К ВОПРОСУ О НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНОМ ВЛИЯНИИ СОЛЕЙ АЛЮМИНИЯ ПРИ ЭНТЕРАЛЬНОМ ПОСТУПЕЛНИИ С ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ

Алюминий является потенциальным нейротоксином [5; 10]. Предполагаемые места реализации его нейротоксического действия: белковый синтез, транспорт аксонами, нейропередаточные пути. Предполагают: нейротоксическое действие алюминия реализуется через ингибирование дигидроптеридинредуктазы – фермента, участвующего в процессах гидpоксилиpования фенилаланина в печени, тиpозина – в головном мозге и надпочечниках, тpиптофана – в головном мозге, что ведет к развитию тяжелого заболевания – фенилкетонурии [9]. Нейротоксичность алюминия провоцирует изменения в главных постсинаптических ферментах холинэргической нейропередачи. Есть данные об ингибировании алюминием транспорта холина в эритроцитах и уменьшении активности холиновой ацетилтрансферазы в нервной ткани [9]. Алюминий ингибирует активность гексокиназы в цитозоле и митохондриях клеток мозга, понижая тем самым усвоение углеводов клетками нервной ткани [8].

Алюминий считается одним из факторов этиологии таких нейродегенеративных заболеваний, как боковой амиотрофический склероз, слабоумие Паркинсона, болезнь Альцгеймера [5; 6; 7]. Изучение патогенеза данных заболеваний у коренного населении острова Гуам показало: в мозгу обнаружено большое количество нейрофибриллярных клубков с аномальным накоплением алюминия, что связывалось с его повышенной концентрацией в воде ввиду частых кислотных дождей в этой области [6; 7].

Для выявления потенциального нейротоксического действия ионов алюминия в питьевой воде в концентрации, полученной при анализе воды, нагретой в алюминиевой таре, был начат эксперимент с использованием белых мышей в качестве биологической модели человека.

Цель исследования заключается в том, чтобы выявить реальную возможность отложения алюминия в тканях головного мозга при употреблении его солей с питьевой водой и изучить его нейротоксические свойства в эксперименте над лабораторными мышами. Экспериментальный раствор солей Al³⁺ подобран по итогам опытов по измерению концентрации Al³⁺ в воде после ее нагревания в алюминиевой таре.

Эксперимент проводился на самцах белых лабораторных мышей, разделенных на три группы по 8 особей: группа контроля, и две экспериментальные группы.

При изучении миграции алюминия в воду при ее нагревании в алюминиевой таре была получена концентрация 5,156 ± 0,186 мг/дм³ (для объема воды 1000 см³ и площади соприкосновения 441,707 см²). Эта концентрация была переведена в размерность мг/кг в сутки для человека с использование средне статистических данных о потреблении человеком воды в сутки, а также о среднем росте (178 см) и весе (69,6 кг) мужчины в России [1, 2]. Суточная потребность в воде взрослого человека составляет 30–40 г на 1 кг веса тела. В виде свободной жидкости взрослый человек в среднем потребляет в сутки около 48 % суточной нормы. Исходя из вышеизложенного, проведен расчет суточной нормы потребления воды для мужчины вышеуказанных параметров. Она составляет 2,451 дм³, из них примерно1,176 дм³ потребляется в виде свободной жидкости.

Если предположить, что человек пользуется алюминиевой кастрюлей и не употребляет сырую некипяченую воду, то среднее потребление им Al³⁺ с водой будет составлять 0,0965 мг/кг в сутки.

Для корректного выбора дозы для мыши были использованы данные о среднем потреблении воды этими животными и проведены расчеты концентраций ионов алюминия в воде для того, чтобы суточная норма потребления Al³⁺ составила 0,1 мг/кг.

Ион Al³⁺ вносится в раствор путем добавления стандартного раствора хлорида алюминия с С(Al³⁺) = 0,140 г/дм³, приготовленного из сухого вещества AlCl₃×6H₂O (1,270 г/дм³). При предполагаемой суточной дозе алюминия для человека 0,1 мг/кг для мышей разной массы необходимая концентрация алюминия в воде при норме потребления в среднем 3 мл в сутки представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Коррекция концентрации алюминия и лимонной кислоты в питьевой воде с учетом динамики массы тела лабораторных мышей

Так как алюминиевая соль лимонной кислоты лучше проходит через мембраны клеток, обеспечивая лучшее усвоение этого металла организмом [5], а лимонная кислота содержится во многих пищевых продуктах [3], в эксперименте участвует группа, которая помимо алюминия в питьевой воде получает и лимонную кислоту.

Лимонная кислота вносится в раствор путем добавления стандартного раствора с С = 100 г/дм³, приготовленного из сухого вещества C₆H₈O₇×H₂O (109,38 г/дм³). По данным Всемирной организации здравоохранения суточная доза потребления лимонной кислоты для человека составляет 66–120 мг на кг массы. Суточная доза лимонной кислоты для человека – 70 мг/кг или 0,07 мг/г. Для мышей разной массы необходимая концентрация лимонной кислоты в воде при норме потребления воды в среднем 3 мл в сутки представлена в таблице 1.

Для проведения эксперимента по усвояемости Al³⁺ было создано 3 группы подопытных лабораторных мышей, по 8 особей в каждой группе. Первая группа (контрольная) получала для питья чистую бутилированную артезианскую воду. Вторая группа – артезианскую воду с добавлением AlCl₃ (с(Al³⁺) = 0,1 мг/кг). Третья группа – артезианскую воду с добавлением AlCl₃ (с(Al³⁺) = 0,1 мг/кг) и лимонной кислоты (c = 0,07 мг/г).

Каждая группа содержится в отдельной клетке, остальные условия содержания одинаковы для всех трех групп: естественный режим освещения, с получением суточной нормы корма для исключения интенсивного набора животными массы тела. Для еженедельной корректировки дозы все животные взвешиваются, по их средней массе определяется необходимая концентрация алюминия и лимонной кислоты.

Исследование последствий нейродегенеративного влияния солей алюминия на ЦНС проведено по методике двойного Т-образного лабиринта [4], позволяющей оценить кратковременную и долговременную память животных.

Рисунок 1. Схема двойного Т-образного лабиринта [4]

По методике Т-образного лабиринта измеряли время пробега каждого животного по лабиринту в двух направлениях: вперед (по часовой стрелке) и назад (против часовой стрелки). Время первого пробега вперед отражает скорость ориентировочно-исследовательской реакции (при последующих измерениях – долговременную память), время пробега того же пути назад оценивают как показатель кратковременной памяти.

Эксперимент проводился с февраля 2016 года по апрель 2016 года. Произведено 9 измерений массы для корректировки дозы вносимых в воду ионов алюминия и лимонной кислоты для экспериментальных групп.

За два месяца исследования проведено 2 измерения времени пробега двойного Т-образного лабиринта особями всех трёх групп (рис. 2). В качестве приманки в отсеке с пищей использовались кусочки засушенных бананов.

Из рисунка 2 видно, что мыши из третей экспериментальной группы, получавшие в течение 2 месяцев воду с ионами алюминия и лимонной кислоты, показывают время второго пробега по Т-образному лабиринту не отличающееся от времени первого пробега. У мышей из контрольной группы и группы, получающей воду только с ионами алюминия, время второго пробега значительно снизилось по сравнению с результатами первого, ознакомительного, пробега (на 41% и 34,6% соответственно). Особенно четко разница выявляется при прохождении по лабиринту вперёд, что отражает состояние долговременной памяти животных.

Можно сделать предварительный вывод о нейротоксическом воздействии ионов алюминия (с(Al3+) = 0,1 мг/кг) при употреблении питьевой воды, кипяченой в алюминиевой посуде с добавлением лимонной кислоты (c = 0,07 мг/г). Данный эффект проявляется в выраженных нарушениях поведения (повышенная тревожность, суетливость, агрессивность), а также в нарушении показателей долговременной памяти. Употребление воды с ионами алюминия без лимонной кислоты не дает достоверного выраженного нейротоксического эффекта за короткий срок употребления.

Список литературы:

1. Гигиенические нормативы (ГН) 2.2.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». М.: Нефтяник, 2003. – 84 с.
2. Методы химического анализа горных пород и минералов / под ред. И.Д. Борнеман-Старынкевич. М.: Наука, 1973. – 135 с.
3. Полный список пищевых добавок Е. // Русский Национальный Ресурс: Super Cook.ru. [Электронный ресурс]. – URL: http://supercook.ru/1-spe.html (дата обращения: 16.09.2015)
4. Толмен. Э. Когнитивные карты у крыс и у человека // Хрестоматия по истории психологии / Под ред. Гальперина П.Я., Ждан А.Н. – М.: Изд-во МГУ, 1980. – с. 63-69.
5. Шугалей И.В., Гарабаджиу А.В., Илюшин М.А., Судариков А.М. Некоторые аспекты влияния алюминия и его соединений на живые организмы // Экологическая химия 2012. – № 21(3). – С. 172–186.
6. Daniel P. Perl. Aluminium and Alzheimer’s disease // Environmental Health Perspectives. 1985. Vol. 63. Р. 149–153.
7. Flaten Trond Peder. Aluminium as a risk factor in Alzheimer’s disease, with emphasis on drinking water // Brain Research Bulletin. 2001. Vol. 55. № 2. Р. 187–196.
8. Lai J.C., Blass J.P. Inhibition of brain glycolysis by aluminum // Neurochem. 1984. Vol. 21. Р. 438–446.
9. Marquis J. Aluminum neurotoxicity: an experimental perspective // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1983. Vol. 29. Р. 43–49.
10. Tomljenovic L., Shaw C.A. Aluminum Vaccine Adjuvants: Are they Safe? // Current Medicinal Chemistry. 2011. Vol. 18. Р 2630–2637.