Молочные зубы показывают, как раннее воздействие металлов формирует мозг детей

Фото из открытых источников

Воздействие смеси токсичных и необходимых металлов на ранних стадиях развития в утробе матери и вскоре после рождения связано с последующими поведенческими проблемами и физическими изменениями в головном мозге. Исследователи использовали естественным образом выпавшие молочные зубы для отслеживания еженедельного воздействия металлов, выявив определенные временные промежутки, когда развивающийся мозг наиболее уязвим к этим элементам. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Психические расстройства, такие как депрессия, тревожность и расстройства внимания, поражают многих подростков во всем мире. Причины этих состояний связаны с генетическими факторами риска, но они также формируются под влиянием окружающей среды на ранних этапах развития. Медицинские специалисты предполагают, что контакт с нейроактивными металлами во время внутриутробного развития и в раннем младенчестве может повысить вероятность развития психических расстройств у ребенка в будущем.

Отследить точное воздействие химических веществ в прошлом сложно. Традиционные медицинские анализы, такие как анализы крови или мочи, дают лишь моментальный снимок текущего химического баланса человека. Они не предоставляют подробной истории о том, какое количество веществ плод или новорожденный усваивал еженедельно.

Исследовательскую группу возглавляла специалист по экологической медицине Эльза Рехтман из Медицинской школы Икана при больнице Маунт-Синай в Нью-Йорке. Рехтман и ее коллеги хотели точно понять, когда мозг наиболее подвержен воздействию и наиболее чувствителен к различным металлам. Выявление точных периодов уязвимости может помочь специалистам в области общественного здравоохранения разработать более эффективные стратегии профилактики.

Чтобы преодолеть ограничения стандартных медицинских тестов, команда обратилась к молочным зубам. Человеческие зубы начинают формироваться в утробе матери во втором триместре беременности. По мере роста они образуют микроскопические суточные слои, похожие на годичные кольца на стволе дерева.

Эти зубные слои задерживают следы химических веществ, циркулирующих в организме ребенка в тот самый момент. Изучая выпавшие молочные зубы, собранные в детстве, исследователи могут восстановить еженедельную хронологию воздействия химических веществ на ребенка до и после рождения.

В исследовании приняли участие 489 детей, проживающих в Мехико, которые были частью продолжающегося лонгитюдного когортного исследования новорожденных. Исследовательская группа собрала у участников естественным образом выпавшие молочные зубы. Каждый зуб был проанализирован с помощью специализированных лазеров и масс-спектрометрии — лабораторных методов, используемых для измерения мельчайших количеств элементов, содержащихся в твердом образце.

Исследовательская группа изучила границу между внутренним дентином и внешней эмалью зубов. Для определения временных рамок они использовали определенную метку роста, которая формируется при рождении. Этот биологический метод отсчета времени позволил им еженедельно измерять уровни девяти различных металлов.

В ходе анализа были исследованы следующие металлы: марганец, цинк, свинец, магний, литий, медь, стронций, барий и олово. Анализ проводился в период с двадцати недель до рождения до примерно сорока недель после рождения.

Когда детям исполнялось от восьми до двенадцати лет, их родители заполняли стандартизированные поведенческие анкеты. В анкетах измерялись внутренние проблемы, такие как тревожность, внешние поведенческие проявления, такие как гиперактивность, и общий индекс поведенческих симптомов.

Для небольшой группы из 215 детей исследователи провели сканирование мозга с помощью магнитно-резонансной томографии. Они изучили три основных показателя общего состояния здоровья мозга, которые обычно достигают пика в позднем детстве.

Первым показателем был общий объем мозга. Вторым — глобальная эффективность сети, показатель того, насколько хорошо различные области мозга взаимодействуют и обмениваются информацией, функционируя как единая сеть. Третьим показателем была фракционная анизотропия, которая проверяет структурную целостность волокон белого вещества, соединяющих различные области мозга.

Исследовательская группа использовала статистические модели, чтобы выяснить, коррелирует ли более высокое воздействие металлов в определенные недели раннего детства с последующими изменениями в поведении или работе мозга. Они ограничили свои модели, чтобы выявить негативные последствия, связанные со смесями металлов. Модели учитывали возраст и пол детей.

Анализ поведения детей выявил два чувствительных постнатальных периода, когда воздействие смеси металлов было связано с более высоким общим баллом по шкале поведенческих проблем. Первый период приходился на промежуток между четырьмя и восемью неделями после рождения. Второй период приходился на промежуток между 32 и 42 неделями после рождения.

Эти поведенческие ассоциации в значительной степени были обусловлены воздействием марганца в более ранний период. В более поздний период основными факторами стали марганец, магний и олово. Когда исследователи отдельно протестировали интернализирующее и экстернализирующее поведение, результаты не оказались статистически значимыми, что вызвало вопросы о том, не могут ли неучтенные гендерные различия маскировать наблюдаемую закономерность.

Результаты магнитно-резонансной томографии также указали на конкретные уязвимые временные рамки. Снижение общего объема мозга было связано с воздействием металлов в период с 15-й по 43-ю неделю после рождения. В основном эти физиологические изменения были вызваны цинком, оловом и марганцем.

Снижение функциональной коммуникации между нейронными сетями головного мозга было связано с наличием смесей металлов в период от 19 до 8 недель до рождения, а также в период от 17 до 43 недель после рождения. Снижение целостности белого вещества было связано с металлами, абсорбированными во второй половине беременности и сохраняющимися до 43 недель после рождения.

Во всех этих исследованиях период от шести до девяти месяцев после рождения неизменно оказывался наиболее чувствительным. В этот период младенчества дети переживают экстремальные биологические и экологические изменения. Часто они переходят от исключительно молочной диеты к твердой пище, что изменяет способ усвоения питательных веществ и клеточных токсинов в кишечнике.

Младенцы этого возраста также начинают ползать, что приводит к более тесному контакту с пылью и микроэлементами на полу. В то же время их мозг быстро развивается и проходит процесс удаления ненужных нейронных связей. В этот период также созревает гематоэнцефалический барьер, а это значит, что некоторые нейротоксичные вещества могут проникать в центральную нервную систему легче, чем у детей старшего возраста.

Исследователи отметили, что марганец играл постоянную роль почти во всех негативных ассоциациях, связанных с мозгом и поведением. Хотя марганец является необходимым питательным веществом для биологических функций, высокие дозы, получаемые из промышленных выбросов, загрязненной воды или пищевых продуктов, могут оказывать воздействие на нервную систему. Аналогичные профили воздействия наблюдались для цинка и магния, которые необходимы для здоровья человека, но могут вызывать клеточные нарушения, если их уровень выходит из равновесия.

Данное исследование носит наблюдательный характер, то есть оно может лишь показать взаимосвязи, а не доказать, что металлы непосредственно нарушили работу мозга. Размер выборки в группе, прошедшей нейровизуализацию, был недостаточен для того, чтобы напрямую сопоставить изменения анатомии мозга с поведенческими показателями у одних и тех же детей.

Использованные статистические методы позволили описать различное время воздействия смеси, но не дали возможности проверить, усиливают ли определенные металлы негативные эффекты других. Кроме того, участники исследования были в основном из малообеспеченных районов Мехико. Полученные оценки могут быть неприменимы к сообществам с различными социально-экономическими ресурсами или различным исходным уровнем воздействия химических веществ.

Для дальнейших исследований необходимы более крупные выборки участников, чтобы выявить различия в том, как эти металлы могут по-разному влиять на биологию мужчин и женщин. Цель исследовательской группы — более детально изучить эти периоды развития, чтобы медицинские работники могли применять защитные меры в наиболее чувствительные периоды роста человека.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний