Влияние субхронического воздействия марганца на минеральный обмен крыс линии Wistar

Обоснование. Наличие повышенных концентраций марганца в почвах, на водозаборах питьевого и хозяйственно-бытового назначения в ряде субъектов Российской Федерации свидетельствует о хроническом влиянии данного металла на все слои населения. Усугубляет данное положение нарушение принципов оптимального питания, что приводит к изменению усвоения микронутриентов организмом. В связи с этим особое значение приобретает изучение элементного статуса организма на фоне воздействия марганца.

Цель исследования. Изучить эффекты субхронического воздействия марганца на минеральный статус крыс линии Wistar.

Материалы и методы. Для проведения исследования было отобрано 20  половозрелых крыс, из которых были сформированы две группы – контрольная (n = 10) и опытная (n = 10). Животные контрольной группы получали общий рацион, животные опытной группы – рацион с дополнительным введением сульфата марганца в дозе 1433 мг/кг в течение 28 дней. По окончании подготовительного периода осуществлялся забор крови и головного мозга для определения содержания химических элементов методом массспектрометрии с  индуктивно связанной плазмой и металл-лигандных форм марганца методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой.

Результаты. Установлено, что субхроническое пероральное воздействие марганца приводит к повышению содержания данного микроэлемента в сыворотке крови, снижению уровня кальция, калия, магния, железа и меди. В  коре головного мозга повышается уровень марганца, свинца, ртути и стронция на фоне снижения железа и йода. Повышение валового содержания марганца в сыворотке крови приводит к перегрузке основных высокомолекулярных носителей и инициирует образование низкомолекулярных форм марганца.

Заключение. Субхроническое пероральное воздействие марганца приводит к кумуляции данного микроэлемента в организме животных и развитию дисбаланса ряда макро- и микроэлементов.

1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека (этиология, классификация, органопатология). М.: Медицина; 1991.

2. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПб.: Наука; 2018.

3. Erikson KM, Aschner M. Manganese: Its role in disease and health. Met Ions Life Sci. 2019; 19:/books/9783110527872/9783110527872-016/9783110527872-016.xml. doi: 10.1515/9783110527872-016

4. Studer JM, Schweer WP, Gabler NK, Ross JW. Functions of manganese in reproduction. Anim Reprod Sci. 2022; 238: 106924. doi: 10.1016/j.anireprosci.2022.106924

5. Li L, Yang X. The essential element manganese, oxidative stress, and metabolic diseases: Links and interactions. Oxid Med Cell Longev. 2018; 2018: 7580707. doi: 10.1155/2018/7580707

6. O’Neal SL, Zheng W. Manganese toxicity upon overexposure: A decade in review. Curr Environ Health Rep. 2015; 2(3): 315-328. doi: 10.1007/s40572-015-0056-x

7. Evans GR, Masullo LN. Manganese toxicity. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023.

8. Lotz A, Pesch B, Casjens S, Lehnert M, Zschiesche W, Taeger D, et al. Association of exposure to manganese and fine motor skills in welders – Results from the WELDOX II study. Neurotoxicology. 2021; 82: 137-145. doi: 10.1016/j.neuro.2020.12.003

9. Mehrifar M, Bahrami E, Sidabadi Pirami H. The effects of occupational exposure to manganese fume on neurobehavioral and neurocognitive functions: An analytical cross-sectional study among welders. EXCLI Journal. 2020; 19: 372-386. doi: 10.17179/excli2019-2042

10. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2020 году». М.; 2021.

11. Martin KV, Edmondson D, Cecil KM, Bezi C, Vance ML, McBride D, et al. Manganese exposure and neurologic out comes in adult populations. Neurol Clin. 2020; 38(4): 913-936. doi: 10.1016/j.ncl.2020.07.008

12. Радыш И.В., Скальный А.В., Нотова С.В., Маршинская О.В., Казакова Т.В. Введение в элементологию. Оренбург: ОГУ; 2017.

13. Тутельян В.А., Самсонов М.А. (ред.). Справочник по диетологии. М.: Медицина; 2002.

14. Зайцев В.М. Прикладная медицинская статистика: учебно-практическое пособие. М.: Фолиант; 2006.

15. Аврущенко М.Ш., Мороз В.В., Острова И.В. Значение нейроморфологических исследований в изучении постреанимационной патологии организма: развитие взглядов академика В.А. Неговского. Общая реаниматология. 2009; 5(1): 14-20. doi: 10.15360/1813-9779-2009-1-14

16. Черногаева Г.М., Журавлева Л.Р., Малеванов Ю.А., Пешков Ю.В., Котлякова М.Г., Красильникова Т.А. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2021 год. М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет); 2022.

17. Mercadante CJ, Herrera C, Pettiglio MA, Foster ML, Johnson LC, Dorman DC, et al. The effect of high dose oral manganese exposure on copper, iron and zinc levels in rats. Biometals. 2016; 29(3): 417-422. doi: 10.1007/s10534-016-9924-6

18. Liu Q, Barker S, Knutson MD. Iron and manganese transport in mammalian systems. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2021; 1868(1): 118890. doi: 10.1016/j.bbamcr.2020.118890

19. Buthieau AM, Autissier N. The effect of Mn2+ on thyroid iodine metabolism in rats. C R Seances Soc Biol Fil. 1977; 171(5): 1024-1028.

20. Русецкая Н.Ю., Бородулин В.Б. Биологическая активность селеноорганических соединений при интоксикации солями тяжелых металлов. Биомедицинская химия. 2015; 61(4): 449-461. doi: 10.18097/PBMC20156104449

21. Zwolak I. The role of selenium in arsenic and cadmium toxicity: An updated review of scientific literature. Biol Trace Elem Res. 2020; 193(1): 44-63. doi: 10.1007/s12011-019-01691-w

22. Tinggi U, Perkins AV. Selenium status: Its interactions with dietary mercury exposure and implications in human health. Nutrients. 2022; 14(24): 5308. doi: 10.3390/nu14245308

23. Wang X, Li GJ, Zheng W. Efflux of iron from the cerebrospinal fluid to the blood at the blood-CSF barrier: Effect of manganese exposure. Exp Biol Med (Maywood). 2008; 233(12): 1561-1571. doi: 10.3181/0803-RM-104

24. Liu Q, Barker S, Knutson MD. Iron and manganese transport in mammalian systems. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2021; 1868(1): 118890. doi: 10.1016/j.bbamcr.2020.118890

25. Peres TV, Schettinger MR, Chen P, Carvalho F, Avila DS, Bowman AB, et al. Manganese-induced neurotoxicity: A review of its behavioral consequences and neuroprotective strategies. BMCPharmacol Toxicol. 2016; 17(1): 57. doi: 10.1186/s40360-016-0099-0

26. Sharma A, Feng L, Muresanu DF, Sahib S, Tian ZR, Lafuente JV, et al. Manganese nanoparticles induce blood-brain barrier disruption, cerebral blood flow reduction, edema formation and brain pathology associated with cognitive and motor dysfunctions. Prog Brain Res. 2021; 265: 385-406. doi: 10.1016/bs.pbr.2021.06.015

27. Нотова С.В., Казакова Т.В., Маршинская О.В. Изучение химических форм меди и марганца в живом организме (обзор). Животноводство и кормопроизводство. 2020; 103(1): 47-64. doi: 10.33284/2658-3135-103-1-47

28. Notova SV, Lebedev SV, Marshinskaia OV, Kazakova TV, Ajsuvakova OP. Speciation analysis of manganese against the background of its different content in the blood serum of dairy cows. Biometals. 2023; 36(1): 35-48. doi: 10.1007/s10534-022-00456-8

29. Michalke B. Review about the manganese speciation project related to neurodegeneration: An analytical chemistry approach to increase the knowledge about manganese related parkinsonian symptoms. J Trace Elem Med Biol. 2016; 37: 50-61. doi: 10.1016/j.jtemb.2016.03.002

30. Yokel RA, Crossgrove JS. Manganese toxicokinetics at the blood-brain barrier. Res Rep Health Eff Inst. 2004; 1(119): 59-73.