CC BY
73
УДК 612 (470.11)
СУМАРОКОВА Алина Владимировна,
кандидат биологических наук, доцент кафедры медицинской биологии и генетики Северного государственного медицинского университета (г. Архангельск). Автор 30 научных публикаций, в т. ч. двух учебных пособий
БЕБЯКОВА Наталья Александровна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой медицинской биологии и генетики Северного государственного медицинского университета (г. Архангельск). Автор 145 научных публикаций, в т. ч. двух монографий и 18 учебных пособий
ОЦЕНКА МЕТАБОЛИЗМА ПО УРОВНЮ
низко- и среднемолекулярных веществ
У ЖЕНЩИН АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
Проведено изучение уровня низко- и среднемолекулярных веществ в биологических жидкостях у женщин в возрасте 21-55 лет, проживающих в северных и южных районах Архангельской области. У женщин северной группы было выявлено смещение метаболических процессов в сторону катаболической составляющей и повышение в крови уровня веществ низкой и средней молекулярной массы, а у женщин южной популяции - повышение в крови белковой составляющей среднемолекулярного пула (олигопептидов).
Ключевые слова: метаболический статус, гомеостаз, вещества низкой и средней молекулярной массы, олигопептиды, системы детоксикации, коренные жители Архангельской области.
Архангельская область составляет 40 % Европейского Севера России и является территорией с прессингом неблагоприятных природно-климатических условий. Адаптация человека в этих условиях достигается путем напряжения и сложной перестройкой гомеостатических систем организма [1, с. 12]. В связи с этим важной задачей практического здравоохранения является оценка уровня здоровья населения еще на стадии предболезни. Реакция организма на агрессивные внешние воздействия может рассматриваться как форма адаптивной модификационной изменчивости, детерминированная генетическим статусом и физиологическими резервными возможностями. Эта ответная реакция проявляется, в первую очередь,
© Сумарокова А.В., Бебякова Н.А., 2013
сдвигом метаболических процессов либо в сторону анаболизма, либо катаболизма, которые, в норме, должны находиться в динамическом равновесии, и обеспечить постоянство биохимического гомеостаза. Долгое время существовала проблема поиска оптимальных методов, позволяющих оценить эти незаметные метаболические изменения. Однако в последние десятилетия стал широко использоваться метод оценки метаболического статуса по содержанию низко- и среднемолекулярных веществ и олигопептидов в биологических жидкостях организма [2-4], который позволяет не только установить отклонения в обменных процессах, но оценить работу систем детоксикации. К веществам низкой и средней молекулярной массы
(ВНиСММ) относятся эндогенные соединения с молекулярной массой 500-5 000 Д, различные по химической структуре. ВНиСММ представлены продуктами метаболизма небелковой природы и характеризуют сбалансированность процессов анаболизма и катаболизма. Группу олигопептидов (ОП) составляют вещества с молекулярной массой не более 10-15 кД: это могут быть пептиды регуляторной природы и нерегуляторные пептиды, которые образуются в результате протеолиза, аутолиза и деградации плазменных и тканевых белков [2, 8].
Цель данного исследования: Изучить особенности метаболизма у коренных жительниц разных районов Архангельской области по содержанию веществ низкой и средней молекулярной массы и олигопептидов в биологических жидкостях организма для оценки состояния здоровья и работы систем детоксикации.
Материалы и методы исследования. Обследованы 253 практически здоровые женщины, коренные жительницы Архангельской области, проживающие в северных (Мезенский и Пинежский) и южных (Красноборский и Каргопольский) районах. В выборку включали женщин, являющихся потомками уроженцев конкретных районов Архангельской области в трех поколениях. Обследованные были разделены на две возрастные группы: I - 21-35 лет, II - 36-55 лет. При выделении возрастных групп была использована «Схема возрастной периодизации онтогенеза человека», принятая на VII Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии АПН СССР (Москва, 1965).
Оценка метаболического статуса проводилась по содержанию веществ низкой и средней молекулярной массы (ВНиСММ) и олигопептидов (ОП) в плазме крови, эритроцитах и моче по методике М.Я. Малаховой [2, 3, 5]. Концентрация ВНиСММ определялась методом спектрального анализа супернатантов в зоне ультрафиолета (226-310 нм). Олигопептиды определяли по методу О.К Lowry [8]. Для информативности результатов вводились расчетные коэффициенты [4, с. 13-15]:
Коэффициент К1, равный отношению концентраций ВНиСММ в плазме (пл) крови к концентрации ВНиСММ эритроцитов (эр), показывающий распределение ВНиСММ между белками плазмы крови и гликокаликсом эритроцитов (в норме: 0,5 ЕД): К=ВН СММ пл\ ВНСММэр
Коэффициент К2 (КЭ ВНиСММ), равный отношению концентрации ВНиСММ в моче (м) к сумме концентраций ВНиСММ в плазме крови и эритроцитах, характеризующий процесс элиминации ВНиСММ почками: К2 = ВНиСММ м / (ВНиСММ пл + ВНСММ эр).
Коэффициент К3 (КЭ ОП) равный отношению концентрации ОП в моче к сумме концентраций ОП в плазме крови и эритроцитах, характеризующий процесс элиминации ОП почками: К3 = ОПм / (ОП пл + +ОП эр).
Индекс интоксикации (ИИ), равный сумме произведений концентраций ВНиСММ и ОП в плазме крови и эритроцитах, характеризующий накопление среднемолекулярных веществ в крови: ИИ = ВНиСММ пл х ОП пл +ВНиСММ эр х ОП эр.
Величина катаболического пула ВНиСММ плазмы, равная сумме экстинкций в интервале длин волн от 238 нм до 258 нм и умноженная на шаг длины волны, отражает максимальные величины поглощения спектра веществ, преимущественно образующихся в результате катабо-лических процессов: величина к / п = (ЕI 238 +
I 242 +....+ I 258) х 4 (усл.ед.). Катаболический пул не должен превышать 10-15 % от общего количества ВНиСММ в плазме крови.
Статистическая обработка результатов исследования проведена с помощью электронных таблиц «Ехсе1-97», программы «Биостатистика-2000» с вычислением среднего значения, стандартного отклонения, ошибки средней величины. При оценке достоверности различий рассчитывали ^критерий Стьюдента, в малых выборках достоверность оценивали по методу Крускала-Уоллиса на уровне вероятностей р < 0,05-0,001.
Результаты исследования и их обсуждение. Изучение низко- и среднемолекулярных
критериев гомеостаза проводилось по количественным показателям ВНиСММ и ОП, и спектрограммам, отражающим качественный состав ВНиСММ в плазме крови, эритроцитах и моче.
В спектрограмме плазмы крови у коренных жительниц северных районов Архангельской области выявлено отсутствие сопряжения на длине волны 238 и 242 нм: в I возрастной группе - у 84,5 % обследованных, во II возрастной группе - у 82,8 %, что может указывать на присутствие в крови веществ, несвойственных в норме.
Максимальные значения экстинций эри-троцитарной гиперболы были выше нормы (0,6-0,7 ЕД) в I возрастной группе у 64,8 % женщин, во II возрастной группе - у 68,7 % обследуемых, что характеризует процесс накопление ВНиСММ на эритроцитах.
При анализе спектрограмм мочи у женщин отмечено смещение первого пика с 274 нм на 270-266 нм в I возрастной группе у 14,1 %, во
II группе - у 14,9 %; а второго пика на 230 нм (16,9 % и 17,2 % соответственно), что свидетельствует о выраженности катаболических процессов в организме.
Содержание ВНиСММ и ОП в биологических жидкостях у женщин, проживающих в северных районах Архангельской области, не имело достоверных различий в возрастных группах (см. таблицу). Коэффициент К1 был снижен по сравнению с нормой (0,5 ЕД) в обеих возрастных группах, отражая процессы адсорбции ВНиСММ на гликокаликсе эритроцитов, что является по всей видимости компенсаторным механизмом. Наблюдалось некоторое снижение коэффициентов элиминации ВНиСММ и ОП (см. таблицу) у женщин с увеличением возраста, что предполагает задержку данных веществ в организме.
Однако средние значения интегрального показателя ИИ женщин в возрастных группах были в пределах нормы (20,5+0,3 ЕД).
При индивидуальной оценке профиля спектрограмм плазмы крови у женщин южных районов в I возрастной группе отмечено отсутствие
сопряжения кривых на длинах волн 238 и (или) 242 нм у 76,2 %, а во II возрастной группе -у 66,7 %. Высота расположения максимума кривых находилась в пределах нормы. Однако наблюдалось смещение пика кривой плазмы на длине волны 278 нм у 19,0 % обследованных
I возрастной группы и у 18,5 % - II возрастной группы, что указывает на увеличение анаболической составляющей - веществ, представляющих собой продукты протеолиза белков, и может свидетельствовать о метаболических изменениях [6, с. 41]. Кроме того, в диапазоне длин волн 238-258 нм регистрируются вещества катаболической природы [4, с. 14; 5, с. 51], доля которых от общего количества ВНиСММ плазмы была увеличена в I группе у 71,4 % женщин, во II группе - 74,1 %.
В характере спектральных кривых супернатантов эритроцитарной массы максимальные значения экстинций на длине волны 258 нм были повышены у 42,9+11,1 % и 66,7+9,2 % женщин (соответственно в I и II возрастных группах; р > 0,05).
Анализ спектрограмм мочи у женщин, проживающих в южных районах Архангельской области, показал низкие значения экстинций на всем протяжении длин волн в I возрастной группе у 38,1 %, а во II возрастной группе -у 44,4 % обследованных.
Средние значения ВНиСММ и ОП в биологических субстратах не имели достоверных различий между возрастными группами у женщин южных районов (см. таблицу).
Перераспределение ВНиСММ между плазмой крови и гликокаликсом эритроцитов находит отражение в расчетном коэффициенте распределения (К1), который был снижен у женщин по сравнению с нормой (0,5 ЕД) в I возрастной группе на 20,0 %, во II группе -на 28,0 %. Это указывает на преимущественную адсорбцию среднемолекулярных веществ на мембранах эритроцитов, что можно рассматривать как компенсаторную реакцию.
С увеличением возраста у женщин отмечалось повышение индекса интоксикации р < 0,01 (см. таблицу), а также увеличение числа
7з
ПОКАЗАТЕЛИ ВЕЩЕСТВ НИЗКОЙ И СРЕДНЕЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ И ОЛИГОПЕПТИДОВ (ЕД) У КОРЕННЫХ ЖИТЕЛЬНИЦ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ (М+ М)
Возраст / ср. возраст Группа / кол-во ВНиС ММ пл ВниС ММ эр ВНиСМ М мо ОП пл (г/л) ОП эр (г/л) ОП мо (г/л) Доля к/п К1 КЭВНи смм кэоп ИИ
21-35 лет
Женщины 30,38 ± 0,49 1 гр п = 71 10,10 ± 0,36 27,23лл ±0,68 30,08 ± 1,38 0,23 ± 0,01 0,63 ± 0,03 2,66 ± 0,15 0,24 ± 0,01 0,38 ± 0,01 0,82 ± 0,04 3,22 ± 0,19 19,96 ± 1,23
Женщины 27,36 ± 0,76 2 гр п = 21 9,32 ±_ 0,36 23,57 ± 0,58 26,33 ± 3,27 0,22 ± 0,01 0,66 ± 0,03 2,6 ± 0,39 0,21 ± 0,01 0,398 ± 0,02 0,81 ± 0,11 3,07 ± 0,47 17,57 ± 0,95
36-55 лет
Женщины 43,59 ± 0,46 1 гр п — 134 10,29л ±0,25 27,21л ±0,52 28,02 ± 1,14 0,24 ± 0,01 0,64 ± 0,02 2,54 ± 0,12 0,23 ± 0,01 0,39 ± 0,01 0,76 ± 0,03 2,95 ± 0,14 19,97 ± 0,67
Женщины 44,12 ± 0,61 2 гр п = 27 8,98 ± 0,38 24,92 + 0,50 24,54 ± 1,94 0,20 ± 0,01 0,76ЛЛЛ ±0,03 2,53 ± 0,27 0,21 ± 0,01 0,36 ± 0,02 0,74 ± 0,06 2,76 ± 0,32 21,11** ± 1,09
Примечание: 1 гр - жительницы северных районов, 2 гр - жительницы южных районов Архангельской области, л - достоверность различий между 1 и 2 группами; А-р< 0,05; ЛЛ-р < 0,01; ллл - р < 0,001 (критерий Крускала-Уоллиса); * - достоверность различий по возрасту. * -р < 0,05; ** -р < 0,01.
обследованных с повышенными значениями ИИ (в I возрастной группе - 14,3+7,8 %, во
II возрастной группе - 51,8+9,8 %; р < 0,05), что может указывать на накопление веществ среднемолекулярного пула в крови и развитие процессов эндотоксемии.
Сравнительный анализ спектральных кривых у женщин, проживающих в северных и южных районах Архангельской области, позволил установить более высокие значения экстин-ций ВНиСММ в спектрограмме эритроцитов в
I возрастной группе у женщин, проживающих на севере области, что свидетельствует о большей адсоробции ВНиСММ на гликокаликсе эритроцитов у данного контингента обследованных (рис. 1).
щих на юге области, было ниже, чем у женщин, проживающих на севере области (рис. 1, 2).
Рис. 1. Усредненные спектрограммы ВНиСММ плазмы, эритроцитов и мочи у женщин в возрасте 21-35 лет (1 гр - северная популяция, 2 гр - южная популяция Архангельской области)
При индивидуальной оценке спектрограмм мочи у женщин было отмечено наличие достоверных отличий в смещении пика кривой на длину волны 270-266 нм (норма при 274-282 нм) в старшей возрастной группе (на севере -у 14,9+3,1 % обследуемых, на юге области - у 48,1+9,8 %; р<0,01), что может свидетельствовать о более активных процессах протеолиза белков у женщин южной популяции Архангельской области. Однако, значения экстинций ВНиСММ в моче на усредненных спектрограммах в обеих возрастных группах на всем протяжении длин волн у женщин, проживаю-
Рис. 2. Усредненные спектрограммы ВНиСММ плазмы, эритроцитов и мочи у женщин в возрасте 36-55 лет (1 гр - северная, 2 гр - южная популяция Архангельской области)
При сравнении количественных показателей ВНиСММ в зависимости от климато-гео-графических условий проживания обнаружено, что у женщин северных районов области уровень ВНиСММ в эритроцитах был выше в обеих возрастных группах, а в плазме крови - во
II возрастной группе, чем у женщин из южных районов Архангельской области (см. таблицу; Р < 0,05).
При анализе олигопептидной составляющей выявлено, что у женщин южных районов в возрасте 36-55 лет концентрация ОП в эритроцитах, была выше, чем у женщин того же возраста, проживающих на севере Архангельской области (см. таблицу; р < 0,001).
Величина индекса интоксикации у женщин, проживающих в разных районах Архангельской области, не имела достоверных различий. Отмечена тенденция увеличения доли катабо-лического пула ВНиСММ у женщин из северных районов Архангельской области, по отношению к данному показателю у жительниц южных районов Архангельской области.
Заключение. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о наличии в организме, у части женского коренного русского населения Архангельской области, веществ не-регистрируемых в норме, сдвиге метаболических процессов и снижении детоксикационной
функции почек. У жительниц северных районов Архангельской области отмечается смещение метаболических процессов в сторону катаболизма с преимущественным накоплением в крови ВНиСММ, незначительным снижением детоксикационной функции почек и увеличением детоксикационной функции гликокаликса эритроцитов. У некоторых жительниц южных районов Архангельской области выявлено смещение метаболических процессов в сторону анаболической составляющей, увеличением олигопептидов в крови, снижением детокси-кационной функции почек, особенно с увеличением возраста женщин, что проявляется повышением индекса интоксикации и свидетельствует о снижении резервных возможностей организма.
Установленные изменения среднемолекулярных критериев гомеостаза у жительниц разных районов Архангельской области мо-
гут быть обусловлены как различным уровнем прессинга климатических факторов, так и особенностями наследственности. О роли наследственных факторов свидетельствуют проведенные исследования ядерной и митохондриальной ДНК в популяциях северных и южных районов Архангельской области, которые показали отличия в генетических маркерах данных популяций. Так, в северной популяции Архангельской области выявлено снижение частоты нулевого генотипа GSTT1 (0/0) и минорного аллеля GSTA1, генов входящих в систему детоксикации ксенобиотиков [7, с. 106].
Выявленные ранние изменения метаболического статуса у коренного населения Архангельской области помогут разработать профилактические мероприятия для коррекции обменных процессов с целью предупреждения развития более глубоких нарушений метаболизма, которые могут привести к той или иной патологии.
Список литературы
1. Гудков А.Б., Попова О.Н., Лукманова Н.Б. Эколого-физиологическая характеристика климатических факторов Севера // Экология человека. 2012. № 1. С. 12-17.
2. Малахова М.Я. Лабораторная диагностика эндогенной интоксикации // Медицинские лабораторные технологии / под ред. А.И. Карпищенко. СПб., 1999. Т. 2. С. 618-647.
3. Малахова М.Я. Метод регистрации эндогенной интоксикации. СПб., 1995.
4. Малахова М.Я., Зубаткина О.В. Метаболические критерии гомеостаза: монография. Архангельск, 2004.
5. Малахова М.Я., Зубаткина О.В., Совершаева С.Л. Оценка эндогенной интоксикации у населения, проживающего в различных экологических условиях Севера и Северо-Запада России // Эфферентная терапия. 1998. № 2. С. 50-56.
6. Химкина Л.Н., Добротина Н.А., Копытова Т.В. Значение эндогенной интоксикации при хронических дерматозах. Методы коррекции // Журн. дерматол. и венер. 2001. № 5. С. 40-43.
7. Этническая геномика: Анализ геномного полиморфизма популяций Архангельской области / С.А. Лим-борская, Д.А. Вербенко, П.А. Сломинский и др. // Вестн. московского ун-та. Сер. XXIII. Антропология. 2011. № 4. С. 100-119.
8. Янковский О.Ю. Пептиды - регуляторы, происходящие из неспециализированных белков -предшественников // Журн. эволюц. биохим. и физиол., 1989. Т. 161. № 1. С. 14-29.
9. Protein Measurement with the Folin Reagent / O.N. Lowry et al. // J. Biol. Chem., 1951. Vol. 193 (1). P. 265-275.
References
1. Gudkov A.B., Popova O.N., Lukmanova N.B. Ekologo-fiziologicheskaya kharakteristika klimaticheskikh faktorov Severa [Ecological-Physiological Characteristic of Northern Climatic Factors]. Ekologiya cheloveka, 2012, no. 1, pp. 12-17.
2. Malakhova M.Ya. Laboratornaya diagnostika endogennoy intoksikatsii [Laboratory Diagnostics of Autointoxication]. Meditsinskie laboratornye tekhnologii [Medical Laboratory Techniques]. St. Petersburg, 1999, vol. 2, pp. 618-647.
3. Malakhova M.Ya. Metod registratsii endogennoy intoksikatsii [Method for Detecting Autointoxication]. St. Petersburg, MAPO Publ., 1995. 34 p.
4. Malakhova M.Ya., Zubatkina O.V Metabolicheskie kriterii gomeostaza [Metabolic Criteria of Homeostasis]. Arkhangelsk, Pomorskiy universitet Publ., 2004. 116 p.
5. Malakhova M.Ya., Zubatkina O.V., Sovershaeva S.L. Otsenka endogennoy intoksikatsii u naseleniya, prozhivayushchego v razlichnykh ekologicheskikh usloviyakh Severa i Severo-Zapada Rossii [Assessment of Autointoxication in the Population Living Under Different Environmental Conditions in the North and North-West Russia]. Efferentnaya terapiya, 1998, no. 2, pp. 50-56.
6. Khimkina L.N., Dobrotina N.A., Kopytova T.V. Znachenie endogennoy intoksikatsii pri khronicheskikh dermatozakh. Metody korrektsii [Effect of Autointoxication in Chronic Dermatoses]. Zhurn. dermatol. i vener., 2001, no. 5, pp. 40-43.
7. Limborskaya S.A., Verbenko D.A., Slominskiy P.A., et al. Etnicheskaya genomika: Analiz genomnogo polimorfizma populyatsiy Arkhangel’skoy oblasti [Ethnic Genomics: Analysis of Genomic Polymorphism of the Arkhangelsk Region Populations]. Vestnik moskovskogo universiteta. Ser. XXIII. Antropologiya, 2011, no. 4, pp. 100-119.
8. Yankovskiy O.Yu. Peptidy - regulyatory, proiskhodyashchie iz nespetsializirovannykh belkov - predshestvennikov [Regulatory Peptides Originating from Undifferentiated Precursor Proteins]. Zhurn. evolyuts. biokhim. ifiziol., 1989, vol. 161, no. 1, pp. 14-29.
9. Lowry O.N., et al. Protein Measurement with the Folin Reagent J. Biol. Chem., 1951, vol. 193 (1), pp. 265-275.
Sumarokova Alina Vladimirovna
Department of Medical Biology and Genetics, Northern State Medical University (Arkhangelsk, Russia)
Bebyakova Natalya Aleksandrovna
Department of Medical Biology and Genetics, Northern State Medical University (Arkhangelsk, Russia)
METABOLISM EVALUATION BY THE LEVEL OF LOW- AND MEDIUM-MOLECULAR-WEIGHT SUBSTANCES IN WOMEN OF THE ARKHANGELSK REGION
The article dwells on the study of the level of low- and medium-molecular-weight substances in the body fluids of 21-55-year-old women living in the northern and southern parts of the Arkhangelsk region. In the blood of the northern group we observed a shift of metabolic processes to the catabolic component, as well as an increased level of low- and medium-molecular-weight substances. The blood of the southern population had increased protein content of the medium-molecular-weight pool (oligopeptides).
Keywords: metabolic status, homeostasis, low- and medium-molecular-weight substances, oligopeptides, detoxification systems, native inhabitants of the Arkhangelsk Region.
Контактная информация: Сумарокова Алина Владимировна адрес: 163000, г. Архангельск, просп. Троицкий, 51;
e-mail: [email protected] Бебякова Наталья Александровна адрес: 163000, г. Архангельск, просп. Троицкий, д. 51;
e-mail: [email protected]
Рецензент - Иржак Л.И., доктор биологических наук, профессор, руководитель научно-образовательного центра «Проблем гипоксии» Сыктывкарского государственного университета
