CC BY
8MEDICINE
ПОКАЗАТЕЛИ ЛЕГОЧНОЙ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ ПРИ АБСОЛЮТНОЙ ИНСУЛИНОВОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ
к. мед. н. Пивоварова О. А. д. мед. н. Маньковский Б. Н.
Украина, г. Киев,
Национальная медицинская академия последипломного образования имени П.Л. Шупика
Abstract. Significance for structural and functional state of cells in the respiratory system in diabetes mellitus perform metabolic processes owned energy supply, carried out by mitochondria. By biochemical manifestations of energy exchange include an increase in concentration of lactate and mitochondrial marker enzyme -succinate dehydrogenase (SDH).
The aim of the study was the cytochemical analysis of mitochondrial function in patients with absolute insulin deficiency.
Cytochemical analysis was based on a study of the degree ofactivity of the major enzymes catalyzing the aerobic and anaerobic cells exchanges in peripheral blood lymphocytes - SDH and LDH, with visual and computer morphometry using the program «Videotest 4.0». The substrate for the study of cellular factors of the respiratory system was the bronchoalveolar secret obtained during diagnostic bronchoscopy according to standard procedure.
In the study of bronchoalveolar lavage determined reduction of quality indicators, the functional activity of cells in the bronchoalveolar space of type 1 diabetes.
As a result, cytochemical investigation detected inhibition of cellular metabolism of lymphocytes in the form of lower levels of SDH and LDH activity in patients with type 1 diabetes when compared with those in the control group by 1.6 and 2.1 times, respectively, withp <0.001.
The level of activity of mitochondrial dehydrogenases influenced the viability of the cellular elements of the respiratory system, and was influenced by the level of hyperglycemia.
A result of research was found that in hyperglycemic conditions, the level of lymphocyte dehydrogenase activity may serve as a diagnostic criterion of the functional state of mitochondria and an indicator of energy supply airways and lung tissue as a whole.
Keywords: type 1 diabetes; mitochondria; lactate dehydrogenase activity; succinate dehydrogenase
activity.
Сложный механизм развития легочных осложнений при сахарном диабете многие ученые предлагают рассматривать с учетом развития гипоксических нарушений и митохондриальной дисфункции [1, 2]. Нарушение газообмена активирует механизмы, направленные на сохранение энергетического обмена в тканях дыхательной системы с помощью окисления свободных жирных кислот в матриксе митохондрий, приводящее к повреждению их мембранной структуры из-за накопления в клетке лактата, являющегося связующим звеном анаэробного окисления глюкозы с циклом Кребса [3]. Индикатором цикла Кребса является сукцинатдегидрогеназа (СДГ) -митохондриальный маркерный фермент, прочно связанный с внутренней мембраной митохондрий [4].
Изменение уровня митохондриальных дегидрогеназ в сыворотке крови и лаважной жидкости при интерстециальной пневмонии и фиброзирующем альвеолите, на ранних стадиях патологии, неоднократно фиксировали зарубежные авторы [5, 6]. Дальнейшие исследования, в условия in vitro, позволили установить выделение лактатдегидрогеназы (ЛДГ) из пневмоцитов II типа, легочного эндотелия и альвеолярных макрофагов при воспалительном процессе в легочной ткани [7, 8, 9].
В связи с этим, актуальным является определение диагностических критериев для верификации патологического процесса и оценки выраженности энергетических нарушений в респираторной системе при сахарном диабете.
Таким образом, целью исследования являлся цитохимический анализ состояния митохондриальной функции у пациентов с абсолютной инсулиновой недостаточности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В исследовании приняли участие 57 пациентов с сахарным диабетом 1 типа (СД 1 типа) в возрасте 54,2±1,3 года и 59 практически здоровых
лиц в возрасте 47,8±3,5 года (все данные приведены в виде средних арифметических и их стандартной ошибки среднего (M±m). Длительность заболевания СД 1 типа составляла 13,2±0,45 лет. Больные с СД, а также лица контрольной группы не курили и не имели в анамнезе заболеваний бронхо-легочной, гепатобилиарной, мышечной и мочевыделительной систем. Уровень гликозилированного гемоглобина (HbA1c) у больных с СД 1 типа был равен 8,1±0,17%, у лиц контрольной группы - 4,2±1,4%. Состояние нижних воздухоносных путей у пациентов с СД 1 типа оценивали с помощью бронхоскопического исследования с последующим расчётом индекса активности эндобронхита (ИАЭ). Функциональную активности клеток бронхоальвеолярного пространства изучали в ходе диагностической бронхоскопии, проводимой по стандартной методике [10,11].
Цитохимический анализ основывался на изучении степени активности основных ферментов, катализирующих аэробный и анаэробный обмены клетки - СДГ и ЛДГ в лимфоцитах периферической крови [12], с последующей визуальной и компьютерной морфометрией с использованием пакета программ «Видеотест 4.0» [13]. Статистический анализ проводился с использованием пакета лицензионных программ "Statistica", "Microsoft Exel" [14, 15].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В ходе бронхоскопического исследования установлены атрофические изменения слизистой оболочки у 28 (49,1%) пациентов с СД 1 типа, тогда как гипертрофия слизистой оболочки определялась у 3 (5,1%) человек из контрольной группы (р<0,05). При анализе полученных результатов, ИАЭ в группе с СД 1 типа составлял 22,8±5,5%, в контрольной группе - 7,6±2,7%, что свидетельствовало о развитии хронического вялотекущего воспалительного процесса в трахеобронхиальном дереве у пациентов с абсолютной инсулиновой недостаточностью. Жизнеспособность эпителиоцитов и альвеолярных макрофагов бронхиального дерева в группе с СД 1 типа была достоверно ниже при сравнении с аналогичными показателями в контрольной группе и составляла 49,6±1,5% и 57,6±1,9%, а также 73,2±2,8% и 85,3±2,7% соответственно (р<0,001). Нарушение функциональной способности фагоцитирующих клеток в виде снижения фагоцитарного числа и фагоцитарного индекса установлено у наблюдаемых с СД 1 типа при сравнении с результатами в контрольной группе - 39,4±1,7% и 48,8±1,3%, а также 7,1±0,4% и 8,7±0,3% соответственно (р<0,05). Анализируя исследования абсолютного количества нейтрофилов бронхо-альвеолярной жидкости диагностировали снижение защитной воспалительной реакции воздухоносных путей при СД 1 типа по сравнению со значениями в контрольной группе - 0,15х105/мл и 0,049х105/мл, соответственно (р<0,01).
В результате проведенного цитохимического исследования, установлено угнетение клеточного метаболизма лимфоцитов в виде снижения активности СДГ (АСДГ) у пациентов с СД 1 типа при сравнении с показателями у лиц контрольной группы в 1,6 раза (р<0,001) (рис. 1).
22
20
18
й 16
о
14
12
10
19,8±0,7
12,4±0,9а
АСДГ при СД 1 типа АСДГ в контрольной группе
Рис. 1. Активность сукцинатдегидрогеназы у обследованных лиц Примечание: а-р<0,001 статистическая достоверность отличий активности сукцинатдегидрогеназы у пациентов с СД 1 типа при сравнении с контрольной группой.
Распределение и частота встречаемости различных значений АСДГ в обследуемых группах представлены в табл. 1.
Таблица 1. Распределение и частота встречаемости активности сукцинатдегидрогеназы в исследуемых группах
Группа пациентов с СД 1 типа
Интервал распределения Частота Кумул. частота Процент Кумул. %
,2000000<=x<6,200000 12 12 7,22892 7,2289
6,200000<=x<12,20000 21 33 12,6506 19,879
12,20000<=x<18,20000 9 42 5,42169 25,301
18,20000<=x<24,20000 11 53 6,62651 31,927
24,20000<=x<30,20000 4 57 2,40964 34,337
Контрольная группа
Интервал распределения Частота Кумул. частота Процент Кумул. %
7,300000<=x<13,30000 6 6 3,61446 3,6145
13,30000<=x<19,30000 24 30 14,4578 18,072
19,30000<=x<25,30000 14 44 8,43373 26,506
25,30000<=x<31,30000 14 58 8,43373 34,939
Аналогичные изменения митохондриальной ферментативной активности были зафиксированы при исследовании ЛДГ. Показатели активности ЛДГ (АЛДГ) в группе пациентов с СД 1 типа были ниже в 2,1 раза, при сравнении со значениями активности фермента в контрольной группе, р<0,001 (рис. 2).
28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8
11,5±0,9а
АЛДГ при СД 1 типа
23,6±1,1
АЛДГ в контрольной группе
Рис. 2. Активность лактатдегидрогеназы у обследованных лиц: Примечание: а -р< 0,001 статистическая достоверность отличий уровня активности лактатдегидрогеназы у пациентов с СД 1 типа при сравнении с контрольной группой.
Распределение и частота встречаемости различных значений АЛДГ в группах обследованных лиц представлены в табл. 2.
Изменения качественного состава реагирующих клеток у исследуемых респондентов демонстрировало тенденцию к снижению активности при инсулиновой недостаточности. Так, показатели низкой клеточной активности в 27 раз (р<0,05) чаще регистрировались при СД 1 типа при сравнении с данными у лиц без инсулиновой недостаточности, у которых высокая активность фиксировалась в 3,3 и 6 раз (р<0,05) чаще.
Таблица 2. Распределение и частота встречаемости активности лактатдегидрогеназы в исследуемых группах
Группа пациентов с СД 1 типа
Интервал распределения Частота Кумул. частота Процент Кумул. %
1,400000<=x<8,400000 27 27 16,2650 16,2651
8,400000<=x<15,40000 9 36 5,42169 21,6867
15,40000<=x<22,40000 17 53 10,2409 31,9277
22,40000<=x<29,40000 4 57 2,40964 34,3373
Контрольная группа
Интервал распределения Частота Кумул. частота Процент Кумул. %
5,600000<=x<14,60000 9 9 5,4216 5,4217
14,60000<=x<23,60000 16 25 9,6385 15,060
23,60000<=x<32,60000 26 51 15,6626 30,722
32,60000<=x<41,60000 7 58 4,21687 34,939
В результате проведенного исследования удалось установить, что в условиях гипергликемии дегидрогеназный статус лимфоцитов может отражать не только функциональное состояние митохондрий, но и показатели энергообеспечения легочной ткани в целом.
Установленное в работе снижение АСДГ лимфоцитов уменьшает скорость реакций цитратного цикла, а АЛДГ у больных с СД 1 типа отражает кризис процессов анаэробного превращения углеводов при патологии респираторной системы в отличие от показателей цитоэнзиматического статуса наблюдаемых без диабета.
При этом следует отметить, что одним из факторов, нарушающих активность мембраносвязанных ферментов, являлся эндобронхиальный воспалительный процесс, при котором, согласно полученным данным, снижалась активность цитоэнзиматического статуса лимфоцитов в группе пациентов с СД 1 типа, в отличие от лиц контрольной группы (рис. 3).
уровень АСДГ при СД1 типа уровень АЛДГ при СД1 типа
Рис. 3. Корреляция между дегидрогеназной активностью лимфоцитов и индексом активности
эндобронхита у пациентов с СД 1 типа. Примечание: ИАЭ при СД1 типа/АСДГпри СД1 типа: Г = 0,28; г = -0,53; р = 0,02; ИАЭ при СД1 типа/АЛДГпри СД1 типа: г2 = 0,22; г = -0,39; р = 0,01.
При этом, наблюдалось прямопропорциональное снижение активности митохондриальных ферментов под влиянием возрастающего уровня НвА1с у пациентов с абсолютной инсулиновой недостаточностью (рис. 4).
(^уровень АСДГ при СД1 типа ^■^уровень АЛДГ при СД 1 типа
Рис. 4. Корреляция между дегидрогеназной активностью лимфоцитов и гликозилированным
гемоглобином у пациентов с СД 1 типа.
Примечание: НвА1с при СД 1 типа/АСДГ при CД1 типа: г2 = 0,15; г = -0,39; p = 0,003;
НвА1с при СД 1 типа/АЛДГ при ЦЦ1 типа: г2 = 0,08; г = -0,29; p = 0,03.
В ходе работы была зафиксирована динамика изменений поглотительной способности альвеолярных макрофагов бронхоальвеолярной жидкости под воздействием митохондриальных дегидрогеназ, ИАЭ, уровня и длительности воздействия гликемии у пациентов с абсолютной инсулиновой недостаточностью (табл. 3).
Таблица 3. Влияние различных факторов на функциональную способность фагоцитирующих клеток при сахарном диабете 1 типа
Исследуемые показатели АЛДГ АСДГ ИАЭ НвА1с Длительность заболевания
Фагоцитарное число r2 = 0,1065 r = 0,3263 p = 0,022 r2 = 0,1833 r = 0,4281 p = 0,0022 r2 = 0,1904 r =- 0,5513 p = 0,036 r2 = 0,1032 r = -0,3971 p = 0,001 r2 = 0,1597 r = -0,38 p = 0,005
Фагоцитарный индекс r2 = 0,0905 r = 0,3008 p = 0,0357 r2 = 0,0658 r = 0,2566 p = 0,0751 r2 = 0,2035 r = -0,4861 p = 0,032 r2 = 0,2073 r = -0,4351 p = 0,0018 r2 = 0,0948 r = -0,30 p = 0,03
ВЫВОДЫ. Таким образом, снижение активности митохондриальных ферментов можно охарактеризовать как стойкое энергодефицитное состояние клеточных органелл, которое подавляет функциональную способность клеток респираторного тракта. Поэтому, установленные изменения уровня дегидрогеназ при абсолютной инсулиновой недостаточности характеризуют вторичную митохондриальную дисфункцию, развивающуюся под влиянием воспалительного процесса в бронхолегочной системе вследствие пролонгированного воздействия гипергликемии.
Поскольку главным признаком митохондриальной недостаточности является нарушение активности окислительно-восстановительных ферментов, выявленные в исследовании показатели активности ЛДГ и СДГ можно использовать в качестве ранней скрининг-диагностики заболеваний органов дыхания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Makrodimitri S., Kosmidou А. Community-acquired pneumonia - impacts of diabetes mellitus as a comorbidity: A prospective, observational study. European Respiratory Journal.2015;46 (suppl.59): 1841. doi:10.1183/13993003.congress-2015.
2. Hsia C.W., Raskin P. Lung involvement in diabetes. Diabetes Care. 2008; 31(4):828-829. doi:10.2337/dc08-0103.
3. Powell C.S., Jackson R.M. Mitochondrial complex I, aconitase, and succinate dehydrogenase during hypoxia-reoxygenation: modulation of enzyme activities by MnSOD. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2003;285(1):189-198. doi: 10.1152/ajplung.00253.2002.
4. Thangboonjit W., Barnes P., Durham A., Adcock I. Mitochondrial function in three different types of airway epithelial cells. European Respiratory Journal. 2015;46(suppl.59):909. doi:10.1183/13993003.congress-2015.
5. Sun R.C., Koong A., Giaccia A., Denko N.C. Measuring the impact of microenvironmental conditions on mitochondrial dehydrogenase activity in cultured cells. Adv. Exp. Med. Biol. 2016;899:113-120. doi: 10.1007/978-3-319-26666-4_7.
6. Bassett D. J. P., Bowen-Kelly E., Brewster E. L. A reversible model of acute lung injury based on ozone exposure. Lung.1988; 166(6):355-369.
7. Matusiewicz S.P., Williamson I.J., Sime P.J. Plasma lactate dehydrogenase: a marker of disease activity in cryptogenic fibrosing alveolitis and extrinsic allergic alveolitis? Eur. Respir. J. 1993;6 : 1282-1286.
8. Lerner C.A., Sundar I.K., Rahman I. Mitochondrial redox system, dynamics, and dysfunction in lung inflammaging and COPD. Int. J. Biochem. Cell. Biol. 2016;26.pii:S1357-2725(16)30200-X. doi:10.1016/j.biocel.2016.07.026.
9. Wiegman C.H., Michaeloudes C., Haji G. Oxidative stress-induced mitochondrial dysfunction drives inflammation and airway smooth muscle remodeling in patients with chronic obstructive pulmonary disease. J. Allergy. Clin. Immunol. 2015;136(3):769-780. doi: 10.1016/j .jaci.2015.01.046.
10. Rennard S. I. Bronchoalveolar lavage: performance, sampling procedure, processing and assessment. Eur. Respir. J. 1998;26:13-15.
11. Руководство по клинической эндоскопии. Под ред. Савельева В.С., Буянова В.М., Лукомского Г.И.: Издательство Медицина; 1985.
12. Нарциссов Р.П. Применение паранитротетеразолия фиолетового для количественного цитохимического определения дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии, эмбриологии. 1969;5:85-91.
13. "ВидеоТест 4.0": Pуководство пользователя программы.: Издательство НЕВО-АСС, СПб; 2006.
14. Карась С.И. Информационные основы принятия решений в медицине: Учебное пособие. Томск: Печатная мануфактура; 2003.
15. Кобринский Б.А., Зарубина Т.В. Медицинская информатика: Учебник. М.: Академия; 2009.
NEURO OPHTHALMOLOGICAL MANIFESTATIONS IN PATIENTS OPERATED FOR CEREBELLOPONTINE ANGLE
TUMORS
Vitovska O. P.
Konakh V. M.
Vasyuta V. A.
Department of Ophatalmology, Bogomolets National Medical University The State Institution "Institute of Neurosurgery named after A.P. Romodanov ofAMS of Ukraine"
Abstract. The present article is concerned with the study of neuro-ophthalmological manifestations observed in patients with cerebellopontine angle (CPA) tumors before surgery and in early postoperative period. Analysis of visometry with correction demonstrated postoperative decrease in visual acuity. 67 patients presented with lagophthalmos at the operated side and biomicroscopy with fluorescein test showed signs of epitheliopathy. 73.1% of patients had reduced corneal sensitivity in eyes affected with lagophthalmos. Tear production and tear film break-up time significantly decreased (p<0.05). In early postoperative period, the number of patients with normal
