Научная статья на тему 'Свобод-норадикальные процессы и их регуляция, структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов при метаболическом синдроме'

Свобод-норадикальные процессы и их регуляция, структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов при метаболическом синдроме Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
158
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ / МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ СИНДРОМ / СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ / FREE-RADICAL PROCESSES / METABOLIC SYNDROME / STRUCTURE-FUNCTIONAL STATE OF ERYTHROCYTE MEMBRANES

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Крайнова Наталья Николаевна, Попова Татьяна Петровна, Сафроненко Виктория Александровна, Волкова Наталья Ивановна, Внуков Валерий Валентинович

Представлены данные о характере изменений в системе антиоксиданты прооксиданты у 50 пациентов в возрасте от 16 до 58 лет с метаболическим синдромом (МС) без нарушения углеводного обмена, а также структурное состояние мембран эритроцитов. Исследован уровень свободнорадикальных процессов в организме больных МС системой люминол-индуцированной хемилюминесценции, содержание в крови первичных диеновых коньюгатов, вторичных малонового диальдегида и шиффовых оснований конечных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Исследована микровязкость липидного бислоя мембран эритроцитов и активность антирадикальных ферментов в крови больных с МС. Выявлена активация свободнорадикального окисления в крови у пациентов с МС по сравнению с группой доноров, усиление процессов ПОЛ, приводящие к дестабилизации эритроцитарной мембраны, компенсаторное увеличение активности антирадикальных ферментов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Крайнова Наталья Николаевна, Попова Татьяна Петровна, Сафроненко Виктория Александровна, Волкова Наталья Ивановна, Внуков Валерий Валентинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Free-radical Processes and Their Regulation, Structure-functional State of Erythrocyte Membranes in Patients with Metabolic Syndrome

The facts submitted in the article are about the nature of changes in the antioxidative perooxidative system activity and structure-dynamics parameters of erythrocyte membranes in patients with metabolic syndrome without violation of carbohydrate metabolism. The level of free-radical processes, the content of products of peroxide oxidation of lipids and the activity of antiradical enzymes in blood of patients with metabolic syndrome have been studied.

Текст научной работы на тему «Свобод-норадикальные процессы и их регуляция, структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов при метаболическом синдроме»

УДК 616.4

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ РЕГУЛЯЦИЯ, СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ МЕТАБОЛИЧЕСКОМ СИНДРОМЕ

© 2008 г Н.Н. Крайнова1, Т.П. Попова1, В.А. Сафроненко2, Н.И. Волкова2, В.В. Внуков1

Южный федеральный университет, 344006, Ростов н/Д, Б. Садовая, 105, dean@bio.rsu.ru

2Ростовский государственный медицинский университет, 344022, г. Ростов н/Д, пер. Нахичеванский, 29, okt@rostgmu.ru

Southern Federal University, 344006, Rostov-on-Don, B. Sadovaya St., 105, dean@bio.rsu.ru

2Rostov State Medical University, 344022, Rostov-on-Don, Nakhichevanskiy Lane, 29, okt@rostgmu.ru

Представлены данные о характере изменений в системе антиоксиданты — прооксиданты у 50 пациентов в возрасте от 16 до 58 лет с метаболическим синдромом (МС) без нарушения углеводного обмена, а также структурное состояние мембран эритроцитов. Исследован уровень свободнорадикалъных процессов в организме больных МС системой люминол-индуцированной хемилюминесценции, содержание в крови первичных — диеновых конъюгатов, вторичных — малонового диалъдегида и шиффовых оснований — конечных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Исследована микровязкостъ липидного бислоя мембран эритроцитов и активность антирадикалъных ферментов в крови больных с МС. Выявлена активация свободнорадикального окисления в крови у пациентов с МС по сравнению с группой доноров, усиление процессов ПОЛ, приводящие к дестабилизации эритроцитарной мембраны, компенсаторное увеличение активности антирадикалъных ферментов.

Ключевые слова: свободнорадикалъные процессы, метаболический синдром, структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов.

The facts submitted in the article are about the nature of changes in the antioxidative — perooxidative system activity and structure-dynamics parameters of erythrocyte membranes in patients with metabolic syndrome without violation of carbohydrate metabolism. The level of free-radical processes, the content ofproducts ofperoxide oxidation of lipids and the activity of antiradical enzymes in blood ofpatients with metabolic syndrome have been studied.

Keywords: free-radical processes, metabolic syndrome, structure-functional state of erythrocyte membranes.

Цель работы - исследование интенсивности сво-боднорадикального окисления (СРО) и активности ан-тиоксидантной системы крови, а также структурного состояния мембран эритроцитов при инсулинорези-стентности (ИР) без нарушения углеводного обмена.

Материалы и методы

Обследовано 50 пациентов в возрасте от 16 до 58 лет, имеющих избыточную массу тела (ИМТ > 29 кг/м2), абдоминальный тип ожирения (ОТ/ОБ > 0,85), в 86 % случаев висцеральное ожирение (ОТ > 90 см). Оценку толерантности к углеводам осуществляли с помощью 2-часового перорального глюкозотолерантного теста (ПГТТ) по протоколу, предложенному ВОЗ (1985). Содержание глюкозы в капиллярной крови определяли глюкозооксидантным методом с помощью стандартного клинического набора («Ольвекс-диагнос-тикум», Санкт-Петербург). Для оценки ИР при проведении ПГТТ одномоментно определяли концентрацию глюкозы и иммунореактивного инсулина (ИРИ) в сыворотке крови с последующим расчетом индекса САЯО (отношения концентрации глюкозы и концентрации ИРИ). Если индекс становился меньше 0,33, состояние расценивали как ИР [1]. Базальный и стимулированный глюкозой уровень ИРИ определяли иммуноферментным методом с помощью клинического набора («DRG Insmklan», Москва). В качестве контроля обследовано 20 доноров соответствующего пола и возраста, худощавого телосложения, без вредных привычек.

Для изучения процессов СРО и антиокси-дантной системы исследовали спонтанную и Н2О2 - люминол - индуцированную хемилю-минесценцию (ХЛ) [2]. Интенсивность процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) определяли по содержанию первичных продуктов - диеновых коньюгатов (ДК) [3], вторичных - малонового диальдегида (МДА) по методике из [4] и конечных - шиффовых оснований (ШО) [5]. Количество общих липидов (ОЛ) в хлороформном экстракте [6] плазмы крови и гемолизата определяли по цветной реакции с фосфованилиновым реактивом по методу Колба и Камышникова (1982) с помощью стандартного клинического набора («ЭКОлаб», Россия).

Состояние ферментной антиоксидантной системы оценивали по активности суперок-сиддисмутазы (СОД) [7], каталазы [8] и церу-лоплазмина (ЦП) [9]. Структурное состояние мембран эритроцитов определяли с помощью флюоресцентного зонда пирена в суспензии эритроцитов [10]. Стабильность эритроци-тарных мембран оценивали по содержанию внеэритроцитарного гемоглобина (ВЭГ) в

плазме гемоглобинцианидным методом Каркашова и Вичева (1973) и суммарной пероксидазной активности (СПА) (Покровский, 1969 в модификации Лукаша и др. 1996) [11]. Статистическую обработку результатов проводили с помощью программы Excel 8,0. Значимость различий между изучаемыми величинами определяли по критерию t Стюдента. Различия считали достоверными при р < 0,05.

Результаты

У пациентов с метаболическим синдромом (МС) по сравнению с группой доноров амплитуда быстрой вспышки (h) Н2О2 - люминол индуцированной ХЛ увеличилась на 25 %, максимальная светимость (Н) и светосумма (Sm) медленной вспышки - на 31 и 54 %, скорость окисления липидов - на 35 % относительно того же показателя, измеренного у доноров (табл. 1).

Таким образом, в плазме крови больных с ИР без нарушения углеводного обмена интенсивность ХЛ по пяти показателям достоверно увеличилась, что свидетельствует об увеличении уровня СРП в организме.

В результате проведенных исследований нами установлено, что в сравнении с группой доноров в

Таблица 1

Параметры спонтанной и Н2О2 - люминол - индуцированной ХЛ и содержание продуктов ПОЛ в крови у пациентов с МС без нарушения углеводного обмена М±т

Показатель Группа доно- Пациенты с

ров, n = 20 MQ n = 50

Sm спонтанной 2,67±0,11 3,58±0,22

ХЛ за 8 с, отн.ед 0,002 <р<0,01

Вспышка (Ь) Н2О2 - 44,61±1,49 55,74±1,6

люминол индуцированной ХЛ, отн.ед р<0,001

Максимальная светимость - 37,97±2,87 58,5±3,63

(Н) Н2О2 - люминол инду- р<0,001

цированной ХЛ, отн.ед

Бш Н2О2 - люминол 168,26±10,95 221,42±9,9

индуцированной ХЛ за 5 мин, отн.ед 0,002<р<0,01

tg угла наклона Н2О2 - 25,81±2,26 34,77±1,84

люминол индуцированной ХЛ, отн.ед 0,002<р<0,01

ДК в плазме, 9,50±0,31 12,86±0,54

нмоль/мг ОЛ р<0,001

ДК в гемолизате, 9,91±0,48 13,78±0,43

нмоль/мг ОЛ р<0,001

МДА в плазме, 23,88±0,67 30,63±0,52

нмоль/мл р<0,001

МДА в гемолизате, 2,91±0,10 3,90±0,11

нмоль/мг НЬ р<0,001

ШО в плазме, 0,54±0,02 0,67±0,02

ед фл/мг ОЛ р<0,001

ШО в гемолизате, 0,56±0,02 0,73±0,03

ед фл/мг ОЛ р<0,001

Примечание. Здесь и в табл. 2-3: р по сравнению с группой доноров.

достоверность изменений показателя

плазме крови больных с МС содержание ДК было выше на 35 %, вторичных (МДА) и конечных (ШО) продуктов перекисного окисления - на 28 и 22 %.

В эритроцитах прослеживалась аналогичная динамика. Содержание ДК превышало контрольный уровень на 39, МДА - на 34, ШО - на 30 % соответственно, что свидетельствует о нарушениях в системе ан-тиоксиданты - прооксиданты в организме (табл. 1). Таким образом, у пациентов с МС наблюдается активация СРО окисления полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) липидов в плазме крови и эритроцитах, выражающаяся в увеличении концентрации первичных, вторичных и конечных продуктов ПОЛ.

Основной вклад в систему регуляции СРО вносят антиоксидантные ферменты - важный компонент первой линии антирадикальной защиты. Они способны ингибировать активные кислородные метаболиты и предотвращать развитие СРП на различных стадиях цепного процесса [1, 9]. В плазме крови пациентов по сравнению с группой доноров активность СОД увеличилась на 98, каталазы на 28, оксидазная активность ЦП - на 45 %, что, по-видимому, носит компенсаторный характер. В гемолизате эритроцитов активность СОД и каталазы возрастала по сравнению с группой доноров на 60 и 42 %.

Таким образом, мы полагаем, что у больных с МС в крови наблюдается повышенная генерация активных кислородных метаболитов, которые способны инициировать ПОЛ в биомембранах и липопротеидах крови. Наряду с этим наблюдается параллельное увеличение антиоксидантных ферментов, что говорит о повышенной активации защитной системы организма у пациентов с МИ без нарушения углеводного обмена (табл. 2).

Обнаруженное усиление процессов ПОЛ в плазме и эритроцитах пациентов с МС может явиться причиной изменения структурно-функционального состояния мембранных структур организма, в частности, мембран эритроцитов.

Таблица2

Активность антиоксидантных ферментов в крови пациентов с МС без нарушения углеводного обмена М±т

Группа Пациенты

Показатель доноров, с МС,

n = 20 n = 50

ЦП в плазме, 1,34±0,03 1,94±0,06

мкмоль/л р<0,001

СОД в плазме (СУА), 0,60±0,06 1,20±0,07

у.е./мин в мл плазмы р<0,001

СОД в гемолизате, 0,84±0,12 1,34±0,08

у.е./мин в мг Hb р<0,001

Каталаза в плазме, 15,8±0,84 20,3±1,12

нмоль Н2О2/мл 0,01< р<0,02

Каталаза в гемолизате, 23,36±1,52 33,08±1,25

нмоль Н2О2/мл р<0,001

Анализ спектра флуоресцентного зонда пирена позволил сделать вывод об изменении структуры эрит-роцитарной мембраны у обследованных нами лиц с МС (табл. 3). В сравнении с группой доноров у больных с МС была повышена микровязкость липидного

бислоя на 25 %, текучесть зон белок-липидных контактов увеличилась на 12, снизилась гидрофобность внутренних областей мембраны на 7, степень погружения белков в липидный бислой увеличилась на 38 %. Коэффициент полярности зоны белок-липидных контактов остался без достоверных изменений (табл. 3). Таким образом, наблюдаемая при метаболическом синдроме активация СРП и процессов ПОЛ в мембранах эритроцитов сопровождается повышением микровязкости липидного бислоя, структурными изменениями мембранных белков без изменения полярности липидного матрикса.

Таблица 3

Структурное состояние мембран эритроцитов, уровни СПА и ВЭГ у пациентов с МС без нарушения углеводного обмена М±т

Показатель Группа доноров, n = 20 Пациенты с МС, n = 50

Fs/FH (334) 0,688±0,023 0,517±0,016 р<0,001

F3/FM(282) 1,554±0,112 1,365±0,032 р<0,05

F0-F1/F0 0,211±0,05 0,291±0,008 р<0,001

F372/F393 (3 34) 1,901±0,067 1,763±0,034 р<0,05

F372/F393 (2 82) 2,146±0,090 2,076±0,049 р>0,05

СПА, ед акт/мл 2,525±0,113 4,766±0,178 р<0,001

ВЭГ, ммоль/л 1,442±0,076 2,514±0,097 р<0,001

Изменение физических характеристик мембран эритроцитов неизбежно отражается на их стабильности. Обнаруженное нами у больных с МС увеличение концентрации ВЭГ на 74 % и СПА - на 89 % в плазме крови (табл. 3) свидетельствует о выраженном нарушении проницаемости клеточных мембран эритроцитов при МС. Эти показатели являются интегральными, по изменению уровня которых оценивают состояние мембран форменных элементов крови, а также наличие потенциальных прооксидантов, содержащих в своем составе Fe+2[11].

Таким образом, у пациентов с МС без нарушения углеводного обмена наблюдаются нарушения в системе антиоксиданты - прооксиданты, которые выражаются в повышенной генерации активных кислородных метаболитов, усилении процессов ПОЛ на фоне компенсаторного увеличения активности антирадикальных ферментов, а также изменения структуры эритроцитарной мембраны, приводящие к её дестабилизации.

Литература

1. Caro J.F. Insulin resistance in obese and nonobese men // J. Clin. Endocrinol Metab. 1991. Р. 7391 - 1995.

2. Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И. Свободные радикалы в живых системах. М., 1991.

3. Стальная И.Д. Современные методы в биохимии. М., 1977. С. 63-64.

4. Стальная И.Д., Горишвили Т.Г. Современные методы в биохимии. М., 1977.

5. Bidlack W.R., TappelA.L. Fluorescent products of phospholipids during lipid peroxidation // Lipids. 1973. Vol. 68. № 4. P. 203-209.

6. Bligh E.J., Dyer W.J. Rapid methods of total lipid extraction and purification // J. Biochem. Physiol. 1959. Vol. 37. № 8. P. 911-917.

7. Сирота Т.В. новый подход в исследовании процесса аутоокисления адреналина и использования его для измерения активности супероксиддисмутазы // Вопр. мед. химии. 1999. № 3. С. 14-15.

8. Королюк М.А. и др. Метод определения активности ка-талазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 16-19.

9. Колб В.Г., Камышников В.С. Справочник по клинической химии. Минск, 1982.

10. Владимиров Ю.А., Добрецова Г.В. Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран. М., 1980.

11. Покровский А.А. Биохимические методы исследования в клинике. М., 1969.

Поступила в редакцию_4 апреля 2008 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.