Марганец — незаменимый элемент, необходимый организму в незначительных количествах. Однако высокие уровни воздействия могут иметь нейротоксические эффекты, приводя к состоянию, называемому «манганизм», у взрослых, подвергающихся воздействию марганцевой пыли или паров на горнодобывающей, сварочной и других промышленных предприятиях.
Исследования детей и подростков связывают избыток марганца в рационе с дефицитом внимания, но мешающие факторы в этих исследованиях сделали невозможным выявление причинно-следственной связи. Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) является наиболее распространенным нейроповеденческим расстройством у детей, но его причина остается неясной и, вероятно, включает множество различных факторов.По словам старшего автора Дональда Смита, профессора экологической токсикологии Калифорнийского университета в Санта-Круз, новое исследование, опубликованное в журнале Environmental Health Perspectives, является первым исследованием, устанавливающим причинно-следственную связь между воздействием повышенного содержания марганца в рационе и дисфункцией внимания на животной модели. .«Существует множество экологических и биологических факторов, которые связаны с повышенным риском дефицита внимания у детей, поэтому очень сложно понять, какие факторы могут на самом деле способствовать или вызывать дефицит внимания», — сказал Смит. «Наше исследование проясняет эффекты одного агента окружающей среды, и оно позволило нам выявить специфическую природу дефицита, который он вызывает, что чрезвычайно сложно, если вообще возможно, сделать в исследованиях на людях».
Наиболее частым источником воздействия избыточного марганца является питьевая вода из колодцев, поскольку грунтовые воды в некоторых районах содержат естественно высокое содержание марганца. Детские смеси на основе сои также содержат гораздо более высокий уровень марганца, чем грудное молоко. Уровни воздействия, использованные в исследовании на крысах, были выбраны так, чтобы обеспечить увеличение потребления марганца (по сравнению с нормальным потреблением детенышей крыс), сопоставимое с относительным увеличением, которое будет наблюдаться у младенцев и маленьких детей, подвергающихся воздействию загрязненной питьевой воды, смесей на основе сои. , или оба.По словам Смита, нарушения, наблюдаемые у крыс, подвергшихся воздействию, были сопоставимы по величине с дисфункцией внимания, наблюдаемой у детей с СДВГ.
Предыдущее исследование лаборатории Смита показало, что воздействие марганца также вызывает дефицит мелкой моторики у крыс, и он отметил, что аналогичные нарушения координации и ловкости часто наблюдаются у детей с СДВГ.В новом исследовании новорожденные крысы подвергались воздействию 0, 25 или 50 миллиграммов марганца на килограмм массы тела в день либо в течение первых 21 дня после рождения, либо в течение всего исследования (около шести месяцев). Поведенческое тестирование на внимание и импульсивность началось, когда крысам было около 80 дней, и продолжалось шесть дней в неделю в течение трех месяцев с использованием общепринятого протокола. Животные были обучены фокусировать свое визуальное внимание на стене в испытательной камере с пятью портами и реагировать на короткую вспышку света внутри одного порта, совая нос в это отверстие.
Исследователи отвлекали внимание, подавая струю ароматного воздуха в другой порт в испытательной камере.«Животным очень трудно игнорировать отвлекающее средство на основе запаха, потому что у них очень сильное обоняние», — сказал Смит. «Благодаря тысячам ответных испытаний в течение нескольких месяцев тестирования мы смогли получить очень подробную информацию для оценки конкретных функций, которую мы можем сравнить с оценками, используемыми для детей».Нарушения, вызванные воздействием марганца, были наиболее выражены в области избирательного внимания, что оценивалось по точности реакции при наличии отвлекающего запаха.
Дефицит наблюдался и в других областях, связанных с вниманием, но воздействие марганца не влияло на контроль над импульсами.Результаты также показали, что восприимчивость к марганцу изменялась по мере роста и созревания животных.
Они были особенно чувствительны к нейротоксическим эффектам в ранний постнатальный период, до отлучения от груди. По словам Смита, зависимость токсичности от дозы, а также времени и продолжительности воздействия для такого вещества, как марганец, также имеет полезную биологическую функцию, усложняется.«Типичная кривая доза-реакция для биологически важных элементов имеет U-образную форму: слишком мало — плохо, слишком много — плохо, и вы хотите быть где-то посередине.
Это исследование показывает, что уязвимость также меняется в процессе развития нервной системы», он объяснил.В эксперименте крысы получали постоянную дозу, зависящую от их массы тела, но их чувствительность к ней изменялась с возрастом. При более низком уровне дозы (25 мг / кг / сут) у животных, подвергавшихся воздействию на протяжении всего исследования, фактически наблюдалось меньшее поражение, чем у животных, подвергавшихся воздействию только в ранний постнатальный период.
При более высоком уровне дозы уровень ухудшения от более длительного воздействия был таким же, как и последствия воздействия в раннем возрасте."Воздействие более низкой дозы в течение раннего периода жизни вызывало стойкий дефицит внимания, но если та же доза продолжалась и во взрослой жизни, это помогло уменьшить дефицит, вызванный более ранним воздействием. Однако при более высокой дозе они не смогли восстановиться, "Сказал Смит.
Он отметил, что такие сложные реакции на различия в дозах, времени и продолжительности воздействия могут лежать в основе несоответствий в опубликованных исследованиях взаимосвязи между уровнями марганца в крови у людей и нейроповеденческими нарушениями.«Трудно, если не невозможно, реконструировать истории облучения детей», — сказал Смит. «Если бы мы знали историю их воздействия более тщательно, мы, вероятно, обнаружили бы более сильную связь с нейроповеденческими нарушениями».