НЕКОТОРЫЕ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МИТОХОНДРИЙ, ИХ СВЯЗЬ С РЕПРОДУКТИВНОЙ ФУНКЦИЕЙ ЖЕНЩИН

Беречикидзе Иза Автандиловна; Иванова Екатерина Дмитриевна; Никитин Cергей Сергеевич; Сахарова Татьяна Викторовна; Ларина Светлана Николаевна

УДК 618.396:616-039.73

DOI 10.31684/25418475-2023-3-30

НЕКОТОРЫЕ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МИТОХОНДРИЙ, ИХ СВЯЗЬ С РЕПРОДУКТИВНОЙ ФУНКЦИЕЙ ЖЕНЩИН

Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, г. Москва 125368, Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2

Иванова Е.Д., Никитин С.С., Сахарова Т.В., Ларина С.Н., Беречикидзе И.А.

Резюме

Введение. Особенности морфологии, а также метаболизма, связанные с митохондриями, могут оказывать определяющее влияние на энергообмен, а также на репродуктивную функцию у женщин. Цель исследования. Охарактеризовать метаболизм и энергетические процессы обмена у женщин репродуктивного возраста и женщин, находящихся в пременопаузе.

Методы. Для этого нами были выбраны две группы: в первую вошли 50 женщин, находящихся в репродуктивном возрасте, во вторую - то же число женщин, которые находились в перименопаузе. Результаты. У всех женщин был регулярный цикл менструации. В группе 2 продолжительность менопаузы составила 1-3 года, начиная с возраста 45 лет. Установлено, что у 64% женщин из группы 2 были патологии нейрогуморального происхождения, а также ожирение. У 56% установлено наличие средней и тяжелой степени климакса. Митохондриальные ферменты сукцинатдегидрогеназа и а-глицерофосфатде-гидрогеназа, выделенные из лимфоцитов, показали пониженную активность в группе 2, а концентрация белков, глюкозы, мочевой кислоты была выше нормы.

Заключение. Из этого следует, что ферменты митохондрий в группе 2 проявляют более низкую активность с возрастом. В конце репродуктивного возраста наблюдается уменьшение интенсивности энергетических процессов. Энергетические процессы обмена внутри клеток остаются актуальным направлением дальнейших исследований, поскольку могут сдвинуть сроки репродуктивного старения у женщин. Ключевые слова: репродуктивный возраст, митохондрии, ферменты, энергетический обмен, интенсивность, старение, климакс, лимфоциты, перименопауза.

SOME MORPHOFUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF MITOCHONDRIA AND THEIR RELATIONSHIP WITH THE REPRODUCTIVE FUNCTION OF WOMEN

First Moscow State Medical University (Sechenov University), Moscow, Russia 125368, Moscow, Trubetskaya Str., 8-2

Ivanova E.D., Nikitin S.S., Sakharova T.V., Larina S.N., Berechikidze I.A.

Abstract

Introduction. Mitochondrial morphology and metabolism can have a decisive influence on energy metabolism and reproductive function in women. The objective of this study is to characterize the metabolic and energy metabolism processes in women of reproductive age and those in perimenopause.

Methods. The study involved 100 women divided into two equal groups: women of reproductive age and women in perimenopause.

Results. All participants had regular menstrual cycles. The duration of menopause in the second group was 1-3 years, with an onset age of 45 years. In total, 64% of the women in group 2 had neurohumoral abnormalities and obesity. Moderate to severe menopause symptoms were detected in 56% of women. Group 2 had reduced activity of mitochondrial enzymes in lymphocytes, such as succinate dehydrogenase and a-glycerophosphate dehydrogenase, while protein, glucose, and uric acid were above normal.

Conclusion. This finding suggests that mitochondrial enzymes in group 2 become less active with age. At the end of the reproductive age, the intensity of the energy processes decreases. Cell energy metabolism remains an important area as further research, as this process can shift the timing of reproductive aging in women. Keywords: reproductive age, mitochondria, enzymes, energy metabolism, intensity, aging, menopause, lymphocytes, perimenopause.

Введение

На сегодняшний день основной проблемой человечества является неуклонное старение населения, наблюдающееся в большинстве развитых и развивающихся стран. По имеющимся данным, 30 лет назад женщин в возрасте от 50 лет было около 0,5 млрд., на момент 2013 года

их было 0,8 млрд., а к 2030 году будет около 2 млрд. Несмотря на глобальность проблемы для всего населения Земли, нет единой концепции, которая бы объясняла причины, а также механизмы старения людей [1].

Процессы старения неразрывно связаны со снижением функций митохондрий, и это каса-

ется всех тканей, из которых состоит человеческий организм. Митохондрии выполняют очень важные энергетические функции, создавая запасы АТФ, а также определяя процессы апоптоза. В случае нарушения энергетических процессов на уровне клеток, начинаются полиорганные и полисистемные поражения, которые запускают патологические процессы в организме, к числу которых относится и старение [2]. В связи с этим, исследования энергетических процессов, происходящих в организме человека, а также поиск методов диагностики дисфункции митохондрий являются актуальными. Нарушения в функционировании митохондрий не проявляются специфическими признаками, поэтому в ДНК митохондрий может накапливаться большое количество мутаций точечного типа, а также делеций, что характерно для людей пожилого возраста [3]. Кроме того, происходит снижение числа копий ДНК митохондрий, а также активности связанных с митохондриями ферментов. Роль митохондриальных ферментов очень велика и связана с переносом электронов, что является ключевым фактором функционирования цепи дыхания, в особенности в клетках сердечной и скелетных мышц, а также в лимфоцитах [4]. В результате повышается продуцирование активного кислорода, происходят процессы пе-рекисного окисления липидов, а также белков на мембранах. Изменяется морфология митохондрий, происходит уменьшение потенциала на их мембранах. Этот потенциал накапливает необходимую для синтеза АТФ энергию [5].

С увеличением возраста у людей происходит угасание репродуктивного потенциала. Это отражается на уровне гипоталамуса, гипофиза, половых желез, которые теряют чувствительность по отношению к органам-мишеням. В связи с тем, что сигналы так и не реализуются в полной мере, гипоталамус, гипофиз, а также яичники истощаются в результате гиперфункции. Эта разобщенность приводит к нарушению ритмики менструального цикла, а также овуляции [6]. В результате прерывания овуля-ционных процессов происходит угасание репродуктивной функции. Известно, что лечение с использованием метаболитов на основе субстрата из митохондрий может приводить к увеличению показателей фертильности, а также приводить к временному омолаживанию организма за счет активации нейроэндокринной системы [7]. На сегодняшний день известно много методик диагностики нарушений в функционировании митохондрий. Самыми экономически доступными и простыми в исполнении, но дающими точные результаты, являются методы анализа уровня активности ферментов митохондрий, выделенных из лимфоцитов. Наиболее часто объектом исследования является активность таких митохондриальных ферментов, как сукцинатдегидрогеназа (С), а также аль-фа-глицерофосфатдегидрогеназа (Г) [8]. Однако до конца не остается выясненным, как именно снижается активность этих митохондриальных ферментов в связи с возрастом и репродуктивном потенциалом женщин. Это определило актуальность настоящей статьи.

Цель исследования - дать характеристику метаболических процессов, связанных с митохондриями у женщин, находящихся в возрасте репродукции и в климаксе. Задачи исследования: а) проведение био- и цитохимического анализа периферической крови женщин обеих групп; б) оценка состояния энергетических процессов у женщин обеих групп в связи с активностью митохондриальных ферментов С и Г.

Материалы и методы

Исследование проведено в 2022 г. на базе Первого МГМУ им. И.М. Сеченова (Российская Федерация). В исследовании приняли участие 100 женщин, разделенных на 2 равные группы по возрастному признаку. Группа 1 - молодые и зрелые женщины (18-43, среднее арифметическое 25,1±3,5 лет), группа 2 - женщины более старшего возраста: 44-54 (49,4±3,7 лет). Отбор участниц исследования осуществлялся из тех, кто регулярно посещал врача-гинеколога по месту жительства в г. Москве.

В группу 1 вошли женщины репродуктивного возраста, в группу 2 - находящиеся в кли-максном периоде. Все участницы исследования подписали информированное согласие, исследование одобрено на заседании Этического комитета Первого МГМУ им. И.М. Сеченова (протокол №456). Исследование выполнено в соответствии с общепринятыми нормами этики и морали, сохранена конфиденциальность и анонимность полученной информации. Критериями включения в исследование являлись: а) отсутствие беременности; б) наличие подписанного согласия на участие; в) соответствие по возрасту; г) регулярные менструации (для группы 1); г) нет менопаузы (для группы 2). В исследование не включали женщин, не соответствовавших хотя бы одному из критериев, имевших менопаузу, а также осуществлявших терапию с лекарствами, в состав которых входили половые гормоны. Выполняли биохимические и цитологические анализы периферической крови. При анализе эффективности энергетических процессов оценивали уровень активности ферментов С и Г. Для этого отбирали образцы из периферической крови (лимфоциты). Использовался цитохимический метод. Далее осуществляли визуальную морфометрию. Учитывали параметры, связанные с обменными процессами белков, углеводов и липидов, в число которых входили уровень общего белка, альбумина и билирубина (в общей и конъюгированной модификации), а также креатинина, уровень мочевины, липопротеидов высокой и низкой плотностей. Также учитывали активность ферментов цитоплазмы клеток, таких как аспарта-таминотрансфераза (А), аланинаминотрансфе-раза (АЛ), лактатдегидрогеназа (Л), щелочная фосфатаза (ЩФ). Эти ферменты анализировались в образцах крови из вен, которые обрабатывались при помощи анализатора Сапфир (Производство Япония). На анализаторе применялись унифицированные тестовые системы.

Статистические расчеты выполняли при помощи программы Статистика (версия 10). Для каждого из параметров вычисляли величину

среднего, а также ошибку среднего. Достоверность отличий между группами и между параметрами устанавливали при помощи т-критерия Стьюдента и критерия хи квадрат. Минимальный уровень различий соответствовал р=0,05.

Результаты и обсуждение

Для 88% женщин из группы 1 установлен точный период состояния менархе, или первой менструации (44 человека из 50), тогда как в группе 2 эти показатели были достоверно ниже (40 человек или 80%, р=0,05). Это состояние наступило в группе 1 в среднем 13,0±0,19 лет, в группе 2 в 12,9±0,37 лет (различия между группами недостоверны). Сроки менструации, соответствующие ранним, были обнаружены у 4 женщин из группы 1 и 5 -из группы 2, тогда как поздние сроки зафиксированы у 6 и 8 женщин из двух групп соответственно (р > 0,05). Если для группы 1 у 72% (36) женщин было установление цикла, соответствовавшего регулярному, то в группе 2 этот показатель составил 40% (20 женщин, р=0,05).

В группе 2 у 30 женщин (или 60%) менструальный цикл был установлен в поздние сроки.

Для группы 2 это было 38 человек или 76%, для группы 1 - 14 человек (или 28%). В группе 2 установлено наличие климакса у 28 женщин (или 56%), причем половина случаев пришлась на среднюю и тяжелую степени (14 человек или 28%).

Показатели активности ферментов митохондрий достоверно отличались при сравнении между группой 1 и 2. У женщин, входящих в группу 1, эти показатели были максимальные: 21,44±1,31 единицы фермента С, 12,7±0,51 единицы фермента Г. Для женщин из группы 2 эти показатели составили 15,4±0,87 единицы для фермента С (р=0,001), 8,87±0,81 единицы для фермента Г (р=0,01). Таким образом, среди мито-хондриальных ферментов показатели фермента Г более чувствительны в связи с возрастом и с изменениями репродуктивной системы у женщин.

При анализе интенсивности обмена белков установлено, что средняя концентрация всех соединений увеличивалась с возрастом. Концентрация общего белка в группе 1 была 74,6±0,97 грамм на 1 литр, тогда как в группе 2 эти показатели составили 77,5 ±1,6 г на 1 л (различия недостоверны). Для альбумина эти показатели были 48,1±0,5 и 50,9±2,9 г на 1 л соответственно в группах 1 и 2 (р=0,05). Исходя из этого, можно предположить, что показатели белкового обмена менее чувствительны, чем показатели энергетического, связанного с активностью фер-

В то же время, в процессе исследования у всех женщин были регулярные показатели менструального цикла, который колебался в промежутке 20-35 дней, со средней длительностью в 27,3±0,7 дней. Средняя продолжительность кровотечения, связанного с менструацией, для женщин из обеих групп составила 5,2±0,2 дня, с максимальным сроком в неделю. В 100% случаев у женщин из группы 2 отмечено наступление естественной менопаузы, в возрасте от 45 лет (среднее значение 48±3), ее продолжительность находилась в пределах от года до трех лет. У 64% (или 28 человек) женщин из группы 2 отмечено наличие нейрогуморальных патологий, таких как диагноз дискинезии ЖКТ, а также желче-выводящих каналов (табл., 28%), дистония гипертонического типа (табл., 40%), что достоверно отличалось от показателей группы 1 (табл., р=0,01). У женщин из группы 2 не было зафиксировано хронических обострений, связанных с заболеваниями гениталий. Зафиксировано преобладание ожирения в группе 2 по сравнению с группой 1 (р=0,01, показатели индекса массы тела более 25 кг на 1 м2).

ментов митохондрий. Достоверными оказались увеличение параметров концентрации мочевины, в группе 1 они составили 208,7±0,6 ммоль на 1 литр, тогда как в группе 2 - 308,9±11,4 ммоль на 1 литр (р=0,001). Мочевина - это финальный продукт, образующийся в процессе обмена пуринов. В то же время, мочевина может оказывать антиоксидантный эффект, захватывая активные формы кислорода. Можно предположить, что повышение концентрации мочевины в группе 2 связано с компенсацией нагрузок ок-сидантного стресса, а также уменьшения активности антиоксидантов в организме.

Также установлено повышение концентрации липидов в организме с увеличением показателей возраста, если уровень холестерина в группе 1 составлял 4,7±0,3 ммоль на 1 литр, то в группе 2 этот показатель соответствовал 6,8±0,4 ммоль на 1 л (р=0,01). Также меняется и уровень триглицеридов, в группе 1 это 0,65±0,05 ммоль на 1 л, в группе 2 этот показатель был 1,87±0,29 ммоль на 1 л (р=0,01). Также увеличивалось содержание углеводов, в частности, глюкозы, в группе 1 это 5,1±0,1 ммоль на 1 л, в группе 2 -5,6±0,6 ммоль на 1 л, но различия недостоверны. Сахарный диабет не был установлен ни в одном из случаев, хотя у 2 женщин из группы 2 установлено предиабетическое состояние (от 6,0 до 7,0 ммоль на 1 л, натощак). В группе 1 подобных нарушений не обнаружено.

Таблица

Обнаруженные патологии у женщин из двух исследуемых групп

Название патологии Число женщин с патологией в группе 1 Число женщин с патологией в группе 2

Дискинезия желчевыводящих путей 0 14

Гипертоническая дистония 1 20

Дискинезия ЖКТ 1 14

Следует уделять особое внимание обнаруженному нами предиабетическому состоянию, так как со временем оно может перерасти в сахарный диабет. Наличие диагноза сахарного диабета может послужить причиной появления заболеваний сердечно-сосудистой системы. Сахарный диабет - причина смертей во всем мире, занимающая 3 место среди всех патологий [9].

При анализе возрастных изменений, связанных с нарушениями репродуктивной функции у женщин, можно сделать заключение, что с наступлением перименопаузы существует повышенная вероятность ожирения, предиабети-ческого состояния [10]. Перименопауза характеризуется снижением концентрации половых гормонов. Метаболический синдром запускается при менопаузе, и он связан с нарушениями в обмене, синтезе гормонов в постменопаузе [11].

Результаты исследования показали, что во многом старение связано с нарушением энергетических процессов, связанных с активностью ферментов митохондрий. Так как в большинстве стран мира происходит увеличение средней продолжительности жизненного цикла, в том числе и у женщин, полученные данные могут быть важными для поиска путей сохранения потенциала репродукции у женщин, а также для осуществления профилактики патологий, характерных для старости [12, 13].

В случае нарушений клеточного дыхания, причиной чаще всего являются мутации в митохондриях. При нормальном функционировании яичника в нем происходят процессы апоптоза, когда формируются фолликулы доминантного типа, происходит атрезия фолликулов, образуется желтое тело и происходит процесс овуляции. В случае патологий апоп-тоза может запускаться процесс ановуляции, могут формироваться кисты в яичниках, их недостаточность. Все это приводит к потере ре-продуктивности [14]. В связи с этим, в будущем необходимо изучать, как препараты могут повлиять на процесс апоптоза, так как разработка таких препаратов способна скорректировать патологические состояния в женской репродуктивной системе [15].

Выводы

1. Высокие показатели активности ферментов митохондрий выявлены у женщин, находящихся в возрасте, соответствующем репродуктивному. Концентрация основных соединений, участвующих в метаболизме, имеет тенденцию к повышению с увеличением возраста. Если для белкового обмена и для углеводов это достоверно не подтверждено, то для липидов, мочевины получены достоверные отличия (р=0,05-0,001).

2. Самым точным методом диагностики оказалась активность митохондриальных ферментов С и Г (р=0,01-0,001). По всей видимости, это связано с тем, что ферменты митохондрий быстрее испытывают изменения в своей активности при снижении энергетических процессов в организме. Поэтому анализ энергетических процессов, происходящих внутри клеток в разных стадиях онтогенеза - это перспективное

направление будущих научных исследований. Это позволит сохранить репродуктивный потенциал женщин в течение более длительного времени, а также осуществить профилактику патологий, связанных со старостью.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы:

1. Liu Z, Sun Y, Qi Z, Cao L, Ding S. Mitochondrial transfer/transplantation: an emerging therapeutic approach for multiple diseases. Cell Biosci. 2022; 12 (1): 1-29. https://doi.org/10.1186/ s13578-022-00805-7

2. Карбышев М.С, Абдулаев Ш.П. Биохимия оксидативного стресса. Учебно-методическое пособие, 2018. 37 c.

3. Непша О.С., Кулакова Е.В., Екимов А.Н., Драпкина Ю.С., Макарова Н.П., Краевая Е.Е., Калинина Е.А Использование митохондриаль-ной ДНК эмбрионов в качестве предиктора эффективности программ вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и Гинекология. 2021; 11: 34. https://doi.org/10.18565/ aig.2021.11.125-134

4. Alway SE. Antioxidants and Polyphenols Mediate Mitochondrial Mediated Muscle Death Signaling in Sarcopenia. In: Nutrition and Skeletal Muscle. Academic Press; 2019, pp. 439-494. https:// doi.org/10.1016/B978-0-12-810422-4.00026-9

5. Ben-Meir A, Burstein E, Borrego-Alvarez A, et al. Coenzyme Q10 restores oocyte mitochon-drial function and fertility during reproductive aging. Aging Cell. 2015; 14(5): 887-895. https://doi. org/10.1111/acel.12368

6. Cagnone GL, Tsai TS, Makanji Y, et al. Restoration of normal embryogenesis by mitochondrial supplementation in pig oocytes exhibiting mito-chondrial DNA deficiency. Sci Rep. 2016; 6(1):1-15. https://doi.org/10.1038/srep23229

7. Craven L, Tang MX, Gorman GS, De Sutter P, Heindryckx B. Novel reproductive technologies to prevent mitochondrial disease. Hum. Reprod. Update. 2017; 23(5): 501-519. https://doi.org/10.1093/ humupd/dmx018

8. Zhang L, Zhang Z, Wang J, et al. Melatonin regulates the activities of ovary and delays the fertility decline in female animals via MT1/AMPK pathway. J. Pineal Res. 2019; 66(3): e12550. https:// doi.org/10.1111/jpi.12550

9. Haimes E, Taylor K. Sharpening the cutting edge: additional considerations for the UK debates on embryonic interventions for mitochondrial diseases. Life Sci Soc Policy. 2017; 13(1): 1-25. https:// doi.org/10.1186/s40504-016-0046-2

10. Paine A, Jaiswal MK. Promise and pitfalls of mitochondrial replacement for prevention and cure of heritable neurodegenerative diseases caused by deleterious mutations in mitochondrial DNA. Front Cell Neurosci. 2016; 10: 219. https://doi. org/10.3389/fncel.2016.00219

11. Kang E, Wu J, Gutierrez NM, et al. Mi-tochondrial replacement in human oocytes carrying pathogenic mitochondrial DNA mutations. Nature. 2016; 540(7632): 270-275. https://doi. org/10.1038/nature20592

12. Cozzolino M, Marin D, Sisti G. New Frontiers in IVF: mtDNA and autologous germline mitochondrial energy transfer. Reprod Biol Endo-crinol. 2019; 17(1): 1-11. https://doi.org/10.1186/ s12958-019-0501-z

13. Fu L, Luo YX, Liu Y, Liu H, Li HZ, Yu Y. Potential of Mitochondrial Genome Editing for Human Fertility Health. Front Genet. 2021; 1309. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.673951

14. Fragouli E, McCaffrey C, Ravichandran K, et al. Clinical implications of mitochondrial DNA quantification on pregnancy outcomes: a blinded prospective non-selection study. Hum Reprod. 2017; 32(11): 2340-2347. https://doi.org/10.1093/humrep/ dex292

15. Позднякова А.А., Володина М.А., Рштуни С.Д., Марченко Л.А., Высоких М.Ю. Митохон-дриальная дисфункция как одна из возможных причин нарушения фолликуло- и стероидоге-неза при преждевременной недостаточности яичников. Акушерство, гинекология и репродукция. 2015; 9(4): 55-65. https://doi.org/10.17749/2070-4968.2015.9.4.055-065

References

1. Liu Z, Sun Y, Qi Z, Cao L, Ding S. Mito-chondrial transfer/transplantation: an emerging therapeutic approach for multiple diseases. Cell Biosci. 2022; 12 (1): 1-29. https://doi.org/10.1186/ s13578-022-00805-7

2. Karbyshev M.S., Abdulayev S.P. Biochemistry of oxidative stress. Teaching aid = Ucheb-no-metodicheskoye posobiye; 2018. 37 p. (In Russ).

3. Nepsha O.S., Kulakova Ye.V., Yekimov A.N., Drapkina YU.S., Makarova N.P., Krayevaya Ye.Ye., Kalinina Ye.A Use of embryonic mitochondrial DNA as a predictor of the effectiveness of assisted reproductive technology programs. Obstetrics and gynecology = Akusherstvo i Ginekologiya. 2021; 11: 34. (In Russ). https://doi.org/10.18565/ aig.2021.11.125-134

4. Alway SE. Antioxidants and Polyphenols Mediate Mitochondrial Mediated Muscle Death Signaling in Sarcopenia. In: Nutrition and Skeletal Muscle. Academic Press; 2019, pp. 439494. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-810422-4.00026-9