ELEMENTAL STATUS AND SEX DIFFERENCES IN CEREBRAL METABOLISM: AN EXPLORATORY STUDY

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Метаболическая активность нервных тканей головного мозга обусловливается множеством составляющих индивидуальной организации гомеостаза организма. В качестве ключевых факторов церебрального метаболизма традиционно выделяются элементный статус [1] и пол [2].

Химические элементы, входящие в состав организма, в зависимости от своего количества и соотношения оказывают специфическое влияние на функционирование органов и систем, процессы адаптации, регулируют рост и развитие организма. Одним из органов, наиболее чувствительных к изменению химических веществ, является головной мозг.

Мозг, в силу высокого уровня метаболизма, требует стабильного поступления макро- и микроэлементов, при этом, их концентрация обусловливает индивидуальные проявления церебрального метаболизма. Основные исследования в этом направлении распространяются на ограниченный ряд биологически значимых макро- и микроэлементов. Так, повышение уровня ионов кальция внутри клнеетки способствует образованию реактивных форм кислорода митохондриями и высвобождению цитокинов. Ионы магния, наоборот, блокируют поры проницаемости митохондрий и высвобождение цитохрома С, а также участвуют в формировании нейронной сети. Высокий уровень ионов магния повышает уровень BDNF – нейротрофического фактора мозга, участвующего в созревании, росте и функционировании нейронов и синапсов [3]. Оказывая нейропротекторное действие, магний гармонизирует передачу нервных импульсов и сохраняет целостность гематоэнцефалического барьера [4, 5]. Кроме того, магний вызывает зависимую от концентрации вазодилатацию сосудов, а недостаток магния приводит к их сужению, ограничивая поступление кислорода и питательных веществ в головной мозг [6]. Ионы натрия непосредственно участвуют в поддержании электролитного баланса, что имеет решающее значение для передачи нервных импульсов в нервной системе в целом и в головном мозге – в частности. Вольтаж-зависимые натриевые каналы играют важную роль в модуляции нейронной возбудимости и передаче сигналов [7]. Вместе с калием ионы натрия обеспечивают формирование мембранного потенциала, благодаря наличию которого осуществляется передача электрохимических импульсов, участвуют в поддержании осмотического давления. Ионы натрия также регулируют артериальное давление, обеспечивая поступление в головной мозг достаточного количества оксигенированной крови. Дефицит натрия вызывает снижение когнитивных функций [8].

Кальций в головном мозге участвует в синтезе и высвобождении нейромедиаторов, обеспечении нейрональной возбудимости, фосфорилировании [9]. Относительно низкое содержание кальция наряду с повышенным уровнем железа, меди, фосфора и серебра обнаружено в головном мозге лиц, покончивших жизнь самоубийством [10].

Железо в головном мозге играет решающую роль в поддержании высокого уровня метаболического и энергетического обмена нейронов, в процессах нейрогенеза, миелинизации аксонов, развитии синапсов, синтезе нейротрансмиттеров. Наиболее высокие концентрации железа в головном мозге обнаружены в базальных ганглиях.  Как дефицит, так и избыток железа в головном мозге связаны с ухудшением окислительного метаболизма нейронов. При дефиците железа нарушаются двигательные функции, когнитивные способности, социальное поведение. Избыток ионов железа в головном мозге связывают с процессами старения, нейродегенеративными заболеваниями, психосоциальными расстройствами [11, 12].

Селен входит в состав ряда ГАМК-ергических нейронов коры головного мозга и гиппокампа, участвует в дофаминергической функции, в составе селенопротеина М обладает антиоксидантной активностью. Цинк как компонент более чем 300 различных ферментов, в головном мозге, путем изменения проницаемости каналов и активности рецепторов, является медиатором межклеточной сигнализации и нейрональной возбудимости [13]. Имеются данные об участии цинка в регуляции метаболизма нейромедиаторов в гиппокампе, что определяет его потенциальное влияние на психическое здоровье и тревожное поведение (в случае дефицита) [14]. Дефицит цинка вызывает снижение процессов нейрогенеза, уровня BDNF, содержания белков, обеспечивающих синаптическую пластичность, избыток цинка – нейротоксичность и нейродегенерацию [12].

Медь – микроэлемент, принимающий участие в метаболизме железа, активации нейропептидов, синтезе нейротрансмиттеров. Ионы меди участвуют в процессах гомеостаза нейрогормонов, в развитии мозга, в составе металлотионеина регулирует биодоступность и абсорбцию цинка. В качестве кофактора дофаминмонооксигеназы, превращающей дофамин в норадреналин, а также как кофактор ряда аминооксидаз, ответственных за окисление дофамина, норадреналина и серотонина, медь влияет на настроение. Кроме того, ионы меди участвуют в миелинизации нервов и действии эндорфинов. Интоксикация медью вызывает серотонинергическую модификацию в дорсальном ядре шва, проявляющуюся в повышении уровня серотонина, что вызывает формирование тревожных расстройств [12]. Избыток меди, железа и цинка вызывают развитие митохондриальной дисфункции, нарушение энергетического метаболизма и гомеостаза кальция в нейронах [15].

Пол, как сложный фенотипический признак, который проявляется в совокупности морфологических и физиологических особенностей, неизбежно обусловливает церебральный метаболизм. Энергетический обмен в мозге отражает энергозатратные процессы в нейропиле, связанные с плотностью и активностью синапсов. Работа синапса требует много энергии, и энергозатраты на синаптическую передачу информации влияют на общий энергетический метаболизм мозга. Известно, что у мужчин плотность синапсов в височной коре выше, чем у женщин. Одним из следствий этих различий может быть разная скорость метаболизма и кровотока в коре головного мозга у мужчин и женщин [16]. При этом, результаты как экспериментальных исследований, так и клинических наблюдений, полученных различными авторами, зачастую не соотносятся между собой по многим принципиальным моментам. В исследовании О.В. Филатовой и А.А. Сидоренко выявлена половая специфика гемодинамических характеристик мозговых артерий, питающих ткани головного мозга. Установлено, что диаметр внутренних сонных артерий, индекс сосудистого сопротивления, объемная скорость кровотока у мужчин выше, чем у женщин.  Аналогичные различия определены и для средней мозговой артерии, которая питает ткани лобной и височной долей головного мозга [17]. В отдельных работах показано, что скорость мозгового кровотока у женщин выше, чем у мужчин. Уровень гемоглобина обратно коррелирует с мозговым кровотоком, у женщин он ниже, а у мужчин снижается с возрастом [18]. В то же время, получены данные о более высоком содержании общего гемоглобина у мужчин в височных отделах, а у женщин – в лобных отделах коры головного мозга [19]. Широко известно о гендерных различиях в межполушарной асимметрии головного мозга. У женщин выраженность как кортикальной асимметрии, так и межполушарной латерализации коры головного мозга ниже, чем у мужчин [20, 21].

Представленные данные, характеризующие роль элементного статуса и пола в индивидуализации церебрального гомеостаза, тем не менее, не раскрывают системных связей организации метаболической активности нервных тканей различных областей головного мозга с содержанием биологически значимых химических элементов отдельно в организме мужчин и в организме женщин. Получение такого рода знания обеспечивает перспективу модулирования желательных нейрофизиологических состояний центральной нервной системы, посредством коррекции содержания химических элементов в организме человека с учетом его половой принадлежности.

Для выявления возможных эффектов влияния элементного статуса на церебральный метаболизм человека, существуют две неинвазивные методики функциональной нейровизуализации. Первая обеспечивает оценку биоэлектрической активности головного мозга – электроэнцефалография (ЭЭГ), вторая основана на дифференциальном измерении обратно рассеянного света, который чувствителен к оксигемоглобину (HbO) и дезоксигемоглобину (HbR) – функциональная спектроскопия в ближней инфракрасной области (fNIRS). ЭЭГ обладает высоким временным разрешением, а fNIRS – высоким пространственным разрешением [22]. Учитывая необходимость оценки локализации и уровня церебральной метаболической активности головного мозга в состоянии покоя, наиболее целесообразным для решения этой задачи является использование fNIRS, что ранее было подтверждено результатами собственного исследования [23].

ЦЕЛЬ

Выявить связи содержания биологически значимых химических элементов в организме мужчин и женщин с выраженностью стандартных показателей fNIRS.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для исследования были отобраны студенты государственных вузов, коренные жители трех регионов европейской части России: Архангельской (16 мужчин 20,1 (SD 1,82) лет и 17 женщин 18,8 (SD 1,48) лет, Волгоградской (16 мужчин 20,4 (SD 2,44) лет и 17 женщин 19,8 (SD 1,56) лет) областей и Республики Крым (17 мужчин 19,3 (SD 1,26) лет и 17 женщин 19,9 (SD 2,59) лет), всего 49 мужчин и 51 женщина. Участники исследования характеризовались: отсутствием психических расстройств, соматических, неврологических и инфекционных заболеваний; отсутствием в онтогенезе случаев чрезвычайных воздействий химической или физической природы; отсутствием психологических и социальных проблем; наличием полной, социально благополучной родительской семьи.

Элементный статус испытуемых оценивался по содержанию в пробах волос биологически значимых микро- и макроэлементов (Al, As, B, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, I, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, V, Zn). Химический анализ биологического материала выполнялся стандартными методами атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивносвязанной плазмой в АНО «Центр биотической медицины» (Москва).

Для оценки активности мозговой деятельности применяли прибор Cortivision Poton Cap C20 (Cortivision, Польша). Прибор сертифицирован и соответствует требованиям технического регламента Евразийского экономического союза (ЕАЭС N RU Д-PL.РА03.В.20841/21 от 03.12.2021 г., срок действия — до 02.12.2026 г.). Cortivision Poton Cap C20 укомплектован 20 оптодами (10 источников и 10 детекторов) с частотой дискретизации 7,8125 Гц. Оптоды неинвазивно фиксируются на голове обследуемого путём применения эластичной шапочки «Easycap». Схема распределения оптодов была отработана в ранее выполненном собственном исследовании [19]. При этом 8 пар оптодов размещались по международной системе 10–20 в лобных, теменных, височных и затылочных регионах в левом и правом  полушариях (F3 и F4; P3 и P4; T7 и T8; O1 и O2 соответственно); ещё 2 пары оптодов были размещены для исследования префронтальной области коры (AF3 и AF4) (таблица).

Таблица. Схема отведения оптодов функциональной ближней инфракрасной спектроскопии

Table 1. Schematic of Functional Near Infrared Spectroscopy Optode Leads

Номер канала Channel number	Тип датчика Sensor type	Соответствие датчика отведениям ЭЭГ Correspondence of the sensor to the EEG leads	Место съёма Place of removal
1	Источник Source	F4	Правая кора лобного полюса Right frontal cortex (FP – R)
	Детектор Detector	F6
2	Источник Source	F3	Левая кора лобного полюса Left frontal cortex (FP – L)
	Детектор Detector	F5
3	Источник Source	AF4	Правая лобная доля Right frontal lobe (FL – R)
	Детектор Detector	AFp2
4	Источник Source	AF3	Левая лобная доля Left frontal lobe (FL – L)
	Детектор Detector	AFp1
5	Источник Source	FTT8h	Правая височная доля Right temporal lobe (TL – R)
	Детектор Detector	T8
6	Источник Source	FTT7h	Левая височная доля Left temporal lobe (TL – L)
	Детектор Detector	T7
7	Источник Source	P3	Левая теменная доля Left parietal lobe (PL – L)
	Детектор Detector	CPP5h
8	Источник Source	P4	Правая теменная доля Right parietal lobe (PL – R)
	Детектор Detector	CPP6h
9	Источник Source	O1	Левая затылочная доля Left occipital lobe (OL – L)
	Детектор Detector	OL1h
10	Источник Source	O2	Правая затылочная доля Right occipital lobe (OL – R)
	Детектор Detector	OL2h

Исследование fNIRS выполнялось в течение 30 секунд, испытуемые находились в положении сидя в удобной для себя позе с открытыми глазами.

Для последующего анализа данных учитывали среднеарифметические значения показателей концентрации оксигенированного (HbO) и деозксигенированного (HbR) гемоглобина (ммоль/л).

На этапе статистического анализа данных производился расчет коэффициентов корреляции r-Пирсона между показателями fNIRS и концентрацией биологически значимых химических элементов отдельно в пробах волос мужчин и в пробах волос женщин. Полученные корреляционные матрицы служили основой для выполнения иерархического кластерного анализа, в результате которого были построены дендрограммы, группирующие различные макро- и микроэлементы, а также локализации отведения оптодов fNIRS на основании сходства их корреляционных паттернов. Кластеризация анализируемых показателей и построение дендрограмм выполнялись в среде разработки Spyder с использованием пакетов Pandas и Seaborn, выделение кластеров осуществлялось с применением метода самого дальнего соседа. Статистически значимыми считались корреляции при p < 0.05, значения p в диапазоне от 0.05 до 0.10 учитывались как тенденция к статистической значимости.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведенный кластерный анализ корреляционных связей между содержанием некоторых биологически активных элементов в пробах волос и концентрацией основных фракций гемоглобина (HbO и HbR) в различных отделах головного мозга, позволил выделить группировки показателей, которые характеризуются сходными паттернами зависимостей. Кластеризация выполнялась с учетом деления по полу, группировке подвергались как химические элементы, так и показатели fNIRS (отдельно HbO и HbR), зарегистрированные в основных долях головного мозга (лобной, височной, теменной и затылочной) в правом и левом полушарии (рисунки 1-4).

Рис. 1. Результаты иерархического кластерного анализа, основанного на корреляционных связях биологически значимых химических элементов в пробах волос с фоновыми показателями концентраций оксигенированного гемоглобина (HbO), зарегистрированных с помощью методики fNIRS у мужчин. Обозначения областей головного мозга: FP – кора лобного полюса (frontal pole), FL – лобная доля (frontal lobe), TL – височная доля (temporal lobe), PL – теменная доля (parietal lobe), OL – затылочная доля (occipital lobe), R/L – правое/левое полушарие

Примечание. Тепловая карта демонстрирует силу и направленность корреляций, в ячейках указаны уровни значимости корреляционных связей. Дендрограмма группирует химические элементы и отведения fNIRS на основании сходства их корреляционных паттернов.

Fig. 1. Results of a hierarchical cluster analysis based on correlations between biologically significant chemical elements in hair samples and background levels of oxygenated hemoglobin (HbO) concentrations recorded using fNIRS in men. Brain regions: FP – frontal cortex, FL – frontal lobe, TL – temporal lobe, PL – parietal lobe, OL – occipital lobe, R/L – right/left hemisphere

Note. The heat map demonstrates the strength and direction of correlations, with cells indicating the significance levels of correlations. The dendrogram groups chemical elements and fNIRS leads based on the similarity of their correlation patterns

Рис. 2. Результаты иерархического кластерного анализа, основанного на корреляционных связях биологически значимых химических элементов в пробах волос с фоновыми показателями концентраций восстановленного гемоглобина (HbR), зарегистрированных с помощью методики fNIRS у мужчин. Обозначения областей головного мозга: FP – кора лобного полюса (frontal pole), FL – лобная доля (frontal lobe), TL – височная доля (temporal lobe), PL – теменная доля (parietal lobe), OL – затылочная доля (occipital lobe), R/L – правое/левое полушарие

Примечание. Тепловая карта демонстрирует силу и направленность корреляций, в ячейках указаны уровни значимости корреляционных связей. Дендрограмма группирует химические элементы и отведения fNIRS на основании сходства их корреляционных паттернов.

Fig. 2. Results of hierarchical cluster analysis based on correlations between biologically significant chemical elements in hair samples and background levels of reduced hemoglobin (HbR) concentrations recorded using fNIRS in men. Brain regions: FP – frontal cortex, FL – frontal lobe, TL – temporal lobe, PL – parietal lobe, OL – occipital lobe, R/L – right/left hemisphere

Note. The heat map demonstrates the strength and direction of correlations, with cells indicating the significance levels of correlations. The dendrogram groups chemical elements and fNIRS leads based on the similarity of their correlation patterns.

Рис. 3. Результаты иерархического кластерного анализа, основанного на корреляционных связях биологически значимых химических элементов в пробах волос с фоновыми показателями концентраций оксигенированного гемоглобина (HbO), зарегистрированных с помощью методики fNIRS у женщин. Обозначения областей головного мозга: FP – кора лобного полюса (frontal pole), FL – лобная доля (frontal lobe), TL – височная доля (temporal lobe), PL – теменная доля (parietal lobe), OL – затылочная доля (occipital lobe), R/L – правое/левое полушарие

Примечание. Тепловая карта демонстрирует силу и направленность корреляций, в ячейках указаны уровни значимости корреляционных связей. Дендрограмма группирует химические элементы и отведения fNIRS на основании сходства их корреляционных паттернов.

Fig. 3. Results of hierarchical cluster analysis based on correlations between biologically significant chemical elements in hair samples and background levels of oxygenated hemoglobin (HbO) concentrations recorded using fNIRS in women. Brain regions: FP – frontal cortex, FL – frontal lobe, TL – temporal lobe, PL – parietal lobe, OL – occipital lobe, R/L – right/left hemisphere

Note. The heat map demonstrates the strength and direction of correlations, with cells indicating the significance levels of correlations. The dendrogram groups chemical elements and fNIRS leads based on the similarity of their correlation patterns.

Рис. 4. Результаты иерархического кластерного анализа, основанного на корреляционных связях биологически значимых химических элементов в пробах волос с фоновыми показателями концентраций восстановленного гемоглобина (HbR), зарегистрированных с помощью методики fNIRS у женщин. Обозначения областей головного мозга: FP – кора лобного полюса (frontal pole), FL – лобная доля (frontal lobe), TL – височная доля (temporal lobe), PL – теменная доля (parietal lobe), OL – затылочная доля (occipital lobe), R/L – правое/левое полушарие

Примечание. Тепловая карта демонстрирует силу и направленность корреляций, в ячейках указаны уровни значимости корреляционных связей. Дендрограмма группирует химические элементы и отведения fNIRS на основании сходства их корреляционных паттернов.

Fig. 4. Results of hierarchical cluster analysis based on correlations between biologically significant chemical elements in hair samples and background levels of reduced hemoglobin (HbR) concentrations recorded using fNIRS in women. Brain regions: FP – frontal cortex, FL – frontal lobe, TL – temporal lobe, PL – parietal lobe, OL – occipital lobe, R/L – right/left hemisphere

Note. The heat map demonstrates the strength and direction of correlations, with cells indicating the significance levels of correlations. The dendrogram groups chemical elements and fNIRS leads based on the similarity of their correlation patterns.

Наиболее устойчивая кластерная структура параметров fNIRS была показана для выборки мужского пола: независимо от фракции гемоглобина были выделены фронтальный, височно-теменной и теменно-затылочный кластеры. Максимальные по силе положительные корреляции с показателями HbO во фронтальном кластере у мужчин были получены для кадмия (r = 0,504; p = 0,017) и лития (r = 0,457; p = 0,033), статистически значимая отрицательная корреляция была обнаружена с содержанием железа (r = 0,496; p = 0,019). Для фракции восстановленного гемоглобина (HbR) кроме аналогичных по направлению связей с кадмием и железом были зафиксированы положительные корреляции с цинком (r = 0,574; p = 0,005) и йодом (r = 0,660; p = 0,001), а также отрицательная корреляция с алюминием (r = -0,446; p = 0,037).

Показатели HbO височно-теменного кластера у мужчин имели положительные корреляционные связи с никелем (r = 0,478; p = 0,025) и оловом (r = 0,429; p = 0,047), максимальная по силе отрицательная корреляция была получена с алюминием (r = -0,418; p = 0,053). В то же время значения восстановленного гемоглобина в этом кластере не показали статистически значимых отрицательных корреляций с содержанием химических элементов. Среди положительных корреляций, кроме аналогичной связи с оловом, была выделена связь с ртутью (r = 0,448; p = 0,037). В теменно-затылочном кластере показатели HbO у мужчин имели максимальную положительную корреляцию с хромом (r = 0,489; p = 0,021). Статистически значимых отрицательных связей с концентрацией HbO в этом кластере выявлено не было. И напротив, показатели HbR теменно-затылочного кластера продемонстрировали единственную значимую положительную корреляцию с кальцием (r = 0,498; p = 0,018), но несколько отрицательных связей с кадмием, натрием и литием.

Кластерная структура показателей fNIRS в женской выборке имела более изменчивый характер. В частности, для фракции оксигенированного гемоглобина было выделено три пространственных группировки, сходные с описанными для мужчин (фронтальная, височно-теменная и теменно-затылочная). Однако кластеризация HbR привела к выделению только двух группировок: в первую вошли фронтальные области головного мозга, а во вторую – височно-теменно-затылочные.

Фронтальный кластер показателей HbO у женщин имел максимальную положительную корреляцию с калием (r = 0,733; p = 0,002) и отрицательную с фосфором (r = -0,641; p = 0,010). В двух других кластерах статистически значимых корреляций выявлено не было. На уровне статистической тенденции (p < 0,1) показана положительная связь содержания кремния с уровнем HbO в височно-теменном и теменно-затылочном кластерах. Показатель HbR у женщин продемонстрировал сходную картину корреляций независимо от принадлежности к одному из двух пространственных кластеров. Были зафиксированы множественные статистически значимые положительные корреляции с калием и отрицательные – с фосфором. На уровне тенденции к статистической значимости были показаны связи показателя HbR во фронтальном кластере: положительные – с натрием, отрицательные – с цинком и медью.

Анализ кластерных группировок химических элементов выявил их высокую степень сходства для различных фракций гемоглобина внутри выборки одного пола, которые, тем не менее, имели значительные отличия при их сопоставлении между мужчинами и женщинами. У мужчин было выделено четыре группы химических элементов, которые имели статистически значимые корреляции с показателями fNIRS. Один из кластеров, включающий в себя As, Na, Li, B и Cd, идентично воспроизводился при кластеризации как HbO, так и HbR, и демонстрировал положительные корреляции с параметрами fNIRS во фронтальных областях головного мозга. Другая группировка химических элементов, характеризующаяся положительными связями с фронтальным кластером, содержала Be, Cu, Zn, I. Интересно, что у женщин медь и цинк, также были сгруппированы в один кластер, который, напротив, отражал отрицательные корреляции с уровнем HbO/HbR в лобной коре. У мужчин отрицательные связи с показателями fNIRS во фронтальных областях были отмечены с Al, Fe и V, которые также входили в один кластер. Четвертая группировка элементов, отличающаяся наличием положительных корреляций с теменно-затылочным кластером, имела в качестве центральных элементов Ca, Cr, Hg и Si.

В женской выборке все химические элементы были сгруппированы в более крупные кластеры, которые имели менее выраженную специфику относительно связей с показателями HbO/HbR в различных областях головного мозга. Так, кроме уже упомянутого отрицательного кластера с медью и цинком (в него также было включен фосфор), был выделен противоположный ему положительный кластер, который включал в себя такие элементы как K, Na, Si, Pb и Co.

ОБСУЖДЕНИЕ

Представленные результаты корреляционного и кластерного анализа демонстрируют присутствие сложных и специфических связей между содержанием биологически активных элементов в пробах волос, как чувствительного биомаркера внешних долгосрочных воздействий на организм человека [24] и оксигенацией регионального церебрального кровотока, оцениваемого при помощи fNIRS [25]. Обнаруженные закономерности имеют отчетливый половой диморфизм, что подчеркивает важность учета фактора пола при изучении взаимосвязей между элементным статусом человека и функциональным состоянием головного мозга [26, 27].

В выборке мужчин наблюдается более организованная и устойчивая кластеризация как показателей fNIRS, так и химических элементов. Выделение фронтального, височно-теменного и теменно-затылочного кластеров, независимых от фракции гемоглобина, может быть свидетельством более специализированной, и, возможно, менее лабильной организации нейроваскулярной системы в мужской популяции [28]. Обнаруженные разнонаправленные корреляции микроэлементов с параметрами HbO/HbR во фронтальных областях коры требуют дополнительных исследований нейрохимических и нейрофункциональных особенностей организации головного мозга. С одной стороны, эти результаты могут указывать на участие ряда микроэлементов (Cd, Li, Fe) в модуляции метаболической активности лобных долей, с другой стороны, причинно-следственный характер этих связей остается дискуссионным. Отдельно необходимо упомянуть противоположную направленность корреляций с цинком в выборке мужчин и женщин. У мужчин в подавляющем большинстве выявлена положительная корреляция содержания ионов цинка с концентрациями HbO и HbR. У женщин, наоборот, по всем анализируемым отведениям fNIRS присутствует отрицательная корреляция содержания ионов цинка с концентрациями HbO и HbR. Этот элемент хорошо известен своей регулирующей ролью в процессах вазоконстрикции и вазодилатации, однако сведения о направленности таких влияний являются неоднозначными. Существуют свидетельства, указывающие как на прямые, так и на обратные связи между обеспеченностью организма цинком и показателями сосудистого тонуса [29]. Можно предположить, что одним из факторов, влияющим на эти процессы, является пол человека, что отчасти подтверждается представленными в исследовании результатами.

В женской выборке кластерная структура показателей HbO/HbR оказалась менее организованной и стабильной. Это, в противоположность мужчинам, может свидетельствовать о большей функциональной гибкости и пластичности нейроваскулярной системы у женщин. Преобладание корреляций с калием и фосфором во всех выделенных пространственных группировках показателей fNIRS отражает ключевую роль этих элементов в поддержании процессов оксигенации и регионального церебрального кровотока, что в свою очередь связано с участием этих ионов в энергетическом метаболизме и трансмембранной сигнализации [30, 31].

Половые различия в характере регуляции церебральной оксигенации дополнительно подтверждаются и спецификой группировки химических элементов. У мужчин выделенные кластеры демонстрируют более четкую привязку к пространственным регионам (в частности, связь группы Ca, Cr, Hg, Si c показателями fNIRS в теменно-затылочных областях). У женщин элементы организуются в более крупные и менее регион-специфичные кластеры, что также указывает на более глобальный и системный характер их влияния на процессы нейрометаболизма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют о возможном влиянии элементного статуса организма на специфику церебрального метаболизма, а также о наличии полового диморфизма в организации регионального церебрального кровотока. Результаты представленного исследования указывают на сложноорганизованную картину корреляций между элементным статусом и показателями оксигенации головного мозга. Эти данные расширяют понимание роли химических элементов в регуляции церебрального кровотока и указывают на необходимость учета пола в исследованиях нейрометаболизма.

Ограничением проведенного исследования является его поперечный дизайн, не позволяющий раскрыть истинные причинно-следственные связи выявленных корреляций. Полученные результаты могут быть опосредованы множеством факторов, таких как регион проживания, гормональный статус, специфика питания и индивидуальные особенности метаболизма. Результаты работы не могут распространяться на детей, подростков, пожилых людей, лиц с хроническими соматическими и неврологическими заболеваниями.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках реализации НИР по программе академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».

Funding source. This work was carried out as part of the research project under the Strategic Academic Leadership Program “Priority 2030”.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: А.Б. Мулик – концепция и дизайн исследования; М.А. Кунавин – статистическая обработка и анализ данных; Ю.А. Шатыр – написание текста; И.В. Улесикова – сбор и обработка первичных данных; Р.И. Глушаков – редактирование; А.Г. Соловьев – редактирование.

Author contribution. All authors confirm that their authorship complies with the international ICMJE criteria (all authors made a significant contribution to the development of the concept, conduct of the study, and preparation of the article, read and approved the final version before publication). The largest contribution is distributed as follows: A.B. Mulik - concept and design of the study; M.A. Kunavin - statistical processing and data analysis; Yu.A. Shatyr - writing the text; I.V. Ulesikova - collection and processing of primary data; R.I. Glushakov - editing; A.G. Soloviev - editing.

About the authors

Alexander B. Mulik

Kirov Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: mulikab@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6472-839X
SPIN-code: 8079-9698

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, 6 Akademika Lebedeva str, Saint Petersburg, 194044

Yulia A. Shatyr

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: yuliashatyr@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9279-5282
SPIN-code: 2942-6250

Candidate of Biological Sciences, Docent, Senior Researcher, Research Department of Medical and Biological, Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Mikhail A. Kunavin

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Email: m.kunavin@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7948-1043
SPIN-code: 5271-0260

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Arkhangelsk

Andrey G. Solovyev

Northern State Medical University

Email: asoloviev1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0350-1359
SPIN-code: 2952-0619

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Arkhangelsk

Irina V. Ulesikova

Kirov Military Medical Academy

Email: ulesikovairina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9284-3280
SPIN-code: 9859-6036

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, 6 Akademika Lebedeva str, Saint Petersburg, 194044

Ruslan I. Glushakov

Kirov Military Medical Academy

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-0161-5977
SPIN-code: 6860-8990

MD, Dr. Sci. (Medicine), Assistant Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files