XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

Железо - один из важнейших элементов в организме человека и выполняет в нем множество функций, рассмотрение которых не является предметом обсуждения данной главы. В отличие от других органов железо в головном мозге имеет специфический характер распределения - как на анатомическом, так и на клеточном уровне; его обычно классифицируют как «гемовое» или «негемовое» железо. Происхождение такого деления связано с работами Залески, который показал, что железо в составе гемоглобина, «гемовое железо», не реагирует с ферроцианидом калия, а железо, окрашенное по методу Перлса, находится в другой форме - это «негемовое железо». Ранние наблюдения и выводы Залески о том, что большая часть железа головного мозга присутствует в форме Fe и связана с белком, были сделаны задолго до идентификации ферритина как основного железосодержащего белка в головном мозге.

Цель – определить роль соединений железа в нейродегенеративных нарушениях

Железо в форме гема входит в состав гемоглобина, играющего ключевую роль в переносе кислорода от легких к тканям, а также в состав некоторых ферментов, например пероксидазы. Негемовое железо существует в самых разных формах, включая частицы размером несколько нанометров. Железо выполняет многочисленные функции при нормальном метаболизме - от синтеза нейромедиаторов до миелинизации и участвует в аэробном метаболизме клетки; с его помощью образуется аденозинтрифосфат (АТФ). Особенность железа состоит в том, что in vivo оно существует как в ферроформе, так и ферриформе, и это свойство используется для захвата, транспорта и хранения данного элемента. Избыток иона Fe может оказывать токсическое действие, приводя к гибели нейронов в результате апоптоза. В частности, реакция ферро-иона с пероксидом водорода (H2O2) в соответствии с реакцией Фентона или с пероксинитратами катализирует окислительное повреждение клеток. В головном мозге человека до 40-летнего возраста происходит накопление негемового железа, затем его содержание продолжает возрастать лишь в отдельных участках.

Нейродегенеративные заболевания сопровождаются поражением части нейронов, находящихся, например, в участках с повышенным содержанием железа, и особенно в обогащенных железом областях, связанных с моторной функцией, а именно в допаминергических нейронах черной субстанции при болезни Паркинсона. Другим примером служат нейроны гиппокампа при болезни Альцгеймера. Причина столь избирательной чувствительности клеточных популяций до конца не установлена, однако высокий уровень содержания железа, возможно, способствует избыточному образованию активных соединений кислорода и вызываемому ими окислительному повреждению.

Еще далеко до полного понимания причин и механизмов накопления железа при нейродегенеративных заболеваниях; неизвестно, является присутствие в головном мозге магнетита, гемосидерина и вюстита биологической нормой или патологией. Обычно с возрастом содержание ферритина в головном мозге увеличивается, однако при болезнях Альцгеймера и Паркинсона этого не происходит. Невозможность синтеза дополнительного ферритина при выраженном локальном накоплении железа, наблюдающемся при этих заболеваниях, может приводить к избыточной загрузке существующих центров связывания, появлению альтернативных форм железа или к окислительному стрессу.

Характер регионального распределения железа при разных заболеваниях различен даже при близких генетических нарушениях, скажем, ацерулоплазминемии и пантотенаткиназа-ассоциированной нейродегенерации. Но и здесь выявляются общие закономерности в распределении железа на клеточном уровне. На избыток железа ткани реагируют, превращая свободное железо в ферритин: сначала происходит его захват клетками микроглии, а потом астроцитами, далее следует локальное расширение аксонов, т. Е. образование сфероидов. Предполагают, что затем железо накапливается в нейронах из-за повышения их проницаемости. Кристаллическая структура и валентность негемового железа также играют важную роль в объяснении происхождения и действия соединений железа.

При заболеваниях с избыточным накоплением железа, например гемохроматозе, в лизосомах и сидеросомах обнаруживают гемосидерин, который часто рассматривают как одну из форм запасания железа в головном мозге, хотя прямых доказательств отложений гемосидерина в тканях мозга пока очень мало. Недавно в одной из работ даже само присутствие гемосидерина в тканях мозга было поставлено под сомнение. Однако в различных исследованиях уже получены экспериментальные доказательства наличия гемосидерина в головном мозге, выявлены богатые гемосидерином лизосомы и сидеросомы в хвостатом ядре при прогрессирующем надъядерном параличе, гемосидерин также обнаружен в тканях гиппокампа при болезни Альцгеймера. Сочетание структурно и химически чувствительных методов может помочь в понимании функций столь сложного соединения.

Вывод

Довольно сложно определить различие между редкими формами отложения железа в головном мозге, например нейроферритинопатией и другими нарушениями, связанными с накоплением железа, скажем, болезнью Альцгеймера, для которой постепенно вырисовываются генетические факторы риска. Хотя накопление железа в головном мозге - лишь один элемент в широком спектре патологий, понимание причин концентрирования данного элемента может помочь в создании методов диагностики, определении стадии, а также лечении заболеваний.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Наноструктуры в биомедицине / под ред. К. Гонсалвес. К. Хальберштадт, К.Лоренсин, Л.Наир : пер. с англ – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017 – 519 с. : ил., [16] c. цв. вкл. – (Нанотехнологии)

2. Руденская Г.Е., Захарова Е.Ю., Поляков А.В. Наследственные болезни нервной системы с двигательными расстройствами: «новые» формы, редкие фенотипы, молекулярная диагностика. Болезнь Паркинсона и расстройства движений. Руководство для врачей по материалам II Национального конгресса. М 2011; 286—294.

3. Цветаева, Н.В. основы регуляции обмена железа / Н.В. цветаева, А.А. Левина, Ю.И. Мамукова // Клиническая онкогемато- логия. Фундаментальные исследования и клиническая практика. - 2010. - №3. - С. 278 - 283.