточности обоих указанных ферментов (СОД и GSH-Px) [Burch R. Е. et al., 1975]. Остеогенез. Дефицит марганца у животных отражается в первую очередь на формировании скелета как во внутриутроб- ный, так и постнатальный периоды жизни. У цыплят поражение скелета, известное под названием «перозис», или «соскальзываю- щее сухожилие», представляло для птицеводства важную эконо- мическую проблему, пока не было показано, что заболевание полностью предупреждается введением в рацион адекватного ко- личества марганца. Сходное влияние дефицита марганца на скелет отмечено и у крыс, у которых он вызывает явления хонд- родистрофии, непропорциональный рост, деформацию трубчатых костей и позвоночника, дисплазию коленных суставов. Эти явле- ния вызваны нарушением хондрогенеза, обусловленным угнете- нием синтеза гликозаминогликанов. При дефиците марганца су- щественно снижается включение 35S в организм плода, что сви- детельствует о важной роли этого элемента и в синтезе сульфо- мукополисахаридов. Привлекает внимание, что клиническая патология в настоя- щее время еще не знает каких-либо аналогов перозиса и других марганецдефицитных аномалий скелета у человека. Это тем бо- лее странно, что педиатры сталкиваются с большим числом раз- нообразных деформаций хрящевых и костных структур у детей раннего возраста. Природа их обычно остается нерасшифрован- ной. По-видимому, часть из них относят к витамин-О-резистент- 176
ному рахиту. Выявлению дефицитов МЭ, проявляющихся в той или иной патологии костно-хрящевой ткани, могло бы способ- ствовать клиническое исследование содержания и синтеза гли- козаминогликанов и уровня марганца в тканях и биологических, жидкостях. При дефиците марганца в природно-хозяйственных условиях у крупного рогатого скота наблюдается целый ряд скелетных, аномалий и нарушений воспроизводительной функции, большая часть которых также связана с дефектным синтезом гликозами- ногликанов. к их числу относятся: отсутствие либидо при нор- мальной овуляции у коров, снижение оплодотворяемости, повы- шенная частота выкидышей и мертворождений, преобладание потомков мужского пола, удлинение сроков стельности, пони- женная живая масса и повышенная смертность новорожденных, повреждения опорно-двигательного аппарата, особенно хряще- вой ткани коленных суставов, неврологические симптомы (щел- канье языком, параличи), сокращение продолжительности жизни. Меньшие по размерам спермин, несущие Y-хромосому, об- ладают в половых путях самки, бедных слизью, большей по- движностью, чем более крупные спермин, несущие Х-хромосому, и быстрее достигают яйцеклетки [Anke М., 1977]. Остеохондро- дистрофия крупного рогатого скота, связанная с дефицитом' марганца, описана в СССР на Южном Урале [Кабыш Г. М., 1966] и в промышленных комплексах в Узбекистане [Наза- ров Ш. Н. и др., 1985]. Соответствующие материалы о нарушении репродуктивной функции у человека в условиях дефицита марганца пока не ре- гистрируются в связи с отсутствием целенаправленных иссле- дований. Атаксия новорожденных. При дефиците марганца во внутриутробном периоде рождается потомство с признаками: атаксии, характеризующейся потерей равновесия, нарушением координационных рефлексов, запрокидыванием головы^ Эти на- рушения проявляются наиболее четко в неспособности мышей держаться на поверхности воды, в результате чего они тонут. Причиной указанных дефектов является аномальное развитие- отолитов во внутреннем ухе, необходимых для нормального- функционирования вестибулярного аппарата. Аналогичное нару- шение наблюдается при генетическом дефекте у линии мышей, носящей название «pallid» (см. главу 10). Важно, что потреб- ность мышей и крыс в марганце тоже находится под генетиче- ским контролем [Dungan D. D. et al., 1984]. Центральная нервная система. Недостаточность марганца отражается и на функции мозга. Крысы, испытываю- щие недостаток в этом МЭ, в большей степени подвержены су- дорогам, чем нормальные животные, имеют пониженный порог чувствительности к электрошоку и такие же энцефалограммы,, как при эпилепсии. 12—568 177'
У 30% детей со склонностью к судорогам обнаружено пони- женное содержание марганца в крови [Tanaka К., 1977], составившее около !/3 от нормы. Аналогичные наблюдения были сделаны и на взрослых, страдающих эпилепсией [Papavasiliou Р. S. et al., 1979], причем показано, что снижение уровня марганца в крови не было вызвано применением антиконвуль- сивных препаратов. У лиц с частыми приступами эпилепсии со- держание марганца в крови оказалось существенно ниже, чем у больных с редкими приступами. Поскольку между уровнем марганца в крови и печени .существует тесная корреляция, то по данным анализа крови можно судить об обеспеченности орга- низма этим МЭ. Биологическая роль марганца в ЦНС может быть связана с обеспечением нормальной структуры и стабильности мембран. Известно также, что марганец необходим для поддержания мак- симальной активности галактозилтрансферазы, участвующей в нормальном синтезе ганглиозидов [Yip G. В., Dain J. А., 1970]. Этот МЭ необходим также для нормального синтеза био- генных аминов. Он является активатором катехол-метилтранс- феразы, фермента, переносящего метильную группу 5'-аденозил- метионина на З'-гидроксильную группу катехола. Высказыва- лось предположение, что некоторые лекарственные препараты, угнетающие этот фермент, возможно, образуют хелаты с мар- ганцем [Tagliamonte Е. et al., 1970]. Имеются убедительные доказательства, что воздействие мар- ганца на обмен катехоламинов частично опосредуется через си- стему цАМФ. В бесклеточных системах марганец может выз- вать повышенное образование цАМФ отчасти благодаря замед- лению обмена АТФ и АДФ. Марганец способен in vitro оказы- вать двоякое воздействие на аденилатциклазу, непосредственно активируя фермент либо снижая стимулирующее действие на него дофамина. Эти наблюдения позволяют считать, что путем изменения соотношения в мозге марганца и дофамина можно оказывать регуляторное воздействие на аденилатциклазу и через нее на уровень цАМФ [Walton К- G., Baldessarini R. J., 1976]. Биогенные амины вызывают повышение концентрации марганца в крови, что связано, по-видимому, с образованием комплексов с этим металлом, участвующих в их транспорте, свя- зывании и депонировании [Papavasiliou Р. S. et al., 1981]. Из ферментов, активируемых марганцем, следует отметить глутаминсинтетазу, играющую важную роль в процессах деток- сикации аммиака. Фермент состоит из 12 идентичных субъеди- ниц, образующих два шестигранника по шесть субъединиц. Активная глутаминсинтетаза нуждается для проявления своего каталитического действия в Mg2+. При низком содержании а-глутарата в ферменте аденилируется один из тирозиновых остатков, после чего он для проявления активности нуждается уже не в магнии, а именно в Мп2+. Модифицированная форма фермента в значительно большей степени подвержена регуля- торному воздействию '(ретроингибированию) целым рядом про- 178
дуктов метаболизма глутамина, чем исходная форма. Фермент имеет 12 участков прочного связывания марганца, 12 — проме- жуточного и 48 участков слабого связывания этого элемента. Возможно, что марганец выполняет регуляторную функцию и для целого ряда других ферментов [Мецлер Д. Е., 1980]. К чис- лу ферментов, активируемых марганцем, относится также лак- тозосинтетаза, переносящая галактозильный остаток с УДФ-га- лактозы на глюкозу. Известно, что полимеризация ДНК, осуществляемая ДНК- полимер азами, требует присутствия магния. Ионы марганца способны заменить ионы магния, существенно снижая при этом избирательность реакции. Так, если ионы магния допускают включение в ДНК только дезоксирибонуклеотидов, то ионы марганца вызывают ошибочное встраивание и рибонуклеотидов. Показано, что один ион марганца прочно связывается с ДНК- полимеразой, три другие — менее прочно и еще шесть — совсем слабо. Марганец способен ускорять процесс транскрипции, активи- руя РНК-полимеразу. Однако, как и в случае репликации ДНК, он может вызвать ошибочное включение в РНК наряду с рибо- нуклеотидами и дезоксирибонуклеотидов. Замена Mg2+ на Мп2+ снижает также избирательность тРНК-нуклеотидилтрансфера- зы, катализирующей синтез З'-ЦЦА-концов тРНК, что ведет к образованию нетипичных концевых последовательностей, со- держащих урацил вместо цитозина. В настоящее время, однако, нельзя судить, оказывают ли ионы марганца аналогичное дейст- вие в интактном организме или же оно проявляется только in vitro. В печени крыс имеются несколько различных ДНК-ио- лимераз, из которых одни специфически активируются ионами магния, а другие — марганцем [Эйхгорн Г. Б., 1978]. Активи- руемая марганцем ДНК-полимераза находится также в плазме крови. Содержание марганца в продуктах питания, как правило, достаточно для обеспечения потребности организма. В связи с этим у человека почти не встречается заболеваний, связанных с алиментарным недостатком марганца. Его содержание в рас- тительных продуктах колеблется от 8 до 50 мг/кг, в продуктах животного происхождения оно значительно ниже — 0,1—2 мг/кг. Только печень и почки так же богаты марганцем, как и расте- ния. Манганозы — промышленные МТОЗы, они обусловлены избыточным поступлением марганца в условиях производства (при добыче, переработке и применении марганецсодержащей руды в металлургии, в производстве сухих элементов для элек- трических батарей и перманганата калия). Основным путем поступления марганца в производственных условиях являются дыхательные пути. Определенное значение могут иметь энтеральный путь и в незначительной степени по- ступление через кожу. Марганец обладает выраженными куму- лятивными свойствами, накапливаясь в печени, почках, железах 179
внутренней секреции, в меньшем количестве он накапливается •в костях, в головном и спинном мозге. Необходимо подчеркнуть, что этот МЭ свободно проникает через гематоэнцефалический •барьер и обладает тропизмом к подкорковым структурам голов- ного мозга. Именно с этим связано его патогенное действие. Крайним выражением профессионального манганоза — хро- нической интоксикации марганцем — является синдром паркин- сонизма. Он характеризуется тяжелыми расстройствами двига- тельной активности, маскообразностью лица, дизартрией, нару- шением письма. Специфична для этого синдрома «петушиная», или спастико-паретичеокая, походка, нередко в мышцах ног от- мечаются повышение тонуса, реже гипотония и дистония. Сухо- жильные рефлексы, как правило, повышены. Характерны также психические нарушения, проявляющиеся эйфорией, благодушием, снижением критики к своему состоя- нию. Иногда больные апатичны, периодически беспокойные. Тя- желым проявлениям манганоза ЦНС предшествует стадия функ- циональных нарушений нервной системы (астеновегетативный .синдром) с характерными психопатологическими симптомами в форме ослабления ассоциативных процессов. За этой стадией следует вторая, для которой типично нарастание признаков ток- сической энцефалопатии, проявляющейся симптомами экстра- пирамидной недостаточности, мнестико-интеллектуальными де- фектами психики, полиневритами и др. Следует подчеркнуть, что поражение ЦНС при хроническом манганозе сопровождает- ся признаками угнетения функций гонад, а также функциональ- ными нарушениями щитовидной железы, печени и желудочно- кишечного тракта. Установлена связь экстрапирамидных и, воз- можно, психических расстройств с нарушением синтеза и депо- нирования дофамина [Рыжкова М. Н., Тарасова Л. А., 1975]. Патологоанатомические изменения при интоксикации мар- ганцем изучены главным образом на экспериментальных жи- вотных. Секционные случаи единичны. Установлено, что при этом наиболее тяжело поражаются стриопаллидарная система и лимбико-ретикулярный комплекс, кора большого мозга и спинной мозг изменяются меньше. Нерезко выраженная дистро- фия отмечается в печени, почках и железах внутренней секре- ции. М. Yamada и соавт. (1986) описали типичный случай хро- нического поражения ЦНС марганцем у мужчины 52 лет, сопро- вождающегося тяжелым изменением базальных ганглиев, осо- бенно бледных шаров при интактном черном веществе. Содер- жание и задержка марганца в крови и веществе мозга зависят от формы, в которой этот металл поступает в организм. Так, G. Gainutsos и соавт. (1985) в эксперименте на мышах показа- ли, что дихлорид маргайца вызывает наиболее длительную за- держку этого металла в тканях мозга. Если конкретные формы интоксикации марганцем в основном изучены методами патологической анатомии, то этого нельзя сказать об общей гистопатологии отравлений марганцем у че- ловека. Ценные материалы для характеристики тканевых реак- <80
Рис. 30. Очаговый некротически-язвенный ларингит. Выраженная воспалитель- ная реакция у 11-месячной девочки при отравлении марганцем. Окраска ге- матоксилином и эозином. Х250. Рис. 31. Бронхопневмония, резкая гиперемия капилляров, макрофагально-лей- коцитарная реакция у 11-месячной девочки при отравлении марганцем. Окра- ска гематоксилином и эозином. Х400.
в печени при внутрибрюшинной инток- мг/100 г массы тела крыс в течение- Рис. 32. Патогистологические изменения сикации хлоридом марганца в дозе 5 20 сут. '’S’ "1 —‘-V—• ->—<«>-- — . - . ____—— _ а — мостовидные некрозы в печени с умеренной воспалительной"реакцией ’ Окп?скя™гей’я- токсилином и эозином. Х120; б — резкое утолщение капсулы печени. Окр'аска гсматокси- лином и эозином. Х250; в — то же самое при окраске по методу М-аллоои .Х2ЭД <пре- параты С. П. Луговского). ’ ' р
Рис. 33 (подпись см. на с. 184). Рис. 34 (подпись см. на с. 184),
Рис. 35. фагоцитоз двух апоптозных телец звездчатым макрофагоцитом (стрел- ка) при подострой внутрибрюшинной интоксикации хлоридом марганца в дозе- 5 мг/100 г массы тела крыс в течение 20 сут. Х5000 (препарат С. П. Лугов.- ского). ций на поступление этого МЭ из внешней среды дают редкие: случаи отравлений человека. Установлено, что KMnCU оказыва- ет быстрое местное некротизирующее действие на слизистую» оболочку верхних пищеварительных и дыхательных путей в фор- ме острого фарингита, эзофагита, трахеобронхита. Развиваю- щаяся при этом марганцевая бронхопневмония сопровождается образованием экссудата, содержащего большое число альвео- лярных макрофагов (рис. 30, 31). Понимание тканевых и клеточных процессов существенно углубляется благодаря воспроизведению острого и хронического» Рис. 33. Набухание и мелкокапельное ожирение цитоплазмы гепатоцитов. Анизоморфизм ядер и крупноглыбчатый метаморфоз хроматина. Набухание- цитоплазмы звездчатых макрофагоцитов, сужение просвета синусоидов и рас- ширение перисинусоидальных пространств (Диссе). Подострая интоксикация! хлоридом марганца в дозе 5 мг/100 г массы тела крыс в течение 20 сут. Полу- тоикий срез. Окраска метиленовым синим, азуром II и основным фуксином» Х640 (препарат С. П. Луговского). Рис. 34. Макрофаг в просвете вены, содержащий крупную фагосому. Подост- рая интоксикация хлоридом марганца в дозе 5 мг/100 г массы тела крыс в те- чение 20 сут. Х5000 (препарат С. П. Луговского). 184
Рис. 36. Апоптоз эпителиоцита крипты тощей кишки. Резко выраженное смор- щивание клетки и осмиофилия цитоплазмы. Относительная сохранность внут- риклеточных органелл при подострой интоксикации хлоридом марганца в дозе 5 мг/100 г массы тела крыс в течение 20 сут. Х6600. манганоза в эксперименте на животных. Так, С. П. Луговской (1989) в эксперименте на крысах при внутрибрюшинной инток- сикации хлоридом марганца в течение 20 сут в ряде случаев выявил тяжелое повреждение печени в виде мостовидных не- крозов, сопровождавшихся выраженной воспалительной инфиль- трацией (рис. 32). Наряду с этим наблюдались мелкокапельное ожирение гепатоцитов, резкое набухание звездчатых ретикуло- эндотелиоцитов с сужением просвета синусоидов и выраженная макрофагальная реакция (рис. 33). Цитоплазма макрофагов часто содержала крупные фагосомы (рис. 34). В отдельных звездчатых ретикулоэндотелиоцитах выявлялись апоптозные тельца (рис. 35). Апоптоз выражен также в криптах тонкой кишки (рис. 36). Явления апоптоза в эпителии крипт тонкой кишки обнару- жены и при пероральной интоксикации марганцем, однако вы- раженность его была значительно ниже. Хроническая перораль- ная интоксикация хлоридом марганца в течение 40 и 70 сут сопровождалась повышенной секреторной активностью эпите- лиоцитов слизистой оболочки тонкой кишки, особенно бокало- видных клеток и клеток Панета (рис. 37). В поджелудочной железе отмечены неравномерное содержание зимогенных гра- нул в ацинозных клетках, а также некробиотические изменения 185
Рис. 37. Клетка Панета в крипте двенадцатиперстной кишки крысы при хро- нической пероральной интоксикации хлоридом марганца в дозе 20 мг/100 г массы тела крыс в течение 40 сут. В цитоплазме большое количество гранул различной плотности. Х5000 (препарат С. П. Луговского). отдельных клеток или их групп. Наблюдалось резко выраженное накопление фуксинпозитивных гранул в В-клетках панкреатиче- ских островков (рис. 38). Таким образом, автору удалось пока- зать, что гистопатология экспериментального манганоза суще- ственным образом зависит от способа введения хлорида мар- ганца. В настоящее время благодаря герметизации производствен- ных процессов, обеспыливанию и применению влажного бурения выраженные формы отравления марганцем встречаются очень редко. В начальных стадиях и при умеренных формах этого- процесса необходимы своевременный диагноз и полное прекра- щение дальнейшего контакта с марганцем. Это особенно важ- но, так как для диагностики начальных стадий марганцевой эн- цефалопатии требуется хорошее знание ее инициальной симпто- матики. Значительную помощь в этих случаях могут оказать электроэнцефалография и особенно электромиография мышц нижних конечностей, позволяющие на ранних стадиях отравле- ния обнаружить характерные изменения биоэлектрической ак- тивности. По сравнению с богатой и довольно тяжелой патологией, обусловленной дефицитом марганца у сельскохозяйственных и лабораторных животных, соответствующая симптоматика пато- 186
Рис. 38. Патогистологические изменения поджелудочной железы при хрониче- ской пероральной интоксикации хлоридом марганца в дозе 20 мг/100 г массы тела крыс в течение 70 сут. ^ДераВНОМерДое с°ДеРжание зимогенных гранул в ацинозных клетках поджелудочной тм л КРЫС- Пикноз отдельных ядер с перинуклеарным отеком (стрелка). Полутонкий но?' икраска метиленовым синим, азуром II и основным фуксином. Х400; б — умерен- ное содержание альдегид-фуксинпозитивных гранул в p-клетках панкреатических остров- ков контрольных крыс; в — большое число альдегид-фуксинпозитивных гранул в [3-клет- ках панкреатических островков подопытных крыс. Окраска альдегид-фуксином по методу Гомори. Х320 (препараты С. П. Луговского).
логии человека выглядит либо бедной, либо несущественной. Вряд ли это отражает действительное положение вещей. Надо полагать, что очень скоро будет раскрыта роль марганца в фи- зиологии и патологии репродукции человека, в этиологии и па- тогенезе болезней костного и хрящевого скелета, в развитии и функционировании ЦНС. В связи с необходимостью оптималь- ного содержания марганца для формирования отолитов напра- шивается мысль о связи генетических, ввожденных и некоторых приобретенных вестибулопатий человека с нарушениями марган- цевого гомеостаза. Заслуживает внимания гипотеза о целесооб- разности поддержания оптимального состояния отолитов с по- мощью профилактического применения марганецсодержащих препаратов в экстремальных условиях обитания и трудовой дея- тельности, в частности у членов экипажей космических кораб- лей. 6.5. Хром Хром относится к числу «классических» МЭ. Его токсичес- кое действие было установлено более 160 лет назад [Grtie- lin С. G., 1826], вскоре после открытия этого металла, а жиз- ненно важная необходимость для животного организма доказа- на только в 1957—1959 гг. в опытах К. Schwarz и W. Mertz (1959). В то же время механизм физиологического действия хрома продолжает оставаться нераскрытым, несмотря на то что за последние 30 лет ему посвящено более тысячи научных пуб- ликаций. Длительное время полагали, что хром осуществляет свою биологическую функцию в составе особого витаминоподобного соединения, названного фактором толерантности к глюкозе (GTF). Утверждалось, что этот фактор присутствует в повы- шенном количестве в пивных дрожжах и что в его составе на один атом хрома приходятся две молекулы никотиновой кислоты и остатки цистеина, глицина и глутамата [Mertz W., 1974]. Соединение с такой же структурой найдено в печени и в грудном молоке [Jamamoto М. et al., 1988], но синтетические препараты аналогичного состава оказались в сотни раз менее активными, чем препараты из дрожжей. В связи с этим вопрос об истинной структуре указанного фактора остается открытым. Есть также работы, где под сомнение ставится само его су- ществование [Haylock S. I., 1983]. Не обнаружены также фер- менты, содержащие в своей молекуле хром. В связи с совершенствованием аналитических методов сов- ременные данные по содержанию хрома в биологическом мате- риале значительно снизились. Так, именно благодаря улуч- шению методов анализа показатели содержания хрома в крови уменьшились по сравнению с 1962 г. более чем в 3000 раз, а за последние 10—12 лет—более чем в 10 раз. Наиболее досто- верные данные, полученные методом нейтронно-активационного анализа и беспламенной атомно-абсорбционной спектроскопии 188
в 1978—1983 гг., свидетельствуют о содержании хрома в крови,, равном 1,44—3,08 нмоль/л против 2,88—10 мкмоль/л в 60-х го- дах и 0,03—0,27 мкмоль/л в начале 70-х годов. Аналогичные изменения произошли также с аналитическими данными о содержании хрома в органах, тканях и моче. Это обстоятельство заставляет относиться с большой осторожно- стью к работам, в которых сообщается об изменениях концент- рации хрома в организме, а также в моче при диабете, сердеч- но-сосудистой патологии и других заболеваниях. В то же врем®, нет оснований сомневаться в том, что хрому принадлежит важ- ная биологическая роль в животном организме, основными- проявлениями которой являются его взаимодействие с инсули- ном в процессах углеводного обмена, участие в структуре и функции нуклеиновых кислот и, очевидно, щитовидной железы. Судя по опытам с перфузией кишечных сегментов 51СгС13 [Chen N. S. et al., 1973], хром всасывается в основном в тощей кишке. В норме усвоение этого элемента не превышает 0,4— 0,7% от введенной дозы, тогда как у больных диабетом оно выше в 3 раза. Всасывание хрома зависит от присутствия хе* латирующих агентов. Так, у крыс щавелевая кислота повышает,,, а фитиновая — заметно снижает усвоение этого МЭ [ChenN. S. et al., 1973]. Лиганды, повышающие всасывание хрома, преду- преждают его выпадение в осадок в виде основных солей в близкой к нейтральной среде кишечного тракта. На всасывание хрома оказывают влияние также цинк и железо. При недоста- точности этих МЭ усвоение хрома возрастает, а при их одно- временном поступлении снижается, что свидетельствует об общих путях усвоения хрома, цинка и железа. Взаимный антагонизм на уровне всасывания существует и между хромом и ванадием [Hill С. Н., 1975]. ? В кровяном русле хром специфически связывается с транс- феррином, который служит переносчиком не только железа,, но и хрома. Из двух участков связывания металла на транс- феррине с различным сродством к железу последнее связыва- ется преимущественно участком А, а хром — участком В. При высоком насыщении трансферрина железом оно конкурирует с хромом за этот участок, в связи с чем у больных гемохрома- тозом при насыщении трансферрина более 50% в крови и- организме в целом понижено содержание хрома. Поскольку диабет нередко сопутствует гемохроматозу, то нарушение тран- спорта хрома трансферрином может вызывать дальнейшее ухудшение течения этого заболевания. Содержание хрома в органах и тканях в 10—100 раз выше, чем в крови. Однако, как уже отмечалось, приводимые цифры требуют критического подхода и не только в связи со сложно- стью аналитических методов, но и в связи с тем, что при взя- тии проб тканей нередко используются инструменты из нержа- веющей стали, содержащей около 18% хрома. Наибольшего доверия заслуживают результаты, полученные с использовани- ем нескольких различных эталонных образцов. 18Э'
Концентрация хрома в тканях новорожденных, как правило, значительно выше, чем у взрослых, и быстро снижается в тече- ние первых месяцев жизни. Исключение составляют печень и почки, в которых концентрация этого МЭ сохраняется на одном уровне от рождения до 10-летнего возраста ([Schroeder Н. А., 1962]. При сахарном диабете содержание хрома в тканях, как правило, понижено. Распределение 5!Сг в органах и тканях зависит от возраста, вида живот- ных, химической формы хрома и наличия заболеваний, в частности диабета. Так, при внутривенном введении Na25!CrO2 почти 100% радиоактивной метки включается в клетки СМФ, тогда как прн введении 5!СгС13 55% 51Сг поступает в печень. При введении СгС13 в цитратном или ацетатном буферах в печени удается обнаружить менее 5% 5!Сг, а преобладающая часть дозы выделяется с мочой. Распределение радиоактивного хрома в тканях крыс в норме и при диабете не обнаруживает существенных различий, но при экспериментальном диабете у крыс в гепатоцитах ядра и супернатант содержат больше 5!Сг, а ми- тохондриальная и микросомные фракции меньше, чем у здоровых животных [Mathur R. К., Doisy R. J., 1972]. Аналогичная картина наблюдается и у здо- ровых крыс, получающих пищу, богатую жирами. При нормальном или уси- ленном липогенезе отмечена тенденция к переходу хрома из ядер в микросо- мальную фракцию гепатоцитов. Изучение кинетики хрома и его компартментации в организме свидетель- ствует, что после внутривенного введения 51СгС13 независимо от дозы и пред- шествующей нагрузки организма этим элементом его выделение происходит в три последовательных этапа с полупериодом выведения 0,5; 5,9 и 83,4 дней [Mertz W. et al., 1965]. Существование метаболических компартментов для хрома показано и при исследовании распределения в организме его стабильно- го и радиоактивного изотопов, позволивших обнаружить наличие его внекле- точной фазы, находящейся в равновесии с быстро- и медленнообменнвающи- мися клеточными фазами и очень медленнообменивающимся внутриклеточным пулом хрома [Jain R. et al., 1981]. Содержание хрома в волосах хорошо отражает концентра- цию этого МЭ в организме. В волосах доношенных детей кон- центрация хрома в 2’/2 раза выше, чем в волосах у их матерей, и составляет в среднем 0,9 мг/кг против 0,44 мг/кг у детей 2—3-летнего возраста [Hambidge К. М., 1977]. Роды, диабет и атеросклероз приводят к снижению концентрации хрома в волосах [Cote М. et al., 1979]. Выделение. Всосавшийся хром выводится из организма в основном с мочой и лишь небольшая его часть удаляется с желчью, потом и волосами. Невсосавшийся хром, составляю- щий, как правило, 99% его содержания в принимаемой пище, выделяется с калом. Поскольку содержание хрома в рационе не превышает 100 мкг и составляет 62+28 мкг/сутки в рацио- нах, богатых жирами, и 89+56 мкг в рационах, бедных жирами [Kumpulainen J. Т. et al., 1979], то суточная моча содержит обычно менее 1 мкг этого элемента. Выделение хрома с мочой удобно представить как отношение его к содержанию креатини- на, количество которого в норме характеризуется значительным постоянством, мало зависит от питания, объема мочи и опре- деляется только мышечной массой. Комплекс хрома с ЭДТА не подвергается реабсорбции в почках и может служить хорошим индикатором клубочковой :190
фильтрации. Ультрафильтруемая часть хрома составляет у че- ловека 6—28%, а у собак — 41% от общего количества этого- элемента, находящегося в плазме крови. В моче человека и крыс обнаружено низкомолекулярное соединение с молекуляр- ной массой 1500, ковалентно связывающее трехвалентный хром. Аналогичные соединения найдены также в печени и дру- гих органах и тканях кроликов и собак. Существует определенная связь между обменом хрома и глюкозой, хотя мнения о характере этой связи расходятся. В ряде работ сообщается, что нагрузка организма глюкозой ве- дет к мобилизации хрома из органов-депо, его поступлению в- плазму крови и последующему выведению с мочой [Mertz W., 1969]. У больных диабетом с пониженной толерантностью к глюкозе такое повышение наблюдалось только после обогаще- ния рациона хромом. Другие авторы [Lin V. J. К., Morris J. S., 1978] отмечают, что концентрация хрома в плазме крови после нагрузки глюкозой зависит от запасов этого МЭ в организме. Имеются также наблюдения о снижении концентрации хрома в плазме крови здоровых лиц после введения глюкозы [David- son I. W. F., Burt R. L., 1973]. У беременных уровень хрома в плазме крови натощак ниже, чем у небеременных жен- щин. Аналогичным образом расходятся данные и о влиянии на- грузки глюкозой на уровень хрома в моче. Эти расхождения, как отмечалось выше, объясняются, по-видимому, в первую очередь несовершенством применявшихся ранее аналитических методов. Все же в свете современных данных можно считать, что концентрация хрома в моче после нагрузки глюкозой, как правило, повышается. Так, в одном из опытов было показано, что концентрация хрома в моче здоровых лиц натощак состави- ла в среднем 30 нмоль на 1 мкмоль креатинина, а через 90 мин после нагрузки глюкозой — 0,4 нмоль на 1 мкмоль креатинина. Однако повышение концентрации хрома в моче было отмечено только у 61 из 76 обследованных лиц, что свидетельствует о ненадежности данной пробы для оценки состояния обмена хрома [Anderson R. А., 1984]. На обмен хрома оказывают заметное влияние и различные виды стресса, так же как белковое голодание, инфекция, фи- зическая нагрузка и др., приводящие к снижению концентрации . этого элемента в плазме крови и его повышенному выделению : с мочой {Anderson R. А., 1984]. Недостаточность хрома и его ф у н к ц и и. Наи- более хорошо изучено, что хром способен усиливать действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим гормоном. Хром в присутствии инсулина ускоряет окисле- ние глюкозы в жировой ткани придатков яичников хромдефи- цитных крыс, повышает скорость проникновения глюкозы в. клетки и ее превращение в жир, стимулирует поступление глю- козы в изолированный хрусталик глаза и синтез гликогена, но не оказывает влияния на процессы, не зависящие от инсулина, 191
как, например, на включение в жир ацетата. Хром усиливает также поступление в клетки жировой ткани яичников галакто- зы, но поскольку в этой ткани не происходит фосфорилирование данного сахара, то галактоза позволяет более четко разграни- чить действие хрома и инсулина на транспортные системы от их влияния на внутриклеточный обмен углеводов. Действие хрома на транспорт сахаров объясняется, по-видимому, его участием в образовании комплекса между инсулином и его ре- цептором на клеточной мембране. Описаны признаки выраженной недостаточности хрома у 2 больных, находившихся на полном парентеральном питании, у которых наблюдались периферические невропатии и потеря массы тела, несмотря на адекватное питание, утрата толерант- ности к глюкозе. При этом толерантность к глюкозе повыша- лась при включении в питательный раствор 150—250 мкг хро- ма в сутки. В человеческих популяциях значительно чаще встречаются случаи умеренной недостаточности хрома, прояв- ляющиеся понижением толерантности к глюкозе и повышением уровня липидов в крови, поддающиеся коррекции препаратами хрома. Опыты на крысах, испытывающих недостаточность хрома, показывают, что этот МЭ повышает эффективность действия инсулина на белковый обмен, способствуя поступлению в ткани меченых глицина, серина, метионина и их включению в белки сердечной мышцы [Mertz W., Roginski Е. Е., 1969]. Исследования на животных и клинические наблюдения сви- детельствуют, что хром играет также определенную роль в ли- пидном обмене и что дефицит этого элемента может привести к развитию атеросклероза. В середине 60-х годов было показа- но, что в плазме крови крыс, содержащихся на дефицитной по хрому диете, с возрастом повышаются концентрация глюкозы в крови, взятой натощак, и уровень холестерина, снижается толерантность к глюкозе и увеличивается количество липидов и бляшек в стенках аорты [Schroeder Н. А., 1965]. При экспериментальном холестериновом атеросклерозе кро- ликов применение препаратов хрома способствует значительно- му уменьшению размеров бляшек и концентрации холестерина в стенке аорты [Abraham A. S. et al., 1982]. У лиц с расстройст- вами коронарного кровообращения концентрация хрома в плаз- ме крови значительно ниже, чем в условиях нормы [New- man Н. A. I. et al., 1978], достоверно коррелирует с наступле- нием заболевания (р<0,01) и содержанием триглицеридов в плазме крови (р<0,05). Корреляция уровня этого элемента с .другими факторами риска, такими как концентрация холестери- на, повышенное артериальное давление и увеличение массы тела, отсутствует. Убедительные доказательства влияния хрома на липидный обмен зарегистрированы у 12 взрослых мужчин, получавших по .200 мкг этого элемента 5 раз в неделю в течение 4 мес [Ria- les R., Albrink M. J., 1984]. У них были отмечены существенное <92
понижение концентрации триглицеридов в плазме крови и уве- личение содержания холестерина в составе липопротеидов вы- сокой плотности. При атеросклерозе и в период, предшествую- щий этому заболеванию, в плазме крови нередко наблюдается повышенная концентрация инсулина, которая на чувствитель- ных к этому гормону участках артерий может привести к воз- никновению липидных отложений, аналогичных структурам, наблюдаемым на ранних стадиях атеросклероза [Stout R. W., 1977]. Поскольку хром, усиливая действие инсулина, участвует в регуляции содержания этого гормона в крови, то недостаток этого элемента вполне может служить одной из причин повы- шения в ней содержания инсулина [Borel J. S., Anderson R. А., 1984]. Роль хрома в обмене нуклеиновых кислот начала вырисовы- ваться более 25 лет назад, когда было обнаружено его высокое содержание в некоторых «нуклеопротеиновых» фракциях печени крупного рогатого скота, превосходившее концентрацию всех остальных металлов и достигавшее 19 ммоль/кг [Wac- ker W. Е. С., Vallee В. L., 1959]. Было также показано, что хром прочно связан с нуклеиновыми кислотами и эффективно защищает их от денатурации. Обработка нуклеиновой кислоты ЭДТА, удаляющей большинство металлов, не вызывает замет- ного снижения концентрации в ней хрома [Mertz W., 1969]. Инкубация ДНК или хроматина гепатоцитов мышей с мик- ромолярными концентрациями СгС13 до добавления РНК-поли- меразы существенно повышает скорость синтеза РНК, но ин- гибирует его при предварительной обработке фермента этим соединением. Это свидетельствует об отсутствии данного метал- ла в активном центре РНК-полимеразы. Указанное действие хрома имеет, по-видимому, функциональное значение, так как во вновь синтезированной РНК обнаруживают большее число нуклеотидных замен, чем в контроле. При этом изменяется отношение РНК-синтезирующей системы к отдельным ингиби- торам {Okada S. et al., 1983]. Показано также, что в регене- рирующей после частичной гепатэктомии печеночной ткани синтезируется белок с молекулярной массой около 70 000, в молекуле которого содержится 5—6 атомов хрома. Он оказы- вает стимулирующее действие на транскрипцию РНК и после- дующий биосинтез белка. При полном насыщении хромом данный белок в несколько раз богаче этим элементом, чем «нуклеопротеид» Вэлли (77 ммоль/кг против 21 ммоль/кг бел- ка). Соединения трехвалентного хрома оказывают выраженное мутагенное и канцерогенное действие на незащищенный гене- тический аппарат клетки. Трехвалентный хром всасывается с большим трудом, но его соединения могут появиться в ядре при длительном воздействии на организм низких концентраций не- которых шестивалентных форм этого металла, легко проника- ющих через клеточные мембраны и восстанавливающихся затем до трехвалентного состояния. Хромсодержащий белок Окада, 13—568 193
продуцируемый при необходимости интенсивного синтеза РНК, защищает клетку от повреждения трехвалентным хромом и доставляет этот МЭ в незначительном количестве только в определенные участки ядерного аппарата в специфической химической форме, выполняя, по-видимому, функции физиоло- гического переносчика хрома в клетке и регулятора синтеза нуклеиновых кислот. Еще одним проявлением биологической активности хрома считается его взаимодействие со щитовидной железой. При определенных условиях хром способен замещать йод в тиреоид- ных гормонах. Дача физиологических доз хрома крысам, испы- тывающим недостаточность йода, судя по гистологической картине щитовидной железы, повышает ее функциональную активность [Гончаров А. Т., 1968], тогда как повышенные дозы хрома угнетают функцию этой железы у животных, получаю- щих нормальное количество йода. Установлено, что в щитовид- ной железе человека и животных, обитающих в йоддефицитных биогеохимических провинциях СССР, накапливается значитель- но большее количество хрома, чем в норме за счет снижения концентрации хрома в прочих органах и тканях [Соркина А. И. и др., 1963]. Имеются также наблюдения, что при тиреоидэкто- мии содержание хрома в организме животных снижается, а при даче тиреоидных гормонов снова возрастает [LifschitzM. L. et al., 1980]. Таким образом, при недостаточности хрома у животных и человека могут быть обнаружены следующие приз- наки: снижение толерантности к глюкозе, повышение концент- рации инсулина в крови, глюкозурия, гипергликемия натощак, задержка роста, уменьшение продолжительности жизни, повы- шение концентрации триглицеридов и холестерина в сыворотке крови, увеличение числа атеросклеротических бляшек в аорте, периферические нейропатии, нарушение высшей нервной дея- тельности, снижение оплодотворяющей способности и числа спермиев. Потребность человека в хроме колеблется, по имеющимся данным, в пределах 50—200 мкг в сутки. В то же время в общепринятой диете содержится 33—125 мкг хрома, а для лиц пожилого возраста даже 5—115 мкг. Особенно бедны хромом высокоочищенные продукты, такие как сахар-рафинад (3,85 мкмоль/кг), пшеничная мука тонкого помола и выпечен- ный из нее хлеб (2,7 мкмоль/кг). Если учесть, что сахар, кро- ме того, усиливает потери хрома из организма, то вполне можно допустить, что в человеческой популяции имеются значитель- ные группы лиц, испытывающих недостаточность этого элемен- та. К ним в первую очередь относятся лица пожилого возраста. Соединения хрома широко используются в металлургии, в химической, текстильной, кожевенной промышленности и других отраслях народного хозяйства. Имеются многочисленные сооб- щения о хроме как о профессиональной вредности. Многие авторы показывают, что этот МЭ в экспериментальных услови- ях не только вызывает патологические процессы во внутренних 194
органах, но и способствует возникновению изменений иммуно- логической реактивности организма. Случаи острого отравления •соединениями хрома с высокой летальностью описали Н. К. Пер- мяков и Л. Н. Зимина (1976). Избыточные количества хрома, поступающие в организм в производственных условиях, нару- шают процессы биологического окисления, в частности цикл трикарбоновых кислот. По данным А. В. Рощина и соавт. (1982), хром способен аккумулироваться в организме человека, легко проникает в ткань легких и накапливается в них. У работающих в контакте •с хромом этот МЭ можно обнаружить в легких через много лет после прекращения контакта. Токсическое действие хрома за- висит от его валентности: чем выше валентность, тем сильнее токсическое действие. Окислы шестивалентного хрома значи- тельно токсичнее окислов трехвалентного хрома при их воздей- •ствии на слизистую оболочку дыхательных путей и другие ткани. Именно шестивалентный хром оказывает общетоксичес- кое, нефротоксическое и гепатотоксическое действие. Этот МЭ вызывает специфические поражения кожи (дерматит, язвы), изъязвления слизистой оболочки носа с характерной перфора- цией хрящей носовой перегородки, пневмосклероз, гастриты (фундального и антрального отделов), неблагоприятно проте- кающую, склонную к перфорации и пенетрации язву желудка и двенадцатиперстной кишки, хромовый гепатоз, нарушения регуляции сосудистого тонуса и сердечной деятельности. Соеди- нения шестивалентного хрома по сравнению с трехвалентным обладают большей мутагенной способностью [Рудных А. А., 1986]. Они наряду с общетоксическим действием способны вы- зывать мутагенный [Виталиев А. Б., 1982] и канцерогенный [Ashby J. et al., 1985] эффекты. Высказывается предположе- ние, что при этом хром выступает в роли комутагена ,[Ross- ma Т. С., 1981], снижая репаративные процессы в клетках человека и животных. Аллергизирующее действие хрома связы- вается с его способностью образовывать комплексные соедине- ния. Многостороннее патогистологическое и гистоэнзиматическое изучение хромовой интоксикации в эксперименте на собаках и крысах осуществил А. М. Шахназаров (1980). Из выводов его работы наибольшего внимания заслуживают установление при хронической интоксикации хромом ингибирования тиоло- вых ферментов мембран, а также ферментов аэробного глико- лиза, цикла Кребса и терминального окисления, угнетение синтеза аминокислот и белков, возникновение гипоксии в ре- зультате склерозирования биологических мембран и микроцир- куляторного русла, активации ферментов анаэробного гликоли- за, пентозофосфатного шунта и неспецифических фосфатаз. В 1986 г. R. Laborda и соавт. прицельно изучали патомор- фологию ° нефротоксического и гепатотоксического действия соединений хрома на крысах Вистар. Они вновь подтвердили большую токсичность шестивалентного хрома по сравнению с '53* 195
трехвалентным, но вместе с тем отметили, что некоторые соли последнего, как, например, ацетат хрома и др., при их вдыха- нии, поглощении или в случае контакта с тканями обладают канцерогенным свойством [Hneper W. С. et al„ 1962; Steffes Р. et al., 1965]. Тяжелые поражения печени и почечных канальцев наблюдались при внутрибрюшинном введении шестивалентного хрома. Установлено, что поступающий в организм человека хром, помимо легочной ткани, накапливается в органах системы мо- нонуклеарных фагоцитов, т. е. в печени, почках, селезенке, кос- тях и костном мозге. Шестивалентный хром проникает через плацентарный барьер, может откладываться в органах и тка- нях плода, а также поступать в организм ребенка с грудным молоком [Рощин А. В. и др., 1986]. 6.6. Селен Одним из первых сообщений о синдроме, связанном с ис- пользованием в пищу растений с избыточным содержанием се- лена, являются записки Марко Поло в 1295 г. [Komroff М., 1926]. В журнале путешественника указано, что вьючные жи- вотные страдали от поражений ног и копыт при поедании некоторых трав, произрастающих на границе Туркестана и Тибета. В 1860 г. военный хирург Т. С. Madison описал харак- терное заболевание лошадей, пасущихся в некоторых степях Южной Дакоты (США). Болезнь начиналась примерно через 10 дней после начала выпаса скота и прекращалась при замене фуража. Для нее была характерна, помимо «воспалительных процессов в ногах», потеря волос гривы и хвоста. Внимание к селену вновь было привлечено в 1931 г., когда стало известно, что в основе ряда эндемических заболеваний крупного рогатого скота, свиней и домашних птиц, регистрируе- мых на отдельных пастбищных массивах Великих Равнин се- веро-запада США («алкалоз», «слепая хромота»), лежит отрав- ление селеном, присутствующим в повышенных количествах в пастбищных растениях (особенно в некоторых видах астрага- лов) и в зерне, выращенном на богатых селеном почвах [By- ers Н. G., 1934]. Жизненная необходимость селена была установлена лишь 26 лет спустя [Schwarz К., Foltz С. М., 1957] в ходе класси- ческих экспериментов, продемонстрировавших, что именно этот МЭ предупреждает возникновение некрозов в печени у крыс. Вскоре был открыт еще ряд заболеваний, излечиваемых селеном, к числу которых относятся беломышечная болезнь овец и крупного рогатого скота, алиментарный гепатит свиней, экссудативный диатез домашней птицы, причинявших значи- тельный ущерб животноводству на обширных сельскохозяйст- венных угодьях, где почвы и растения содержали пониженное количество селена (штат Орегон, США; Новая Зеландия, Фин- ляндия; Эстонская ССР, Бурятская АССР и др.). 1 96
В связи с близостью биологического действия селена и ви- тамина Е одно время допускалась их взаимозаменяемость. Однако в ряде работ было установлено, что животные испыты- вают потребность в селене даже при их обеспеченности витами- ном Е. Явления специфической недостаточности селена вклю- чают некроз и фиброз поджелудочной железы у цыплят, облы- сение, повреждение стенок кровеносных сосудов, катаракту, задержку роста и нарушение репродуктивной функции у крыс [Wu A. S. Н. et al., 1979]. Роль селена в патологии человека была установлена после описания селенодефицитной кардиомиопатии в Китае (болезнь Кеилана), а также явлений недостаточности селена при полном парентеральном питании [Johnson R. A et al., 1981]. Характе- ристика селенодефицитных заболеваний устанавливается толь- ко в последние годы. Представляют интерес также антибласти- ческое действие селена и его способность противодействовать токсическому влиянию тяжелых металлов. Всасывание селена может осуществляться через пищевари- тельный тракт, кожу и легкие. Усвоение растворимых форм селена в пищеварительном тракте происходит на 80—100%. В частности, С. D. Thomson и соавт. (1972, 1973) в эксперимен- тах на крысах с введением изотопа 75Se показали, что 91—93% этого МЭ всасываются в желудочно-кишечном тракте. В то же время у 3 мужчин-добровольцев всасывание составляло только 70, 64 и 44% соответственно. Особого внимания заслуживают данные, приведенные в обзоре О. Levander (1984). Так, оказа- лось, что у новозеландских женщин, для которых характерна пища с содержанием селена (24 мкг/день), абсорбируются 79% пищевого селена. У взрослых людей всасывается от 76 до 100% введенного per os селена в виде 755е-метионина. Ря- дом исследователей [Сучков Б. П., 1981; Jaakkola et al., 1983] установлено, что органические соединения селена усваиваются лучше, чем неорганические. Наиболее интенсивно всасывание селена происходит в две- надцатиперстной и в несколько меньшей степени--—в тощей и подвздошной кишках. В желудке этот МЭ практически не ус- ваивается. Из почек селен усваивается на 87%, а из мышц рыбы — всего на 64% [Richold М. et al., 1977]. Относительно низкая усвояемость «рыбьего» селена подтверждается и рядом других авторов. Транспорт и депонирование селена осуществляются, по-ви- димому, особыми белками, содержащими селеноцистеин, и названными соответственно селенопротеином Р из плазмы крови и селенопротеином Рх из почек и печени [Motsenboc- ker М. A., Tappel A. L., 1984]. Селенопротеин Р найден у крыс и макак резусов. Он имеет молекулярную массу 85 000, синте- зируется в печени и переносит селен в семенники, селезенку и прочие ткани, в которых найден еще ряд белков, содержащих селен. Взаимоотношение между указанными соединениями селе- на представлены на схеме 1. Содержание селенонопротеина Р 197
С х е м a 1 СИНТЕЗ И ФУНКЦИИ СЕЛЕНОЦИСТЕИНСОДЕРЖАЩЕГО БЕЛКА Р [Motsenbocker М.А., Tappei A.L., Печень в плазме зависит от уровня селена, поступающего в организм животного. При высоких дозах селена в тканях откладывается неидентифицированное соединение этого МЭ, не извлекаемое вместе с белками. Селен обладает большим сходством с серой. Их атомы име- ют близкую конфигурацию наружных электронных оболочек, почти одинаковые размеры и сходные энергию связи, ионизаци- онные потенциалы и сродство к электронам. В то же время в живых системах эти два элемента ведут себя зачастую совер- шенно по-разному. В частности, в организме животных соеди- нения селена подвергаются обычно восстановлению, а серы — окислению. Селеноводород является более сильной кислотой, чем сероводород, и диссоциирован в большей степени, чем пос- ледний. Это относится и к степени диссоциации селено- и сульфгидрильных групп. В живой природе найдены различные соединения селена, являющиеся главным образом производными селеносодержа- щих аминокислот и продуктами метилирования селена. В бакте- риях, грибах, ряске, клевере, плевеле, пшенице найдены селенометионин и селеноцистеин. Последний присутствует так- же в глутатионпероксидазе млекопитающих и в ряде белков плазмы крови, семенников, мышц. В орехах и растениях-кон- центраторах селена (виды Astragalus, Morinda) присутствует селеноцистатионин. В астрагалах встречаются также Se-метил- селеноцистеин, Se-метилселенометионинселеноний, диметилселе- нид, селеногомоцистин, в чесноке — Se-пропенилселеноцистеин- селеноксид (табл. 18). Открыты также азотистые основания у некоторых анаэробных бактерий, содержащие в своем составе этот МЭ [Tsai L. et al., 1984]. В тРНКглу из Cl. sticklandii селеноуридин встречается наряду с 4-тиоуридином. В качестве кофактора в ряде окислительно-восстановитель- 198
а б л и ц a Селеносодержащие соединения, найденнные в живой природе Наименование Формула Источник Диметилдиселенид Бе-метилселеноцистеин Селеноцистеинселенино- вая кислота Селенометионин Селеноцистин Селеноцистатионин Селеногомоцистин Селенометионинселе- ноксид Бе-пропенилселеноцн- стеинселеноксид Селенотрисульфид Г лутатионселенотри- сульфид Г лутатионселенопер- сульфид Диметилселенид Триметилселеноний Селен-РНКглу MeSeSeMe CysSeMe CysSeOH CysCHzSeMe CysSeSeCys CysCH2SeCys CysCH2SeSeCH2Cys CysCH2Se(Me) =0 CysSeOCHz— CHMe R—S—Se—S—R G—S—Se—S—G G— S— SeH (Me)2Se (Me)3Se+ 5- [ (метиламино) ме- тил] -2-селеноуридин Грибы, астрагалы Астрагалы, Stranleya bipinnata Плевел, клевер Бактерии, грибы Ряска, плевел, клевер, пшеница Астрагалы, Моринда Astragalus crotolaria Плевел, клевер Лук Млекопитающие » Выдыхаемый воздух Моча Е. coli, Cl. stricklandii, Methanococus vanniellii ных ферментов селен присутствует один или вместе с железом и молибденом (табл. 19). Кроме указанных, найден ряд недостаточно идентифициро- ванных селеносодержащих белков в семенниках, селезенке, других органах и тканях. Селен повышает активность еще двух ферментов, выделенных из Cl. barkeri, — гидролазы никотиновой кислоты и ксантиндегидрогеназы [Shamberger R., 1984]. Глутатионпероксидаза — первый селеносодержа- щий фермент, найденный в организме млекопитающих. Он пре- дохраняет клетки от токсического действия перекисных радика- лов. Фермент не обладает строгой специфичностью по отноше- нию к перекисям и нуждается в качестве кофактора в глута- тионе, который в ходе ферментативной реакции подвергается окислению: H2O2 + 2GSH —> H2O + GSSG ROOH+2GSH —> ROH + Н2О + GSSG В этой реакции электрон, однако, переносится на перекись не с восстановленного глутатиона, а с селенола, который при этом переходит в селенистую кислоту, а затем последняя реге- нерируется в селенол восстановленным глутатионом. Взаимосвязь между селеном и витамином Е объясняется их воздействием на разные этапы образования органических пере- 199
Таблица 19 Селеносодержащие ферменты и белки [Favier, A., Maljournal В., 1980; с дополнениями] Наименование Молекуляр- ная масса, 103 Кофакторы Источник Формиатдегидрогеназа Глицинредуктаза Г лицинредуктаза Селенопротеид из мы- шечной ткани Селенсодержащий фер- редоксин Селеносодержащий ци- тохром с Г лутатионпероксидаза Белок Р Белок Pi Белок X, участвующий в цепи переноса электро- нов между флавопротеи- дами и системой цито- хромов Р-450 590 (3—4 субъе- диницы) 12 12 10 83 (4 субъ- единицы) 85 Неизвест- на » Se, Mo, Fe Se, Mo Se Se Se, Fe Se Se Se Se Se Se, Fe Cl. thermoaceticum, Methanococcus vaniellii E. coli Cl. thermoaceticum Cl. sticklandii Овцы Крысы Овцы Человек, крупный рога- тый скот (эритроциты) Крысы, обезъяны (плаз- ма крови) Крысы (почки и печень) Крысы кисеи. Токоферолы служат антиоксидантами по отношению к ненасыщенным липидам плазматической мембраны, предохра- няя их от разрушения свободными радикалами, образующимися под действием ферментов и различных окислительных агентов и индуцирующими автокаталитическую цепную реакцию окис- ления ненасыщенных жирных кислот. Токоферолы ингибируют эти процессы, перехватывая, по-видимому, образующиеся ради- калы. Селеносодержащая глутатионпероксидаза разрушает как перекись водорода, так и перекиси липидов, тогда как субстра- том не содержащей селен глутатионпероксидазы, (синоним: глутатион-Б-трансфераза В) и каталазы является только пере- кись водорода. При перекисном окислении липидов возникает малоновый диальдегид, который выступает в качестве сшиваю- щего агента, образуя шиффовы основания с аминогруппами белка. В результате появляются белково-липидные комплексы, относимые к липофусцинам. Применение витамина Е позволяет значительно снизить уровень селена, необходимый для предупреждения экссудатив- ного диатеза домашних птиц, всего до 10 нг/г МЭ в рационе, тогда как без добавления витамина Е аналогичный эффект оказывали только 50 нг/г селена. Беломышечная болезнь ягнят, получавших витамин Е и 100 нг/г селена, носила лишь умерен- ный характер, тогда как без добавки этого витамина при дан- ной концентрации селена в норме наступала гибель животных. 200
Аналогичные наблюдения имеются и в отношении миопатии и зоба у индюков и недостаточности селена у свиней [Hakka- rainen J. et al., 1978]. Селен в железосеропротеидах. В опытах in vit- ro установлено, что селен может замещать кислотно-лабильную серу в путидаредоксине, адренодоксине и ферредоксине, сохра- няющих при этом свою биологическую активность. В этой свя- зи предложена гипотеза [Diplock А. Т., Lucy J. А., 1973], сог- ласно которой одной из биохимически активных форм селена может являться селенид, находящийся в активном центре еще неидентифицированных негемовых железопротеидов. Было установлено, что кислотно-лабильный селен связан главным образом с мембранами митохондрий и агранулярной эндоплаз- матической сети. Селену принадлежит специфическая, завися- щая от витамина Е, роль в эндоплазматическом ретикулуме, где этот элемент входит в состав негемового железосеропротеи- да X. Он функционирует в качестве переносчика электронов между флавопротеидом и цитохромом Р-450, NADFH-зависимой цепи переноса электронов микросомной фракции печени крыс [Levander О., 1976]. В соответствии с этой гипотезой устанав- ливается еще один аспект взаимодействия между селеном и витамином Е, а именно защита этим витамином кислотно- лабильного селена в составе железосеропротеидов от окисления кислородом. Следует, однако, отметить, что попытки выделения из микросомной фракциив итамина Е и селензависимого желе- зосеропротеида, неустойчивого к окислителям, пока не увенча- лись успехом. Индукция цитохрома Р-450 в печени повтор- ным введением крысам фенобарбитала заметно угнетается при их длительном содержании на дефицитном по селену рационе. Понижена также индукция фенобарбиталом активности деме- тилазы этилморфина, в то время как активность цитохрома Ь-, NADFH-цтихром с редуктазы и бифенилгидроксилазы сохра- няется без изменения. У селендефицитных крыс при введении фенобарбитала в 6—8 раз возрастает активность гем — оксиге- назы (КФ 1.14.99.3) по сравнению с нормальными животными. Конкретный механизм влияния селена на активность гем — оксигеназы остается, однако, неясным. Митохондриальный транспорт электронов. Одним из наиболее ранних биохимических сдвигов, описанных при дефиците селена и витамина Е у крыс, была неспособность гомогенатов и срезов печени поддерживать нормальный уровень дыхания после длительной инкубации in vitro. Селен оказался прекрасным катализатором восстановления цитохрома с тиола- ми, и в мышцах овец был описан селенопротеид, содержащий гем, близкий по своей структуре к цитохрому с. Все же для выяснения роли селена в дыхательной цепи митохондрий не- обходимо проведение дополнительных исследований. По нашим данным [Авцын А. П. и др., 1986], воздействие селенита натрия на культуру клеток HeLa вызывало деструк- 201
тивные изменения митохондрий: при низких концентрациях МЭ — локальное' просветление их матрикса, расширение меж- кристных промежутков, усиление полиморфизма, а при больших концентрациях (10 мкмоль/л)—набухание митохондрий, лизис крист и нередко полную утрату структурированности этих ор- ганелл. Часть митохондрий переходила в так называемое кон- денсированное состояние. Биотрансформация соединений селена. Селе- нат образуется в организме животных лишь в незначительных количествах, а при введении через рот или парентерально, он быстро выводится с мочой, причем его выделение усиливается сульфатами. Селенит в отличие от сульфита — довольно силь- ный окислитель и легко восстанавливается органическими соединениями до серого или красного элементного селена. Окисление селенита сульфитоксидазой, катализирующей превращение сульфита в сульфат, в организме животных, по- видимому, не происходит. Отсутствуют данные и об образова- нии селенита из селеноаминокислот, тогда как сульфит образу- ется из цистеина через цистеинсульфин ат и [3-сульфинилпируват. Восстановление селенита в клетках катализируется ферментом глутатионредуктазой после неферментативной реакции селенита с глутатионом [Ganther Н., 1971]. HzSe способен вступать в реакцию с металлами, образуя нерастворимые комплексы, понижающие биологическую доступ- ность селена и металла. Это взаимодействие лежит в основе снижения токсичности металлов повышенными дозами селена. Образованием биологически недоступных соединений селена с металлами объясняется способность серебра, кадмия и др. вызывать у животных вторичную недостаточность селена и блокировать синтез глутатионпероксидазы даже при рационах, содержащих адекватное количество селена [Ganther Н., 1980]. Детоксикационное действие селена по отношению к металлам при их большом избытке может быть связано со способностью этого МЭ восстанавливать дисульфидные связи в белках в SH-группы, которые затем «улавливают» тяжелые металлы [Nuttall К. L„ Allen F., 1984]. Предполагается, что селен вовлекается в целый ряд анабо- лических процессов в форме H2Se, например при синтезе глута- тионпероксидазы, при перфузии печени селенитом [Sunde R. А., Hoekstra W. G., 1980]. Аналогичным путем происходит, по-ви- димому, синтез и других функциональных и нефункциональных селенопротеидов. Существуют две гипотезы о включении селена в состав глутатионпероксидазы — трансляционная и посттрансляционная. Согласно первой, синтез селеноцистеина происходит путем переноса селеноводорода на соответствую- щий акцептор, например на О-ацетилсерин. Затем образовав- шийся селеноцистеин с помощью специфической транспортной РНК может быть включен в полипептидную цепь. Посттрансляционная гипотеза допускает включение неорга- нического селена в предобразованную полипептидую цепь в 202
процессе ее посттрансляционной модификации. Имеются экспе- риментальные данные, свидетельствующие, что при перфузии печени селен из его неорганических соединений включается в состав глутатионпероксидазы с большей скоростью, чем из селеноцистеина [Hoekstra W. G., 1980]. Это предлагает сущест- вование особой формы ферментапреглутатионпероксидазы, содержащей вместо селеноцистеина цистеин или серин, который подвергается превращению в селеноцистеин под влиянием спе- цифической селеноцистеинилсинтетазы. Важным аспектом метаболизма селена является его метили- рование [Ganther Н., 1979]. Так, селен выделяется из организ- ма животных в виде диметилселенида и триметилселенония. Имеются также данные, что диметилселеноксид является глав- ным компонентом соединений селена, выделяемых с мочой у крыс [Hasegawa A. et al., 1977]. Метилированные соединения селена могут образовываться не только из селеноводорода, но и в процессе катаболизма селеноаминокислот. В частности, метилселенол может образовываться из селенометионина и селеноцистеина. Из организма селен элиминируется тремя основными путя- ми — через почки, кишечник и выдыхаемый воздух. Однако в большинстве экспериментов и клинических наблюдений уста- новлено, что в физиологических условиях гомеостаз селена ре- гулируется в основном экскрецией этого МЭ с мочой [Burk R. et al., 1972; Downes С. P. et al., 1979; Robberecht H. J., Deelst- la H. A., 1984] в течение 24 ч после его введения. При этом уточнены вариации концентраций селена в моче в пределах 0,9—3900 мкг/л. Последняя самая высокая индивидуальная концентрация иона селена в моче зарегистрирована в Венесуэле в селеновой биогеохимической провинции, где часто встречают- ся случаи селенового токсикоза. Выделение селена с мочой в основном в виде триметилселе- нида (TM-Se) отмечено при поступлении его в организм в виде селенита. Элиминация газообразного селена (диметилселенида) через легкие становится значительной только при высоких до- зах этого МЭ [Jiang S. et al., 1983]. Единственной точно установленной формой селена в моче является TM-Se, найденный у крыс в 1969 г. [Byard J. L., 1969; Palmer I. S. et al., 1969]. Он долгое время рассматривался как основной метаболит селена у всех видов животных. Однако прямые обследования человека показали, что если использовать в качестве источника селена мясную пищу, а не его неоргани- ческие соединения, как это практиковалось в опытах на лабо- раторных животных, то из общего количества селена, выде- ляемого с мочой, на долю TM-Se приходится всего около 12% [Ganther Н., 1983], тогда как у крыс, получавших физиологи- ческие дозы селенита, оно достигало 40% [Palmer I. S. et al., 1969]. Имеются более поздние данные [Nahapetian А. Т. et al., 1983], что при низких дозах селенита (16 мкг/кг живой массы) в моче крыс также присутствует лишь незначительное количе- 203
ство TM-Se, которое, однако, существенно возрастает при повы- шении дозы этого соединения до 1500 мкг/кг. В моче обнару- жены и другие соединения селена, в частности метаболит U-2, природа которого не установлена [Burk R., 1976; Pal- mer I. S. et al., 1977]. Нет сомнения, что будут найдены и дру- гие метаболиты селена, аналогичные конечным продуктам обмена серы, причем наиболее вероятно нахождение соедине- ний селена со степенью окисления (4-4). Элементный селен труднорастворим и в пищеварительном тракте не усваивается. При парентеральном введении, однако, его частички могут подвергаться фагоцитозу и под воздействи- ем пероксидгенерирующей системы фагоцитов этот МЭ стано- вится растворимым, доступным для организма. Это может иметь определенное значение при полном парентеральном пи- тании, если селенит, добавляемый в питательный раствор, восстанавливается до элементного селена. Точно так же селен, добавляемый в виде SeSs в некоторые виды шампуней против перхоти, может частично всасываться через кожу и подвергать- ся аналогичному превращению. Имеются немногочисленные данные о распределении селена у человека. Так, после инъекции 758е-метионина (или селенита) содержание этого МЭ в печени и поджелудочной железе уве- личивалось в 1,7 раза по сравнению с исходным уровнем в течение 2 дней и затем постепенно уменьшалось [Lathrop К. А. et al., 1972]. При этом М. Wenzel и соавт. (1971) определили биологические полупериоды существования селена в тканях. В частности, для мышц этот срок составил 100 сут, для пече- ни — 50 сут, почек — 32 сут и для сыворотки крови — 28 сут. После введения радиоактивного селена значительная его часть связывается с белками плазмы. При этом оказалось, что эритроцитам в данном процессе принадлежит важнейшая роль, так как 75Se в виде селенита чрезвычайно быстро (в пределах нескольких секунд) проникает через их мембраны [McMur- ray С. Н., Davidson W., 1974]. Уже через 1—2 мин в эритроци- тах концентрируются 50—70% всего селена крови. Затем в течение 15—20 мин почти весь селен выходит из эритроцитов, связываясь сначала с альбуминами, а затем и с глобулинами плазмы крови. Важно подчеркнуть, что в отсутствие эритроци- тов белки плазмы крови человека мало связывают этот МЭ и 97—99,5% 75Se диализуются [Петрович Ю. А., Подорож- ная Р. П„ 1981; Ворр В. A. et al., 1982]. Эритроцитарный «насос» для селенита обнаружен у челове- ка и ряда животных [Wright Р. L., Bell М. С., 1963; Jenkins К. J-, Hidiroglou М., 1972; Sandholm М., 1975]. В эритроцитах под влиянием системы глутатион — глутатионпероксидаза селенит подвергается превращению с образованием комплекса селена с глутатионом. При последующем восстановлении селен катали- зирует транспорт электронов к кислороду. Выйдя из эритроци- та, возможно, в составе селеноглутатионового комплекса, этот МЭ фиксируется в белках плазмы. 204
Липопротеиды плазмы крови человека содержат примерно €% селена от общего его количества в плазме {Moriss S. G. et al., 1972]. Селен является естественной составной частью ЛИП '[Burk R. F., 1976]. Кроме того, установлено, что у мла- денцев в первые месяцы жизни уровень селена довольно низок и с возрастом постепенно увеличивается [Verlinder М. et al., 1983]. По данным О. Levander (1975), средняя концентрация селена в цельной крови составила 2,6; 2,3 и 4,05 мкмоль/л соответственно для американцев, канадцев и англичан. Наряду с этим у детей, проживающих в селеновых биогеохимических провинциях Венесуэлы, его концентрации в крови повышались до 10,3 мкмоль/л. Эти данные нашли подтверждение в более поздних исследованиях К. Howe (1979) в различных регионах США, а также М. Verlinder и соавт. (1983) в различных воз- растных группах населения Бельгии. С. Е. Casey и соавт. (1982) представили концентрации селе- на в различных тканях и органах в зависимости от возраста. Так, у эмбрионов уровень селена в печени равен 1,26 мг/г •сухой массы, у детей в возрасте 4—54 мес в печени и почках содержится 0,58 и 2,07 соответственно. У лиц в возрасте от 15 до 74 лет концентрация селена составляет в печени, почках, мышцах, сердце и легких 0,37—0,72; 0,64—6,17; 0,11—0,43 и 0,57—0,8 мкг/г массы соответственно. Наиболее известным проявлением недостаточности селена у животных является алиментарная мышечная дистрофия (бе- ломышечная болезнь), причиняющая значительный экономи- ческий ущерб животноводству в различных странах. Она была описана в ряде селендефицитных регионов Новой Зеландии, Скандинавии, США, Турции, Эстонской ССР, Бурятской АССР, поражает крупный рогатый скот, лошадей, свиней, ягнят и до- машних птиц. Заболевают в основном новорожденные живот- ные и молодняк до 12-месячного возраста, болезнь может иметь длительное течение, часто заканчивается летально, характери- зуется очаговой дегенерацией различной тяжести и некрозом скелетной и сердечной мышц невоспалительного характера (рис. 39); она предупреждается и излечивается включением в рацион селена. Патоморфологические изменения при этом хроническом за- болевании характеризуются глубокими нарушениями скелетных мышц и миокарда. В частности, наблюдается пестрая патоги- стологическая картина за счет неравномерного полнокровия, дистрофических и некробиотических изменений кардиомиоцитов, нередко с явлениями дистрофического обызвествления (рис. 40). По мнению А. П. Авцына (1972), белая окраска мышц обусловлена исчезновением из них миоглобина и вторичным коагуляционным некрозом миоцитов. В печени и почках посто- янно отмечаются дистрофические процессы. Изменения в легких, кишечнике и других органах неспецифичны и непостоянны. Изменения миокарда и скелетных мышц имеют дегенеративно- некробиотический характер. Часто встречается гиалиновая деге- 205
Рис. 39. Очаговые некрозы миокарда правого желудочка при селенодефицит- ной беломышечной болезни у теленка. Окраска гематоксилином и эозином. Х400. нерация мышечных волокон. Ткань печени и почек в большин- стве случаев находится в состоянии зернистой, реже жировой,, дистрофии {Ермаков В. В., Ковальский В. В., 1974]. Другими исследованиями было показано, что недостаток селена играет специфическую роль также в развитии токсической дистрофии печени животных и птиц [Кудрявцев А. А. и др., 1966], экссу- дативного диатеза птиц [Георгиевский В. И., 1972] и ряда дру- гих заболеваний. Содержание мышей и крыс на полусинтети- ческом аминокислотном рационе с низким содержанием селена сопровождалось резким понижением уровня других МЭ, напри- мер цинка в клетках панкреатических островков, в паренхиме почек и в клетках сперматогенного эпителия [Сучков Б. П., 1981]. Биохимические исследования при беломышечной болезни продемонстрировали резкое снижение количества миозина в мышцах и фракции водорастворимых белков одновременно с увеличением количества коллагена, что согласуется с гистоло- гическими наблюдениями, показавшими замещение мышечных волокон соединительной тканью. Одновременно отмечено сни- жение уровня креатинфосфорной кислоты, АТФ, гликогена с параллельным возрастанием неорганических фосфатов, увели- чением активности аминофераз, в некоторых случаях АТФазы и пирофосфатазы мышц [Ермаков В. В., Ковальский В. В., 1974]. При беломышечной болезни ягнят резко активируются кол- 206
Рис. 40. Некроз и обызвествление мышечных волокон левого желудочка серд- ца в зоне расположения проводящей системы при селенодефицитной беломы- шечной болезни у теленка. Окраска гематоксилином и эозином. Х250. лагеназа мышц [Broderius М. A. et al., 1973], липопротеин- липаза миокарда [Kelley Т. F., 1968] и ряд других ферментов. R. Poukka (1968) отметил, что в сердечной мышце телят с этим заболеванием изменяется состав фосфолипидов (например, от- мечено увеличение фосфатидилхолина). По мнению Р. D. Whan- ger и соавт. (1973), именно исчезновение одного из селенопро- теидов— белка с молекулярной массой 10 000 в скелетных мышцах овец при недостаточности селена в известной мере обусловливает возникновение этого заболевания скота. В одной из работ [Reiter Р., Wendel А., 1983] показано, что содержание мышей-альбиносов на диете с очень низким содер- жанием селена (менее 10 частей на биллион) сопровождалось существенными изменениями ксенобиотического обмена печени. Так, содержание селена в этом органе было менее 10% от контроля, глутатионпероксидазы — менее 2%. В микросомаль- ной фракции активность NADPH-цитохром Р-450 — редуктазы уменьшилось на 50 % • Темп N-окисления флавинсодержащих монооксигеназ снизился на 35%, скорость N-деметилирования — на 50%. Хотя следует отметить, что активность ряда других ферментов при дефиците селена не только не изменилась, но даже повысилась. Эти данные еще раз подчеркивают, что про- должительное селендефицитное состояние сопровождается не только уменьшением активности глутатионпероксидазы, но и влечет за собой целый спектр ферментных нарушений. По-види- мому, эта болезнь сопровождается изменением обмена многих веществ. В частности, нарушаются метаболизм аминокислот и 207
Рис. 41. Ребенок 3 лет, стра- дающий селенодефицитной кардиомиопатией (болезнь Кешана). Асцит, резкое уве- личение печени, выбухание прекордиальной области [Guangqi Yang et al., 1984]. Рис. 42. Резкое расширение полостей сердца и гипертрофия миокарда. Застойное полно- кровие легких. Рентгенограмма грудной клетки девочки 12 лет, страдающей бо- лезнью Кешана с 5-летнего возраста [Guan- gqi Yang et al., 1984]. кетокислот, фосфорный и углеводно-фосфорный обмен в мыш- цах, снижается гликолиз. Биологическая роль селена может быть также связана с его влиянием на метаболизм серы. При беломышечной болезни в мышечной ткани ягнят отмечены значительное снижение общего количества SH-групп и их содержания в белках и существенное увеличение числа небелковых SH-групп и концентрации восста- новительного глутатиона [Broderius М. A. et al., 1973]. Повышенное количество небелковых SH-групп и снижение их числа в белках печени отмечены также у крыс при дефиците селена. Из этих опытов был сделан вывод, что при дефиците этого МЭ нарушен процесс образования дисульфидных связей [Underwood Е., 1977]. Участие селена в процессах обмена серы подтверждается и более поздними наблюдениями. Известно, что цистеин предупреждает алиментарную мы- шечную дистрофию (АМД) при Е-авитаминозе цыплят. Ана- логичным, но менее выраженным свойством обладает метионин. Факторы, замедляющие превращение метионина в цистеин (креатин, холин), снижают способность метионина предупреж- дать АМД, тогда как соединения, ускоряющие его конверсию (гуанидинуксусная кислота, NAD), напротив, повышают его эффективность. Соединения, замедляющие катаболизм цистеи- на (например, меркаптоэтаноламин), облегчают течение АМД, тогда как соединения, способствующие усилению его катаболиз- ма, усиливают тяжесть этого заболевания. В опытах на цыпля- тах было показано, что способностью повышать эффективность 208
Рис. 43. Типичная картина поражений миокарда при подострой форме болезн» Кешана. Вверху слева — сохранившиеся мышечные волокна, справа—резка выраженный лизис кардиомиоцитов [Guangqi Yang et al, 1984]. конверсии метионина в цистеин обладает селен. В плазме крови цыплят при дефиците селена практически отсутствовали в свободном виде цистеин, цистатионин и гомоцистеин, которые появлялись вновь только после включения в пищу селена [Hal- pin К. М. et al., 1986]. Из этих опытов авторы справедливо заключают, что селен, по-видимому, играет определенную роль, в процессах транссульфурирования. В последние годы дефицит селена рассматривают как воз- можный этиологический фактор при некоторых сердечно-сосу- дистых заболеваниях. Еще в 1935 г. у людей была впервые выявлена болезнь Кешана. Однако систематическое изучение этого заболевания было проведено в 60-х годах только в Китае, где оно носит эндемический характер и предотвращается введе- нием селенита натрия [Chen X., 1980; Diplock А., 1981]. Болезнь Кешана представляет собой эндемическую фатальную миокар- диопатию, для которой характерны аритмии, увеличение раз- меров сердца, фокальные некрозы миокарда, за которыми сле- дует сердечная недостаточность (рис. 41, 42, 43). Электронно- микроскопические исследования дополнили картину поражения миокардиоцитов [Ge К- et al., 1983]. Так, наряду с увеличением числа митохондрий выявлены их набухание с резким просвет- лением матрикса и разрушением крист, а также появление так называемых конденсированных форм этих органелл. Авторы показали дезорганизацию саркомеров, разрывы сарколеммы, изменение морфологии вставочных дисков, увеличение числа 14—568 209
лизосом и появление «специфических гранул», которые, воз- можно, имеют вирусную природу. Наиболее типично это заболевание для детей обоих полов и беременных женщин. В отдельных поселках болезнь поража- ла до 10—12% детей и женщин репродуктивного возраста [Chen X. et al., 1980]. Как установлено, это заболевание имеет биогеохимическую природу и встречается только в определен- ных ареалах 40 провинций, простирающихся от северо-востока до юго-запада Китая, который можно определить как селено- дефицитный пояс. При этом были выявлены многочисленные «спасательные острова», окруженные территорией, где была отмечена высокая частота этой болезни. У больных также об- наруживают дегенеративные изменения мышц нижних конеч- ностей, по гистологической картине напоминающие беломышеч- ную болезнь. По мнению A. Diplock (1984), молекулярный механизм этих изменений обусловлен поражением клеточных мембран свободными радикалами при отсутствии селена. Дей- ствительно, при болезни Кешана в крови выявляется необычно низкий уровень (0,063—0,127 мкмоль/л) этого МЭ, что примерно в 10 раз меньше, чем у адекватно питающегося населения (1,14—1,9 мкмоль/л) [Oster О., Prellwitz W., 1982; Tan Yian Au, 1982; Diplock A., 1984; Levander O., 1984]. Дополнительные исследования подтвердили, что в очагах распространения бо- лезни Кешана низкое содержание селена в почве коррелирует с низким уровнем его в волосах людей, проживающих в данных регионах. Так, среднее содержание селена в волосах людей эндемичных зон равно 0,085+0,032, а в неэндемичных—0,187+ +0,086 мкг/г. Крупные биогеохимические регионы селенодефицита на тер- ритории СССР установлены в Забайкалье [Вощенко А. В. и др., 1988]. Отдельные очаги природного селенодефицита выявлены в Ярославской области, Удмуртской АССР. Потенциально такой же биогеохимической провинцией, по-видимому, является юго- запад Карельской АССР. В Читинской области в 1986—1987 гг. установлено наличие болезни Кешана — эндемической селеноде- фицитной кардиопатии, имеющей определенные особенности клинического течения. В Забайкалье она имела стертые формы с латентным и хроническим течением. Острые и подострые фор- мы болезни Кешана в этом регионе еще не выявлены. При латентной форме доминировал астеновегетативный синдром. На ЭКГ чаще всего выявлялись блокада правой ветви пред- сердно-желудочкового пучка (Гиса), экстрасистолия, замедле- ние атриовентрикулярной проводимости, а также метаболичес- кие и диффузно-дистрофические изменения в миокарде и гипер- трофия миокарда. Проба с физической нагрузкой выявила скрытую сердечную недостаточность. Хроническая форма заболевания характеризовалась в основ- ном болевым синдромом и явлениями хронической сердечной недостаточности. На ЭКГ наиболее часто регистрировались изменения, свидетельствующие о метаболических и диффузно- 210
дистрофических нарушениях. Рентгенографически увеличение размеров сердца отмечено у 7 из 12 больных хронической фор- мой и у 32 из 56 больных латентной формой болезни Кешана. У 72,5% больных селенодефицитной кардиопатией выявлено снижение кислотности желудочного сока, что может способст- вовать снижению абсорбции селена в желудочно-кишечном тракте. Содержание селена в крови больных составило 0,53— 0,82 мкмоль/л (латентная форма) и 0,18—0,42 мкмоль/л (хро- ническая форма), т. е. в несколько раз ниже нормы (1,77— 2,79 мкмоль/л). Лечение больных с этими формами болезни Кешана селенитом натрия оказалось достаточно эффективным [Обухова Т. И., 1988]. В литературе обобщены данные эпидемиологических наб- людений об обратных взаимоотношениях между содержанием- селена в крови и летальностью при других болезнях сердца,, проведенные в 19 штатах США [Shamberger R. et al., 1979]. Эти результаты подтверждаются работами J. Т. Salonen и со- авт. (1982), О. Oster и соавт. (1983). Так,, J. Т. Salonen и соавт. (1982) продемонстрировали, что при концентрации селена в сы- воротке ниже 0,4 мкмоль/л вероятность возникновения инфарк- та миокарда увеличивается в 7 раз, а при содержании 0,4— 0,6 мкмоль/л — в 3 раза. Эти наблюдения обусловили интерес к определению уровня селена как у больных, так и в группах повышенного риска сер- дечно-сосудистых заболеваний. Так, снижение уровня селена (почти в 2 раза) в сыворотке людей при застойной миокардио- патии отметили О. Oster и соавт. (1983). По мере прогрессиро- вания миокардиодистрофии у 22 больных концентрация селена в сыворотке также снижалась [Orndahl G. et al., 1982]. Однако следует заметить, что существуют работы, в которых не отмечено корреляции между концентрацией селена в крови у человека и факторами риска серечно-сосудистых заболеваний [Miettinen Т. et al., 1983]. В этом случае зафиксирована поло- жительная корреляция между полиненасыщенными жирными кислотами, холестерином, фосфолипидами и концентрацией это- го МЭ. Низкий уровень селена в волосах и в крови и активности глутатионпероксидазы у детей встречается не только при болез- ни Кешана, но и при полном парентеральном питании, кваши- оркоре, при содержании детей с фенолкетонурией и «болезнью- запаха кленового сиропа» на полусинтетической диете. Во всех этих случаях дача селена ведет к нормализации биохимических параметров, а иногда сопровождается и положительным тера- певтическим эффектом [Loembeck I. et al., 1984]. Изучение терапевтического влияния селена на течение эк- спериментального инфаркта миокарда у крыс позволило четко установить его благоприятное действие [Кактурский Л. В., 1986]. Заживление инфаркта миокарда продемонстрировано в эксперименте на крысах, у которых инфаркт воспроизводили лигированием венечной артерии (120 животных). В течение 14* 211
'Рис. 44. Морфологические проявления влияния селена на экспериментальный инфаркт миокарда у крыс. а — миокард внеинфарктной зоны через 2 ч после лигирования венечной артерии у не- леченой крысы (контроль). Реакция на сукцинатдегидрогеназу. Наряду с линейным рас- положением диформазана отмечаются мелко- и крупнозернистый его осадок, а также диффузное прокрашивание саркоплазмы в некоторых участках. Разобщение мышечных 'волокон вследствие интерстициального отека. Х400; б — миокард внеинфарктной зоны через 2 ч после лигирования венечной артерии у крысы, леченной селенитом натрия в сочетании с а-токоферолом. Реакция на сукцинатдегидрогеназу. Линейное расположение продукта реакции по ходу миофибрилл Х400; в — ультраструктура миокарда внеинфаркт- ной зоны нелеченой крысы (контроль) через 2 ч после лигирования венечной артерии. Выражено набухание митохондрий с деструкцией крист и просветлением матрикса. Х15 000; г — ультраструктура миокарда внеинфарктной зоны у крысы, леченной селени- том н-атрия в сочетании с а-токоферолом, через 2 ч после лигирования венечной артерии. Сохранность ультраструктурной организации кардиомиоцита. X15 000: Д— гистоструктура постинфарктной зоны на 30-е сутки после лигирования венечной артерии у нелеченой •крысы (контроль). Преобладание рыхлой волокнистой соединительной ткани с умерен- ной клеточной инфильтрацией. Окраска гематоксилином и эозином. Х70; е — гистострук- тура постинфарктной зоны на 30-е сутки после лигирования венечной артерии у крысы, леченной селенитом натрия и а-токоферолом. Компактное строение постинфарктного участка, преобладание плотной соединительной ткани, большое число кардиомиоцитов. Окраска гематоксилином и эозином. Х70 (Препараты Л. В. Кактурского).
недели после начала инфаркта крысам подкожно вводили вод- ный раствор селенита натрия из расчета 30 мкг/кг в сутки. Для потенцирования эффекта селена одновременно внутримышечно вводили а-токоферол в дозе 50 мг/кг в сутки. Крыс забивали через 2 ч, 1, 3, 7, 14 и 30 сут. У леченых крыс отмечено уменьшение зоны инфаркта мио- карда, особенно выраженное в ишемической стадии (4,52% против 31,7% в контроле, р<0,001). Величина зоны инфаркта коррелировала с уровнем перекисного окисления липидов в этой же зоне, определявшимися хемилюминесцентным методом. Гистостереометрически показано ускорение созревания гра- нуляционной ткани у леченых животных. Это выражалось уве- личением числа клеток фибробластического ряда (7,84% про- тив 2,08% в контроле на 3-и сутки и 17,64% против 11,96% в контроле на 7-е сутки, р<0,001), уменьшением доли сегменто- ядерных лейкоцитов (0,28% против 1,92% в контроле на 3-и сутки и 0,20% против 0,96% в контроле на 7-е сутки, р<0,001), увеличением доли сосудистого компонента на 3-и сутки (24,8% против 12,92%, р<0,001) и уменьшением этой доли на 7-е сутки (5,76% против 9,88%, р<0,001). Во внеинфарктной зоне миокарда в отличие от контроля под влиянием селена отмечены нормальная активность окси- доредуктаз (рис. 44 а, б), а также сохранность ультраструктур- ной организации кардиомиоцитов (рис. 44 в, г), т. е. отмечен протективный эффект селена на кардиомиоциты на гисто- и ультраструктурном уровне. Сформированная на 30-е сутки постинфарктная зона у неле- ченых животных имела рыхлое строение (рис. 44, д), а у крыс, получавших селен,— компактное строение со значительным содержанием мышечных элементов (рис. 44, е). Фиброз экзокринной части поджелудочной железы, вызванный дефицитом с е л е н а, был впер- вые описан в 1970 г. [Thompson J. N., Scott М. L., 1970] у цып- лят, получавших синтетический корм на основе кристалличес- ких аминокислот, содержавший менее 0,015 мг/кг селена и повышенные дозы витамина Е. Алиментарная дистро- фия поджелудочной железы (АДП) характеризуется выраженной стеатореей (главным образом за счет повышенного выделения с экскрементами нейтральных липидов), обусловлен- ной снижением активности панкреатической липазы и пониже- нием уровня токоферола в плазме крови, который возвращается к норме при включении в пищу свободной линолевой кислоты, моноолеилглицерина и таурохолата натрия. При электронно-микроскопических исследованиях ацинар- ных клеток поджелудочной железы цыплят с недостаточностью селена отмечены разрывы внешней и внутренней мембран митохондрий, а также снижение на 27% количества митохонд- риальных белков. Эти данные позволяют считать, что причиной АДП является уменьшение числа функционально активных митохондрий в ацинарных клетках [Whiteacre М. Е., 213
Рис. 45. Кистозный фиброз поджелудочной железы при врожденном гипоселе- нозе (?). Резко выраженное расширение протоков с очаговой гибелью эпи- телия. Сверху справа — плотный белковый конкремент в просвете протока. Фиброз стромы. Окраска гематоксилином и эозином. Х120. Combs G. F. 1984]. Однако неясно, связано ли повреждение митохондрий с дефицитом глутатионпероксидазы или другого селеносодержащего фактора. Против исключительной роли глу- татионпероксидазы в этом процессе свидетельствуют, в частно- сти, отсутствие корреляции между активностью данного фер- мента в плазме крови и в ткани поджелудочной железы и тече- нием болезни, а также больший лечебный эффект при АДП селена, находящегося в составе селенометионина и пшеницы, чем селенита и селеноцистеина, наиболее эффективных при беломышечной болезни [Underwood Е., 1977]. Кистозный фиброз поджелудочной железы (муковисцидоз) является довольно распространенным заболеванием детей младшего возраста и крайне редко регист- рируется у подростков и молодых людей. Патологическая ана- томия этого заболевания хорошо изучена. Ее основные черты: 1) аномалии развития выводных протоков поджелудочной же- лезы, подвергавшихся резкому расширению с образованием кист, обычно заполненных густым и вязким секретом; 2) актив- ная пролиферация фибробластов перидуктальной соединитель- ной ткани (рис. 45, 46). В течение длительного времени кистоз- ный фиброз поджелудочной железы относили к аутосомно- рецессивным заболеваниям. В настоящее время эта точка зре- ния подвергается сомнению, так как получены достоверные данные о врожденном генезе этого заболевания. 214
Рис. 46. Кистозный фиброз поджелудочной железы при врожденном гипосе- ленозе (?). Протоки заполнены густым секретом, имеющим слоистое строение. Умеренная гипертрофия панкреатических островков. Окраска гематоксилином и эозином. X120. S. Wallach и соавт. (1979) провели обследование ряда се- мей в 33 штатах США и 4 провинциях Канады, в которых ро- дились дети с кистозным фиброзом поджелудочной железы. При этом клинические и экспериментальные исследования по- казали, что этиология указанного заболевания на самом деле обусловлена дефицитом ряда элементов, особенно селена, в перинатальном периоде. Кроме того, установлено, что диетоте- рапия с добавлением МЭ значительно улучшала состояние больных. В 1976 г. было установлено [Prohaska J. R., Ganther Н. Е., 1976], что наряду с селеносодержащей глутатионпероксидазой существует еще один фермент с аналогичным действием — глутатион-Э-трансфераза В (КФ 2.5.1.18), не содержащий селе- на, причем органы и ткани с высокой активностью одного фер- мента, как правило, имеют пониженную активность другого. Так, у человека наиболее богаты селеносодержащим фермен- том сердце и мозг, тогда как печень, скелетные мышцы и почки содержат преимущественно глутатион-5-трансферазу. В осталь- ных органах и тканях присутствуют различные количества обоих ферментов [Carmagnol F. et al., 1983]. Алиментарный гепатоз (Hepatosis dietetica) полу- чен в экспериментах на крысах, а в природно-хозяйственных условиях зарегистрирован в Новой Зеландии и скандинавских странах при скармливании свиньям зерна местного производст- 215
ва, бедного селеном. Заболевание встречается наиболее часто у поросят в возрасте 3—15 нед и характеризуется высокой смертностью. При вскрытии отмечены тяжелые некротические изменения печени, обширный отек и отложение цероидного пигмента в жировой ткани, придающего ей желто-коричневую окраску. Селен полностью предохраняет от этого заболевания, но витамин Е более эффективно предупреждает сопутствующие мышечную дистрофию и отложения пигмента [Underwood Е., 1977]. Экспериментальные исследования С. В. Hong и С. К- Chow (1988) привлекли внимание к еще одной форме селенодефици- та, протекающего на фоне недостаточности витамина -Е — эозинофильному энтериту (ЭЭ) человека, домашних и лабора- торных животных. Его впервые описали A. L. Ureles и соавт. в 1961 г. под названием «идиопатическая эозинофильная ин- фильтрация». Эти же авторы подвергли экспериментальному анализу данную патологию на крысах породы Sprague- Dawley, что позволило выяснить новые патогенетические фак- торы. ЭЭ с эозинофилией периферической крови возникал в условиях пищевого дефицита селена и витамина Е и законо- мерно излечивался с помощью добавки этих веществ в корм. Очаговая или диффузная инфильтрация наблюдалась в кишеч- нике, желудке, брыжейке и регионарных лимфатических узлах, но она достигала наибольшей выраженности вокруг очагов некроза гладких мышц в стенке кишки. Первоначальные пред- положения о связи этой своеобразной инфильтрации с пищевой аллергией и глистной инвазией не подтвердились. Более веро- ятна ее зависимость от очагов некроза. В 1975 г. были открыты мощные хемотаксические для эозинофилов вещества в виде продуктов окисления арахидоновой кислоты, в метаболизме которой играют роль селен и витамин Е [Reddy С. С., Massa- ro Е. J., 1983]1. Таким образом, ЭЭ и эозинофилия, вероятно, возникают в результате избыточного образования продуктов окисления. Селено дефицит может вызвать у крыс также некроз мышц, тубулярный нефроз, очаговые некрозы печени и гемолиз эритроцитов, которые излечиваются препаратами селена и витамина Е. Последний проявляет антиокислительное действие с помощью механизмов, инактивирующих свободные радикалы, в то время как селен, входящий в состав глутатионпероксидазы, катализирует восстановление токсичных перекисей водорода. У жвачных животных описан еще ряд заболеваний, излечиваемых селеном. К их числу относятся задержка роста и развития овец и крупного рогатого скота в Новой Зеландии, западных штатах США и в Шотландии, паралитическая миоглобинурия крупного рогатого скота, задержка отделения плаценты у коров, периодонтоз у овец, причем во многих случаях получен лечебный эффект и от применения витамина Е. Селен обладает также способностью в дозах, превышающих физиоло- гическую потребность (0,1 мг/кг), стимулировать иммуногенез. Так, при даче селена в дозах 0,7—2,8 мг на 1 кг корма у мышей 216
повысился титр антител против овечьих эритроцитов в 7 и 30 раз соответственно. Сходное действие оказало и внутрибрю- шинное введение 3—5 мкг селенита натрия, причем наиболее высокий эффект был получен при введении его одновременно с антигеном или до него ([Spa'llholz J. Е. et al., 1975]. Воспроизводительная функция. У всех изучен- ных видов животных дефицит селена вызывает нарушение вос- производительной функции. Крысы при дефиците селена не утрачивают способность приносить потомство, но уже первое поколение лишено этой способности. У одной части самцов сперматозоиды теряют подвижность, хвост отрывается от голов- ки. У другой части животных сперматозоиды полностью отсут- ствуют. Самки приносят всего 1—2 нежизнеспособных детены- ша. Разрыв сперматозоида происходит обычно посередине хво- ста, где обнаружен селенопептид с молекулярной массой 17 000, который, по-видимому, играет важную роль в формировании хвоста [Calvin Н. J., 1978]. У кур и индюков дефицит селена приводит к снижению яйценоскости и выводимости цыплят. В Новой Зеландии установлена тесная связь между распро- странением беломышечной болезни и яловостью овец, которая предупреждается дачей 4 мг селенита натрия на животное с месячными интервалами. При дефиците селена течка, овуляция, оплодотворение и раннее развитие плода у овец протекают нормально, но на 3—4-й неделе суягности (примерно ко време- ни имплантации) эмбрионы погибают по неизвестной причине. Во всех случаях нарушений воспроизводительной функции вве- дение животным одного витамина Е не дает положительного эффекта. Улучшение воспроизводительной функции у овец и крупного рогатого скота при совместной даче селена и витамина Е отмечено в ряде селенодефицитных биогеохимических про- винций Шотландии и Калифорнии ;[Underwood Е., 1977]. К числу селенодефицитных заболеваний относятся также экс- судативный диатез цыплят и индюков, характеризующийся отеком тканей, особенно на груди и животе, и кровоизлияниями в наружные покровы, а также приводящая к внезапной смерти «болезнь тутового сердца» у свиней, получившая свое название от обширных кровоизлияний в миокарде, придающих сердцу красновато-пурпурную окраску, напоминающую ягоду шелко- вицы. Следует отметить, что токсический эффект селена к настоя- щему времени хорошо изучен на животных в ареалах с избыт- ком селена, в то время как в литературе имеются лишь немно- гочисленные данные об отравлении селеном человека. Так, можно упомянуть сообщения М. I. Smith и соавт. (1936), М. I. Smith, В. В. Westfall (1937); R. Е. Lemley (1943) о селе- новом токсикозе у жителей штатов Южная Дакота и Небраска. W. G. Jaffe и соавт. (1972) выявили ряд клинических отличий у детей контрольной группы и у проживающих в местности с высоким содержанием селена в Венесуэле. I. Rosenfeld и О. Beath (1964) описали отравление селеном людей, употреб- 217
лявших питьевую воду с концентрацией 0,11 ммоль/л этого МЭ. Однако наиболее существенные данные о токсичности селена для человека поступили из Китая [Jang G. et al., 1983]. Они были собраны в период с 1960 по 1964 г. Так, средняя концентрация селена в моче (34 мкмоль)л) при хроническом селенозе у людей, проживающих в провинци- ях с высоким уровнем селена в почве, примерно в 20 раз боль- ше, чем у людей без селеноза, но также проживающих в бога- тых селеном ареалах, и в 100 раз больше, чем у людей в местности с оптимальным содержанием этого МЭ, и, наконец, в 400 раз больше, чем у людей с болезнью Кешана. Наиболее типичными симптомами селенового токсикоза яв- ляются поражения ногтей и волос. Кроме того, наблюдаются желтушность, шелушение эпидермиса, повреждения эмали зу- бов, артриты, анемия, нервные расстройства. В биогеохимичес- ких селеновых провинциях у людей встречаются хронические дерматиты, постоянная усталость и потеря аппетита [Суч- ков Б. П., 1981; Rosenfeld I., Beath О., 1964; Schroeder Н. А. et al., 1970; Harr J., Muth О., 1972], депрессия, гастроэнтериты, дегенерация печени и увеличение размеров селезенки [Buell D., 1983]. Избыток селена в среде неблагоприятно влияет на про- цессы оссификации и на состояние зубов. При высоком содер- жании этого МЭ в питьевой воде у людей нарушается форми- рование эмали, снижается поступление кальция без изменения усвоения фтора [Hajimarkos D. М., 1973]. Наконец, существуют немногочисленные данные о тератоген- ном действии селена. Этот МЭ в органической или неоргани- ческой форме относительно легко проникает через плаценту в плод [Underwood Е., 1977]. Селен в концентрации 3 мкг/г вызывает уменьшение числа особей в помете третьего поколе- ния у мышей и крыс [Schroeder Н. A., Mitchener М., 1971]. При экспериментальном повышении уровня этого МЭ в орга- низме матери отмечаются дефекты развития эмбрионов у кур, крыс, свиней, овец и кошек [Rosenfeld I., Beath О., 1964; Pu- zanova L. et al., 1979]. В селеновых ареалах пороки развития отмечены также у цыплят и ягнят. Таким образом, анализ данных литературы позволяет счи- тать твердо установленным существование в организме сба- лансированного механизма, поддерживающего гомеостаз селена. Этот МЭ интенсивно включается в обменные процессы клетки. По-видимому, частично его метаболизм сходен с обменом серы, но по ряду признаков между ними есть и коренные отличия. Для селена характерны активное участие в окислительно-вос- становительных и антиоксидантных процессах, дыхании клетки, а также в синтезе специфических функциональных белков, содержащих селениды. Селен как антиканцерогенный фактор. Исто- рия изучения связи селена с онкогенезом удивительна и полна неожиданностей. Так, пионером терапевтического использования селена при злокачественных новообразованиях является A. Was- 218
serman [Ермаков В. В., Ковальский В. В., 1974]. Еще в 1911г. ему удалось с помощью внутривенного введения селен-эозина полностью излечить спонтанные и перевиваемые опухоли мы- шей. Этот эксперимент послужил толчком к целой серии иссле- дований по противоопухолевому действию селена, продолжав- шихся до середины 30-х годов XX века. В начале 40-х годов в ходе экспериментов с высокими до- зами селена были получены данные, что этот МЭ обладает бластомогенными свойствами. Все началось с опытов R. D. Lil- lie и М. Т. Smith (1940), которые показали, что при скармлива- нии крысам зерна с 5 мг/кг иона селена развивается узелко- вый цирроз печени. В 1943 г. A. Nilson и соавт. содержали крыс на диете с очень низкой концентрацией белка, содержащей 5,7 и 10 мг/кг селена в виде селенида или органического селена. Они обнаружили, что возникновение цирроза печени сопровож- дается у крыс, проживших более 18 мес, последующим разви- тием аденом и «маловыраженного рака» (аденом и карцином печени, аденоматозной гиперплазии). А. Л. Черкес и соавт. (1962) представили данные, что 4,3 мг/кг селена в виде селени- та натрия в пище с низким содержанием белка вызывали уве- личение возникновения опухолей у крыс, живших более 18 мес. К сожалению, как в этом эксперименте, так и в ему подобных не оценивалось бластомогенное действие самой диеты без до- бавок селена. Из этих данных видно, что патогистологический контроль осуществлялся неточно. Следующий этап познания роли селена в патогенезе рака связан с серией работ, проведенных в конце 60-х годов. Из результатов, полученных в ходе этих исследований, вытекало, что селен вообще не обладает канцерогенными свойствами. Так, J. R. Harr и соавт. (1967) изучали хроническую селеновую интоксикацию у крыс линии Вистар, которым скармливали се- ленит или селенат натрия в различных концентрациях от 2,9 до 203 мкмоль/кг. Около 175 крыс прожили более 2 лет. В эту группу входили 76 контрольных и 99 подопытных крыс, которые получали от 6,3 до 101 мкмоль/кг селена. У животных, которым давали более 200 мкмоль/кг иона селена, была сни- жена выживаемость. При концентрации этого МЭ, равной 50 мкмоль/кг, у животных возникали хронические гепатиты и нефриты. Никаких признаков неоплазии эти исследователи не отметили. Более того, среди 1437 экспериментальных животных не выявлено разницы между контрольной и обработанной селе- ном группами по частоте возникновения лимфом и аденокарци- ном молочной железы, т. е. тех опухолей, которые часто спонтанно возникают у крыс линии Вистар. К сходным выводам пришла группа исследователей во главе с J. Tinsley [Tinsley J. et al., 1968]. Они провели эксиерцшенты на четырех линиях крыс, содержавшихся на рационе с'0,5—16 мг/кг селена. Хотя в таких дозах этот МЭ и задерживал рост животных, снижал их выживаемость, однако канцерогенного действия он не про- являл. J. R. Glover (1970), обследовав около 5000 рабочих в 219
условиях хронического воздействия селена на производстве, не отметил увеличения смертности от злокачественных новообра- зований по сравнению с контрольным контингентом. Критический анализ этих работ позволяет прийти к выводу, что мнение о бластомогенном действии селена является скорее всего преувеличенным. Противоречивость данных по канцеро- генности этого МЭ может быть связана с некорректностью экспериментов, в которых игнорировалось содержание селена и других токсичных соединений в контрольном рационе и его ингредиентах. На полученные результаты могли повлиять вид и возраст животных, пол, продолжительность воздействия и ряд других факторов. Возможно, имела место неточная интерпрета- ция результатов, выраженные регенераторные гиперплазии при хронических токсических гепатитах трактовали как появление злокачественных новообразований. Более того, А. Н. Кудрин (1975) считает, что, как правило, токсические дозы селена в хроническом эксперименте вызывают некроз и цирроз печени, которые являются условием для канцерогенеза, в чем нет ниче- го удивительного. В 1958 г. И. М. Эммануэль и Л. П. Липчина выдвинули тезис, согласно которому механизм канцерогенеза может быть связан с появлением в биосубстрате свободных радикалов и с возникновением цепных радикальных реакций. Исходя из этого, по мнению указанных авторов, например, при лечении лейкозов целесообразно проводить терапию с помощью веществ, легко взаимодействующих со свободными радикалами и тем самым обрывающих цепные реакции. Так, в 1966 г. по- явилось сообщение R. Shamberger, в котором не только разви- валось теоретическое положение предыдущих авторов, но и была предпринята попытка лечения опухолей у мышей Swiss 30, индуцированных 1,2-диметилбензатраценом (ДМБА). Этот американский исследователь полагал, что в ходе взаимодейст- вия канцерогенов с клеткой возникающие свободные радикалы и продукты окисления липидов мембран могут вызвать целый спектр клеточных изменений, в частности деструкцию фермен- тов и цитохромов, участвующих в переносе электронов, распад лизосомальных и микросомальных мембран с высвобождением гидролитических ферментов. В дальнейшем было показано, что введение животным тако- го антиоксиданта и стабилизатора мембран, как селенит нат- рия (0,0005%), вместе с кротоновым маслом сопровождалось заметным снижением числа опухолей. При этом по сравнению с другим антиоксидантом — а-токоферолом — соединение се- лена было в 735 раз эффективнее [Shamberger R., 1972]. Упомянутые экспериментальные данные нашли подтвержде- ние в серии эпидемиологических наблюдений. Так, R. Shamber- ger и D. Frost (1969) указали, что в 31 штате США, где содер- жание селена в фуражном зерне составляет 0,76 мкмоль/кг или выше, отмечен более низкий уровень смертности людей от рака. Влияние вариаций содержания селена в различных географи- ческих регионах на частоту возникновения раковых опухолей 220
убедительно продемонстрировано в работе R. Shamberger и С. Willis (1971). Оказалось, что смертность от лимфом, рака пищеварительных органов, рака легких и молочных желез уменьшается в регионах с высоким и средним содержанием селена в почве (0,76—1,27 мкмоль/кг и более). Между тем в зонах с низкой концентрацией (0,25—0,63 мкмоль/кг) этого МЭ смертность людей от злокачественных новообразований по- вышена. Обнаруженная этими авторами тенденция была под- тверждена позднее другими исследователями в США [Jans- son, 1976; Cowgill U. М., 1983], в Бельгии [Deelstra Н., 1982], в Новой Зеландии [Schrauzer G., 1980]. Аналогичные исследования велись и в СССР [Сучков Б. П.,. 1981]. Так, в Черновицкой области УССР заболеваемость сель- ского населения злокачественными новообразованиями превы- шает среднереспубликанскую, причем в горной зоне она ниже,, чем в лесостепной. Статистический анализ показал, что между' содержанием селена в почве естественных угодий и заболевае- мостью сельского населения этого региона существует тесная отрицательная корреляция (г = —0,85). G. Schrauzer и соавт, (1977) провели статистический анализ связей между содержа- нием селена в пище, его ежесуточным потреблением и частотой возникновения рака в 27 странах мира. Им была также отмече- на значительная отрицательная корреляция между потреблени- ем селена и смертностью от таких злокачественных новообразо- ваний, как рак толстой и тонкой кишок, молочной железы,, яичников и легких. Впоследствии было установлено, что у больных с некоторы- ми формами неоплазии содержание селена в цельной крови и- ее сыворотке снижено по сравнению со здоровым континген- том. Так, у 48 здоровых обследованных лиц уровень селена в крови составлял в среднем 2,9 мкмоль/л. Значения были почти- одинаковыми в двух возрастных группах (18—49 и 50—80 лет) как у мужчин, так и у женщин [Shamberger R. et al., 1973]. У больных раком толстой кишки, желудка, поджелудочной' железы был отмечен значительно более низкий уровень селена в крови по сравнению с контролем (2; 1,94; 1,67 мкмоль/л> соответственно), впрочем как и у больных циррозом и гепати- том (1,72 и 1,84 мкмоль/л соответственно). W. Broghamer и соавт. (1976) с помощью нейтронно-актива- ционного анализа выявили снижение концентрации селена (1,61 мкмоль/л) в сыворотке ПО больных карциномами (в кон- троле 1,89 мкмоль/л). При этом было отмечено, что при гисто- логически высокодифференцированных опухолях наблюдалась низкая концентрация селена, а низкодифференцированные опу- холи иногда выявлялись и при высоких концентрациях этого МЭ. Если же уровень селена в организме оставался достаточно высоким, опухоли были менее злокачественными, реже давали метастазы, с ослаблением рецидивирования опухолей увеличи- валась продолжительность жизни больных. Хотя, по мнению R. Shamberger и соавт. (1973), в органах,. 22 Ь
контактирующих с пищевым селеном, рак возникает реже, чем -в органах, не соприкасающихся с этим МЭ, данное положение не всегда справедливо. Так, К. Р. Me Connell и соавт. (1980) сравнили концентрацию селена в сыворотке 35 больных раком молочной железы и здоровых. Понижение уровня этого МЭ при .данном заболевании было статистически достоверным (р< <0,001). Б. П. Сучков (1981) с помощью корреляционного ана- лиза показал, что между средним содержанием селена в крови практически здоровых лиц и заболеваемостью сельского населе- ния Черновицкой области злокачественными новообразованиями существует тесная отрицательная корреляция (г=—0,93). Как при предраковых заболеваниях (за исключением заболеваний желудочно-кишечного тракта), так и при злокачественных опу- холях различной локализации среднее содержание селена в цельной крови больных было ниже, нежели в цельной крови контрольной группы практически здоровых лиц. Однако разли- чия были статистически достоверными лишь между уровнем селена в крови больных, страдающих раком желудка, и между содержанием селена в крови практически здоровых лиц. В 1983 г. К. О. Goodwin и соавт. привели неожиданные данные об изменении концентрации селена и активности селе- носодержащего фермента — глутатионпероксидазы — у 50 боль- ных раком слизистой оболочки ротовой полости и глотки. Так, в этой группе отмечено снижение содержания селена и актив- ности глутатионпероксидазы в эритроцитах, а в плазме уровень этого МЭ даже повысился. Авторы рассмотрели влияние такого фактора, как курение, на исследуемые показатели, поскольку, например, у курящих больных уровень селена в эритроцитах был повышен по сравнению с некурящей группой. Было выска- зано предположение, что некоторые сигареты могут быть экзогенным источником этого МЭ, накапливающегося в клетках крови. Вместе с тем у этих больных рак все же развивается из- за сильного воздействия канцерогенов даже при высоком уров- не селена в организме. В другой работе американские исследователи [Willett W. С. et al., 1983], обобщили данные о содержании селена в сыворот- ке крови, собранной в 1973 г. у 111 пациентов, у которых в последующие 5 лет появились злокачественные новообразова- ния. В качестве контроля были обследованы 210 практически здоровых лиц, причем во внимание принимались такие факторы, как возраст, раса, пол и курение. Оказалось, что уровень селе- на у больных значительно ниже 1,63 мкмоль/л по сравнению с нормой (1,72 мкмоль/л). По расчетам авторов, контингент людей с низким содержанием этого МЭ имеет в 2 раза больший риск заболеть раком, чем люди с высоким уров- нем селена в организме. Особенно сильные корреляционные связи выявлены между низким уровнем селена и раком желу- дочно-кишечного тракта и простаты. Содержание липидов, витаминов А и Е в сыворотке незначительно влияло на установ- ленные отношения. 222
В 1984 г. появилось сообщение финских исследователей J. Т. Salonen и соавт., в котором также исследовалась патоге- нетическая роль селена в возникновении неоплазий. Для этого- в 1972 г. брали пробы крови у 8113 человек (в возрасте от 31 до 59 лет), проживающих в двух регионах Финляндии. Только в 1983 г. эти пробы сыворотки, которые хранились при —20°C, подвергли аналитическому исследованию. При этом принима- лось во внимание, что за прошедший период из обследуемого контингента 43 человека умерли от рака и 85 были госпита- лизированы по поводу злокачественных новообразований. Сред- нее содержание селена в этих 128 случаях составляло 0,64 мк- моль/л (в контроле 0,69 мкмоль/л). Сложный мультифакторный статистический анализ показал, что при содержании селена в сыворотке менее 0,57 мкмоль/л риск заболеть раком в среднем возрасте увеличивается в 3,1 раза. Одновременно появилась другая работа [Sundstrom Н. et al., 1984], в которой определя- ли уровень селена и активность глутатионпероксидазы в сыво- ротке крови больных некоторыми формами гинекологического- рака. В этой работе также зафиксировано снижение концент- рации этого микроэлемента (1,15 мкмоль/л) и активности се- леносодержащего фермента (404 ед/л) по сравнению с кон- трольной группой (1,25 мкмоль/л, 444 ед/л) соответственно Введение больным в сутки 96 мкг одного селена, а также в комбинации с витамином Е в течение 1 нед снижало концент- рацию перекисей липидов и повышало активность глутатион- пероксидазы в сыворотке крови. Однако до сих пор остается не ясным, является ли снижен- ное содержание селена в сыворотке фактором, способствующим канцерогенезу, или уже результатом развития неоплазм [Wil- lett W. С., Mac Mahon В., 1984]. Поскольку, например, по дан- ным Б. П. Сучкова (1981), у больных раком желудка и кишеч- ника наиболее часто отмечают отвращение к мясным и рыбным блюдам и из их рациона практически исключают черный хлеб, т. е. в организм не поступают основные продукты, содержащие наибольшее количество селена. Кроме того, уменьшение селена в организме может быть связано и с его повышенной концентра- цией в опухолевой ткани. Так, A. Baumgartner и соавт. (1978) показали, что развитие асцитной опухоли Эрлиха сопровожда- ется резким уменьшением содержания и скорости обмена селена в печени, почках и тимусе крыс. Целый цикл фундаментальных работ посвящен изучению влияния селена на опухолевую ткань при индуцированном хи- мическом канцерогенезе. Так, число папиллом на коже мышей- альбиносов ICR Swiss, индуцированных ДМБА, значительно уменьшалось после смазывания пораженной кожи селенитом натрия [Shamberger R., 1970]. Если селенит натрия (5,78 мкмоль/кг) добавляли в корм мышей, обработанных ДМБА, то уменьшалось и число мышей-опухоленосителей, и число папиллом у каждой особи. Аналогичные опыты с бенз(а)- пиреном подтвердили выявленную тенденцию. После обработки 22Э
этим канцерогеном опухоли кожи возникали у 86% мышей. Если к пище добавляли 5,78 мкмоль/кг селенита натрия, опухо- ли развивались только у 44% подопытных животных. Апроби- рование других антиоксидантов (аскорбиновая кислота) и стабилизаторов мембран лизосом (гидрокортизон) не дало положительного эффекта. На основании этих данных R. Sham- berger (1970) сделал вывод, что противоопухолевый эффект селена является высокоспецифическим и, по-видимому, не свя- зан с антиоксидантной функцией этого МЭ. Интересные опыты были поставлены С. 1р и D. К. Sinha (1981). Скармливание самкам крыс Спрейг-Доули корма с раз- личным содержанием и типом жиров на фоне относительно низкого содержания селена (1,27 мкмоль/кг) показало, что такой характер питания способствует повышению частоты воз- никновения аденокарцином у животных после введения ДМБА. При этом крысы, получавшие высоконенасыщенные жиры, были более чувствительным к дефициту селена, что проявилось в усилении у них химического канцерогенеза. Авторы полагали, что в ходе повышенного перекисного окисления ненасыщенных липидов при низком уровне селена образуется малондиальде- гид, обладающий канцерогенными и мутагенными свойствами, обусловливающими увеличение частоты развития неоплазм у животных. Антиканцерогенные свойства селена продемонстрированы в работе L. A. Witting и соавт. (1982), которые давали под- опытным мышам BALB/c питьевую воду с 23 мкмоль/л селенита натрия на протяжении 12 мес. Затем животным однократно под- кожно вводили бенз(а)пирен. Через несколько недель установ- лено, что у подопытных животных саркомы развиваются реже и они меньше по размерам, чем у контрольных животных. D. Birt и соавт. (1982) крыс сублинии Вистар содержали на ра- ционе с 0,58 или 11,5 мкмоль/кг селенита натрия. После 50 инъекций бис (2-оксопропил) нитрозамина оказалось, что данный канцероген способствовал уменьшению содержания селена в печени при низкой пищевой дозе этого МЭ и увеличению его концентрации в поджелудочной железе при высокой пищевой нагрузке этого МЭ. Повышенный фоновый уровень селена в организме способствовал уменьшению частоты возникновения аденокарцином в легких и прямой кишке крыс. В 1982 г. появилось сообщение американских исследователей J. N. Thompson и соавт., которые содержали самок крыс Спрейг-Доули в течение 20 дней на специальной диете с раз- личным количеством селенита натрия (0,29; 0,87; 6,07 и 11,9 мкмоль/кг пищи). Затем животным вводили per os одну из двух навесок ДМБА (7,5 и 15 мг) и через несколько дней крыс переводили на постоянный рацион с 2,66 мкмоль/кг селенита натрия. Наблюдения, продолжавшиеся несколько месяцев, по- казали, что, помимо уменьшения числа опухолей молочной же- лезы, у самок удлиняется латентный период возникновения •опухоли именно при повышенной дозе селена. Эти авторы выд- 224
винули гипотезу, согласно которой селен подавляет инициацию и/или промоцию рака молочных желез, индуцированного ДМБА. Эту гипотезу подтвердили М. Chatterjee и М. R. Banerjee (1982), которые исследовали трансформацию клеток молочных желез самок мышей Balb/c в органной культу- ре после введения в инкубационную среду ДМБА. О трансфор- мации клеток канцерогеном судили по появлению in vitro альвеолярной дисплазии, аналогичной так называемым альвео- лярным узелкам, возникающим in vivo. Так, оказалось, что добавление селенита натрия (10_5 М) в инкубационную среду умеренно снижает частоту трансформации (на ~ 18%) в ста- дии инициации (0—4 дня). Наряду с этим та же концентрация МЭ вызывает выраженное подавление этого процесса (на ~84°/о) в стадии промоции (4—10 дней культивирования с канцерогеном). В противоположность этому феномену в низком диапазоне концентраций (0,01—0,1 мкмоль/л) селен усиливает процессы опухолевой трансформации. Механизм антибластического действия селена в ходе хими- ческого канцерогенеза до сих пор не совсем понятен. Так, одной из причин считают влияние селена на ксенобиотический обмен в печени. Действительно, в ряде работ, проведенных in vitro, установлено, что этот элемент уменьшает N-гидроксилирование 2-ацетиламинофлуорена и других канцерогенов в микросомаль- ной фракции печени крыс, тем самым направляя их обмен по пути детоксикации [Marshall М. V. et al., 1979; Jacobs М. М., 1980; Sinha D. К., Ip С., 1981]. Не исключено, что селен подав- ляет метаболическую активацию проканцерогенов в клетке [Daoud А. Н., Griffin А. С., 1978]. Так, модификации процесса активации проканцерогенов с помощью селена выявлены в тесте Эймса {Martin J. L. et al., 1981]. Другой причиной анти- канцерогенного действия селена в стадии инициации, по мне- нию J. N. Thompson и соавт. (1982), может быть уменьшение числа клеток, взаимодействующих с канцерогеном, или же уменьшение скорости пролиферации в ткани-мишени. Наконец, полагают, что этот МЭ может стимулировать репаративный синтез ДНК, поврежденной канцерогенами, хотя этот феномен наблюдали пока только на дрожжевых клетках [Rosin М. Р., 1981]. При перевивании опухолей дача селена оказалась менее эффективной [Medina D., Sheperd F., 1979]. Авторы заключают, что этот МЭ проявляет свое действие только на этапе химичес- кой или вирусной опухолевой трансформации нормальных клеток. Биохимический механизм, лежащий в основе данного действия селена, неизвестен, но он может быть связан со сти- муляцией иммунного ответа организма, защитным влиянием Se на цитоплазматические мембраны. Наряду с антиканцерогенным свойством селен обладает также и антимутагенным эффектом. Так, он снижает частоту обмена сестринскими хроматидами, индуцированного метилме- тансульфонатом, М-гидрокси-2-ацетиламинофлуореном [Ray W. J. et al., 1978] и ртутью {Morimoto К. et al., 1982], уменьшая 15—568 225
тем самым их цитотоксичность. Возможно, что аналогичное действие лежит в основе его защитного эффекта и при хими- ческом мутагенезе. Важным свойством селена является его особое сродство к опухолевым клеткам организма. Этот факт был установлен в 60-х годах и с тех пор неоднократно подтверждался [Забро- дин Н. И., Ермаков В. В., 1963; CavaRery R. R. et al., 1966; Hara Т. et al., 1973]. Так, установлено, что через 24 ч после инъекции изотопа 75Se крысам-опухоленосителям этот МЭ эли- минируется из скелетных мышц, ткани мозга и концентрирует- ся в опухоли [Cavaliery R. R. et al., 1966]. Это свойство селена положено в основу метода обнаружения некоторых типов опу- холей у человека [Cavaliery R. R. et al., 1966]. Показано, что концентрация селена в 5—10 раз больше в жизнеспособной опухолевой ткани, чем в некротизированной [Broghamer W. et al., 1978]. Антибластомогенное действие различных (0,01; 0,1 и 0,25 мкг/мл) концентраций селена изучено нами {Авцын А. И. и др., 1986] в культуре клеток HeLa и Нер. Исследование ми- тотического режима клеток HeLa показало, что инкубация их со всеми указанными концентрациями селена приводит к по- давлению митотической активности, особенно к концу 2-часово- го воздействия. При этом выявился парадоксальный эффект малых концентраций селена, действие которых в короткие (2— 4 ч) сроки инкубации характеризовалось более низким мито- тическим индексом, чем при введении более высоких концен- траций. Отмечено также изменение продолжительности от- дельных фаз митоза. При дозе 0,01 мкг/мл иона селена пер- воначальная телофазная задержка впоследствии сменяется удлинением времени профазы. Повышение дозы в 10 раз при- водит к непродолжительной метафазной задержке, а к концу 1-х суток опыта при концентрации 0,25 мкг/мл происходит резко выраженная телофазная задержка. При токсической дозе МЭ определяется значительное увеличение продолжительности метафазы уже при малых сроках инкубации. Выявлено возра- стание числа некоторых форм патологических митозов — К-митозов, трехгрупповых метафаз, хромосомных и хроматид- ных мостов, многополюсных митозов, а также отставаний хро- мосом в метакинезе. Особенно характерно появление профаз с хромосомами типа барабанных палочек и телофаз в форме песочных часов. Эти результаты могут по-новому объяснить данные L. Но и соавт. (1978) об индукции селенитом натрия фрагментации хроматина, увеличении числа хромосомных абер- раций и репаративного синтеза ДНК в фибробластах человека. Исследование динамики индекса метки 3Н-тимидина, а так- же синтеза РНК и белка в культуре клеток HeLa при введении 0,1 и 0,25 мкг/мл селена показало, что при этом наблюдается определенная мозаичность в проявлении метаболических про- цессов. Изучение клеточного монослоя на светооптическом уровне 226
выявило локальный характер поражения клеток HeLa и Нер. Так, если в контроле монослой формирует клетки с четко выра- женными границами, гомогенной цитоплазмой с единичными вакуолями, резко очерченным структурированным ядром, то воздействие малых концентраций селена уже на ранних сроках приводит к появлению скоплений клеток с крупными множест- венными вакуолями, расположенными преимущественно в парануклеарной зоне и с достаточно высоким митотическим индексом. Более высокие концентрации иона селена через 2 ч приводят к появлению зернистости в цитоплазме, границы клеток становятся нечеткими. Удлинение срока воздействия -сопровождается очаговой деструкцией клеток. В частности, через 24 ч инкубации в зонах некроза происходили «расплавле- ние» цитоплазмы с образованием очагов детрита, а также фор- мирование поврежденных цитоагломератов (рис. 47). Следует подчеркнуть, что клетки монослоя, тесно контакти- рующие между собой, в меньшей степени подвергаются цито- лизу. Это в определенной степени свидетельствует о том, что «клеточная кооперация» способна в большей степени противо- стоять токсичному агенту. Важно, что в сильно вакуолизирован- ных и дистрофически измененных клетках все же встречаются различные картины митоза, что подтверждает тезис об относи- тельной независимости протекания митоза от состояния цитоплазмы. Исследование монослоя в сканирующем электронном микро- скопе позволило показать, что стереоультраструктура поверх- ности клеток HeLa при инкубации с малой концентрацией селе- на изменяется за счет уменьшения числа микроворсинок и филоподий. При повышении концентрации селена происходит увеличение числа полиморфных бульбарных образований и погибающих клеток, лишенных микроворсинчатого покрова (рис. 48). При инкубации с малыми концентрациями селена в клетках HeLa отмечены полиморфизм митохондрий с очаговым просвет- лением их матрикса, уменьшение числа полисом. Наиболее характерны появление очагов парциального некроза и скопле- ние около них миелиноподобных структур, аутофагосом, липид- ных гранул. Известно, что в условиях повышения уровня антиоксидантов имеют место стимуляция клеточной пролиферации [Воскресен- ский О. Н. и др., 1982] и стабилизация мембран клеток. Однако этого не происходит при действии селена на опухолевые клетки in vitro, напротив, в данном случае ярко проявляется его ток- сическое действие. Необходимо отметить, что механизм этого действия, по-видимому, не связан с клеточной антиоксидантной системой и пока не совсем понятен. Однако в литературе име- ются данные о способности селена извращать нормальный белковый синтез, замещая серу в серосодержащих аминокисло- тах [Ермаков В. В., Ковальский В. В., 1974], инактивировать некоторые ферменты окислительно-восстановительных процес- 15* 227
Рис. 47. Изменение морфологии культуры клеток HeLa после инкубации с раз- личными концентрациями селена. И _ кпятпольвая культура; б —через 4 ч после добавления 1,27 мкмоль/л селена; в, г— через 2 и 24 ч после добавления 3,17 мкмоль/л селена. Х400 (а); Х700 (б, в, г).
Рис. 48. Стереоультраструктура поверхности клеток HeLa в контроле (а)’ и после воздействия (б—г) различных концентраций селена. а — контрольная культура. Х2000; б — через 2 ч при концентрации 1,27 мкмоль/л селена. Х1000; в, г — через 24 и 4 ч соответственно при концентрации 3,17 мкмоль/л селена. Х3000. сов, блокируя их активные центры путем простой адсорбции или же связывая их сульфгидрильные группы [Hoffmann G. R., 1982]. Можно предположить, что в свою очередь это приводит, во-первых, к ингибированию перекисного окисления и липолиза, в частности распада нейтральных липидов, в результате чего мы наблюдали скопления липидных гранул вблизи очагов парциального некроза. Во-вторых, происходит усиление протео- лиза за счет активирования протеаз в цитозоле и фосфолипаз митохондрий, в связи с чем мы отмечали появление очагов 229
парциального некроза, полиморфизма митохондрий и образова- ние пластинчатых миелиноподобных структур как результата их деградации. При этом установлено, что клетки HeLa более чувствитель- ны к токсическому действию селена, чем культура опухолевых клеток Нер. Добавление же селена в токсической дозе в первич- ную культуру нормальных фибробластов человека приводило только к усилению очаговой эозинофильной дегенерации клеток при максимальном сроке воздействия. Таким образом, полученные нами данные однозначно свиде- тельствуют о непосредственном повреждающем влиянии этого МЭ на опухолевые клетки человека, причем не только на про- лиферирующие клетки, но и на интерфазные опухолевые клетки. В заключение необходимо отметить, что уменьшение частоты возникновения спонтанных и химически индуцированных опухо- лей у лабораторных животных при введении селена, а также закономерное снижение его уровня в организме онкологических больных еще раз свидетельствуют о его потенциальной значи- мости в качестве важного компонента сбалансированного пи- тания. Более того, есть достаточно веские основания считать, что дефицит селена в окружающей среде, обусловливающий его низкое содержание в организме, способен вызвать тяжелые прогрессирующие поражения миокарда, которые могут быть предотвращены назначением селеносодержащих препаратов. Это с наибольшей отчетливостью показано на примере эндеми- ческой селенодефицитной кардиомиопатии — болезни Кешана. Важная роль селена в патогенезе сердечно-сосудистых заболе- ваний не ограничивается только этой патологией, впервые опи- санной в Китае. Финские, затем и западногерманские исследо- ватели показали, что такие широко распространенные заболе- вания человека, как конгестивная кардиомиопатия и коронарогенная кардиопатия, включая инфаркт миокарда, в некоторых регионах мира (восточная Финляндия, часть терри- тории ФРГ) чаще возникают на фоне селенодефицитных состояний, которые способствуют более высокому уровню летальных исходов. С этих позиций многократно доказанное в ветеринарной практике положительное влияние препаратов се- лена при беломышечной болезни, а также экспериментальные материалы о селенозависимом ускорении процесса рассасыва- ния и заживления некротической зоны инфаркта миокарда привлекают особое внимание. В последние годы китайский ученый F.-Y. Yang (1989) обнаружил, что у больных, страдающих болезнью Кашина — Бека, которая встречается не только в Забайкалье, но и на обширных территориях КНР, выявляются аномалии мембран эритроцитов. В эритроцитах больных детей уровень селена, активность Na+, К+-АТФазы, текучесть липидов их мембран отличаются от соответствующих показателей детей контрольной 230
группы, проживавших в том же регионе. На основании этих данных предполагается, что недостаточность селена является одним из патогенетических факторов болезни Кашина — Бека. Автор обращает внимание, что эта болезнь в основном распро- странена в местностях с низким содержанием селена в при- родной среде и у населения эндемичных районов. 6.7. Молибден Молибден — единственный элемент второй серии переходных металлов, биологическая функция которого в настоящее время известна. Впервые внимание на этот МЭ, как и на селен, было обращено в связи с его токсическим действием на организм сельскохозяйственных животных: было установлено, что извест- ный более 100 лет в Англии «пастбищный понос» крупного ро- гатого скота (teart) представляет собой не что иное, как молиб- деноз [Ferguson W. et al., 1938]. Вскоре молибденоз был опи- сан как «болотный понос» в Новой Зеландии, Нидерландах, США, ГДР и других странах мира. Во всех случаях он встре- чался в определенных ограниченных пастбищных массивах, отличающихся повышен