Некоторые аспекты развития нейротоксических эффектов при воздействии нейротропных химических веществ


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Воздействие нейротропных химических веществ (бензол, толуол, ксилол, алюминий, марганец, никель и другие) в результате загрязнения объектов окружающей среды может усугублять немодифицируемые (отягощенная наследственность) и модифицируемые (внутриутробные инфекции в период беременности, родов и первой недели жизни ребёнка) факторы поражения центральной нервной системы. Обзор посвящен некоторым аспектам развития негативных эффектов при воздействии бензола, алюминия, марганца, никеля и меди. Представлены современные данные международных и национальных исследований, посвященных изучению аспектов развития токсического действия нейротоксикантов. Рассматриваются отдельные звенья развития патологических процессов, а именно нарушение генерации, проведения и передачи нервного импульса, нейрогенеза в результате активации окислительных процессов, потенцирования эксайтотоксичности, синаптической дисфункции и нейровоспаления. Детально описывается развитие нейротоксических эффектов. Показано, что при воздействии бензола формируется эффект в виде нарушения синаптической передачи нервного импульса, связанного с развитием окислительного стресса в нервной ткани. Оксиды марганца и алюминия способны обуславливать прямое цитотоксическое повреждение нейронов с последующим формированием нейровоспалительного ответа и нарушением процесса нейрогенеза. Механизм развития синаптической дисфункции может быть связан с действием ионов алюминия, цинка, железа и меди. Представленные обобщенные материалы об этиопатогенетическом действии нейротропных химических веществ позволяют расширить научные представления о механизмах токсического воздействия экзогенных химических факторов окружающей среды на центральную нервную систему.

Об авторах

Нина Владимировна Зайцева

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

Email: zem@fcrisk.ru
г. Пермь

Марина Александровна Землянова

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»; ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»; ФГБОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Email: zem@fcrisk.ru

доктор медицинских наук, зав. отделом биохимических и цитогенетических методов диагностики

г. Пермь

Юлия Вячеславовна Кольдибекова

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

Email: zem@fcrisk.ru
г. Пермь

Екатерина Владимировна Пескова

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

Автор, ответственный за переписку.
Email: zem@fcrisk.ru
г. Пермь

Список литературы

  1. Аманжол И. А., Аманбекова А. У., Баттакова Ш. Б., Омирбаева С. М., Ибраева Л. К., Аманбеков У. А., Шпаков А. Е., Ажиметова Г. Н., Сейлханова Ж., Фазылова М-Д. А., Миянова Г. А Современные проблемы экологически зависимых заболеваний населения урбанизированных территорий. Караганда, 2012. 200 с
  2. Бондаренко В. М. Воспаление и нейродегенеративные изменения в развитии хронической патологии центральной нервной системы // Медицинский вестник Юга России. 2011. № 4. С. 3-7
  3. Васенина Е. Е., Левина О. С. Окислительный стресс в патогенезе нейрогенеративных заболеваний: возможности терапии // Современная терапия в психиатрии и неврологии. 2013. № 3-4. С. 39-46
  4. Дубинина Е. Е., Щедрина Л. В., Незнанов Н. Г., Залуцкая Н. М., Захарченко Д. В. Окислительный стресс и его влияние на функциональную активность клеток при болезни Альцгеймера // Биомедицинская химия. 2015. Т. 61, № 1. С. 57-69
  5. Жданова-Заплесвичко И. Г., Землянова М. А., Кольдибекова Ю. В. Биомаркеры неканцерогенных негативных эффектов со стороны центральной нервной системы у детей в зоне влияния источников выбросов алюминиевого производства // Гигиена и санитария. 2018. Т. 97, № 5. С. 461-469
  6. Зайцева Н. В., Землянова М. А., Звездин В. Н., Акафьева Т. И., Саенко Е. В. Исследование острой токсичности аэрозоля нанодисперсного оксида марганца при ингаляционном поступлении // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10, № 5-6. С. 117-122
  7. Магомадова С. Р. Ноотропы как лекарственные средства, влияющие на высшие интегративные функции мозга детей, у которых выявлены неврологические заболевания // Молодой ученый. 2014. № 16. С. 118-121
  8. Обламская И. С., Карпенко М. Н. Нейровоспаление и гиперактивация кальпаинов клеток ЦНС, как последствия интоксикации солями марганца // Неделя науки СПбПУ: материалы науч.-практ. конф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. С. 354-356
  9. Оценка влияния факторов среды обитания на здоровье населения Иркутской области: Информационно-аналитический бюллетень за 2017 год. Иркутск, 2018. 63 с
  10. Салмина А. Б., Окунева О. С., Таранушенко Т. Е., Фурсов А. А., Прокопенко С. В., Михуткина С. В., Малиновская Н. А., Тагаева Г. А. Роль нейрон-астроглиальных взаимодействий в дизрегуляции энергетического метаболизма при ишемическом перинатальном поражении головного мозга // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2008. № 3. С. 44-51
  11. Смагина И. В., Ельчанинова С. А., Игнатова Ю. Н., Переверзева О. В., Ночевная О. М., Раевских В. М. Модифицируемые факторы, влияющие на течение рассеянного склероза // Неврологический журнал. 2013. № 4. С. 35-40
  12. Araque A., Navarrete M. Glial cells in neuronal network function. Phil. Trans. R. Soc. B. 2010, 365, рр. 2375-2381.
  13. Craft G. E., Chen A., Nairn A. C. Recent advances in quantitative neuroproteomics. Methods. 2013, 61, 3, рр. 186218. doi: 10.1016/j.ymeth.2013.04.008.
  14. Crittenden P. L., Fi^ov N. M. Manganese-induced potentiation of in vitro proinflammatory cytokine production by activated microglial cells is associated with persistent activation of р38 MAPK. Toxicology in Vitro. 2008, 22, рр. 18-27.
  15. Deloncle R., Guillard О., Clanet F., Courtois P., Piriou A. Aluminum transfer as glutamate complex through blood-brain barrier. Possible implication in dialysis encephalopathy. Biological Trace Element Research. 1990, 25, рр. 39-45.
  16. Dementia Fact Sheet. World Health Organization Media Centre. World Health Organization. 2016. Available at: https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/ dementia (accessed: 01.04.2019)
  17. Elder A., Gelein R., Silva V, Feikert T., Opanashuk L., Carter J., Potter R., Maynard A., Ito Y., Finkelstein J., Oberdörster G. Translocation of Inhaled Ultrafine Manganese Oxide Particles to the Central Nervous System. Environ. Health Perspectives. 2006, 114, рр. 1 172-1 178.
  18. Fitsanakis V., Au C., Erikson K., Aschner M. The effects of manganese on glutamate, dopamine and gammaaminobutyric acid regulation. Neurochem Int. 2006, 48 (6-7), рр. 426-433.
  19. Frick R., Müller-Edenborn B., Schlicker A., Rothen-Rutishauser B. Comparison of manganese oxide nanoparticles and manganese sulfate with regard to oxidative stress, uptake and apoptosis in alveolar epithelial cells. Toxicol Lett. 2011, 205, рр. 163-72. doi: 10.1016/j.toxlet.2011.05.1037
  20. Galvao R., Garcia-Verdugo J., Alvarez-Buylla A. Brain-derived neurotrophic factor signaling does not stimulate subventricular zone neurogenesis in adult mice and rats. J. Neurosci. 2008, 28 (50), рр. 13368-13383.
  21. Guidelines for Neurotoxicity Risk Assessment (Published on May 14, 1998, Federal Register 63(93):26926-26954) Risk Assessment Forum. U.S. Environmental Protection Agency Washington, DC EPA/630/R-95/001F April 1998. 79 р.
  22. Halliwell B., Packer L., Prilipco L., Christen Y. Reactive Oxygen Species and the Central Nervous System. Free Radical in the Brain. 1992, рр. 21-40. doi: 10.1007/978-3-642-77609-0_2.
  23. Hodgson E. A textbook of modern toxicology third edition. 2004, John Wiley & Sons, Inc., 543 р.
  24. Horvath E., Mate Z., Takacs S., Pusztai P. General and electrophysiological toxic effects of manganese in rats following subacute administration in dissolved and nanoparticle form. The Scientific World Journal. 2012, 1-7. Doi:10.1 100/2012/520632.
  25. Kerschensteiner M., Gallmeier E., Behrens L., Leal V. V., Misgeld T., Klinkert W. E., Kolbeck R., Hoppe E., Oropeza-Wekerle R. L., Bartke I., Stadelmann C., Lassmann H., Wekerle H., Hohlfeld R. Activated human T cells, B cells, and monocytes produce brain-derived neurotrophic factor in vitro and in inflammatory brain lesions: a neuroprotective role of inflammation? J. Exp. Med. 1999,189 (5), рр. 865-870.
  26. Kikuchihara Y., Abe H., Tanaka T., Kato M., Wang L., Ikarashi Y., Shibutani M. Relationship between brain accumulation of manganese and aberration of hippocampal adult neurogenesis after oral exposure to manganese chloride in mice. Toxicology. 2015, 6 (331), рр. 24-34. Doi:10.1016/j. tox.2015.02.005.
  27. Köhr G. NMDA receptor function: subunit composition versus spatial distribution. Cell and Tissue Research. 2006, 326 (2), рр. 439-446. doi: 10.1007/s00441-006-0273-6.
  28. Levesque L., Mizzen C. A., McLachlan D. R., Fraser P. E. Ligand specific effects on aluminum incorporation and toxicity in neurons and astrocytes. Brain Research. 2000, 877, рр. 191-202.
  29. Martin I., Dawson V. L., Dawson T. M. Recent advances in the genetics of Parkinson’s disease. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2011, 12, рр. 301-325.
  30. Meynen V., Cool P., Vansant E. F. Verified syntheses of mesoporous materials. Microporous and mesoporous materials. 2009, 125, рр. 170-223.
  31. Michalke B., Fernsebner K. New insights into manganese toxicity and speciation. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2014, 28 (2), рр. 106-116. doi: 10.1016/j.jtemb.2013.08.005.
  32. Ngwa A., Kanthasamy A., Gu Y., Fang N. Manganese nanoparticle activates mitochondrial dependent apoptotic signaling and autophagy in dopaminergic neuronal cells. Toxicol Appl Pharmacol. 2011, 256, рр. 227-240.
  33. Oberdorster G. Nanotoxicology: Am Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles. Environmental Health Perspective. 2005, 7, рр. 823-839.
  34. Oberdorster G., Sharp Z., Atudorei V. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhal. Toxicol. 2004, 16, рр. 437-445.
  35. Ostiguy C., Asselin P., Malo S., Nadeau D. Prise en charge du manganisme d’origine professionnelle: Consensus d’un groupe d’experts: rapport IRSST, № 416. IRSST. Montreal, 2005, 62 p.
  36. Petrarca C., Clemente E., Amato V., Pedata P, Sabbioni E., Bernardini G., Iavicoli I., Cortese S., Niu Q., Otsuki T., Paganelli R., Di Gioacchino M. Engineered metal based nanoparticles and innate immunity. Clinical and Molecular Alergy. 2015, 13 (13), pp. 1-12.
  37. Prakash A., Babu D., Lavanya M., Shenbaga V, Devasena T. Toxicity studies of aluminium oxide nanoparticles in cell lines. International Journal of Nanotechnology and Applications. 2011, 5 (2), pp. 99-107.
  38. Ricci G., Volpi L., Pasquali L., Petrozzi L., Siciliano G. Astrocyte-neuron interactions in neurological disorders. J. Biol. Phys. 2009, 35 (4), pp. 317-336.
  39. Rossbach B., Buchta M., Csanady G. A., Filser J. G., Hilla W., Windorfer K., Stork J., Zschiesche W., Gefeller O., Pfahlberg A., Schaller K. H., Egerer E., Pinzön L. C., Letzel S. Biological monitoring of welders exposed to aluminium. Toxicology Letters. 2006, 162, pp. 239-45.
  40. Saber H. The interaction of manganes nanoparticles with pc-12 cells induces dopamine depletion. Toxicol. Science. 2006, 92 (2), pp. 456-463.
  41. Salmina A. B., Petrova M. M., Taranushenko T. E., Prokopenko S. V., Malinovskaya N. A., Okuneva O. S., Inzhutova A. I., Morgun A. V., Fursov A. A. Alteration of neuron-glia interactions in neurodegeneration: molecular biomarkers and therapeutic strategy. Neurodegenerative diseases: processes, prevention, protection and monitoring / ed. R. C.-C. Chang. Rijeka, InTech, 2011, pp. 273-300.
  42. Shinoda Y., Sadakata T., Yagishita K., Kinameri E., Katoh-Semba R., Sano Y., Furuichi T. Aspects of excitatory/ inhibitory synapses in multiple brain regions are correlated with levels of brain-derived neurotrophic factor/neurotrophin-3. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2018. doi: 10.1016/j.bbrc.2018.12.100.
  43. Stefanescu D., Khoshnan A., Patterson P., Hering J. Neurotoxicity of manganese oxide nanomaterials. Journal of Nanoparticle Research. 2009, 1 1 (8), pp. 1957-1969.
  44. Szczepankiewicz A., Rachel M., Sobkowiak P, Kycler Z., Wojsyk-Banaszak I., Schöneich N., Szczawinska-Poplonyk A., Breborowicz A. Neurotrophin serum concentrations and polymorphisms of neurotrophins and their receptors in children with asthma. Respiratory Medicine. 2013, 107, pp. 30-37. Available at: http://dx.doi. org/10.1016/j.rmed.2012.09.024.
  45. Tao Li, Tingting Shi, Xiaobo Li, Shuilin Zeng, Lihong Yin, Yuepu Pu. Effects of Nano-MnO2 on Dopaminergic Neurons and the Spatial Learning Capability of Rats. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2014, 11, pp. 7918-7930. doi: 10.3390/ijerph1 10807918.
  46. Wang J., Rahman M., Duhart H., Newport G. Expression changes of dopaminergic system-related genes in PC12 cells induced by manganese, silver, or copper nanoparticles. NeuroToxicology. 2009, 30, pp. 926-933.
  47. Wisanti Laohaudomchok, Xihong Lin., F. Herrick R., Shona C. Fang., M. Cavallari J. Ruth Shrairman, Landau A., C. Christiani D., G. Weisskopfa M. Neuropsychological Effects of Low-Level Manganese Exposure in Welders. Neurotoxicology. 2011, 32 (2), pp. 171-179.
  48. Yagishita K., Suzuki R., Mizuno S., et al. CAPS2 deficiency affects environmental enrichment-induced adult neurogenesis and differentiation/survival of newborn neurons in the hippocampal dentate gyrus. Neurosci. Lett. 2017, 661, pp. 121-125.
  49. Yokel R. The toxicology of aluminum in the brain. Neurotoxicology. 2000, 21 (5), pp. 813-829.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Зайцева Н.В., Землянова М.А., Кольдибекова Ю.В., Пескова Е.В., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».