Корреляционные связи между показателями окислительного метаболизма и микронутриентами с антиоксидантным спектром действия у взрослых некоренных жителей Ямало-Ненецкого автономного округа

Введение. Ямало-Ненецкий автономный округ (ЯНАО) находится на севере Тюменской области и относится к АЗРФ. Большая часть территории ЯНАО находится за полярным кругом, а климат округа сформирован под воздействием вечной мерзлоты, приближенностью очень холодного Карского моря, большим количеством рек, озер, болот и пр. К климатическим особенностям ЯНАО относятся: продолжительная холодная зима (до 8 месяцев) и прохладное недолгое лето; ощутимые различия влажности воздуха, температуры и атмосферного давления; магнитные возмущения; дефицит инсоляции; резкий ветровой режим и др. Постоянное пребывание человека в подобных условиях климата может явиться причиной развития всевозможных заболеваний [8, 9, 12].

В патогенезе комбинированного влияния на человеческий организм неблагоприятных факторов среды обитания и условий функционирования физиологических систем есть совокупный механизм – избыточная продукция свободных радикалов [1, 3].

Система антиоксидантной защиты организма включает в себя несколько линий: первую составляют витамины-антиоксиданты. К неферментативному ее звену относятся витамины А, Е и С, препятствующие активации свободно-радикального окисления (СРО), повышение напряженности которого в организме человека отмечается в условиях северных регионов [4]. Вторая линия АОС представлена ферментами: глутатионпероксидазой, супер-оксиддисмутазой, каталазой, оксиредуктазой и пр., в активный центр которых входят микроэлементы Se, Zn и др. Поэтому очевидный интерес вызывало исследование показателей ПОЛ, АОС, обеспеченности организма витаминами и биоэлементами, обладающими антиоксидантным спектром действия, у взрослого некоренного населения Ямало-Ненецкого автономного округа, составляющего его подавляющее большинство.

Цель исследования: изучить корреляционные связи между показателями окислительного метаболизма и обеспеченностью организма взрослых некоренных жителей Севера витаминами А, Е, С и биоэлементами селеном и цинком.

Материалы и методы исследования. Обследовано 86 жителей ЯНАО, более 10 лет живущих в условиях Севера. Из них 35 (40,7 %) мужчин и 51 (59,3 %) женщина. Средний возраст – 38,3 ± 9,6 года.

Во взятой утром натощак сыворотке крови устанавливали содержание продуктов ПОЛ: гидроперекисей липидов (ГПл) и тиобарбиту-ровой кислоты активных продуктов (ТБК-АП) при помощи тест-наборов (BCM Diagnostics, Германия; «АГАТ», Россия). Оценка показателей АОС включала определение общей ан-тиокислительной активности (ОАА) и тиолового статуса (ТС) с применением тест-наборов (Cayman Chemical, Immundiagnostik AG, Германия).

Концентрацию в крови витаминов А и Е выявляли флуорометрическим методом («Флюорат 02-АБЛФ», Россия). Определение содержания аскорбиновой кислоты в крови осуществляли тест-наборами (Immundiag-nostik AG, Германия). Полученные результаты сравнивали с физиологически адекватными значениями.

С целью изучения обеспеченности организма селеном (Se) и цинком (Zn) использовали определение их в волосах методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии. В Центре биотической медицины (Москва) проводили подготовку биологического субстрата соответственно требованиям МУК 4.1.1482–03, МУК 4.1.1483–03 и определяли концентрацию биоэлементов на спектрометре Optima 2000 DV (PerkinElmer, США) и ELAN 9000 (PerkinElmer-SCIEX, Ка- нада). Полученные значения сопоставляли с референтными значениями [10].

Настоящее исследование проводилось в строгом соответствии с требованиями биомедицинской этики.

Полученный цифровой материал был статистически обработан с применением программ MICROSOFT EXSEL и Statistica 13.0. Определение типа распределения осуществляли при помощи критерия Шапиро – Уилка. При параметрическом распределении количественных показателей использовали среднее арифметическое (M), среднеквадратичное отклонение (σ), минимальное (min) и максимальное (max) значения. В случае непараметрического распределения высчитывали Q25 и Q75. Для определения корреляционных взаимосвязей между изучаемыми показателями использовали коэффициент корреляции Спирмена. Достоверными считали различия при р < 0,05.

Результаты исследования . Доказано, что эколого-климатические условия Севера предъявляют высокие требования к сохранению гомеостаза человеческого организма и значимо воздействуют на его функционирование. Это в полной мере можно отнести к окислительно-восстановительному метаболизму, результаты исследования которого у взрослых некоренных жителей ЯНАО представлены в табл. 1.

Установлено, что средние величины ПОЛ – ГПл и ТБК-АП – оказались больше верхнего предела адекватных величин как по значению среднего арифметического (М), так и по величине медианы (Ме).

При этом оптимальные величины ГПл и ТБК-АП были выявлены только у 59 (68,5 %) и 58 (67,4 %) обследованных лиц соответственно, в то время как почти у трети из них было обнаружено повышение этих показателей концентрации в сыворотке крови (табл. 2). Напротив, средние значения показателей АОС (ОАА и ТС) находились в амплитуде референтных величин, но граничили с нижним их пределом. Важно отметить, что средние значения витаминов-антиоксидантов А и С соответствовали физиологически оптимальным величинам, в то время как показатели содержания токоферола в крови были ниже минимально допустимого уровня.

У большей части обследованных лиц округа было установлено физиологически адек- ватное содержание витамина А в сыворотке крови, у 3 (3,5 %) пациентов – избыточное его содержание и только у 6 (7,0 %) пациентов обнаружен неглубокий его дефицит.

Совершенно по-другому выглядела картина обеспеченности токоферолом обследованных лиц из числа взрослого пришлого населения Севера: более чем у половины из обследованных лиц установлена адекватная концентрация данного витамина в крови, а у оставшихся 42 (48,8 %) пациентов был зарегистрирован его дефицит различной степени выраженности. Примерно у 2/3 взрослых пришлых жителей ЯНАО было обнаружено оптимальное содержание аскорбиновой кислоты в крови, а у 1/3 – пониженное ее содержание умеренной степени (см. табл. 1, 2).

Средние значения концентрации жизненно важных микроэлементов Se и Zn в волосах обследованных лиц северной территории соответствовали физиологической норме, но находились значимо ближе к нижней ее границе. Оптимально обеспечены Se оказались только 49 (57,0 %) взрослых некоренных

Таблица 1

Table 1

Показатели окислительно-восстановительного метаболизма взрослого некоренного населения Ямало-Ненецкого автономного округа Redox metabolism of non-indigenous YNAD residents

(n = 86)

Показатель Parameter	Физиологически оптимальные значения Normal values	M ± σ	Me	min↔max
Показатели перекисного окисления липидов (ПОЛ), мкмоль/л Lipid peroxidation products, umol/l
ГПл / LOOH	225–450	459,7 ± 45,1	452,8	389↔596
ТБК-АП / TBA-RP	2,2–4,8	5,16 ± 0,37	5,09	3,8↔6,75
Показатели антиоксидантной системы (АОС) Antioxidant system (AOS)
ОАА, ммоль/л / TAA, mmol/l	0,5–2,0	0,94 ± 0,06	0,92	0,41↔1,23
ТС, мкмоль/л / TS, umol/l	430–660	489,1 ± 20,8	482,5	310↔524
Витамин А, мкг/мл Vitamin A, mkg/ml	0,3–0,8	0,72 ± 0,07	0,73	0,27↔0,82
Витамин Е, мкг/мл Vitamin E, mkg/ml	5–18	4,48 ± 0,56	0,45	3,29↔6,71
Витамин С, мкг/мл Vitamin C, mkg/ml	4–20	7,12 ± 0,83	7,44	3,35↔9,21
Биоэлемент / Bioelement	Референтные величины Reference values	M ± σ	Me	Q25↔ Q75
Se, мкг/г / Se, mkg/g	0,2–2,0	0,43 ± 0,02	0,45	0,22↔0,76
Zn, мкг/г / Zn, mkg/g	140–500	173 ± 14,6	176	128↔239

Таблица 2

Table 2

Распределение обследованных лиц по уровням биохимических показателей у взрослого некоренного населения Ямало-Ненецкого автономного округа (абс. / %)

Biochemical profile of non-indigenous YNAD residents (abs. /%)

(n = 86)

Показатель / Parameter Уровень / Level оптимальный / normal повышенный / increased пониженный / reduced ГПл / LOOH 59/68,5 27/31,4 – ТБК-АП / TBA-RP 58/67,4 28/32,6 – ОАА / TAA 58/67,4 – 28/32,6 ТС / TS 56/65,1 – 30/34,9 Витамин А / Vitamin A 77/89,5 3/3,5 6/7,0 Витамин Е / Vitamin E 44/51,2 – 42/48,8 Витамин С / Vitamin C 57/66,3 – 29/33,7 Se 49/57,0 – 37/43,0 Zn 66/76,7 2/2,3 18/21,0 жителей ЯНАО, в то время как у 37 (43,0 %) было выявлено недостаточное содержание элемента в образцах волос. Относительно лучше были обеспечены Zn обследованные лица северного региона: физиологически адекватные его значения характеризовали элементный статус 66 (76,7 %) взрослых пришлых жителей ЯНАО, в то время как в 2 (2,3 %) случаях был выявлен его избыток, а в 18 (21,0 %) – недостаток (см. табл. 1, 2). С учетом участия витаминов-антиоксидантов и биоэлементов Se и Zn в многокомпонентной системе антиоксидантной защиты организма были изучены взаимосвязи между параметрами ПОЛ и АОС, с одной стороны, и витаминами А, Е, С, Se, Zn – с другой стороны у взрослых пришлых жителей Севера (табл. 3). Первая линия антиоксидантной защиты организма человека представлена мобильными молекулами витаминов-антиоксидантов, что нашло свое отражение в прямых значительных корреляционных связях между ОАА и витаминами-антиокси-дантами: витамин А ↔ ОАА (r = +0,679), витамин Е ↔ ОАА (r = +706), витамин С ↔ ОАА (r = +0,523) и витамин Е ↔ ТС (r = +634). Токоферол является главным антиоксидан- том клеточных мембран: он действует эффективнее витамина С в защите последних от агрессивного воздействия свободных радикалов.

Известно, что среди множества природных антиоксидантов мембранно-стабилизи-рующая роль витамина Е считается наиболее выраженной [4, 13].

Физиологическое действие α-токоферола предполагает нейтрализацию пероксидного радикала путем передачи атома водорода на него с молекулы витамина Е. Это нашло подтверждение в наличии обратных значительных взаимоотношений между токоферолом и продуктами ПОЛ: витамин Е ↔ ГПл (r = –0,659), витамин Е ↔ ТБК-АП (r = –0,468) (см. табл. 3). Однако в результате этого α-токоферол утрачивает свои антиоксидантные свойства, для регенерации которых необходим витамин С [7]: витамин Е ↔ витамин С (r = +0,529).

Витамин А проявляет свойства антиоксиданта прямого действия благодаря наличию в молекуле сочлененной двойственной связи, которая обеспечивает поддержку прочности мембран клеток и блокирование инициации ПОЛ, что нашло свое отражение в обратных

Таблица 3

Table 3

Корреляционные связи между показателями окислительного метаболизма и обеспеченностью организма витаминами и биоэлементами с антиоксидантным спектром действия у взрослого некоренного населения Ямало-Ненецкого автономного округа

Correlations between oxidative metabolism and the concentrations of vitamins A, E, C, selenium and zinc in non-indigenous YNAD adults

Показатель Parameter Коэффициент корреляции Correlation coefficient Р-level Витамин А ↔ ОАА / Vitamin A ↔ TAA +0,679 0,002 Витамин Е ↔ ОАА / Vitamin E ↔ TAA +0,706 0,001 Витамин С ↔ ОАА / Vitamin C ↔ TAA +0,523 0,039 Витамин Е ↔ТС / Vitamin E ↔ TS +0,634 0,003 Витамин Е ↔ ГПл / Vitamin E ↔ LOOH –0,659 0,002 Витамин Е ↔ ТБК-АП / Vitamin E ↔ TBA-RP –0,468 0,039 Витамин А ↔ ГПл / Vitamin A ↔ LOOH –0,514 0,042 Витамин А ↔ ТБК-АП / Vitamin A ↔ TBA-RP –0,587 0,029 Витамин Е ↔ витамин А / Vitamin E ↔ vitamin A +0,541 0,038 Витамин Е ↔ витамин С / Vitamin E ↔ vitamin C +0,529 0,042 Витамин Е ↔ Se / Vitamin E ↔ Se +0,738 < 0,001 Se ↔ ОАА / Se ↔ TAA +0,711 < 0,001 Se ↔ ТС / Se ↔ TS +0,641 0,003 Se ↔ ГПл / Se ↔ LOOH –0,582 0,031 Se ↔ ТБК-АП / Se ↔ TBA-RP –0,519 0,040 Zn ↔ ОАА / Zn ↔ TAA +0,671 0,002 Zn ↔ ТС / Zn ↔ TS +0,578 0,031 Zn ↔ ГПл / Zn ↔ LOOH –0,517 0,035 Zn ↔ ТБК-АП / Zn ↔ TBA-RP –0,481 0,043 витамин А ↔ Zn / Vitamin A ↔ Zn +0,578 0,027 взаимосвязях: витамин А ↔ ГПл (r = –0,514) и витамин А ↔ ТБК-АП (r = –0,587). Обращает на себя внимание синергизм действия двух жирорастворимых витаминов-антиокси-дантов А и Е [1, 3]: витамин Е ↔ витамин А (r = +0,541).

Витамин С является низкомолекулярным водорастворимым антиоксидантом, содержащим в своей молекуле две фенольные группы. Это предопределяет участие аскорбиновой кислоты в окислительно-восстановительных процессах в качестве донора и акцептора водорода. Данный витамин уменьшает содержание свободных радикалов кислорода и восстанавливает не только активную форму витамина Е, но и окисленного глутатиона [2]. В АОС организма человека особенное место занимает глутатион-энзимный компонент, включающий в себя глутатион, глутатионпероксидазу, глутатион-S-трансферазу, глутати-онредуктазу [6]. Антиоксидантный фермент глутатионпероксидаза имеет в своей молекуле 4 составляющие, которые содержат Se в ее активном центре [11].

Доказана тесная функциональная взаимосвязь главного жирорастворимого витамина-антиоксиданта Е и одного из самых значимых микроэлементов, входящего в состав антиоксидантных ферментов – Se [5, 14], действующих синергически в защите клеточных мембран от разрушения активными формами кислорода и липопероксидами, что нашло отражение в нашем исследовании в виде сильной прямой корреляционной связи: витамин Е ↔ Se (r = +0,738). Статус Se как мощнейшего антиоксиданта подтверждается прямыми значительными взаимосвязями с соответствующими показателями АОС: Se ↔ ОАА (r = +0,711), Se ↔ ТС (r = +0,641) и обратными – с показателями ПОЛ: Se ↔ ГПл (r = –0,582), Se ↔ ТБК-АП (r = –0,519) (см. табл. 3).

Помимо Se в состав ферментативного звена АОС входит Zn, являющийся составной частью ключевого антиоксидантного фермента супероксиддисмутазы [14]. Данный биоэлемент потенцирует стабилизацию цитоплазматических мембран, поврежденных пероксидными радикалами, и блокирует всасывание химических элементов, обладающих прооксидантным действием, что засвидетельствовано прямыми значимыми корреляционными связями между обеспеченностью организма обследованных лиц ЯНАО Zn и показателями ОАА, с одной стороны: Zn ↔ ОАА 18

(r = +0,671), Zn ↔ ТС (r = +0,578) и обратными взаимосвязями с результатами исследования уровня продуктов ПОЛ – с другой: Zn ↔ ГПл (r = –0,517), Zn ↔ ТБК-АП (r = –0,484).

Аналогично витамину Е и Se, установлено тесное физиологическое взаимодействие между антиоксидантами: витамином А и эссенциальным микроэлементом Z, которые усиливают всасывание друг друга и потенцируют функциональную активность, что отражено выявленной в нашем исследовании прямой взаимосвязью: витамин А↔Zn – r = +0,578 (см. табл. 3).

Выводы :

• 1.    У взрослого некоренного населения ЯНАО содержание ГПл и ТБК-АП оказалось выше максимальной физиологически допустимой границы, а почти у трети обследованных лиц установлен повышенный их уровень в сыворотке крови.

• 2.    Показатели антиоксидантной активности: ОАА, ТС, витамин С, Se и Zn находились в диапазоне референтных значений, но ближе к нижнему их пределу, в то время как среднее значение концентрации витамина Е в сыворотке крови было меньше нижней границы нормы.

• 3.    Пониженный уровень обеспеченности антиоксидантами различной степени выраженности был установлен в пределах 7–49 % наблюдений.

• 4.    Выявленные нами значимые корреляционные взаимосвязи между показателями окислительно-восстановительного метаболизма указывают, во-первых, на прямую зависимость показателей системы антиоксидантной защиты организма от обеспеченности витаминами и биоэлементами, обладающими антиоксидантными свойствами, во-вторых, на допустимость компенсации антиоксидантных ресурсов организма человека посредством совершенствования пищевых рационов и дополнительного их приема в виде биологически активных добавок к пище.