Функціональні взаємозв’язки між пулами металотіонеїнів i ГSH за інтоксикації йонами важких металів, а також конкуренція фізіологічних металів та металу-токсиканту за зв’язування мало вивчені (Fowler B.A., Gould E., 1988; Lange A. et al., 2002). Переважна більшість досліджень проведена на прикладі морських риб і безхребетних, причому за умов гострої токсичності (Viarengo A. et al., 1999; Conners D.E., Ringwood A.H., 2000), тоді як про стан металотіонеїнів прісноводних тварин за умов екологічно реального забруднення води немає чітких уявлень (Correlia A.D. et al., 2001; Laporte J.M. et al., 2002). У зв’язку з цим, дослідження участі металотіонеїнів та інших тіолових сполук прісноводних тварин у зв’язуванні важких металів за підвищеного вмісту їх йонів у водному середовищі є актуальною проблемою.

Іншим аспектом, пов’язаним із вивченням зв’язування важких металів з металотіонеїнами гідробіонтів, є виявлення меж ефективності цього шляху детоксикації. Тому представляє інтерес ідентифікувати відповідність між ступенем зв’язування металу в тканині з металотіонеїнами тадозо-залежними стадіями відповіді організму на його дію (БожковА.И., 1997). Стан антиоксидантно-прооксидантної системи (АПС), як відомо, чутливо відображає ці стадії (КотеровА.Н., НикольскийА.В., 1999).

Для дослідження були обрані йони металу, що належить до пріоритетних забруднювачів прісних водойм – марганець (ІІ), який вважають відносно нетоксичним металом (Barceloux D.G., 1999), але його здатність легко змінювати ступінь окиснення і широкий спектр коливань вмісту у прісних водоймах (Линник П.Н., 1999) викликають інтерес до вивчення його дії на гідробіонтів. Концентраційне залежні дослідження їх впливу на металотіонеїни прісноводних тварин не проводились. Інформація про зв’язування марганцю зметалотіонеїнами відсутня, проте встановлено, що його токсичність для ссавців пов’язана зі специфічним впливом на тіоли.

Для виявлення універсальних та видових характеристик тіолових сполук організму за дії іонів важких металів становило інтерес розглянути їх вплив на представників, що належать до одного біотопу, але різних за екологічними вимогами. Значення обраних для дослідження видів визначається тим, що короп є промисловою рибою, а беззубка лебедина - одним з найпоширеніших на території України видів прісноводних двостулкових молюсків, які можуть ефективно концентрувати метали – забруднювачі (СтадниченкоА.И., 1984).

Уперше досліджено дію марганцю (ІІ) на металотіонеїни прісноводних тварин і виявлено здатність металотіонеїнів коропа, на відміну від металотіонеїнів беззубки, зв’язувати надлишок марганцю за широкого діапазону його концентрацій у воді узгоджено із значною активацією антиоксидантних факторів організму. Надлишок свинцю в тканинах не акумулюється металотіонеїнами і викликає найзначніші ознаки токсичності.

Уперше показано активацію металотіонеїнів та системи антиоксидантного захисту прісноводних тварин за дії непошкоджуючих концентрацій іонів марганцю на організм. Запропоновано інтегральний показник оцінки концентраційно залежної та видоспецифічної відповіді антиоксидантно-прооксидантного стану, що враховує стан різних чинників системи. Розроблено рекомендації визначення концентраційне залежної та металоспецифічної відповіді організму на дію металів шляхом використання спектральних характеристик металотіонеїнів.

Проаналізовано сучасну інформацію про особливості зв’язування іонів марганцю з тіоловими сполуками в живих організмах та їх біологічну дію. Наведено інформацію про структуру, властивості, функцію МТ та ГSH та зміни їх вмісту за дії іонів важких металів у тварин, у тому числі і водяних. У результаті аналізу встановлено, що наявна інформація недостатня для визначення участі МТ прісноводних тварин у детоксикації цих іонів. Очевидною є необхідність формування методологічних підходів до використання МТ прісноводних тварин у біомоніторингу забруднення водного середовища та порівняння чутливості цих потенційних біомаркерів токсичності з іншими, апробованими.

У коропа за дії іонів марганцю профіль елюції ТБ при хроматографії зазнає істотних змін з утворенням проміжних фракцій і зменшенням об’єму елюції головних. В УФ-спектрах І, ІІІ та проміжних фракції ТБ відзначено гіперхромний ефект з максимумом близько 260 нм, характерний для МТ. Отже марганець, подібно до міді, викликає у коропа утворення олігомерів МТ, однак серед досліджуваних металів він виявився єдиним, який посилює спектральні ознаки МТ у коропа за дії порівняно великих доз.

У печінці коропа за дії всіх доз іонів марганцю його вміст у термостабільних компонентах істотно зростає. Причому це відбувається навіть за умов його зменшення в тканині. Особливо зростає вміст марганцю в МТ. За дії СК зростає також і його вміст у небілковому розчині.

У беззубки дія на організм іонів марганцю не викликала істотних змін вмісту, профілю елюції ТБ та їх спектрів у середньому УФ. У тканинах та у розчині ТБ помітно зростає вміст марганцю, особливо в зябрах. Однак, це зростання пов’язане не з МТ, як у коропа, а з небілковими компонентами. Разом з тим у МТ зростає вміст цинку і міді.

Специфічною ознакою дії марганцю на тіоли у коропа є значне збільшення вмісту білкових тіолів за незмінного вмісту небілкових тіолів. Вплив марганцю на АПС у печінці коропа має антиоксидантну спрямованість, найбільше виражену за дії СК, що відповідає найвищому вмісту вільної форми марганцю в тканині. Пригнічення ПОЛ спостерігали й у ссавців за тривалої дії марганцю і довели його неферментний механізм.

У беззубки дія іонів марганцю викликає істотні зміни показників АПС, причому за активністю СОД і каталази та за утворенням продуктів ПОЛ вони мають прооксидантний характер, хоча в цілому зміни показників АПС у тканинах беззубки збалансовані (рис. 8).

Отже, марганець виявляє схильність до акумуляції в низькомолекулярних сполуках в обох організмів. Однак, тоді як у коропа він у великому діапазоні доз акумулюється в МТ і активує антистресові системи організму, то у беззубки він накопичується в небілковому розчиніі пригнічує антиоксидантний захист.

2.2 Вплив низьких доз сполук марганцю на поведінкові реакції залежно від їх віку

Оцінка функціонального стану нервової системи — системи, що інтегрує організм, є необхідною складовою при проведенні токсикологічного експерименту. Для цього н експериментальній токсикології використовують низку методів, що дозволяють оцінити різні рівні нервової системи і різні сторони її діяльності (безумовно- та умовно-рефлекторні реакції, елементарну розумову діяльність, поведінку). Серед них слід виділити два найбільш перспективних і інформативних напрями: перший — використання методу умовних рефлексів, другий — застосування поведінкових тестів, що ґрунтуються на вивченні орієнтовно-дослідницької реакції тварин.

Орієнтовний рефлекс є основою прояву будь-яких поведінкових реакцій. Базуючись на рухово-установочних рефлексах, руховій активності, орієнтовний рефлекс виникає як безумовний і перебігає як умовний. Рухова реакція являє обов'язковий компонент орієнтовно-дослідницької поведінки, спрямованої на найкраще сприйняття того чи іншого подразника. Біологічне значення орієнтовного рефлексу, поняття про який розроблено школою І.П. Павлова, полягає втому, що з його допомогою тварина, наближаючись до незнайомого предмета, досліджує його, використовуючи при цьому всі можливості свого рецепторного апарату. Найбільш адекватною методологічною основою, здатною синтезувати окремі реакції поведінкового характеру із загально-фізіологічних позицій, є вчення П.К. Анохіна про функціональну систему, порушення цілісності якої призводить до зміни поведінкового акту.

Однією з основних характеристик орієнтовного рефлексу слід визнати те, що він є установочною реакцією, що відображає діяльність цілісного організму. Тому поведінкові реакції треба розглядати, насамперед, як інтегральні показники стану організму, а при спробах виявити нейротоксичну дію — як чутливі специфічні тести. У багатьох випадках вони виявляються значно чутливішими від такого визнаного індикатора стану ЦНС, як сумаційно-пороговий показник. Окремо слід зазначити, що індивідуальні особливості активності тварин корелюють з важливими умовно-рефлекторними параметрами і стійкістю організму до факторів зовнішнього середовища.

Значне підвищення інтересу дослідників до використання поведінкових реакцій зумовлено, насамперед, їх доступністю для об'єктивної оцінки навіть без аналізу внутрішніх фізіологічних і біохімічних механізмів, а також високою чутливістю методів їх вивчення. Останнє пояснюється особливістю нейрофізіологічного механізму перебігу поведінкових реакцій, фізіологічністю умов дослідження і реєстрації поведінки тварин. Поведінку як біологічний параметр можна кількісно виміряти на підставі реєстрації окремих її компонентів. На цій властивості базуються методи реєстрації поведінкових реакцій, що з успіхом застосовуються при вивченні вищої нервової діяльності у фізіології, фармакології, психогенетиці. Як прості, не трудомісткі методи оцінки поводження рекомендують дослідження орієнтовної реакції на новизну обстановки, «відкрите поле», «нірковий» рефлекс, «конус, що обертається» та ін. При цьому визначають рухову активність, координацію і м'язову працездатність, емоційну реактивність і інші показники. У токсикології також виділився самостійний розділ — поведінкова токсикологія, що використовує можливості експериментальної психології і токсикології для виявлення ушкоджуючої дії як лікарських засобів, так і шкідливих промислових речовин.

Запорукою успіху у вивченні стану нервової системи при інтоксикації хімічними речовинами є правильно застосована методика. Серед численних методів, що їх використовують у токсикологічних дослідженнях для оцінки функціонального стану нервової системи, інтегральними є методи виміру рухової активності тварин. У пошуках надійних поведінкових тестів для оцінки токсичних властивостей нових хімічних речовин, що впливають безпосередньо чи опосередковано на функціональний стан ЦНС, найчастіше дослідники звертаються до реєстрації рухової активності дрібних лабораторних тварин. Великого значення при цьому набуває пошук найбільш сучасних, адекватних і простих у застосуванні поведінкових тестів, що покликані характеризувати регулюючу, інтегруючу, а також координуючу і корелюючу функції центральної нервової системи. Однак для вирішення спеціальних питань необхідно використовувати комплекс методів, що надасть можливість вивчення основних збуджувальних і гальмівних функцій центральної нервової системи на різних рівнях організації.

Проблема впливу металів та їх сполук на екологічний стан навколишнього середовища і на організм людини, особливо найуразливіших верств населення, набула актуальності в зв'язку з досить значним забрудненням ними довкілля в індустріально розвинених країнах та регіонах, насамперед, за рахунок широкого промислового використання металів, хімізації побуту, розвитку автомобільної індустрії.

Значний інтерес викликають ті з металів, які найбільш широко та у великих об'ємах використовуються у виробничій діяльності людини. До них, в першу чергу, належать свинець, ртуть і марганець. За рахунок накопичення в зовнішньому середовищі вони є найнебезпечнішими з точки зору біологічної активності та токсичних властивостей і обґрунтовано віднесені до пріоритетних забруднювачів виробничого та оточуючого середовищ. Підвищується питома вага них елементів та їх солей як у біосфері, так і в біологічних об'єктах, зростає пов'язана з їх тривалим впливом захворюваність, особливо дитяча. Слід зазначити, що світові тенденції антропогенного забруднення зазначених металів є характерними і для України.

Обґрунтуванням вибору хлориду марганцю як об'єкта наших досліджень слугували експериментальні дані, які довели, що нервова система є одним з головних органів-мішеней при субхронімній дії сполук марганцю на організм. У центральній нервовій системі марганець викликає органічні зміни екстрапірамідного характеру, які часто не супроводжуються достатньо вираженою симптоматикою, а у важких випадках — паркінсонізм. У патогенезі інтоксикації має значення первинне ураження марганцем нервових клітин, найбільш виражене в стріопалідарній системі. Розвиток паркінсонізму при хронічній інтоксикації марганцем є вже тяжкою (третьою) стадією захворювання. Клінічна симптоматика попередніх стадій різноманітна і не має специфічності. На думку деяких дослідників, початкові стадії інтоксикації проявляються неврозоподібними і вегетосудинними порушеннями (1-а стадія), а в подальшому, при 2-й стадії, — симптомами енцефалопатії. Характерною вважають і своєрідну зміну психічної діяльності: порушення поведінки, емоційну нестійкість, галюцинації. Щодо тривалості й інтенсивності експозиції, за якої розвивається синдром паркінсонізму, одностайна думка відсутня. За деякими даними пін може спостерігатись при концентраціях марганцю на рівні ГДК чи навіть нижчих.

Тривалий вплив марганцю на працюючих може вилитися в прогресуючу неврологічну дисфункцію, що в результаті призводить до синдрому манганізму. Манганізм є прогресуючим синдромом, який починається з порівняно м'яких симптомів, включаючи уповільнену реакцію, порушення ходи і наявність деяких психічних розладів. Так, D. Mergler, M. Baldwin описують прогресування манганізму як «повільне погіршення самопочуття, що спочатку визначається як легкі нейрофункціональні зміни серед груп впливу, пізніше — як субклінічні ефекти у деяких осіб і, нарешті, неврологічне захворювання — манганізм». Прогресування захворювання залежить від дози (концентрації) і тривалості впливу, а також від індивідуальних особливостей організму. За даними літератури манганізм зафіксовано серед робітників шахт та ливарних майстерень, що піддавалися впливу високих рівнів марганцю.

Ці та інші дослідники описують розвиток манганізму внаслідок тривалої інгаляції пилу марганцю в концентрації 2-22 мг/м³ . Дані останніх гігієнічних досліджень доводять, що ранні або доклінічні прояви неврологічних ефектів можуть виникнути у робітників, які зазнавали дії значно нижчих концентрацій марганцю (на рівні 0,14-1,0 мг/м³ ) протягом кількох років.

У роботі Н.А. Roels et al. відмічено ранні неврологічні ефекти у робітників заводу лужних батарей-акумуляторів, які зазнавали дії діоксиду марганцю. Порівняно зі 101 контрольним робітником 92 представники дослідної групи демонстрували значно слабшу координацію, «стійкість руки» і подовжений час зорово-моторної реакції. Слід також відмітити дослідження D. Mergler et al., проведені на 74 робітниках фабрики феромарганцевих і силікомарганцевих сплавів порівняно з такою самою контрольною групою людей, що мешкали поблизу фабрики. Концентрації пилу марганцю в повітрі робочої зони фіксували на рівні 0,014—11,48 мг/м³ (медіана 0,151 мг/м³ ; середнє значення 1,186 мг/м³ ), тоді як рівні марганцю в атмосферному повітрі становили від 0,001 до 1,27 мг/м³ (медіана 0,032 мг/м³ ; середнє значення 0,122 мг/м³ ). При цьому відмічалось, що рівні забруднення в попередні роки були значно вищими від тих, що спостерігались на час дослідження. Середній термін впливу становив 16,7 років. У робітників, які зазнавали дії марганцю, реєстрували значно гірші результати в тестах на моторну функцію, у них також спостерігався знижений рівень пізнавальної активності. Тест профілю «настрою» показав значно вищий рівень втомлюваності та напруженості.

R. Lucchini et al. також досліджували нейроповедінкові зміни у 58 клінічно здорових робітників, які зазнавали впливу марганцю протягом тривалого часу (у середньому — 13 років). Середнє геометричне концентрацій марганцю в повітрі робочої зони становило 70-1590 мкг/м³ (за 10 років до і після) і 27—270 мкг/м³ (під час досліджень). У цих дослідженнях виявлено кореляцію між рівнями марганцю в крові і сечі і виявленими нейроповедінковими реакціями. Фактично, це одне з небагатьох досліджень, що пов'язує зазначені фактори між собою.

Що стосується вікових аспектів, то в літературі існує небагато даних. Так, наприклад, симптоми, подібні до манганізму, описували ще в 1941 році, при дослідженні шести японських сімей (близько 25 осіб), які зазнавали дії підвищених доз марганцю в результаті споживання питної води. Симптоматика включала маскоподібне обличчя, напруження і тремор м'язів, розумові розлади. П'ятеро людей, усі дорослі, серйозно постраждали, при цьому двоє померло, восьмеро мали легкі розлади, а десятеро (всі — діти та молодь) практично не мали будь-яких змін стану здоров'я. Дослідники дійшли висновку, що негативну дію спричинило забруднення води криниці сполуками марганцю (на рівні 14 мг/л), які витікали з батарей, захоронених поблизу. Рівні забруднення знизились з часом, то ж можна припустити, що початкова концентрація була значно вищою. На основі цього та інших випадків J.M. Davis, R.W. Elias зробили висновок про те, що люди старших вікових груп можуть бути більш чутливими (менш резистентними) до токсичних ефектів марганцю, ніж молоді.

Численні дослідження показали зміни в нейропередавальних рівнях мозку і їх функціонуванні у мишей і щурів після перорального введення тваринам з їжею і водою марганцю в дозах 1—2270 мг/кг протягом періодів тривалістю від 14 до 365 днів.

За даними, наведеними P.P. Singh, A.Y. Junnarkar, при одноразовому введенні хлориду марганцю в дозі 58 мг/кг (за марганцем) спостерігали порушення спонтанної активності, жвавості, відповіді на дотик, тонусу м'язів та дихання у мишей. У щурів відмічали нерухомість та хитку ходу після 2—3 тижнів дії більш високих доз (150 мг/кг маси тіла) хлориду марганцю. Миші, які отримували з їжею марганець у вигляді хлориду, ацетату, карбонату і діоксиду (284 мг/кг маси тіла в день упродовж 100 днів), мали значно знижену рухову активність показали, що введення шурам 357 мкг/кг марганцю протягом 15 чи 30 днів пригнічує їх здатність до опановування певною інформацією. Дослідження на тваринах, проведені L.G. Rehnberg et al., показали, що абсорбція марганцю шлунково-кишковим трактом залежить від віку тварин. Водночас слід відмітити, що неврологічні ефекти внаслідок впливу марганцю було виявлено при більш низьких концентраціях пилу марганцю для людей, ніж для тварин. Ці дані дозволяють припустити, що моделювання на тваринах, в основному на гризунах, може бути менш корисним при визначенні кількісної залежності доза-відповідь, але надавати значну допомогу у виявленні механізмів цих ефектів. Розходження в сприйнятливості різних видів тварин і людини ще до кінця не з'ясовані, але, можливо, вони пов'язані з різною чутливістю тест-методів при визначенні нейроповедінкових реакцій тварин порівняно з такими самими для людини.

У проведених дослідженнях з вивчення поведінкових реакцій білих щурів залежно від їх віку при дії низьких доз сполук свинцю, ртуті та марганцю використовували експериментальну установку «Лабіринт» за методикою, розробленою співробітниками Київського НДІ загальної і комунальної гігієни ім. Марзєєва М.А. Навакатікяном і Л.Л. Платоновим. Ця методика поєднує низку переваг, притаманних різним методам реєстрації активності тварин. Це, насамперед, забезпечення реєстрації кількох основних компонентів активності, використання автоматизованого виходу на лічильний пристрій, застосування звуко-світлоізоляційного боксу і т.п. Як спосіб реєстрації активності було використано замикання тілом тварини пластин, що входять до електричного ланцюга. Даний спосіб було вирішено на сучасному технічному рівні, що дозволило виключити можливість впливу забруднення пластин на реєстрацію показників.

Розділ 3. Складання харчового раціону