CC BY
88
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
УДК 575.164:612.13 ББК 28.7
Даутова Альбина Зуфаровна
аспирант
Башкирский государственный университет г. Уфа
Усманова Светлана Разилевна
кандидат биологических наук Башкирский государственный университет г. Уфа
Исаева Екатерина Евгеньевна
аспирант
Башкирский государственный университет г. Уфа
Рыскова Анна Алексеевна
магистр
Башкирский государственный университет г. Уфа
Шамратова Валентина Гусмановна
доктор биологических наук, профессор
Башкирский государственный университет г. Уфа
Dautova Albina Zufarovna
Post-graduate Bashkir State University Ufa
Usmanova Svetlana Razilevna
Candidate of Biology Bashkir State University Ufa
Isaeva Caterine Evgenevna
Post-graduate Bashkir State University Ufa
Ryskova Anna Alekseevna
Master Bashkir State University Ufa
Shamratova Valentina Gusmanovna
Doctor of Biology,
professor Bashkir State University Ufa
Влияние полиморфного варианта ALU INS/DEL гена ангиотензин - превращающего фермента (АПФ) на состояние кислородтранспортной функции крови у здоровых юношей Influence of polymorphic variant ALU INS/DEL of angiotensin - converting enzyme (ACE) on the condition of oxygen - transporting function of blood at
healthy young men
В статье рассматривается влияния I/D аллельных вариантов гена ACE на отдельные звенья кислородтранспортной системы организма (КТС) и их взаимосвязи. Изучены показатели газового состава крови, фракции и дериваты гемоглобина, суммарные и индивидуальные характеристики красной крови, параметры гемодинамики. С помощью факторного анализа установлено, что доля участия разных звеньев КТС в регуляции кислородного баланса при различных вариантах гена ACE различается.
The article discusses the impact of I/D ACE gene allelic variants on the individual links in the oxygen system of the body and their relationships. Studied blood gas levels, fractions and derivatives of hemoglobin, total and individual characteristics of red blood cells, hemodynamic parameters. Using factor analysis found that the share of different links in the oxygen system of the body in the regulation of the oxygen balance in different variants of the ACE gene is different.
Ключевые слова: ангиотензин - превращающий фермент (АПФ), кисло-родтранспортная система крови (КТС), гипоксия-индуцибельный фактор (HIF), гемодинамика, гипоксия.
Key words: angiotensin - converting enzyme (ACE), oxygen - transporting system, hypoxia-inducible factor - HIF, hemodynamic, hypoxia.
Исследованиями последних лет установлено, что адаптация организма к
гипоксии обеспечивается не только физиологическими механизмами напряжения функциональных систем внешнего дыхания, крови и кровообращения [1], но и молекулярно - генетическим механизмом регуляции. Показано, что важнейшую роль в этих процессах играет кислородчувствительный протеиновый комплекс, обладающий транскрипционной активностью - гипоксия-индуцибельный фактор (HIF). Он активируется в физиологически важных местах регуляции кислородных путей, обеспечивая быстрые и адекватные ответы на гипоксический стресс, включает гены, регулирующие энергетический метаболизм, эритропоэз и апоптоз и др. [4]. Кроме того, было прямо доказано, что
хроническая гипоксия усиливает экспрессию ангиотензин-превращающего фермента (АПФ), который конвертирует ангиотензин I в ангиотензин II [5], играющий ключевую роль в поддержании тонуса кровеносных сосудов.
В связи с этим представляет интерес изучение параметров различных компонентов КТС организма и их взаимодействие при различных полиморфных вариантах гена АПФ. Наиболее важным из них является I/D инсерционно -делеционный полиморфизм, связанный с инсерцией (I) или делецией (D) Alu повтора размером 287 п.н. в 16 интроне [5].
Материалы и методы исследования
Обследовано 93 клинически здоровых юношей 20-22- летнего возраста. Гематологические исследования проводили с помощью анализатора «ADVIA 60» производства «BAYER» (Германия). В крови определяли количество эритроцитов, концентрацию гемоглобина (Hb), гематокрит (Ht), средний объем эритроцитов (MCV) и среднюю концентрацию Hb в эритроците (MCHC). На аппарате «RAPШLAB865»фирмы «BAYER» (Германия) измеряли pO2 и pCO2, кислородную сатурацию (satO2), а также содержание оксигемоглобина (HbO2), фетального (FetHb) и карбокси - (HbCO) гемоглобина.
У всех испытуемых измеряли систолическое и диастолическое артериальное давление (САД, ДАД), частоту сердечных сокращений (ЧСС) электронным портативным тонометром модели S1 Omron (Япония) с цифровой регистрацией показателей. На основе этих данных проводили расчет ударного (УО) и минутного объема кровообращения (МОК), вегетативного индекса Кердо (ВИК), периферического сопротивления сосудов (ПСС). Рассчитывали показатели, характеризующие адаптационные возможности ССС: АП (адаптационный потенциал) и КВ (коэффициент выносливости). Уровень физического состояния (УФС) определяли по Е. А. Пироговой.
Показатели внешнего дыхания оценивали с помощью компьютерно - диагностического комплекса «Валента». Для генетического анализа использовали ДНК, выделенную из лимфоцитов крови методом фенольно-хлороформной экс-
тракции. Анализ полиморфного локуса ACE проводили методом полимеразной цепной реакции синтеза ДНК на амплификаторе «Терцик» с использованием ДНК-полимеразы Thermus aquaticus производства фирмы «Силекс». За проведение генетического анализа выражаем благодарность проф. кафедры генетики БГПУ им. М. Акмуллы Горбуновой В.Ю. и сотрудникам кафедры.
Статистическая обработка проводилась с помощью стандартного пакета программ Statistica 6.0 for Windows XP. Взаимосвязи показателей изучались с помощью метода факторного анализа.
Результаты исследования
В результате сравнительного анализа удалось выявить у лиц с различными полиморфными вариантами гена АПФ достоверные отличия показателей, характеризующих сосудистое звено КТС. Из представленных на рис. 1 диаграмм, следует, что при наличии в генотипе аллеля *D величина ЧСС отличается более высоким уровнем, нежели при его отсутствии. Кроме того, при генотипе АПФ I/I ударный объем (УО) статистически значимо выше (р<0,05), чем у обладателей генотипа I/D.
Рис. 1 ЧСС и УО у юношей с полиморфными вариантами гена АПФ Показатель адаптивных возможностей ССС - коэффициент выносливости оказался достоверно ниже у носителей полиморфного варианта гена АПФ I/I, чем при генотипе I/D и D/D, что свидетельствует о меньшей вероятности развития утомления ССС (рис.2).
Итак, в результате проведенного нами анализа ассоциаций полиморфизма I/D гена АПФ с состоянием КТС установлено, что генотип АПФ I/I характеризуется более высокими резервами гемодинамики и пониженной утомляемостью сердечной мышцы. Эти качества аппарата кровообращения обеспечивают, ве-
роятно, такую физическую особенность спортсменов как выносливость, которая, как известно из литературных источников, свойственна спортсменам с генотипом I/I [6, 3].
Коэффициент вьгао сливо сти при различных генотипах тепа ЛСЕ
п/п 1/Г) 1/1
Рис.2. КВ у юношей с полиморфными вариантами гена АСЕ Вклад отдельных компонентов КТС в обеспечение кислородного гомеостаза при разных полиморфных вариантах гена АПФ мы изучали методом факторного анализа, который позволяет выделить скрытые переменные, по которым можно судить о механизмах регуляции в системе кислородообеспечения. По матрице данных обладателей аллеля D (D/D и I/D) выделен однотипный фактор (табл. 1.), описывающий связь между состоянием кислородного режима крови и деятельностью ССС. При генотипе D/D F1 включил в себя с высоким вкладом satO2, р02, HbO2 и ЧСС; при генотипе I/D - р02, HbO2 , ДАД и УО.
Учитывая набор переменных и знаки их корреляций с фактором, можно заключить, что понижение вентиляционной функции легких и оксигенации гемоглобина сочетается с повышением ЧСС (при генотипе D/D) и артериального давления (при генотипе I/D). Мобилизацию гемодинамики можно расценивать как компенсаторную реакцию, направленную на обеспечение адекватного потребностям тканей уровня доставки O2. F2 - фактор физического состояния организма: при генотипах D/D и I/D он включил УФС и показатели гемодинамики.
У носителей генотипа I/I доминирующий фактор (дисперсия 36%), объединивший в себе показатели всех учтенных компонентов КТС организма, отчетливо демонстрирует их взаимодействие, при котором ослабление функций одного звена сопровождается усилением другого (табл. 1). Так, снижение функциональной активности красной крови компенсируется повышением степени оксигенации гемоглобина.
297 Вестник ЧГПУ6'2014
Таблица 1
Факторная структура показателей кислородного обеспечения организма у юношей
Б/Б I/D 1/1
Factor Factor Factor Factor Factor Factor Factor Factor Factor Factor Factor Factor
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
нь - - 0,84 - - - - 0,65 -0,71 - - -
т - - 0,90 - - - - 0,70 -0,67 - - -
МСУ - - - - - - - - - - - -
мене - - - - - - - - - - - -
pH - - - - - - - - 0,86 - - -
рСО? - - - - - - - 0,67 -0,82 - - -
р02 -0,76 - - - -0,61 - - - 0,69 - - -
БаЮг -0,78 - - - - - - - 0,76 - - -
о2нь -0,74 - - - -0,71 - - - 0,89 - - -
СОНЬ - - - - - - - - - - - -
БеїНЬ - - - - - - - - -0,72 - - -
ДАД - -0,87 - - 0,78 - - - -0,71 - - -
чсс 0,76 - - - - -0,74 - - - -0,70 0,67 -
УО - - - - -0,71 - - - - -0,62 - -
ВИК - - - - - - 0,76 - - -0,87 - -
АП - -0,77 - - 0,64 - - - -0,60 - - -
опсс - -0,77 - - - - -0,72 - - 0,85 - -
жэл - - - - - - - - - - -
УФС - 0,70 - - 0,67 - - - - -0,70 -
Дисперсия % 27 25 14 8 22 20 16 13 36 21 17 8
Примечание: представлены только достоверные корреляции показателей с фактором
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
С другой стороны, чем ниже насыщение крови (pO2) и гемоглобина кислородом, тем эффективней синтез FetHb - эмбриональной формы гемоглобина, обладающей повышенным сродством к кислороду. Одновременно проявляется эффект Бора, описывающий влияние рН на сродство Hb к кислороду: при повышении рН усиливается оксигенация гемоглобина, при понижении - его диссоциация, что позволяет увеличить отдачу кислорода клеткам при активизации в них метаболизма. Примечательным, с нашей точки зрения, является обстоятельство, что реципрокные взаимоотношения связывают показатели pO2 и кислородного насыщения не только с суммарными показателями красной крови и с содержанием FetHb, но и с ДАД и АП.
Таким образом, уменьшение степени насыщения крови кислородом сопровождается целым комплексом реакций, направленных на мобилизацию и более эффективное использование резервов кислородтранспортной системы: увеличением содержания гемоглобина и гематокрита, концентрации FetHb, повышением артериального давления. Исходя из современных представлений о роли транскрипционного фактора HIF в регуляции этих процессов на молекулярно-генетическом уровне [2, 4], можно допустить, что кислородный баланс при генотипе I/I обеспечивается через активизацию этого фактора. F2 (21% дисперсии) - фактор гемодинамики, описывающий связь ЧСС, УО и ВИК с ПСС.
Заключение. В своей работе, мы исходили из того, что инсерционно -делеционный (I/D) полиморфизм гена АПФ у спортсменов ассоциирует, согласно исследованиям последних лет, с физическими возможностями организма. Так, известно, что D/D генотип распространен среди спортсменов, которым в процессе их профессиональной деятельности требуются скоростно-силовые качества, а I/I генотип - выносливость [3]. Уровень развития и проявления выносливости определяется аэробными возможностями организма, выполнение которых предъявляет высокие требования к функционированию всей КТС. Между тем, ассоциация I/D полиморфизма гена АПФ с состоянием системы ки-
слородообеспечения остаются неизученными. В своей работе мы предприняли попытки дать физиологическое объяснение связи различных генотипов гена АПФ с функциональными возможностями организма. В результате проведения факторного анализа мы пришли к заключению о том, что физическая выносливость организма, свойственная носителям генотипа I/I, достигается благодаря согласованному взаимодействию различных физиологических систем кислородного транспорта. С нашей точки зрения, ключевая роль здесь принадлежит гипоксия-индуцибельному фактору HIF, действие которого реализуется через регуляцию синтеза FetHb, эритропоэтина и гена АПФ.
Библиографический список
1. Рябов Г.А. Гипоксия критических состояний. М.:Медицина, 1988.-145(288).
2. Ausserer W. A., Bourrat-Floeck B., Green C. J. Regulation of c-jun expression during hypoxic and low-glucose stress // Mol Cell Biol. - 1994. - V. 14(8). -P.5032-5042.
3. Association of genetic factors with selected measures of physical performance / W.R. Thompson [et al.] / Phys. Ther. 2006. No. 86. Р. 585-591.
4. Lando D., Gorman J. J, Whitelaw M. L., Peet D. J. Oxygen - dependent regulation of hypoxia - inducible factors by prolyl and asparaginyl hydroxylation // Eur J Biochem. - 2003. - V. 270 (5) - P.781 - 790.
5. PCR detection of the insertion/deletion polymorphism of the human АСЕ gene (DCP1) / B. Rigat [et al.] // Nucl. Acids Res.1990. No. 20. P. 14-33.
6. The ACE gene insertion/deletion polymorphism and elite endurance swimming / G. Tsianos [et al.] // Eur. J. Appl. Physiol. 2004.No. 92. Р. 360-362.
Bibliography
1. Ryabov G. A. Hypoxia critical states. M.: Medical, 1988.-145 (288).
2. Ausserer W. A., Bourrat-Floeck B., Green C. J. Regulation of c-jun expression during hypoxic and low-glucose stress // Mol Cell Biol. - 1994. - V. 14(8). -P.5032-5042.
3. Association of genetic factors with selected measures of physical performance / W.R. Thompson [et al.] / Phys. Ther. 2006. No. 86. Р. 585-591.
4. Lando D., Gorman J. J, Whitelaw M. L., Peet D. J. Oxygen - dependent regulation of hypoxia - inducible factors by prolyl and asparaginyl hydroxylation // Eur J Biochem. - 2003. - V. 270 (5) - P.781 - 790.
5. PCR detection of the insertion/deletion polymorphism of the human АСЕ gene (DCP1) / B. Rigat [et al.] // Nucl. Acids Res.1990. No. 20. P. 14-33.
6. The ACE gene insertion/deletion polymorphism and elite endurance swimming / G. Tsianos [et al.] // Eur. J. Appl. Physiol. 2004.No. 92. Р. 360-362.
