Міністерство освіти і науки України
Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка
Кафедра ботаніки, зоології та охорони природи
КУРСОВА РОБОТА
БІОЛОГІЧНА РОЛЬ МАРГАНЦЮ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ І ТВАРИН
Виконала:
студентка 41 групи
Доманова А.А.
Чернігів – 2008
ЗМІСТ
Вступ
Розділ 1. Біологічна роль марганцю в організмі
1.1 Марганець в організмі
1.2 Участь марганцю в фізіологічних процесах
1.3 Обмін марганцю
1.4 Недостатність марганцю: причини та наслідки
Розділ 2. Токсична дія сполук марганцю на живі організми
2.1 Роль металотіонеїнів в детоксикації іонів марганцю в організмі прісноводних риб і молюсків
2.2 Вплив низьких доз сполук марганцю на поведінкові реакції залежно від їх віку
Розділ 3. Складання харчового раціону
Висновки
Список літератури
Вступ
Вчення про біологічну роль хімічних елементів, що містяться в тканинах організму в дуже невеликих концентраціях (від 10-3
до 10-12
%) і тому одержали назва мікроелементів, виділилося в самостійну науку порівняно недавно. Майже до кінця XІ ст. вважалося, що для нормальної життєдіяльності організму необхідні тільки ті хімічні елементи, що входять до складу органічних сполук (вуглець, азот, водень, кисень, сірка), а також калій, кальцій, натрій і магній, що містяться в тканинах організмів у високих концентраціях. Всі інші елементи, що виявляються в тканинах організмів, вважалися випадковими домішками, що не мають значення для процесів життєдіяльності.
Але уже в другій половині XІ ст. був опублікований ряд робіт, з яких випливало, що хімічні елементи, що містяться в тканинах тварин і рослин не тільки в значних, але й у незначних концентраціях, впливають на протікання фізіологічних процесів. Так, акад. К. А. Тімірязєв (1871) довів важливе значення цинку в життєдіяльності вищих рослин, Ролень (1870) - роль цинку в росту і розвитку цвілевих грибків, а спостереження Баумана (1895) свідчили про необхідність йоду в харчовому раціоні.
Актуальність роботи зумовлена необхідністю детального ознайомлення дії марганцю на живі організми.
Мета роботи - зв’язувати біологічну роль марганцю для живих організмів.
Завдання роботи:
1) проаналізувати біологічну роль марганцю в організмі людини;
2) з`ясувати токсичну дію марганцю на живі організми;
3) скласти харчовий раціон, до якого входить марганець.
РОЗДІЛ 1. Біологічна роль марганцю в організмі
1.1 Марганець в організмі
Марганець (Mn). Середній вміст марганцю в організмі ссавців становить 0,00005% від живої маси. Міститься в усіх органах і тканинах організму, найбільше його в печінці, кістках, нирках, підшлунковій залозі та гіпофізі. Всмоктування марганцю відбувається в основному в тонкій кишці, потім з кров’ю надходить до печінки і розноситься до інших органів та тканин. Виділяється з організму разом з жовчю, сечею, молоком у самок та з еякулятом у самців.
Марганець входить до складу молекул деяких ферментів і стимулює молекул деяких ферментів і стимулює їх активність.
Організму потрібно лише в значно в малих кількостях цього елементу, а роль його в обміні є дуже велика.
Марганець входить в склад всіх рослинних і тваринних організмів. Для живих організмів має життєво важливе значення.
Добова потреба марганцю 3-5 мг. Марганець міститься майже у всіх харчових продуктах. Найбільше (понад 500 мг на 100 г їстівної частини продукту) у житньому та пшеничному хлібі, крупах гречаних та перлових, пшоні, квасолі, горосі, рисі, буряку, хроні, кропі, петрушці, малині, щавлі.
В організмі дорослої людини міститься 20 мг марганцю. Особливо багато є його в клітинах, багатих мітохондріями і меланіном. В крові людини в нормі міститься близько 4-20мкг%.
Одним із найважливіших мікроелементів, що забезпечує нормальне функціонування організму тварин є марганець. Він бере активну участь в окисно-відновних процесах та тканинному диханні в організмі тварин, формуванні кісток, впливає на ріст, розмноження тварин і процеси кровотворення, регулює функцію ендокринних органів, підсилює дію вітамінів, входячи до складу ферментів є їх активатором [1, 4, 7, 9].
Марганець тварини одержують з кормом і частково з водою [1-5]. Для компенсації нестачі марганцю в раціоні його вводять у премікс в неорганічній формі, наприклад, у складі сульфатів [3-5, 9]. Однак, неорганічна форма сполук мінеральних речовин порівняно важко засвоюється організмом тварин, а збільшення дози для досягнення оптимального рівня асиміляції в організмі спричиняє у тварин токсикози. В зв’язку з цим великого практичного значення набуває пошук можливості введення в раціон сільськогосподарських тварин біогенних металів, у тому числі і марганцю в легкозасвоюваній формі [4].
У підвищенні біологічної доступності марганцю і забезпеченні ним тварин важливу роль відіграють хелатні сполуки. Відомо, що хелати є найбільш оптимальною для організму формою сполук біогенних металів з лігандами (органічними речовинами) [4-6]. Біологічна активність металу в цих комплексах зростає у сотні разів порівняно з активністю його в іншому стані [4]. Однак використання в годівлі тварин хелатних форм марганцю потребує всебічних досліджень.
1.2 Участь марганцю в фізіологічних процесах
Він активує багато ферментованих процесів. Марганець необхідний для синтезу глікозаміногліконів хрящової тканини, для еритрогазів і утворення гемоглобіну.
Він стимулює синтез холестерину і жирних кислот, виявляючи тим самим гіпотронні дії. Марганець відноситься до промислових отрут з різким вираженими токсичними властивостями. Надмірне поступлення марганцю в організм тварин веде до підвищення його концентрації і появи в них ідентичних змін в кістках при рахіті. Крім впливу на процеси кровотворення. Марганець впливає на антителогенез, прискорює утворення антитіл.
Марганець разом із залізом, міддю та кобальтом стимулює кровотворення. Активізує фермент фосфатазу, який впливає на процеси кісткотворення та загалом на стан кісткової тканини. Володіє ліпотропними (які знижують вміст жиру) властивостями. Потрібен для правильного обміну аскорбінової кислоти (вітаміну С) та вітамінів групи В. Має зв'язок з процесами статевого розвитку та розмноження, сприяє детоксикаційній (яка знешкоджує шкідливі речовини) функції печінки.
В плазмі марганець зв‘язаний β - глобулінами.
Марганець бере участь у синтезі глюкопротеїдів. Він активує кокарбоксилазу, сприяє зменшенню вмісту піровиноградної кислоти в організмі тварин, знижує потреби в тіаміні. Такий фермент, як пероксидаза, містить два атоми марганцю, а піруватпероксидаза мітохондрій — чотири атоми марганцю. Було відмічено наявність марганцю в коферментній системі, що каталізує окислювальне фосфорилювання. Марганець стимулює синтез білка в м’язах, глікогену — в печінці, сприяє підвищенню активності Мg-АТФази, що збільшує живу масу птиці. Він підсилює процеси росту, кровотворення, біосинтез нуклеїнових кислот, білків, холестерину, антитіл. Стимулює дію гормонів передньої частки гіпофіза (аденогіпофіз). Марганець, подібно до холіну, підвищує утилізацію жирів в організмі і попереджує жирове переродження печінки [8].
Активність антиоксидантних ферментів (каталази, глутатіонпероксидази, супероксиддисмутази) тісно пов′язана із присутністю іонів металів. Тому зниження активності антиоксидантних ферментів може потягти за собою порушення в обміні мікроелементів. Знаходячись в мізерних концентраціях у вільному стані та в складі ферментів, гормонів, вітамінів мікроелементи беруть участь у всіх видах обміну речовин. Встановлено, що іонам марганцю належить значна роль в молекулярних механізмах розвитку ІХС, але дія їх в організмі людини ще далеко не вивчена.. Експериментальні та клінічні дослідження показують, що при ІХС обмін мікроелементів значно змінюється. Проте в літературі немає однозначних даних про вміст мікроелементів в крові при ІХС та практично відсутня інформація щодо комплексної оцінки вмісту в крові марганцю (життєвонеобхідний мікроелемент), антиоксидантних ферментів, не вивчений характер їх взаємозалежності, що важливо з позицій вияснення механізмів розвитку та прогресування ІХС.
1.3 Обмін марганцю
Перші відомості про вікові зміни кількісного вмісту марганцю в організмі людини повідомили Г. Ромедж і В. Шелдон (1933), що установили інтенсивне нагромадження його в печінці плоду в останні 3 місяці внутрішньоутробного життя.
У табл. 1 приведені дані, отримані Г.Г. Гацко (1958) у систематичних дослідженнях, вмісту марганцю в тканинах і органах людини в період ембріогенезу. Максимальні концентрації марганцю виявлені в тканині печінки ембріона на 12-15-й тиждень. У плода з 16-ї по 32-ій тиждень розвитку вміст його в печінці знижується майже в 2 рази, а в наступні періоди знову підвищується.
Таблиця 1. Вміст марганцю в тканинах і органах плодів у різні періоди, внутрішньоутробного життя, мкг % у розрахунку на свіжу речовину
| Назва органу | Вік плоду, тижнів | |||||
| 12-15 | 16-19 | 20-25 | 26-32 | 33-38 | 39-40 | |
| Печінка | 217,6 | 114,1 | 115,4 | 119,1 | 145,9 | 140,3 |
| Селезінка | __ | __ | 300,2 | 83,1 | 49,0 | |
| Серце | __ | __ | 106,3 | 71,0 | 46,1 | |
| Нирки | __ | __ | 81,2 | 68,0 | 80,7 | |
| Щитовидна залоза | — | — | 742,3 | 447,6 | 179,7 | |
| Підшлункова залоза | — | — | 465,6 | 270,0 | 171,1 | |
| Щитовидна залоза | — | — | 359,4 | 102,0 | 71,0 | |
| Наднирник | — | — | 205,8 | 119,2 | 64,4 | |
За даними А.А. Микоша (1959), кількість марганцю в печінці ембріона людини підвищується в міру внутрішньоутробного розвитку його і до моменту народження в 40 разів перевершує вміст, виявлений на 4-м місяці внутрішньоутробного життя.
Г.А. Бабенко (1953) установив, що з віком вміст марганцю в мозку й у різних відділах його зазнає певних змін.
У сірій речовині кори мозку й у мозочку людини марганцю утримується більше, ніж у зоровому бугрі і білій речовині. Звертає на себе увагу і той факт, що вміст марганцю в сірій речовині кори мозку, у мозочку і зоровому бугрі, поступово підвищуючи до моменту народження плоду, збільшується в перші роки самостійного життя і знижується після 50 років до рівня, виявленого до 10-му місяця внутрішньоутробного періоду життя. Вміст марганцю в білій речовині мозку підвищується відповідно віку.
Зміни рівня марганцю в інших тканинах і органах людини в період самостійного життя не вивчені. Наявні в літературі зведення про вміст цього мікроелемента в тканинах і органах дорослих людей (табл. 2) свідчать про нерівномірний його розподіл між тканинами й органами.
У найбільших концентраціях марганець утримується в кістах і печінці, у мінімальних - у тканині легенях і м'язі серця. Якщо ж порівнювати вміст його в людини в період внутрішньоутробного життя, то виявляється, що у всіх тканинах і органах дорослих людей, за винятком мозку, рівень марганцю знижений.
В.А. Леонов і Г.Г. Гацко (І960) установили деякі особливості кількісного вмісту марганцю в крові при вагітності, що показують значне підвищення його (22,4 мкг %) у порівнянні зі вмістом його в невагітних жінок (14,6 мкг %). У крові новонароджених дітей як доношених, так а недонесених знайдений більш високий вміст марганцю (23,2 мкг %) у порівнянні з дорослими (14,6± ±3,7 мкг %). Крім того, виявлена тенденція до наростання вмісту марганцю в крові немовлят паралельно з віком матерів.
Таблиця 2. Вміст марганцю в тканинах і органах людини
| Назва органу | За А.І. Войнару (1960), мг% в розрахунку на свіжу речовину | За І.С. Гулько (1960), мкг% в розрахунку на свіжу речовину |
За Л.І. Котляревським (1961), мг% в розрахунку на свіжу речовину |
| Кров | 0,001 | 12 | 0,002 |
| Мозок | 0,028—0,030 | — | — |
| Печінка | 0,170—0,205 | 25 | 0,175 |
| Нирки | 0,060—0,061 | 52 | 0,075 |
| Серце | 0,021—0,032 | — | — |
| Селезенка | 0,022—0,032 | 21 | 0,021 |
| Легені | 0,022 | 22 | 0,020—0,040 |
| М`язи | 0,050 | — | 0,017 |
| Підшлункова залоза | 0,076 | 5,0 | 0,076—0,115 |
| Лімфатичні узлы | 0,063 | — | — |
| Кістики трубчасті | 0,300 | — | — |
| Щитовидна залоза | — | — | 0,049 |
| Наднирники | 0,013 |
У той же час Е.П. Гребенников, порівнюючи процентний вміст марганцю в розрахунку на золу в крові новонароджених дітей і вагітних, а також невагітних жінок, не відзначив істотної різниці (0,0012- 0,0011% у розрахунку на золу).
Н.С. Тюрина (1968) при визначенні процентного вмісту марганцю в розрахунку на золу в крові дітей у віці від 7 до 17 років установила кількісну перевагу цього мікроелемента в хлопчиків усіх вікових груп.
Утримання марганцю в організмі в 5-річних дітей було вище, ніж у 6-ричних (0,23 мг на 1 кг і 0,16 мг на 1 кг відповідно), а добова потреба в ньому вище, ніж у дорослих (І. Л. Маслова, 1955).
1.4 Недостатність марганцю: причини та наслідки
Недостатнє надходження в організм з кормом марганцю спричинює таке захворювання, як пероз, що характеризується розслабленням зв’язок і сухожилків ніг, зміщенням суглобів. Спостерігаються анемія, тетанія, зниження молочної продуктивності, а в молодняку — анемія і рахіт. Марганець потрібен для нормальної функції залоз внутрішньої секреції.
Марганець і цинк у дозах 75 і 50 мг/кг, відповідно, діють як синергісти, стимулюючи засвоєння азоту, мінеральних речовин, формування органічної та мінеральної фаз шкаралупи. За підвищеної дози марганцю (100 мг/кг корму) проявляється його антагоністичний вплив на цинк та інші елементи.
Багаті на марганець бурякова гичка (104 мг/кг сухої речовини), рапсовий шрот, пшеничні та рисові висівки, дріжджі, конюшина, бобові трави. Добова потреба 40-60 мг/кг сухого корму.
Марганець, мідь і кобальт є активаторами тканинних ферментів. Проте каталітична дія їх на ферменти енолазу, діамінооксидазу та рибонуклеазу неоднакова: для енолази є специфічним марганець, а для діамінооксидази та рибонуклеази — мідь.
При деяких захворюваннях концентрація в крові збільшується, а при деяких захворюваннях печінки – знижується.
Міститься марганець в продуктах рослин біля 8-50мг/кг, в продуктах тваринного походження нижче 0,1-2 мг/кг.
РОЗДІЛ 2. Токсична дія сполук марганцю на живі організми
2.1
Роль металотіонеїнів в детоксикації іонів марганцю в організмі прісноводних риб і молюсків
Сполуки важких металів є пріоритетними забруднювачами прісних водойм України (Линник П.Н., 1999). Оцінка небезпеки цього забруднення для гідробіонтів має здійснюватись на основі біоіндикації, позаяк застосування гідрохімічних показників ускладнюється багатофакторною детермінацією біодоступності металів (Саванина Я.В. и др., 2001; БрагинскийЛ.П., ЛинникП.Н., 2003). Тому актуальним є з’ясування специфічних механізмів детоксикації для іонів важких металів різної природи. Серед ймовірних молекулярних мішеней зв’язування цих йонів у клітинах у першу чергу розглядають спеціалізовані тіолові сполуки металотіонеїни (МТ) та глутатіон (ГSH) (КулинскийВ.І., КолесниченкоЛ.С., 1990; Kagi J.H.R., Shaffer A., 1988).
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 ток
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
Добовий раціон складається на основі фізіологічних потреб організму людини, що описані в теоретичному курсі “фізіологія харчування, обміну речовин і енергії”. Необхідно, щоб калорійність їжі, що засвоюється, відповідала кількості енергії, що витрачається людиною. Разом з тим треба враховувати і пластичну роль складових елементів їжі. Організму необхідна достатня кількість білків, жирів, вуглеводів, мінеральних солей, вітамінів. Їжа людини повинна бути різноманітною, виготовленою за правилами кулінарії, мати достатній об’єм. Необхідно дотримуватись правильного співвідношення продуктів тваринного і рослинного походження, раціонально розподіляти споживання їжі протягом доби.
Фізіологічні дослідження дозволили розробити наступні рекомендації, якими потрібно керуватися при складанні раціону:
1. Слід раціонально приймати їжу 4 рази на добу: сніданок о 8.00, обід - о 12.00, полудник - о 16.00, вечеря - о 20.00. Проміжки часу між споживанням їжі у людини повинні становити 4 години.
2. Години споживання їжі кожний день повинні бути одні й ті самі, що необхідно для утворення умовного харчового рефлексу на час, який забезпечує правильну регуляцію травної функції; харчуватися необхідно в спеціальному приміщенні (їдальні), що також посилює природній харчовий рефлекс на оточення, що сприяє покращенню травного процесу.
3. Об’єм їжі на одне споживання повинен бути не менший 700 см3
, щоб викликати достатнє механічне подразнення рецепторів шлунку, що посилює безумовний харчовий рефлекс. Не слід за один раз приймати більше 1500 см3
їжі, що є тягарем для шлунку і викликає його надмірне розтягування, внаслідок чого порушується травлення і виникає передчасна евакуація неперетравленої їжі із шлунку.
4. При складанні меню-розкладки на кожне споживання їжі слід: до сніданку ввести салат, другу гарячу страву та тонізуючий напій (чай, каву, какао); до обіду - салат (інший, ніж до сніданку), першу страву, другу страву та солодкий напій (компот, кисіль та ін.); до полуднику - другі страви, що легко засвоюються, фрукти, соки або тонізуючий напій; до вечері - молочнокислі страви, кондитерські хлібобулочні вироби.
Сніданок
1. Омлет 80 г
2. Каша гречана 100 г
3. Хліб житній 20 г
4. Кава з цукром 100 г
Обід
1. Борщ український 200 г
2. Картопляне пюре 100 г
3. Котлета по-київськи 100 г
4. Салат зі свіжої капусти 80 г
5. Здоба 50 г
6. Кисель 200 г
Полудник
1. Печиво 50 г
2. Йогурт питний 200 г
3. Сік малиновий 150 г
Вечеря
1. Млинці з сиром 100 г
2. Сметана 100 г
3. Чай з цукром 200 г
Висновки
1. Важливим біометалом є марганець. Він бере участь в обміні речовин в рослинних клітинах нарівні з іонами магнію. Марганець може й змінювати магній в деяких біохімічних процесах. Відсутність марганцю в раціоні харчування тварин може привести до їх загибелі.
2. В організмі людини марганець входить до складу двох ферментів і активізує дію багатьох ферментів. Він стимулює синтез холестерину і жирних кислот; сприяє кращому засвоєнню заліза і міді, активізуючи процес кровоутворення, сприяє утворенню інсуліну в підшлунковій залозі, бере участь у синтезі життєво-необхідного вітаміну С.
3. Марганець в надмірній кількості може призвести до негативного впливу на живі організми. викликати зміни в роботі нервової та кровоносної систем.
4. Марганець міститься в багатьох продуктах. Добова потреба марганцю 3-5 мг. Марганець міститься майже у всіх харчових продуктах. Найбільше (понад 500 мг на 100 г їстівної частини продукту) у житньому та пшеничному хлібі, крупах гречаних та перлових, пшоні, квасолі, горосі, рисі, буряку, хроні, кропі, петрушці, малині, щавлі. В добовому раціоні людини повинні бути продукти, які містять марганець.
Список літератури
1. Бабенко Г.А., Решеркина Л.П. Применение микроэлементов в медицине. – К.: Здоров`я, 1971. – 220 с.
2. Венчиков А.И. Биотики. – М.: Медгиз, 1962. – 234 с.
3. Ветеринарна клінічна біохімія / В.І. Левченко, В.В. Влізло, І.П. Кондрахін та ін.; За ред. В.І. Левченка і В.Л. Галяса. – Біла Церква, 2002. – 400 с.
4. Войнар А.О. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека. – М.: Советская наука, 1953. – 493 с.
5. Кальницький Б.Д. Минеральные вещества в кормлении животных. – Л.: Агропромиздат. Ленингр. отделение, 1985. – 207 с.
6. Кіщак І.Т. Виробництво і застосування преміксів. – К.: Урожай, 1995. – 272 с.
7. Логинов Г.П. Влияние хелатов металлов с биолигандами на репродуктивные функции и обменные процессы организма животных: Авт. реф. дисс.... канд. биол. наук. – Казань, 1986. – 21 с.
8. Мелехин Г.П., Гридин Н.Я. Физиология сельскохозяйственной птицы. – М.: Колос, 1977. – 286 с.
9. Мельничук Д.О., Томчук В.А., Калінін І.В. Клінічна біохімія. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт. – К.: Видавничий центр НАУ, 1999. – 64 с.
10. Мінеральне живлення тварин. За ред. Г.Т. Кліценка, М.Ф. Кулика, М.В. Косенка, В.Т. Лісовенка. – К: Світ, 2001. – 576 с.
11. Наздрюхина Л.Р. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека. – М.: Наука, 1977. – 184 с.
12. Нариси вікової токсикології. / За ред І.М. Трахтенберга. – К.: Авіцена, 2005. – 256 с.
13. Руководство по лабораторным методам исследований. // Предтеченский В.Е., Боровская В.М., Марголина Л.Т. – М.-Л., 1993. – С. 131-165.