суббота, 17 января 2015 г.

Дефицит железа и развитие мозга

Самый распространенный дефицит микроэлементов, дефицит железа, чаще всего наблюдается у детей до 5 лет. Группой риска являются дети, вес которых ниже нормы, они могут нуждаться в дополнительных источниках железа. В группе риска также беременные женщины и девочки в период полового созревания. До 2 миллиардов людей на земле страдают от дефицита железа. Дефицит железа в раннем возрасте ведёт к замедлению скорости обработки информации, ослаблению памяти, снижению обучаемости и нарушению социального поведения. Симптомом дефицита железа может быть и замедление моторного развития. Среди нарушений, вызванных связанных с дефицитом железа, снижение концентрации внимания, интеллекта и сенсорных функций. Нарушения, вызванные дефицитом железа в раннем возрасте, могут носить необратимый характер. У взрослых дефицит железа выражается в чувстве усталости, снижению продуктивности работы, в том числе умственной. При устранении причины симптомы полностью проходят. При этом дополнительные источники железа в рационе могут повысить показатели памяти и внимания и у здоровых детей.
Железо необходимо для роста и дифференцировки клеток, в том числе, нервных клеток. Время от первого триместра внутриутробного развития до окончания второго года жизни – самое важное для развития мозга. В первый год жизни объём мозга удваивается, и к двум годам его размер составляет 80 – 90% от размера мозга взрослого человека. Гиппокамп – структура, расположенная в толще полушарий большого мозга развивается в первые 2-3 года жизни. Он участвует в процессах обучения, памяти и мышления. При недостатке железа в первые месяцы жизни развитие гиппокампа нарушается на уровне экспрессии генов, гистологии и морфологии. В этот период железо необходимо для роста дендритов, миелинизации, синаптогенеза, синтеза нейротрансмиттеров, как в нём, так и в других структурах нервной системы. Железо важно также для формирования эритроцитов, оно входит в состав гемоглобина и миоглобина, При дефиците железа в тканях может нарушаться экспрессия генов, задействованных в регуляции хроматина, работе и стабильности цитоскелета, ответе на окислительный стресс и нарушение укладки белков, в процессах транскрипции генов, репарации ДНК, синтезе нуклеотидов.
Только при очень тяжёлой анемии у матери плод испытывает недостаток железа, но при этом исчерпываются формирующиеся у него запасы железа и риск дефицита после рождения повышается. При рождении содержание железа в мозге максимально, в первые месяцы жизни этот запас расходуется, поскольку железа в молоке матери мало. К концу шестого месяца микрофлора кишечника становится способна извлекать железо из пищи и делать его биодоступным для хозяина, с этого времени включение в рацион ребёнка пищи, богатой железом, может быть полезным, особенно если есть риск дефицита этого микроэлемента. Одновременно, к шестимесячному возрасту, гематоэнцефалический барьер начинает обеспечивать мозг железом из крови. Рецепторы трансферрина на его эндотелии осуществляют этот процесс, захватывая из крови трансферрин, связанный с железом. У новорождённых же детей эндотелий сосудов не участвует в переносе железа к клеткам мозга.
Миелиновые оболочки нервов начинают формироваться до рождения и этот процесс завершается к трём годам. Недоразвитые миелиновые оболочки замедляют скорость работы нервной системы, что также сказывается на обучении. За формирование миелиновых оболочек отвечают олигодендроциты. Эти клетки также синтезируют трансферрин, участвующий в распределении железа. Влияние дефицита железа в пренатальном периоде на развитие миелиновых оболочек может быть необратимым.
Для нормального развития нервной системы нужна энергия. Половина энергии у новорожденного ребёнка идёт на эту цель, в частности, на поддержание градиентов Na+, K+ и Ca2+ для создания потенциала на мембранах, необходимого для работы синапсов и формирования сложных структур мозга. В синтезе энергетического носителя АТФ участвуют железосерные кластеры электрон-транспортной цепи митохондрий. Также митохондрии участвуют в регуляции содержания кальция в клетке, что важно для работы нейрона. Недостаток железа подавляет как метаболическую функцию митохондрий, так и другие их функции. Нарушения когнитивного развития могут быть связаны и с низкой работоспособностью митохондрий при дефиците железа.
Дефицит железа ведёт к изменению профиля экспрессии генов, который может сохраняться ещё длительное время после устранения причины возникновения. Длительное сохранение нарушений, вероятно, определяется эпигенетической регуляцией генов. Например, HIF1-α воздействует на профиль экспрессии генов, принципиальных для работы нервной системы – гомеостаза железа, работы митохондрий, транспорта глюкозы, специфических функций нервных клеток. Экспрессия HIF1α активируется при дефиците железа в гиппокампе, что препятствует его правильному развитию. BDNF участвует в формировании дендритов и регуляции пластичности синапсов. Он необходим для дифференцировки клеток гиппокампа, а также для его работы у взрослого человека. При дефиците железа в первые месяцы жизни его экспрессия понижается. Сигнальный путь  mTOR участвует в синтезе актина, дифференцировке, формировании дендритов, кроме того, он участвует в формировании глии. Он напрямую зависит от железа. В отсутствии железа сигнальный путь  mTOR инактивируется, возможно из-за недостатка энергии, окислительного стресса, подавления BDNF.
Железо входит в состав фермента, необходимого для синтеза дофамина. От этого также страдают социо-эмоциональное развитие и моторные функции, поскольку от дофамина зависит функционирование подкорковых структур, участвующих в регулировании этих процессов. Это ведёт к нарушениям сна, неуверенности и тревожности. Хотя в гиппокампе нет дофаминергических нейронов, рецепторы дофамина присутствуют на поверхности его клеток, отвечающих за память. Дофамин необходим этим клеткам при обучении. Кроме того, дофамин участвует в работе сигнального пути mTOR и подвижности митохондрий – процессов, которые и по другим механизмам затрагиваются при дефиците железа. Синтез тиреоидного гормона при дефиците железа подавляется, что тоже может стать причиной нарушения развития олигодендроцитов и миелинизации, и дезактивации сигналинга mTOR. Серотонин важен для организации взаимодействия в нервной системе. Переносчик серотонина SERT участвует в работе серотонинергических синапсов и наиболее активно он синтезируется в процессе развития. Дефицит железа приводит к снижению экспрессии SERT, которые, в свою очередь усугубляет снижение экспрессии BDNF.

Всё же, коррекция дефицита железа может, по крайней мере, в какой-то степени исправить его последствия, хотя не ясно, является ли эффект длительным или кратковременным. Поскольку чаще подвергаются дефициту железа дети из развивающихся стран и неблагополучных семей, нельзя забывать и о влиянии ряда других факторов на их развитие. Железо, в отличие от ряда других металлов, не выводится из организма, поэтому железосодержащие пищевые добавки могут привести к нежелательным эффектам у детей без дефицита железа: возможно нарушение роста, повышение риска инфекций, и, также, нарушение умственного развития. Наблюдения и клинические исследования необходимы для понимания того, какие способы устранения последствий таких нарушений были бы действительно полезны.

Комментариев нет:

Отправить комментарий