CC BY
6
Е. Н. Лебедева, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологической химии ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» МЗ РФ e-mail: lebedeva.e.n@mail.ru
С. И. Красиков, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой общей и фармацевтической химии ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» МЗ РФ e-mail: ks_oren@mail.ru
Н. П. Сетко, доктор медицинских наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы РФ, проректор по научной и клинической работе ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» МЗ РФ e-mail: nauka@orgma.ru
Н. В. Шарапова, кандидат биологических наук, доцент кафедры общей и фармацевтической химии ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» МЗ РФ e-mail: natalya.sharapova2010@yandex.ru
Л. В. Гирина, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры биологической химии ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» МЗ РФ e-mail: girina.lyudmila@yandex.ru
Н. А. Кузьмичева, ассистент кафедры общей и фармацевтической химии ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» МЗ РФ e-mail: k_chemistry@orgma.ru
УРОВЕНЬ СЫВОРОТОЧНОГО ЖЕЛЕЗА И ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ЛИПОФИЛЬНЫМИ МИКРОНУТРИЕНТАМИ У ЖИТЕЛЕЙ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА
В статье предпринята попытка связать обеспеченность липофильными микронутриентами витаминами А и Е, уровень сывороточного железа, липидный профиль и активность антиокси-дантных ферментов у юношей 17-18 лет с условиями проживания в различных по окислительной нагрузке зонах агропромышленного региона (Оренбургской области).
Максимальная нагрузка по железу была выявлена на западе области. Для жителей этой зоны характерно наибольшее количество лиц как с пониженным, так и с повышенным уровнем сывороточного железа. Количество липофильных антиоксидантов (витаминов А и Е) отличалось повышением, особенно выраженным на востоке и западе области. Тенденция к интенсификации ПОЛ, оцениваемая по хемилюминесценции, отмечена у жителей центральной зоны. Максимальная активность СОД и каталазы была отмечена у студентов, проживающих на востоке области. Как показал анализ основных биохимических показателей в зависимости от зоны проживания, оценку обеспеченности липофильными нутриентами необходимо сочетать с определением баланса в организме про- и антиоксидантов.
Ключевые слова: липофильные микронутриенты; железный статус; витамины-антиокси-данты; хемилюминесценция; антиоксидантные ферменты; подростки.
Изучение влияния на человека факторов окружающей среды является одной из актуальнейших задач медицинской и биологической науки. В настоящее время из всех экологически опасных факторов доминируют химические загрязнители. Важность представленной задачи определяется тем, что по загрязнению окружающей среды Оренбургская область находится среди регионов России с наибольшими выбросами вредных веществ (более 500 тыс. т в год) [1]. Многочисленные эколого-гигиенические исследования, проведенные на территории Оренбургской области, обнаруживают неравнозначную химическую нагрузку зон области: Восточной, Западной и Центральной.
Среди химических веществ, загрязняющих различные объекты внешней среды, металлы переменной валентности (d-металлы) образуют значительную группу токсикантов, во многом определяющую антропогенное воздействие на человека и окружающую среду. Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха и водоемов вредными веществами напрямую и опосредованно оказывает воздействие на весь организм человека, вызывая комплекс экологически обусловленных заболеваний [1].
Качественный состав химических загрязнителей воздуха и воды показал, что на территории Оренбургской области наибольший вклад в суммарное загрязнение d-металлами вносят никель, медь, цинк и железо. Наибольшей кумулятивной способностью из перечисленных металлов обладает железо [2]. Вместе с тем известно, что железо это эссенциальный микроэлемент, регулярное поступление которого абсолютно необходимо для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. Общепринято считать, что более частой проблемой является недостаток железа в организме человека. Дефицит железа в организме затрагивает все уровни организации живого организма: генетический, молекулярный, клеточный, тканевой, органный, системный [3, 4]. Вместе с тем все большую актуальность приобретает проблема перегрузки железом (iron overload). На сегодняшний день известно, что перегрузка железом (ПЖ) является прямой причиной или сопровождает течение более 20 различных заболеваний [5].
Юношеский и подростковый возраст представляют собой критические периоды онтогенеза, когда могут обостряться и прогрессировать
хронические болезни, в том числе и нарушения обмена железа [5]. К подобным нарушениям относятся не только известные железодефи-цитные состояния, но и малоизученная в этом возрасте перегрузка железом, причиной которой может быть развитие вторичного гемохромато-за вследствие лекарственной или свинцовой интоксикации, бесконтрольный прием железосодержащих препаратов и др. [6].
Повышенный уровень гемоглобина и сывороточного железа часто ускользает от внимания врачей. Вместе с тем свободное железо в живой клетке приводит к образованию свободных радикалов, что стимулирует фиброгенез, интоксикацию, нарушение функции многих органов [7]. Среди факторов, оказывающих влияние на содержание железа в тканях, особого внимания заслуживают витамины антиоксидантного действия: жирорастворимые витамины А и Е, а также аскорбиновая кислота. Как известно, витамин А увеличивает усвоение железа: при совместном приеме железа и ретинола уровень гемоглобина повышается [8]. Витамин С увеличивает всасывание железа в желудочно-кишечном тракте [9]. Однако некоторые исследования не исключают и антагонизм железа, в частности с витамином Е [10].
Целью работы является изучение взаимосвязи обеспеченности витаминами А и Е с уровнем сывороточного железа у лиц молодого возраста в зависимости от окислительной нагрузки этим металлом питьевой воды, а также оценка ферментативных и неферментных антиоксидантов.
Территориальное деление Оренбургской области на зоны осуществлялось с учетом географического распределения стационарных источников загрязнения и локализации основных автомагистралей и источников водоснабжения. Анализ загрязнения атмосферного воздуха проводился по данным Управления Роспотребнад-зора по Оренбургской области в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86 и РД 52.04.186-89.
Оценку качества питьевой воды проводили по результатам исследований проб из водопроводной сети, отобранных в соответствии с требованиями ГОСТ 51593-2000 за 2008-2010 гг. Использованы данные лаборатории ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области». На основании этих результатов рассчитывали уровень загрязнения изучаемых объектов окружающей среды (атмосферный воздух, питьевая вода) по железу.
На базе клиники Оренбургской государственной академии было проведено обследование 180 юношей в возрасте 17-18 лет. У всех обследованных лиц в сыворотке крови определяли витамины А, Е, флуориметрическим методом («Флюорат-02-АБФЛ», Россия), экскрецию аскорбиновой кислоты определяли общепринятым методом визуального титрования мочи по Тильмансу. Для оценки обмена железа определяли уровень сывороточного железа феррозиновым методом с помощью наборов (Cormay, Poland) на автоматическом биохимическом анализаторе Vitalit-1000. Исследование липидного спектра крови включало определение концентраций общего холестерина (ОХ) и триацилглицеринов (ТГ) с помощью стандартного набора реактивов фирмы Roche Diagnostics на автоматическом биохимическом анализаторе Cobas Integra 400 (Roche), со встроенной системой контроля качества. Внешний контроль осуществлялся при помощи Федеральной системы внешней оценки качества лабораторных исследований.
Выраженность окислительного стресса оценивали по интенсивности спонтанной и желе-зо-индуцированной хемилюминесценции, с одной стороны, и активности антиоксидантных ферментов супероксиддисмутазы (СОД) и ка-талазы, с другой.
Результаты:
Уровень загрязнения воды по железу и суммарная (вода - воздух) нагрузка по железу неравнозначны для жилых территорий Оренбургской области. Максимальная нагрузка по железу была выявлена на западе области.
При анализе данных о распространенности нарушений в содержании железа в зависимости от железного статуса обследуемых лиц в каждой зоне были выделены следующие подгруппы:
1) с железодефицитом - < 9 мкМ/л;
2) с нормальным уровнем железа - 9-21,5 мкМ/л;
3) с повышенным уровнем железа - >21,5 мкМ/л;
4) с возможной перегрузкой железом - >25 мкМ/л.
Данные о распространенности нарушений уровня железа у подростков Оренбургской области в зависимости от зоны проживания представлены в таблице 1.
Доля лиц с повышенным содержанием железа и возможной перегрузкой была максимальной на западе. Следует отметить, что для этой зоны характерно и наибольшее количество лиц с пониженным уровнем железа. При анализе полученных данных отмечено, что все обследованные группы из разных зон области по уровню средних значений сывороточного железа достоверно не различались между собой (таб. 2).
Среднее содержание витаминов Е и А в сыворотке крови у всех обследуемых превышало норму, вне зависимости от зоны проживания. Вместе с тем у подростков, проживающих на востоке области, распространенность нарушений в содержании витамина Е составила 90,8%, что отражает тенденцию к увеличению данного показателя. Для лиц, проживающих на западе области, превышение по витамину А составило 43,5% (табл. 2).
Среднее значение содержания витамина С у всех обследуемых не превышало нижней границы нормы, вне зависимости от зоны проживания, при наблюдаемой тенденции к снижению, выявленной для студентов, проживающих на востоке области (табл. 2).
Поскольку витамины А и Е в сыворотке крови транспортируются в составе липопротеи-новых частиц, представляло интерес изучение отношения этих витаминов к липидам крови (табл. 2). Было выявлено, что содержание интегрального показателя суммы ОХС и ТАГ для всех групп имеет близкие значения. Вместе с тем показатель Витамин А/ОХС+ ТАГ [11] у лиц, проживающих на территории восточной
Таблица 1
Распространенность нарушений уровня сывороточного железа у юношей Оренбургской области в зависимости от зоны проживания
Подгруппы Уровень сывороточного железа (в мкмоль/л) Центр Восток Запад
1 <9 13,8 13,8% 18%
2 9-21,5 67,8% 72,4% 61%
3 >21,5 18,5 13,8% 21%
4 >25 13,8 10,3% 12%
и западной зон области, в среднем на 18% выше, чем величина, рассчитанная для студентов, проживающих в центре области. Такая же тенденция наблюдается для показателя Витамин Е/ ОХС+ ТАГ [11].
Интенсивность процессов перекисного окисления липидов и активность антиоксидантных ферментов в зависимости от зоны проживания представлена в таблице 3.
Интенсивность процессов перекисного окисления липидов в не активированной сыворотке крови юношей, проживающих в центре области, в 2 раза превышала спонтанную светимость в сыворотке студентов, проживающих на востоке и западе области. Достоверных различий по величине показателя между указанными зонами (запад и восток), выявлено не было. Вместе с тем для юношей, проживающих на западе обла-
сти, прослеживается четкая тенденция к увеличению интенсивности спонтанной светимости сыворотки. Подобная тенденция к интенсификации ПОЛ прослеживалась для величины максимальной светимости сыворотки. Повышение по этому показателю для жителей центральной зоны составило 31%.
Максимальная активность СОД и каталазы была отмечена для студентов, проживающих на востоке области (табл. 3).
Обсуждение результатов
Таким образом, повышение содержания сывороточного железа отмечено для неблагоприятных по железу территорий области. Железо, являясь выраженным прооксидантом, стимулирует процессы свободно радикального окисления (СРО) в тканях. В свою очередь, ответом на интенсификацию СРО, как правило, являет-
Таблица 2
Содержание сывороточного железа, липидов и витаминов Е и А в сыворотке крови юношей в зависимости от зоны проживания
Определяемый показатель Референсные величины Зоны области
Центр Восток Запад
Железо сыв. 9,0-21,5мкМ /л М±т 15,98±0,87 16,87±1,5 16,71±1,3
Мт -мах 5,3-35 7,7-37,9 3,4-31,5
ОХС 3,9-6,5 мМ/л М±т 4,30 ± 0,30 4,30 ± 0,30 4,42 ± 0,22
ТАГ 0,7-1,2 мМ/л М±т 0,84 ± 0,04 0,70 ± 0,02 0,70 ± 0,02
ОХС+ ТАГ 5,14 5,00 5,12
Аскорбиновая кислота 0,7-1,2 мг/час М±т 0,64±0,02 0,62±0,02 0,66±0,03
N 29,7% 29,3% 30,6%
> N 4,4% 3,3% 4,7%
витамин Е 8-12 мкг/мл М±т 14,15±0,2 15,01±0,42 14,92±0,37
N 17,50% 9,20% 15,15%
> N 82,50% 90,80% 84,85%
витамин А 0,3-0,7 мкг/мл М± т 0,72±0,05 0,84±0,097 0,88±0,097
N 32% 21,40% 22,20%
> N 34% 37,80% 43,50%
Витамин А/ ОХС+ ТАГ [11] 0,14 0,168 0,172
Витамин Е/ ОХС+ АГ[11] 2,75 3,002 2,91
Показатели Зоны области
Центр Восток Запад
Оценка хемилюминесценции сыворотки крови
Спонтанная светимость 0,87±0,12 0,39±0,03* 0,43±0,05*
Светосумма 2,8±0,1 1,92±0,1* 1,92±0,12*
Активность антиоксидантных ферментов
Каталаза, усл.ед./г НЬ 411,48 ± 5,45 426,44 ± 2,35** 424,25 ± 2,12**
СОД, усл.ед./г НЬ 108,93 ± 5.45 123,13 ± 6,16 110,48 ± 5,97
*р<0, 001 ** р<0, 05
Таблица 3
Интенсивность процессов перекисного окисления липидов и активность антиоксидантных ферментов в зависимости от зоны проживания
ся повышение активности антиокислительной системы организма как ферментативного, так и не ферментативного звена (витаминов-анти-оксидантов). Одной из причин избытка железа у юношей может являться физиологическая гиперадсорбция пищевого железа под действием андрогенов в период маскулинизации [6]. Другой причиной гиперадсорбции является наличие мутаций в гене HFE - наследственного гемохроматоза (НГ) [5]. Для определения показаний к молекулярно-генетическому исследованию НГ необходимо подтверждение факта перегрузки тканей железом.
Далее было установлено, что концентрация токоферола в крови лимитирована (< 150 мг RRR - а - токоферилацетата) и не может повышаться в два-три раза независимо от количества, продолжительности или частоты приема дополнительного витамина. Уровень а-токоферола в плазме не повышается с увеличением дозы потребляемого витамина в связи с тем, что вновь поступающий витамин замещает израсходованный в составе циркулирующих липопротеинов [12]. Витамин Е является наиболее важным ли-пофильным антиоксидантом, который защищает липиды от окисления и при различного рода окислительных повреждениях структур организма происходит мобилизация эндогенного витамина из других органов [13]. Повышение уровня витамина Е в крови можно рассматривать как компенсаторную реакцию организма в ответ на повышенный уровень прооксиданта для процессов ПОЛ в липопротеинах крови.
Кроме того, высокий уровень витамина Е положительно влияет на содержание в сыворотке крови другого антиоксидантного витамина- ретинола [8]. Ранее было показано, что витамин Е способствует всасыванию витамина А в кишечнике, влияет на метаболизм витамина А в некоторых органах и имеет отношение к мобилизации запасов витамина А [14]. Наблюдаемое повышение содержания витамина А в сыворотке крови юношей, проживающих
на территориях с повышенной нагрузкой по железу, в свою очередь, может быть связано с реакцией организма на активацию процессов СРО.
Известно, что в регенерации окисленной формы витамина Е участвуют глутатион и витамин С. Нами было отмечено снижение концентрации витамина С у жителей, проживающих в неблагополучных зонах Оренбуржья, что подтверждает его интенсивное использование в метаболизме витамина Е.
Существенно, что отмеченное в исследовании повышение активности СОД и каталазы отражает ранее полученные данные о том, что витамин Е усиливает работу ферментативного звена антиоксидантной системы защиты организма [15]. Вместе с тем для отмеченных территорий характерным является более низкая интенсивность процессов хемилюминесценции сыворотки крови на фоне повышения активности СОД и каталазы, с одной стороны, повышения содержания витаминов А и Е и снижения витамина С, с другой. Высокая активность ферментов СОД и каталазы, а также витаминов А и Е, на наш взгляд, обусловлены возникшим компенсаторным механизмом в ответ на активацию процессов СРО в сыворотке крови.
Наблюдаемые нами различия основных биохимических показателей в зависимости от зоны проживания, которая характеризуется существенной разницей в окислительной нагрузке, показали, что исследования обеспеченности липофильными нутриентами необходимо сочетать с оценкой баланса в организме про- и антиоксидантов.
Кроме того, на основе полученных результатов и анализа литературных данных можно заключить, что к оценке воздействия того или иного поллютанта (в данном случае избытка железа в питьевой воде) нужно подходить комплексно, учитывая действие других веществ, которые могут модулировать его токсичные свойства, снижая или повышая его токсичность.
Литература
1. Рахманин, Ю. А. Химические и физические факторы урбанизированной среды обитания / Ю. А. Рахманин, В. М. Боев, В. Н. Аверьянов, В. Н. Дунаев. - Оренбург : ФГУП «ИПК «Южный Урал», 2004. - 432 с.
2. Захарченко, М. П. Методические проблемы оценки здоровья людей : в кн. : Диагностика в профилактической медицине / М. П. Захарченко, В. Г. Маймулов, А. В. Шабров. - СПб., 1997. -С. 55-150.
3. Baker, WF Jr. Iron deficiency in pregnancy, obstetrics, and gynecology. Hematol Oncol Clin North Am. - 2000; Oct, 14(5):1061-77.
4. Andrews, N. C. Disorders of Iron Metabolism / N. C. Andrews // New England Journal of medicine. - 1999; 341(26):1986-95.
5. Болезни перегрузки железом (гемохроматозы) / под ред. А. Г. Румянцева и Ю. Н. Токарева.
- М. : Медпрактика-М, 2004. - 328 с.
6. Полякова, C. И. Нарушения обмена железа у подростков / С. И. Полякова // Медицинский вестник Северного Кавказа. - 2010. - 3:52-3.
7. Ramm, G. A. Hepatotoxicity of iron overload / G. A. Ramm, R. G. Ruddell // Mechanisms of iron-induced hepatic fibrogenesis. Sem. Liver Diseases. 2005; 25(4):433-49.
8. Катикова, О. Ю. Особенности витаминного статуса у больных с заболеваниями печени различной этиологии. Возможности витаминотерапии / О. Ю. Катикова // РЖГГК. - 2009. - Т. 19.
- № 3. - С. 21-31.
9. Teucher, B. Enhancers of iron absorption: ascorbic acid and other organic acids / B. Teucher, M. Olivares, H. Cori // Int J Vitam Nutr Res. - 2004. - No 74(6):403-19.
10. Watts, D. L. Nutritional Relationships of Iron / D. L. Watts // Journal of Orthomolecular Medicine. - 1988; 3(3): 110-116.
11. Vitamins A, E and leptin in obese and non-insulin-dependent diabetes/ Ben Slama F. et al. // Tunis Med. - 2009. - Nov; 87(11):726-30.
12. Traber, M. G. Vitamin E revisited: do new data validate benefits for chronic disease prevention? / M. G. Traber, B. Frai, J. S. Beckman // Current Opinion in Lipidology. - 2008, 19:30-38.
13. Brigelius-Flohe, R. The European perspective on vitamin E: current knowledge and future research / R. Brigelius-Flohe, F. G. Kelly, G. T. Salonen et.al. // Am. J. Clin. Nutr. - 2002. - Vol. 76. -Рр. 703-716
14. Napoli, J. L. Vitamin A metabolism: alpha-tocopherol modulates tissue retinol levels in vivo, and retinyl palmitate hydrolysis in vitro / J. L. Napoli, A. M. McCormick et. al. // Arch. Biochem. Biophys.
- 1984. - Vol. 230. - No. 1. - Рр. 194-202.
15. Меньщикова, Е. Б. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е. Б. Мень-щикова, В. З. Ланкин, Н. К. Зенков. - М. : Слово, 2006. - 556 с.
References
1. Rahmanin, Ju. A., Boev V. M., Aver'janov V. N., Dunaev V. N. (2004), [Chemical and physical factors of environmental urbanization] Himicheskie i fizicheskie factory urbanizirovannoj sredy obitanija // Orenburg: FGUP «IPK «Juzhnyj Ural», 432 р (in Russian).
2. Zaharchenko, M. P. Majmulov V. G., Shabrov A. V. (1997), [Methodical issues of population health evaluation] Metodicheskie problem ocenki zdorov'ja ljudej // V kn.: Diagnostika v profilakticheskoj medicine. SPb, рр. 55-150 (in Russian).
3. Baker, WF Jr. (2000), Iron deficiency in pregnancy, obstetrics, and gynecology. Hematol Oncol Clin North Am. Oct, 14(5):1061-77.
4. Andrews, N. C. (1999), Disorders of Iron Metabolism. New England Journal of medicine. 341(26):1986-95.
5. Bolezni peregruzki zhelezom (gemohromatozy) [Iron overload diseases] / pod red. A. G. Rumjanceva i Ju. N. Tokareva. Med. Praktika, 2004. р. 328 ( in Russian).
6. Poljakova, C. I. (2010), Narushenija obmena zheleza u podrostkov. [Iron metabolic imbalance] Medicinskij vestnik Severnogo Kavkaza, 3:52-3 (in Russian).
7. Ramm, G. A., Ruddell R. G. (2005), Hepatotoxicity of iron overload: Mechanisms of iron-induced hepatic fibrogenesis. Sem. Liver Diseases, 25(4):433-49.
8. Katikova, O. Ju., Shih E. V. (2009), Osobennosti vitaminnogo statusa u bol'nyh s zabolevanijami pecheni razlichnoj etiologii. Vozmozhnosti vitaminoterapii [Characteristics of vitamin status in patients with different liver diseases. Vitamin therapy.] // RZhGGK, V. 19, No 3, pp. 21-31 (in Russian).
9. Teucher, B, Olivares M, Cori H. (2004), Enhancers of iron absorption: ascorbic acid and other organic acids / Int J Vitam Nutr Res, No 74(6):403-19.
10. Watts, D. L. (1988), Nutritional Relationshipsoflron / Journal of Orthomolecular Medicine, 3(3): 110-116.
11. Vitamins A, E and leptin in obese and non-insulin-dependent diabetes / Ben Slama F. et al. // Tunis Med, 2009, Nov, 87(11):726-30.
12. Traber, M. G., Frai B., Beckman J. S. (2008), Vitamin E revisited: do new data validate benefits for chronic disease prevention? // Current Opinion in Lipidology, 19:30-38.
13. Brigelius-Flohe, R., Kelly F. G., Salonen G. T. et. al. (2002), The European perspective on vitamin E: current knowledge and future research // Am. J. Clin. Nutr, Vol. 76, pp. 703-716.
14. Napoli, J. L., McCormick A. M. et. al. (1984), Vitamin A metabolism: alpha-tocopherol modulates tissue retinol levels in vivo, and retinylpalmitate hydrolysis in vitro // Arch. Biochem. Biophys, Vol. 230, No 1, pp. 194-202.
15. Men'shhikova, E. B., Lankin V. Z., Zenkov N. K. (2006), Okislitel'nyj stress. Prooksidanty i antioksidanty. [Oxidative stress. Prooxidants and antioxidants.], Moscow : Slovo, p. 556 ( in Russian).
