При нейродегенеративных заболеваниях, таких, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз (БАС) и др., постепенно гибнут нервные клетки, из-за чего нарушаются самые разные функции нервной системы: у человека ухудшается память, он перестает контролировать движения и т. д.
В частности, при боковом амиотрофическом склерозе гибнут двигательные нейроны головного и спинного мозга, что приводит к параличам и последующей атрофии мышц. Причины могут быть разные, и одна из них – высокая концентрация металлов в организме. И дело тут не обязательно в каких-то однозначно ядовитых элементах. Многие металлы необходимы организму в обмене веществ, но в больших концентрациях оказываются токсичными. Например, марганец и медь стимулируют окислительные реакции, отравляющие организм, однако вместе с тем те же марганец и медь входят в состав ферментов, которые такие реакции замедляют. Таким образом, одно и то же вещество может работать как во зло, так и во благо.
Один из таких «двуликих» металлов – это селен. Так, в Южной Дакоте (США) эпидемиологи впервые обратили внимание на связь между токсичностью селена и проблемами с мышцами. Здесь есть геологическая аномалия – повышенное содержание селена в почве, что приводит к массовой мышечной дистрофии у скота.
Схожая ситуация была замечена и в регионе Эмилия-Романья (Италия). Высокая концентрация селена в местной водопроводной воде спровоцировала повышенную заболеваемость боковым амиотрофическим склерозом (БАС) среди местных жителей. По словам доцента Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), кандидата химических наук и руководителя проекта «Металлопротеины и низкомолекулярные формы селена, меди и марганца в этиологии нейродегенеративных заболеваний» Николая Соловьева, «селен – это как рок-звезда с плохой репутацией.
До сих пор идут споры о том, полезен он или вреден. Одни считают, что количество селена в организме надо повышать, потому что он отвечает за антиоксидантную защиту… Другие ссылаются на исследования, согласно которым избыток селена способствует развитию онкологических заболеваний, а также диабета второго типа. Я думаю, истина где-то посередине: согласно европейской рекомендации селен должен поступать в организм в количестве около 80 микрограмм в сутки».
Сотрудники (СПбГУ) вносят свой вклад в эту тему, вместе с итальянскими коллегами уделяя особое внимание влиянию металлов на развитие БАС. Они разрабатывают способы определения химических форм металлов, чтобы изучать их биологическую активность – например, как они транспортируются внутри организма и как участвуют в обмене веществ в центральной нервной системе.
Микроэлементы – селен, медь и марганец – связываются со специальными белками, которые переносят их через физиологические барьеры, в первую очередь в головной мозг. В комплексе с белками микроэлементы выполняют определенные функции, например, ферментные или сигнальные. В норме они приходят на свое «место работы» только в том количестве, в котором нужно. Но, как говорит Николай Соловьев, «при избыточном поступлении микроэлементов или нарушении их метаболизма увеличивается концентрация низкомолекулярных химических форм – металлов, не связанных с белками. В таком виде они, как правило, токсичны и вызывают разные нежелательные эффекты».
Исследователи работают с образцами спинномозговой жидкости, непосредственно контактирующей с тканью головного мозга. Анализ спинномозговой жидкости – один из немногих способов выяснить, что в химическом плане происходит в мозге человека. Также в рамках проекта изучают химические формы селена, меди и марганца в сыворотке крови.
«С помощью методов масс-спектрометрии (сверхчувствительного аналитического метода), а также хроматографии мы определяем концентрацию химических форм металлов в спинномозговой жидкости. Процесс анализа довольно сложный, так как металлы содержатся в этой жидкости в небольших количествах: например, селена всего около двух микрограмм в одном литре. Это создает трудности не только на этапе разработки методики, но и при интерпретации результатов и в контроле качества измерений. Другой проблема в том, что традиционные методы подготовки проб, принятые в элементном анализе, здесь, как правило, неприменимы», – поясняет Николай Соловьев.
Саму спинномозговую жидкость, по словам эксперта, тоже получить непросто. Как известно, ее берут с помощью специальной иглы, и при такой манипуляции есть малая доля вероятности, что больной останется парализованным ниже пояса. Чтобы избежать неоправданного риска, спинномозговую жидкость получают для анализа только по предписанию невролога и только для клинической диагностики определенных заболеваний. Для научных же целей можно использовать оставшуюся часть биообразца.
Тем не менее, определенных успехов здесь удалось достичь, и полученные результаты опубликованы в таких журналах, как Analytica Chimica Acta, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, Neurodegenerative Diseases и Biological Trace Element Research. Эти исследования помогут эпидемиологам, биологам и медикам лучше понять патологические процессы, происходящие в организме людей с нейродегенеративными расстройствами.