Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

THE ROLE OF BRAIN-DERIVED NEUROTROPHIC FACTOR IN MECHANISMS OF EXPRESSION NEUROINTOXICATIONS MERCURY

Bodienkova G.M. 1 Boklazhenko E.V. 1
1 Federal State Budgetary Scientific Institution «East-Siberian Institution of Mediko-Ecological Researches»
2513 KB
The results of immunological examination of 73 men working under the impact of metallic mercury vapors (Trained workers with initial manifestations neurointoxication, patients with chronic mercury intoxication (HRI) I-II degree and those with CXR III level in the long term neurointoxication). It is found that a brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as well as the growth factor (TNF-α) are involved in pathogenic mechanisms sano- and the formation and development of metallic mercury vapors neurointoxication. At various stages of the disease, BDNF can perform a dual function. The fact that significant increase of BDNF in parallel increasing severity of the disease suggests that neuroprotection may need a low or moderate level of BDNF. While high amounts of neurotrophin provoke neuronal damage mechanisms and glia.
mercury toxicity
brain-derived neurotrophic factor
autoantibodies to the Glu-P (glutamate receptors) and GABA-R (receptor γ-aminobutyric acid)
the workers

В настоящее время проблема токсических поражений нервной системы парами металлической ртути актуальна как для медицины труда, профессиональной патологии, так и экологии человека в целом. Особенно важным аспектом проблемы является отсутствие надежных методов ранней этиологической диагностики интоксикации парами металлической ртути. Клиническая картина нейроинтоксикаций не специфична для конкретных нейроядов и мало отличается от широко распространенных в популяции стрессовых, дезадаптационных, невротических нарушений, сопровождающих многие соматические заболевания и органические поражения мозга [2]. В связи с чем изучение механизмов повреждения нервной ткани с последующим обоснованием надежных способов диагностики является актуальной проблемой.

Традиционно нейротрофины рассматривали как вещества, участвующие в долговременном выживании и дифференциации нейронов. Мозгоспецифический нейротрофический фактор (BDNF) – один из представителей группы нейротрофинов, обладающий высокой функциональной активностью, которая значительно отличается в зависимости от стадии онтогенеза. В период развития BDNF участвует в дифференцировке нейронов, созревании, выживании и формировании синапсов. Во взрослом организме основной его функцией является нейропротекция, защита нейронов головного мозга от ишемических атак и мотонейронов от гибели, индуцируемой удалением аксонов. BDNF участвует в развитии и сохранении нейрональных клеток мозга, включая сенсорные нейроны, допаминергические нейроны черной субстанции, холинергические нейроны переднего мозга, гиппокампа, ганглиев сетчатки. В мозге mRNA (матричная РНК) BDNF и сам полипептид идентифицированы в гиппокампе, амигдале, таламусе, пирамидных клетках неокортекса, в мозжечке [6]. В этой связи не исключено, что уровень BDNF у пациентов с хронической ртутной интоксикацией может отражать степень выраженности патологического процесса в нервной и иммунной системах.

Целью настоящей работы явилась оценка изменений в содержании BDNF в сопоставлении с сывороточными концентрациями АТ к Глу-Р и ГАМК-Р у лиц с различной степенью выраженности нейроинтоксикации парами металлической ртути.

Материалы и методы исследования

Обследованы 73 мужчины, работающих в условиях воздействия паров металлической ртути и находящихся на обследовании и лечении в клинике института. В том числе: 11 стажированных работников с начальными проявлениями нейроинтоксикации, выявленными в ходе медицинского осмотра врачами клиники и проявляющимися в виде изменений в психоэмоциональной сфере и (или) неврологических расстройств (возраст 47,05 ± 1,24 года и средним стажем работы 19,18 ± 1,08 года); 19 пациентов с ХРИ I–II степени, характеризующейся преимущественно астеноневротическим синдромом (в возрасте 49,60 ± 1,3 года, со средним стажем работы 21,65 ± 1,61 года). В следующую группу включены 43 пациента с ХРИ III степени в отдаленном периоде нейроинтоксикации. В клинической картине пациентов указанной группы (возраст – 53,38 ± 0,82 лет, стаж – 15,62 ± 0,8 года) доминирует энцефалопатия, основным проявлением которой являются психические расстройства (чаще в виде органического астенического расстройства или органического расстройства личности с когнитивными и эмоционально-волевыми нарушениями различной степени выраженности). Контрольную группу условно здоровых мужчин в количестве 26 человек составили лица репрезентативного возраста и общего трудового стажа, не имеющие в профессиональном маршруте контакта с вредными веществами. Клиническое обследование работников, выполненное в клинике института, основывалось на классификационных критериях болезней и состояний, согласно МКБ 10-го пересмотра. С помощью тест-систем ChemiKine (Канада) в образцах сыворотки крови определяли содержание BDNF стандартным методом твердофазного иммуноферментного анализа. Учитывая, что баланс глутаматергической и ГАМК-ергической систем контролирует уровень экспрессии BDNF, также определяли содержание ауто-АТ (ауто-антител) к Глу-Р (глутаматным рецепторам) и ГАМК-Р (рецепторам γ-аминомасляной кислоты) с помощью технологии «Иммункулус» методом Эли-нейро-тестирования. Статистические расчеты проводились с помощью программы Statistica 6.0 в среде Windows (№ AXXR004E642326FA, правообладатель лицензии – «ВСНЦ ЭЧ» СО РАМН). Для показателей рассчитывалась медиана (Ме) и интерквартильный размах (25-й и 75-й процентили). Для всех имеющихся выборок проверялась гипотеза нормальности распределения по критерию Шапиро-Уилкса. В случае отсутствия правильного распределения использовался непараметрический метод для попарного сравнения – U критерий Манна-Уитни с учетом поправки Бонферрони. Различия считали статистически достоверными при уровне значимости p < 0,05. Для выявления зависимостей между показателями BDNF и АТ к Глу-Р, ГАМК-Р был проведен корреляционный анализ по Спирмену. Исследования выполнены с информированного согласия пациентов и соответствуют этическим нормам Хельсинской декларации (2000 г.) и Приказу Минздрава РФ № 266 (19.06.2003 г.).

Результаты исследования и их обсуждение

Сравнительный анализ сывороточной концентрации BDNF у лиц с установленным диагнозом нейроинтоксикации парами металлической ртути в зависимости от степени выраженности патологического процесса (табл. 1) свидетельствует о повышении его уровня у стажированных рабочих с начальными проявлениями нейроинтоксикации до 826,9 пг\мл (разброс значений указанного показателя находился в пределах от 798,6 до 1218,6 пг\мл), у пациентов с ХРИ I–II степени до 979,4 пг\мл (разброс значений показателя находился в пределах от 820,8 до 1169,1 пг\мл), а у больных с ХРИ III степени – до 1035,1 пг\мл (684,7 – 1269,6 пг\мл). В группе сравнения медианное значение показателя составило – 659,5 пг\мл при разбросе значений от 443,6 до 776,2 пг\мл. Обращают на себя внимание выявленные достоверные различия указанного показателя в зависимости от степени выраженности нейроинтоксикации парами металлической ртути. А именно, у пациентов с III степенью ХРИ, в клинике которых имеют место органические расстройства личности с когнитивными и эмоционально – волевыми нарушениями, значение показателя достоверно выше, чем у лиц с начальными проявлениями и пациентов с ХРИ I–II степени.

Сопоставляя полученные данные с результатами предыдущих исследований, характеризующих особенности изменений сывороточной концентрации цитокинов, в том числе TNFα, нами показано [1], что развитие нейроинтоксикации парами металлической ртути сопровождается генерацией медиаторных про- и противовоспалительных цитокинов, которые, в свою очередь, регулируют выработку АТ к специализированным структурам тканей. С нарастанием тяжести патологического процесса изменяется динамика и взаимосвязь про- и противовоспалительных цитокинов. Что касается TNFα, то у лиц с начальными проявлениями нейроинтоксикации была выявлена ярко выраженная тенденция к увеличению сывороточной концентрации TNFα, у пациентов с I–II степенью нейроинтоксикации уровень TNFα продолжал возрастать, а с нарастанием тяжести патологического процесса у пациентов с III степенью ХРИ концентрация TNFα значительно снизилась относительно лиц с начальными проявлениями нейроинтоксикации и пациентов с I–II степенью ХРИ. Следует отметить, что TNFα относится к ростовым факторам, которые, взаимодействуя с рецепторами, могут влиять на активность клеток иммунной системы, регулировать воспалительные и аутоиммунные процессы.

В связи с вышесказанным актуальным являлось определение уровней АТ к Глу-Р и АТ к ГАМК-Р, поскольку изменение экспрессии ионотропных рецепторов глутамата является одним из механизмов, регулирующих эффективность синаптической передачи, что лежит в основе процессов памяти и обучения, развития и поддержания межклеточных контактов и восприятия боли [3, 6]. В результате наших исследований установлена тенденция к возрастанию уровней АТ к Глу-Р у лиц с начальными проявлениями интоксикации до 0,25 (0,22–0,29) у.е., у пациентов с I–II  степенью ХРИ – 0,33 (0,25–0,36) у.е., с III  степенью ХРИ – 0,35 (0,24–0,42) у.е., относительно группы контроля – (0,19 (0,16– 0,21) у.е.). В зависимости от степени выраженности нейроинтоксикации у обследованных достоверных различий не установлено. Отмечена лишь тенденция к росту медианных значений показателя в сравниваемых группах. Что касается АТ к ГАМК-Р, то также, между сравниваемыми группами и контролем достоверных различий не обнаружено (у лиц с начальными проявлениями интоксикации уровень показателя составил 0,23 (0,20–0,26) у.е., у пациентов с I–II  степенью ХРИ – 0,29 (0,24–0,32) у.е., с III степенью ХРИ – 0,35 (0,32–0,44) у.е., относительно группы контроля – 0,23 (0,19– 0,26) у.е. Нарушение нормальной экспрессии глутаматных ионотропных рецепторов наблюдается при различных патологиях нервной системы: при умственной отсталости, вызванной синдромом ломкой Х-хромосомы, болезни Хантингтона и др. Некоторые заболевания сопровождаются повышенным выбросом глутамата в тканевую жидкость, поэтому вещества, способные блокировать глутаматные рецепторы, рассматриваются как нейропротекторные агенты [4].

Учитывая, что одной из причин нейропротективного эффекта BDNF является поддержание активности ингибиторной ГАМК-эргической системы, противодействующей глутамат – вызванной эксайтотоксичности [5], определенный интерес представляло проанализировать зависимость между концентрацией BDNF и уровнем АТ к Глу-Р и АТ к ГАМК-Р (табл. 2). Анализ корреляционных связей позволил выявить у пациентов с ХРИ III степени достоверную отрицательную зависимость между концентрацией BDNF в сыворотке крови и АТ к Глу-Р, при которой с нарастанием содержания BDNF снижается концентрация АТ к Глу-Р. В то время как в группе контроля отмечается достоверная прямая корреляционная зависимость (повышение уровня BDNF сопровождается возрастанием и АТ к Глу-Р). Вместе с тем между концентрацией BDNF и уровнем АТ к ГАМК-Р достоверных корреляционных зависимостей не установлено.

Совокупность полученных данных подтверждает важную роль BDNF в патогенезе нейроинтоксикаций и позволяет предположить, что BDNF обладает двойственными свойствами: на ранних этапах развития нейроинтоксикации проявляет нейропротективные свойства, а в отсроченном периоде болезни (ХРИ III) запускает каскад гибели клетки.

Заключение

Таблица 1

Сравнительная оценка содержания BDNF в зависимости от стадии развития нейроинтоксикации, Ме (Q25-Q75)

Наименование показателя пг/мл

Работники с начальными проявлениями нейроинтоксикации (n = 11)

(1)

Пациенты с ХРИ

I–II степени

(n = 19)

(2)

Пациенты с ХРИ III степени (n = 43)

(3)

Контроль

(n = 26)

 

(4)

BDNF

826,9

(798,6–1218,6)

Р1-2 = 0,001

Р1-3 = 0,0024

P1-4 = 0,008

979,4

(820,8–1169,1)

Р2-3 = 0,003

Р2-4 = 0,05

1035,1

(684,7–1269,6)

Р3-4 = 0,002

659,5

(443,6–776,2)

Таблица 2

Структура корреляционных соотношений показателей BDNF, АТ к Глу-Р и АТ к ГАМК-Р у лиц с различной степенью нейроинтоксикации ртутью

Группы сравнения

R (BDNF и Глу-Р)

Р (BDNF и Глу-Р)

R (BDNF и ГАМК-Р

Р (BDNF и ГАМК-Р

Работники с начальными проявлениями нейроинтоксикации

– 0,04

0,87

0,02

0,92

Пациенты с I–II степенью ХРИ

– 0,29

0,20

– 0,19

0,39

Больные с III степенью ХРИ

– 0,37*

0,018

– 0,23

0,15

контроль

0,45*

0,08

0,42

0,11

Примечание. * – различия достоверны при p < 0,05.

 

Таким образом, нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) так же, как и ростовый фактор (TNF-α), вовлечены в сано- и патогенетические механизмы формирования и развития нейроинтоксикации парами металлической ртути. На различных этапах развития заболевания BDNF может выполнять двойную функцию. Факт достоверного нарастания BDNF параллельно нарастанию тяжести течения заболевания свидетельствует о том, что для нейропротекции, возможно, требуется низкий или умеренный уровень BDNF . Тогда как высокие количества нейротрофина провоцируют механизмы повреждения нейронов и глии. В этой связи обоснованным является включение в комплекс лечебных мероприятий протективной терапии, позволяющей влиять на многие нарушенные метаболические пути.