Цинк, мозг, поведение

Обложка
  • Авторы: Якимовский А.Ф.1,2
  • Учреждения:
    1. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
    2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физиологии имени И.П. Павлова Российской академии наук»
  • Выпуск: Том 19, № 1 (2021)
  • Страницы: 23-35
  • Раздел: Научные обзоры
  • URL: https://journal-vniispk.ru/RCF/article/view/70600
  • DOI: https://doi.org/10.17816/RCF19123-35
  • ID: 70600

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью обзора было проанализировать современные представления о роли эссенциального биоэлемента цинка в деятельности головного мозга и, следовательно, в поведении. В начале обзора приводятся основные сведения об обмене цинка в организме. Далее описаны факты о вовлечении цинка в патогенез ряда неврологических заболеваний и когнитивную сферу человека. Излагаются итоги собственных исследований влияния системной нагрузки цинком и его внутримозговых микроинъекций на нормальное и патологическое двигательное поведение крыс. В частности, показано, что цинк, в зависимости от его дозы и режима поступления в организм, может ослаблять и предупреждать развитие пикротоксинового неостриарного гиперкинеза у крыс (аналога хореи Гентингтона у человека), но может и усугублять его проявления и даже самостоятельно вызывать у крыс двигательную стеротипию. На основе собственных исследований и литературных данных сделано предположение о различной чувствительности мембранно-клеточных структур нейрона к определенной концентрации цинка, от чего в итоге зависит реализация конкретной формы поведения.

Об авторах

Андрей Федорович Якимовский

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физиологии имени И.П. Павлова Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: jakim2010@gmail.com
SPIN-код: 7151-8991

д-р мед. наук, профессор

Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6/8; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Andrusishina IN, Golub IA, Lampeka EG, et al. Metabolic mineral disorders in patients with Wilson–Konovalov disease. Trace elements in medicine. 2011;12(1–2):47–50. (In Russ.)
  2. Babaniyazova ZKh, Babaniyazov KhKh, Radionov IA, et al. Acizol as a remedy against zinc deficiency. Trace elements in medicine. 2010;11(1):25–30. (In Russ.)
  3. Kotenko KV, Belyaev IK, Buzulukov YuP, et al. Experimental study of zinc oxide-labelled nanoparticles biokinetics in rats after single oral administration. Medical Radiology and Radiation Safety 2011;56(2):5–10. (In Russ.)
  4. Lebedeva SA, Babanijazova ZH, Babanijazov HH, Radionov IA. Novye podhody farmakologicheskoj korrekcii gipoksicheskih sostojanij. Vestnik OGU. 2011;(15):78–81. (In Russ.)
  5. Matyuk YV, Bogdanov RR, Bogdanov AR. Identification of dietary intake of trace elements at the early stage Parkinsons disease. Trace Elements in Medicine. 2018;19(3):18–23. (In Russ.) doi: 10.19112/2413-6174-2018-19-3-18-32
  6. Oberleas D, Skalny AV, Skalnaya MG, et al. Pathophysiology of microelementoses. Post 2. Zinc. Pathogenesis. 2015;13(4):9–17. (In Russ.)
  7. Podzolkov VI, Pokrovskaya AE. Difficulties of diagnostics and treatment Wilson-Konovalov disease. Clinical Medicine. 2017;95(5): 465–470. (In Russ.) doi: 10.18821/0023-2149-2017-95-5-465-470
  8. Salnikova EV. Human needs for zinc and its sources (Review). Trace Elements in Medicine. 2016;17(4):11–15. (In Russ.) doi: 10.19112/2413-6174-2016-17-4-11-15
  9. Skalny AV, Fesyun AD, Ivashkiv II, et al. Influence of zinc preparation «Acizol» on body elemental status and functional reserves under conditions of increased psycho-emotional and physical stress. Voprosy Biologicheskoj, Medicinskoj i Farmacevticheskoj Himii. 2011;9(6):47–55. (In Russ.)
  10. Fesenko AG. Mikrojelementarnaja korrekcija funkcional’nogo sostojanija organizma professional’nyh regbistok v sorevnovatel’nyj period. Vestnik OGU. 2011;(15):144–149. (In Russ.)
  11. Khaliullina SV. Clinical significance of zinc deficiency in the child (literature review). The Bulletin of Contemporary Clinical Medicine. 2013;6(3):72–78. (In Russ.) doi: 10.20969/VSKM.2013.6(3).72-78.
  12. Shantyr’ II, Yakovleva MV, Vlasenko MA. Zinc deficiency condition among the inhabitants of Saint Petersburg. Preventive and Clinical Medicine. 2015;57(4):12–16. (In Russ.)
  13. Shapovalova KB. Neostriatum I regulatsija proizvolnogo dvizhenija. Saint Petersburg: Nauka; 2015. 153 p. (In Russ.)
  14. Yakimovskii AF. Vlijanie hlorida cinka, vvedjonnogo v neostriatum, na dvigatel’noe povedenie krys. Zhurnal vysshej nervnoj dejatel’nosti. 2011;61(2):212–218. (In Russ.)
  15. Yakimovskii AF. The ability of zinc to recover conditioned avoidance reflex, disturbed by intrastriatal injection of picrotoxin in rats. Trace Elements in Medicine. 2014;15(3):27–32. (In Russ.)
  16. Yakimovskii AF. Neurobiology of zinc. Advance in Current Biology. 2019;139(3):267–279. (In Russ.) doi: 10.1134/S0042132419030104
  17. Yakimovskii AF. Influence of zinc treatment on normal and pathological motor behavior of rat. Trace Elements in Medicine. 2020;21(2): 34–40. (In Russ.) doi: 10.19112/2413-6174-2020-21-2-34-40
  18. Yakimovskii AF, Varshavskaya VM. Ethiopatogenesis of Huntington’s disease: results and perspectives of experimental modeling. Medical Academic Journal. 2006;6(2):28–40. (In Russ.)
  19. Yakimovskii AF, Zanin KV. The influence of zinc donator acyzol into rat’s locomotor behavior. Medical Academic Journal. 2018;18(1):89–93. (In Russ.)
  20. Yakimovskii AF, Kryzhanovskaya SYu. The effect of intrastriatal zinc acetate injections on normal and pathological locomotor behavior in rats. Medical Academic Journal. 2015;15(2)50–54. (In Russ.)
  21. Yakimovskii AF, Kryzhanovskaya SYu. Zinc chloride and zinc acetate injected into the neostriatum produce opposite effect on locomotor behavior of rats. Bulletin of Experimental and Biologic Medicine. 2015;160(8):252–254. (In Russ.)
  22. Yakimovskii AF, Stepanov II. Vlijanie hlorida cinka na pikrotoksinovyj giperkinez zavisit ot ego koncentracii v rastvore, in’eciruemom v neostriatum krys. Bulletin of Experimental and Biologic Medicine. 2010;150(12):604–606. (In Russ.)
  23. Yakimovskii AF, Shantyr’ II, Vlasenko MA, Yakovleva MV. Vlijanie acizola na soderzhanie cinka v plazme krovi i golovnom mozge krys. Bjulleten’ jeksperimental’noj biologii i mediciny. Bulletin of Experimental and Biologic Medicine. 2016;162(9):268–270. (In Russ.)
  24. Yakimovskii AF, Shantyr’ II, Vlasenko MA, et al. The influence of acizol to bioelements content in rat’s blood plasma, parenchimal organs and brain. Biomedical Chemistry. 2018;64(2):183–187. (In Russ.) doi: 10.18097/PBMC20186402183
  25. Amani R, Saeidi S, Nazari Z, Nematpour S. Correlation between dietary zinc intakes and its serum levels with depression scales in young female students. Biol. Trace Elem. Res. 2010;137(2):150–158. doi: 10.1007/s12011-009-8572-x
  26. Bitanihirwe BK, Cunningham MG. Zinc: the brains dark horse. Synapse. 2009;63(11): 1029–1049. doi: 10.1002/syn.20683
  27. Brewer GJ, Kanzer SH, Zimmerman EA, et al. Subclinical zinc deficiency in Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Am J Alzheimers Dis Other Demen. 2010;25(7):572–575. doi: 10.1177/1533317510382283
  28. Cole TB, Wenzel HJ, Kafer KE, et al. Elimination of zinc from synaptic vesicles in the intact mouse brain by disruption of the ZnT3 gene. PNAS USA. 1999;96(4):1716–1721. doi: 10.1073/pnas.96.4.1716
  29. Dorofeeva NA, Tikhonov DB, Barygin OI, et al. Action of extracellular divalent cations on native alpha-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate (AMPA) receptors. J Neurochem. 2005;95(6):1704–1712. doi: 10.1111/j.1471-4159.2005.03533.x
  30. Fantin M, Marti M, Auberson YP, Morari M. NR2A and NR2B subunit containing NMDA receptors differentially regulate striatal output pathways. J Neurochem. 2007;103(6);2200–2211. doi: 10.1111/j.1471-4159.2007.04966.x
  31. Frederickson CJ, Koh JY, Bush AI. The neurobiology of zinc in health and disease. Nat Rev Neurosci. 2005;6(6):449–462. doi: 10.1038/nrn1671
  32. Genoud S, Roberts BR, Gunn AP, et al. Subcellular compartmentalization of copper, iron, manganese, and zinс in the Parkinson’s disease brain. Metallomics. 2017;9(10):1447–1455. doi: 10.1039/C7MT00244K
  33. Graybiel AM. The basal ganglia. Curr biol. 2000;10(14): R509–R511. doi: 10.1016/S0960-9822(00)00593-5
  34. Irmish G, Schlaefke D, Richter J. Zinc and fatty acids in depression. Neuroche Res. 2010;35(9):1376–1383. doi: 10.1007/s11064-010-0194-3
  35. Kambe T, Tsuji T, Hashimoto A, Itsumura N. The physiological, biochemical and molecular roles of zinc transporters in zinc homeostasis and metabolism. Physiol. Rev. 2015;95(3):749–784. doi: 10.1152/physrev.00035.2014
  36. King JC, Brown KH, Gibson RS, et al. Biomarkers of nutrition for development (BOND) – zinc review. J Nutr. 2016;146(4):858S-885S. doi: 10.3945/jn.115.220079
  37. Lonnerdal B. Dietary factors influencing zinc absorption. J Nutr. 2000;130(5):1378S-1383S. doi: 10.1093/jn/130.5.1378S
  38. Mabrouk OS, Mela F, Calcagno M, et al. GluN2A and GluN2B NMDA receptor subunits differentially modulate striatal output pathways and contribute to levodopa-induced abnormal involuntary movements in dyskinetic rats. ACS Chem Neurosci. 2013;4(5): 808–816. doi: 10.1021/cn4000016d
  39. Marcellini M, Di Ciommo V, Callea F, et al. Treatment of Wilson’s disease with zinc from the time of diagnosis in pediatric patients: a single-hospital, 10-year follow-up study. J Lab Clin Med. 2005;145(3):139–143. doi: 10.1016/j.lab.2005.01.007
  40. Maret W. Zinc biochemistry: from a single zinc enzyme to a key element of life. Adv. Nutr. 2013;4(1):82–91. doi: 10.3945/an.112.003038
  41. Mlyniec K, Nowak G. Zinc deficiency induces behavioral alterations in the tail suspension test in mice. Effect of antidepressants. Pharmacol Rep. 2012;64(2):249–255. doi: 10.1016/s1734-1140(12)70762-4
  42. Modabbernia A, Arora M, Reichenberg A. Environmental exposure to metals, neurodevelopment, and psychosis. Curr Opin Pediatr. 2016;28(2):243–249. doi: 10.1097/MOP.0000000000000332
  43. Nations SP, Boyer PJ, Love LA, et al. Denture cream: An unusual source of excess zinc, leading to hypocupremia and neurologic disease. Neurology. 2008;71(9):639–643. doi: 10.1212/01.wnl.0000312375.79881.94
  44. Prasad A.S. Zinc in humans: health disorders and therapeutic effects. Trace Elements in Medicine. 2014;15(1):3–12
  45. Rivas-Garcia TE, Marcelo-Pons, Martinez-Arnau F, et al. Blood zinc levels and cognitive and functional evaluation in non-demented older patients. Experim Gerontol. 2018;108(15):28–34. doi: 10.1016/j.exger.2018.03.003
  46. Rulon LL, Robertson JD, Lovell MA, et al. Serum zinc levels and Alzheimer’s disease. Biol Trace Elem Res. 2000;75(1–3):79–85. doi: 10.1385/BTER:75:1-3:79
  47. Sternlieb I. Wilsons disease. Clinics in liver disease. 2000;4(1):229–239. doi: 10.1016/S1089-3261(05)70105-7
  48. Szewczyk B. Zinc homeostasis and neurodegenerative disorders. Front Aging Neurosci. 2013;5:33. doi: 10.3389/fnagi.2013.00033
  49. Takeda A, Tamano H. Cognitive decline due to excess synaptic Zn signaling in the hippocampus. Front Aging Neurosci. 2014;6:26. doi: 10.3389/fnagi.2014.00026
  50. Tepper J, Lee C. GABA-ergic control of substantia nigra dopaminergic neuron. Prog Brain Res. 2007;160:189–208. doi: 10.1016/S0079-6123(06)60011-3
  51. Vastagh C, Gardoni F, Bagetta V, et al. N-Methyl-D-aspartate (NMDA) receptor composition modulates dendritic spine morphology in striatal medium spiny neurons. J Biol Chemistry. 2012;287(22):18103–18114. doi: 10.1074/jbc.M112.347427
  52. Warthon-Medina M, Moran VH, Stammers A-L, et al. Zinc intake, status and indices of cognitive function in adults and children: a systematic review and meta-analysis. Eur J Clin Nutr.2015;69(4): 649–661. doi: 10.1038/ejcn.2015.60
  53. Yelnik J. Functional anatomy of the basal ganglia. Mov Disord. 2002;17(Suppl 3):S15–S21. doi: 10.1002/mds.10138

© Якимовский А.Ф., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».