На правах рукописи ЛЮДИНИНА АЛЕКСАНДРА ЮРЬЕВНА ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ МОНОНЕНАСЫЩЕННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ПЛАЗМЕННЫХ ЛИПИДОВ У ЧЕЛОВЕКА НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРЕ 03.03.01 – физиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Сыктывкар – 2010 Работа выполнена в отделе экологической и социальной физиологии человека Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор Бойко Евгений Рафаилович Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Иржак Лев Исаакович доктор медицинских наук, профессор Добродеева Лилия Константиновна Ведущая организация: Учреждение РАМН НИИ медицинских проблем Севера Сибирское отделение РАМН (г.Красноярск) Защита состоится «01» апреля 2010г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 004.017.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, Республика Коми, Сыктывкар, ГСП-2, ул. Первомайская, д. 50. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН Автореферат разослан «…» февраля 2010г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент Н.Г. Варламова 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Жирные кислоты (ЖК), являясь структурными элементами липидов и их производных, вовлечены в процессы энергообразования и синтеза, регуляцию воспалительных процессов, поддержание целостности клеточных мембран, регулирование транскрипции и внутриклеточной сигнализации (Salem, 1989; Дятловицкая, Безуглов, 1998; Luiken et al., 2000). В последние десятилетия получены данные о специфическом значении индивидуальных ЖК (Mensink, Katan, 1992; Thompson et al., 2000) и их роли в качестве биомаркеров функционального состояния организма (Аrab, 2003; Baylin et al., 2005). Мононенасыщенные ЖК (МНЖК) в организме человека в основном представлены 7пальмитоолеиновой и 9олеиновой кислотами, содержащими одну двойную связь. По характеру строения эти две кислоты отличаются только наличием дополнительной алифатической группировки у олеиновой кислоты и, соответственно, расположением двойной связи в молекулах кислот, что определяет их принадлежность к разным семействам (Аrab, 2003; Титов, 2006). Это различие в строении может приводить к различной чувствительности молекулы ЖК к атаке ферментов или активных форм кислорода и обуславливать функциональное значение этих кислот. МНЖК являются продуктом эндогенного синтеза в организме человека, регулируемого ферментом – стеарил-кoA десатуразой (Attie et al., 2002; Paillard et al., 2008). Несмотря на незначительные данные литературы о специфической роли МНЖК показано, что эти кислоты в целом проявляют цитопротективные свойства (Maedler et al., 2003; Welters et al., 2004), различаются скоростью окисления (Титов, Лисицын, 2005; Matthan et al., 2009), а также эффективно понижают уровень липопротеинов низкой плотности, снижая риск развития сердечно-сосудистых заболеваний (Mattson, Grundy, 1985; Rudel et al., 1995). По современным представлениям, метильные и нитропроизводные МНЖК обладают более выраженным действием (Baker et al., 2005; Diakogiannaki et al., 2007; Kelley et al., 2008), расширяя свои функциональные свойства. Проживание человека в условиях Севера сопряжено с повышенными требованиями к организму (Авцын и др., 1985; Ткачев и др., 1992; Агаджанян, Ермакова, 1997). При этом активация энергетических трат у северян осуществляется в значительной степени за счет липидных носителей (Панин, 1978; Бойко, 2005). Среди приезжего населения высоких широт выявлено повышение уровня неэтерифицированных МНЖК в плазме крови (Бойко и др., 1997; Bojko, Larsen, 1999), биологический смысл которого остается предметом дискуссии. В связи с этим, достаточно актуально исследование содержания МНЖК в плазме крови при различных функциональных нагрузках, которые позволят выявить специфику действия этих кислот у жителей европейского Севера. Общепринятым способом изучения скорости утилизации ЖК в организме человека является тест с жировой нагрузкой (Щербакова и др., 1991). Установлены особенности в содержании общих липидов (Линейцева, Верещагина, 1980) и неэтерифицированных ЖК (Бойко и др., 2000; Бичкаева, 2008) при однократной жировой нагрузке у человека. Вместе с тем, слабо охарактеризованы закономерности метаболизации индивидуальных ЖК в составе общих липидов при жировой нагрузке. 3 Практически отсутствуют данные литературы, касающиеся особенностей метаболизма ЖК при острой гипоксии у человека, несмотря на несомненную актуальность этой проблемы. В условиях Севера установлен факт функциональной гипоксии (Кандрор, 1968; Авцын и др., 1985; Хаснулин, 1998; Евдокимов и др., 2007), хотя метаболические основы её формирования и адаптивного ответа организма у жителей Севера до сих пор остаются предметом обсуждения. В литературе также обсуждается проблема диагностики и лечения острого панкреатита (Савельев, 2001; Sztefko, Panek, 2001), в том числе среди северян (Сухоруков, Вострикова, 2007). Патогенез острого панкреатита во многом не ясен, в том числе особенности содержания МНЖК у этих пациентов (Nakamura, 1995; Sztefko, Panek, 2001). Известно, что одним из инициирующих факторов развития острого панкреатита у человека служит чрезмерное употребление жиров, присущее рациону северян (Панин, 1978; Агаджанян, 1997). В связи с изложенным представляется важным изучение особенностей профиля МНЖК в составе липидов плазмы крови у человека в условиях европейского Севера Цель исследования. Изучение закономерностей изменения профиля мононенасыщенных жирных кислот у человека в условиях европейского Севера и при различных функциональных нагрузках. Для достижения цели исследования поставлены следующие задачи: 1. Определить содержание мононенасыщенных жирных кислот в общих липидах плазмы крови у городских жителей европейского Севера и у северян, ведущих традиционный образ жизни. 2. Установить роль мононенасыщенных жирных кислот липидов плазмы крови у человека в развитии адаптивных реакций при нормобарической гипоксической гипоксии. 3. Изучить эффект нагрузочного тестирования с помощью «жирового завтрака» на содержание мононенасыщенных жирных кислот в общих липидах плазмы крови у здоровых мужчин. 4. Исследовать состояние пула жирных кислот в плазме крови у пациентов с острым панкреатитом на начальной стадии заболевания. Научная новизна исследования. Впервые установлено повышение уровня олеиновой кислоты в плазменных липидах у жителей европейского Севера относительно среднеширотного норматива. Выявлено, что у коренных жителей Севера, ведущих традиционный образ жизни, содержание суммы ЖК в плазме крови понижено, тогда как доля пальмитоолеиновой кислоты в пуле ЖК увеличена, по сравнению с городскими жителями европейского Севера. Впервые показано снижение уровня олеиновой кислоты в общих липидах плазмы крови у здоровых мужчин при острой нормобарической гипоксии относительно фоновых значений. У мужчин через 24 часа после однократной жировой нагрузки выявлена более высокая скорость метаболизма олеиновой кислоты в липидах плазмы крови по сравнению с пальмитоолеиновой кислотой. Впервые установлено значительное увеличение содержания пальмитоолеиновой кислоты на фоне пониженного уровня олеиновой кислоты в липидах плазмы крови у пациентов с острым панкреатитом в отличие от здоровых жителей европейского Севера. 4 Научно-практическая значимость исследования. Полученные результаты дополняют современные представления об адаптационной роли отдельных классов ЖК и их клинико-диагностическое значение у жителей северных территорий. Данные работы по гипоксической устойчивости могут быть использованы при отборе устойчивых лиц для выполнения профессиональных обязанностей в экстремальных условиях; в авиационной медицине для оценки устойчивости организма к кислородной недостаточности. Результаты диссертации в отношении МНЖК у пациентов с острым отечным панкреатитом могут быть использованы в практической медицине при диагностике и терапии острого панкреатита. Диссертационная работа выполнена в соответствии с плановыми НИР Учреждения РАН Института физиологии Коми НЦ УрО РАН (№ ГР 0120.0 402472) и (№ ГР 01.2.007 01808) и поддержана государственным контрактом с Министерством образования и науки РФ №02.512.11.2190 от 28.09.2007г.; грантом РГНФ № 08-06-41601 от 2008-2009гг.; грантами молодых ученых и аспирантов УрО РАН (2004 и 2010г.). Положения, выносимые на защиту: 1. У жителей европейского Севера наблюдается трансформация профиля ЖК в общих липидах плазмы крови: повышение уровня мононенасыщенной олеиновой кислоты на фоне более низкого содержания полиненасыщенных ЖК относительно среднеширотного норматива. 2. Коренное население Севера, ведущее традиционный образ жизни, характеризуется пониженным содержанием олеиновой кислоты и более высокой долей пальмитоолеиновой кислоты в общем пуле ЖК по сравнению с городскими жителями. 3. Острая нормобарическая гипоксия у человека сопровождается значимым снижением уровня олеиновой кислоты в плазменных липидах на десятой минуте воздействия. 4. При развитии острого панкреатита у жителей европейского Севера отмечается увеличение содержания пальмитоолеиновой кислоты на фоне снижения уровня олеиновой кислоты в общих липидах плазмы крови относительно здорового населения европейского Севера. Апробация работы. Результаты исследования представлены на заседаниях Ученого совета Учреждения Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН (2008-2009г.); V, VI, VIII молодежных конференциях Института физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2006, 2007, 2009); I Всероссийской молодежной научной конференции «Молодежь и наука на Севере» (Сыктывкар, 2008); IV Симпозиуме с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера» (Сыктывкар, 2008). Публикации. По материалам исследования опубликовано десять научных работ, из них четыре статьи – в журналах, рекомендованных ВАК. Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 123 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа содержит 11 таблиц и 12 рисунков. Библиография состоит из 266 источников (97 – отечественных и 169 – зарубежных авторов). 5 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В исследовании приняли участие практически здоровые жители Республики Коми (n=122). Среди них коренные материковые жители Ижемского (65ос.ш.) и Интинского (66ос.ш.) районов Республики Коми, ведущие традиционный образ жизни – оленеводство. Группу жителей Ижемского района составили 16 мужчин и 17 женщин (от 19 до 50 лет). Оленеводы Интинского района представлены 14 мужчинами и 25 женщинами (от 23 до 66 лет). Группа сравнения включала здоровых жителей г.Сыктывкара (62ос.ш.) – 27 мужчин трудоспособного возраста (25-50 лет). В исследовании по гипоксии приняли участие 17 практически здоровых мужчин (2026 лет). В рамках исследования проведено нагрузочное тестирование с помощью стандартной одноразовой жировой нагрузки у шести мужчин. Взятие крови у добровольцев проводили утром строго натощак из локтевой вены в вакутайнеры «Bekton Dickinson BP» (Англия). Группа лиц с острым отечным панкреатитом выбрана с целью изучения профиля МНЖК при острой патологии, в развитии которой большую роль играет дислипидемия. В исследовании участвовали 15 мужчин (30-65 лет) и пять женщин (36-74 лет) в состоянии средней и тяжелой степени тяжести, которых принимали на лечение в хирургическое отделение Вуктыльской ЦРБ Республики Коми. Время поступления в стационар составляло не более 72 часов после возникновения симптомов, то есть соответствовало начальному периоду заболевания. Взятие крови осуществляли сразу при поступлении до проведения интенсивной терапии. Качественный и количественный состав общих ЖК в плазме крови (пул неэтерифицированных и этерифицированных ЖК) определяли методом газожидкостной хроматографии. Пробоподготовка включала экстракцию липидов из плазмы (Folch et al., 1957) и получение метиловых эфиров ЖК (Литвинов, Руденко, 1971) в модификации (Людинина и др., 2006). Анализ метиловых производных ЖК проводили на газовом хроматографе «Кристалл 2000М» с пламенно-ионизационным детектором, на кварцевой капиллярной колонке SE-54 в режиме программирования температуры. Газ-носитель - гелий. Идентификацию ЖК осуществляли с использованием стандартов фирмы «Sigma». Количественный расчет уровней ЖК проводили методом внутреннего стандарта (маргариновая кислота) в программе «Аналитик 1.21» (ЗАО СКБ «Хроматэк», Йошкар-Ола). Острая нормобарическая гипоксическая гипоксия (развивается при нормальном атмосферном давлении, но при низком рО2 во вдыхаемом воздухе) была использована как модель нагрузочного тестирования, которая характеризуется развитием окислительного стресса. Дозированное гипоксическое воздействие осуществляли с помощью кислородно-азотной газовой смеси с 8% содержанием кислорода, которую испытуемые вдыхали через маску в течение 25 минут. Взятие венозной крови из локтевой вены осуществляли с использованием венозного катетера до гипоксии (через 15 мин после установки катетера - фоновая точка), в процессе гипоксического воздействия (на 2-ой, 5-ой, 10-ой и 20-ой минутах), в период восстановления (на 5-ой и 15-ой минутах). Стандартная жировая нагрузка была использована в качестве модели алиментарной гиперлипидемии с целью изучения скорости метаболизма ЖК. Однократная жировая нагрузка (Patsch et al., 1983) применена в модификации, состоящей 6 в том, что мониторинг длился 24 часа (Бойко и др., 2000). Тестирование состояло в употреблении натощак эмульгированного жира в виде 35% сливок из расчета 130 г жира на 1м2 поверхности тела. В течение последующих 24 часов обследуемые не принимали пищу. Кровь забирали до приема жирового завтрака и через 3, 9 и 24 часа после него. Физиологическая норма общих ЖК в плазме крови натощак составляет от 7,0 до 15,0 ммоль/л (190-420 мг/дл) (Меньшиков, 1987; Tietz, 1987). Нормативы по процентному содержанию отдельных кислот в общем пуле ЖК плазмы крови представлены из наиболее близкой по методическому подходу и цитируемой в научной литературе работы Э.Н. Сигуэл и др. (1987). От всех обследованных получено информированное добровольное согласие на участие в исследовании, согласованное с этическим комитетом Учреждения РАН Института физиологии КНЦ УрО РАН. Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с помощью прикладного пакета программ «STATISTICA» (версия 6.0, StatSoft Inc, 2001) и «Биостат» (версия 4.03). Различия между изучаемыми выборками по анализируемым показателям оценивали с помощью критериев Манна-Уитни (в случае двух выборок), Крускала-Уоллиса (в случае трех и более выборок) с последующим попарным межгрупповым сравнением величин методом Данна. Для выявления взаимосвязей между изучаемыми показателями вычисляли коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Различия считали достоверными при р<0,05. Материалы для проведения корреляционного анализа и обсуждения результатов исследования предоставлены сотрудниками отдела экологической и социальной физиологии человека Учреждения РАН Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. Исследование по острой гипоксии проводили совместно с сотрудниками Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН, Санкт-Петербург. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Сравнительный анализ профиля жирных кислот в общих липидах плазмы крови у местного и коренного населения европейского Севера. Установлено, что у местного населения европейского Севера (мужчины г.Сыктывкара) уровень общих ЖК в плазме крови составили 9,33,2 ммоль/л, что находится на нижней границе физиологической нормы (от 7 до 15 ммоль/л) (Меньшиков, 1987; Tietz, 1987) (рис.1). На содержание ЖК в плазме крови у человека могут оказывать влияние несколько факторов: интенсивность липолиза, скорость распада триглицеридов (ТГ), активизация процессов свободнорадикального окисления (СРО) и окисление ЖК (Климов, Никульчева, 1995; Бойко, 2005). Невысокий уровень ЖК в общих липидах плазмы крови у местных жителей европейского Севера, по-видимому, связан с интенсивностью липолиза и окисления ЖК. Усиление данных процессов может происходить вследствие активизации метаболизма гормонов щитовидной железы (Tkachev et al., 1991; Бойко и др., 2008) и адаптационных гормонов (кортизола и адреналина) у приезжих и коренных жителей Севера (Панин, 1983; Ткачев, Суханов, 1990). 7 * 16 14 12 *** норма Уровень общих жирных кислот, ммоль/л 18 10 8 6 4 2 0 Мужчины г.Сыктыв кара Оленев оды И нты Оленев оды И жмы Среднее ±SD Min-Max Рис. 1. Содержание общих ЖК в липидах плазмы крови у жителей европейского Севера относительно физиологической нормы. Примечание: *-p<0,05; ***-p<0,001 относительно мужчин группы сравнения (г.Сыктывкар). У коренного населения содержание общих ЖК в плазме крови существенно ниже, по сравнению с физиологической нормой и мужчинами, проживающими в г.Сыктывкаре. Наши данные согласуются с литературными (Tkachev et al., 1991; Зубковская, 1992; Бойко, 2005), из которых известно о невысоком среднегодовом содержании пула общих липидов для аборигенов Севера. Оленеводы по сравнению с жителями Севера, не ведущими традиционный образ жизни, испытывают значительную физическую нагрузку и хроническое воздействие низких температур (Valkeapää, 2003), что вызывает как активацию липолиза, так и усиление окисления ЖК (Vallerand, Jacobs, 1989; Mougios et al., 2003; Henderson et. аl., 2007). Интенсификации окисления ЖК также способствует повышение активности карнитин-ацилтрансферазы в тканях организма жителей Севера при охлаждении (Himms-Hagen, 1986; Пастухов, Хаскин, 2003). В подтверждении наших результатов можно привести исследование, в котором выявлено низкое содержание жировой ткани у коми-ижемцев в сравнении с русскими Урала (Козлов и др., 2009). По данным статистики министерства здравоохранения Республики Коми (Отчет…, 2008) у жителей Ижемского района практически не наблюдается случаев избыточной массы тела. Хотя по данным литературы коренные народности Севера отличаются чрезмерным употреблением жиров, по сравнению с жителями других территорий (Панин, 1978; Агаджанян, Ермакова, 1997). Невысокий уровень общих ЖК в плазменных липидах у жителей европейского Севера также может быть связан с активацией процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), характерного для северян (Куликов, Ким, 1987; Хаснулин, 1998; Вахнина, 2009) и сопровождающихся интенсивной метаболизацией полиненасыщенных ЖК (ПНЖК). В результате у обследованных мужчин г.Сыктывкара уровень основных ПНЖК (арахидоновой кислоты и линолевой кислоты) в общем пуле ЖК оказался ниже норматива (рис. 2). 8 Рис. 2. Профиль классов ЖК в общем пуле липидов плазмы крови у мужчин г.Сыктывкара по сравнению со среднеширотным нормативом (НЖК-насыщенные ЖК, МНЖК-мононенасыщенные ЖК, ПНЖК-полиненасыщенные ЖК). Низкое содержание эссенциальных арахидоновой и линолевой кислот в липидах плазмы крови мужчин г.Сыктывкара, возможно, также обусловлено особенностями питания, поскольку состав ПНЖК липидов в значительной степени определяется рационом питания (Dyeberg, 1978). У обследуемых нами мужчин выявлено избыточное употребление жиров - до 46% относительно суточной физиологической потребности организма, тем не менее, доля жиров в общем рационе составила около 25% (Есева, 2009). В связи с этим, можно предположить, что мужчины г.Сыктывкара недостаточно используют в питании продукты с высоким содержанием ПНЖК, такие как морепродукты и растительные масла с высоким содержанием 3 и 6 ЖК. В литературе (Козлов, 2002; Deutch et al., 2006) отмечена подобная тенденция: отношение 6/ 3 ПНЖК в питании современных горожан варьирует от 10:1 до 15:1, тогда как у охотников-собирателей оно равно 4:1, при норме 6/3 ЖК в суточном рационе равной от 5:1 до 10:1 (Нормы…, 2008). Между процентным содержанием 3, 6 ПНЖК и МНЖК в плазме крови существует обратная корреляционная связь, что прослеживается в нашем исследовании (рис.2) (Siguel et аl., 1987; Титов, 2006). Так, процентное содержание пальмитоолеиновой кислоты (С16:1) в общем пуле ЖК у более 90% обследованных сыктывкарцев было в пределах среднеширотного норматива (табл.1). В более раннем исследовании было отмечено повышение уровня С16:1 в плазме крови приезжих жителей Севера (Bojko, Larsen, 1999). Это повышение относилось к фракции неэтерифицированных ЖК, которая представлена только на 3% от общего пула ЖК. Можно предположить, что у мужчин г.Сыктывкара не происходит существенного прироста уровня пальмитоолеиновой кислоты в общем пуле липидов. У материковых оленеводов, как интинцев, так и ижемцев, выявлено повышение доли С16:1 в липидах плазмы крови свыше 60% относительно показателей в группе сравнения и среднеширотного норматива (табл.1). По данным литературы (Okada et al., 2005; Paillard et al., 2008) С16:1 может синтезироваться в организме, и её содержание в плазме крови является признаком гипертриглицеридемии и абдоминального ожирения, а также независимым маркером высокой концентрации глюкозы у человека (Lindgärde et al., 2006). 9 Таблица 1 Показатели ЖК общих липидов в плазме крови у жителей европейского Севера, M±SD Мужчины МужчиныНорматив Показатель, % г.Сыктывкара оленеводы (Siguel et аl.,1987) Пальмитиновая ЖК (С16:0) 25,3±2,0 26,8±2,7 20,6±1,6 Пальмитоолеиновая ЖК (С16:1) 1,5±0,3 2,5±0,9*** 1,6±0,5 Олеиновая ЖК (С18:1) 37,6±3,4 33,5±4,4** 20,4±2,5 Коэффициент ЖК (С16:0/С16:1) Сумма насыщенных ЖК 17,1±3,3 11,6±3,4*** 13,3±1,5 35,3±2,5 37,4±2,9* 29,8±1,4 Сумма ненасыщенных ЖК 64,7±2,5 62,6±2,9* 70,2±1,4 Сумма МНЖК 39,0±3,4 36,0±3,9 21,9±1,5 Примечание: *-p<0,05; **-p<0,01; ***-p<0,001 показатели ЖК мужчин-оленеводов относительно мужчин группы сравнения. Тем не менее, обследование оленеводов европейского Севера не выявило случаев избыточного веса (Отчет…, 2008; Козлов, 2009) и повышения уровней ТГ в плазме крови (Бойко, 2005), а показатели глюкозы у коренного населения Севера приближены к нижней границе нормы (Панин, 1978; Бойко и др., 1997). На основании вышеперечисленного прирост уровня пальмитоолеиновой кислоты в липидах плазмы у оленеводов, возможно, носит вторичный характер. Согласно данным литературы цитопротекторное свойство МНЖК относится в большей степени к пальмитоолеиновой кислоте и её метилированным дериватам, которые ремоделируют фосфолипиды мембран клеток после вызванного апоптоза (Welters et al., 2004; Diakogiannaki et al., 2007) что, возможно, связано с их незначительной подверженностью процессам ПОЛ, по сравнению с ПНЖК (Olivieri et.al., 1994; Matthan et al., 2009). А поскольку у северян активизированы процессы ПОЛ, то, вероятно, повышенный уровень С16:1 в общих липидах плазмы крови способствует защите мембран клеток от окислительного стресса. Так, например, в обследовании приезжих жителей европейского Севера повышение уровня пальмитоолеиновой кислоты в крови коррелирует с понижением интенсивности процессов ПОЛ (Bojko, Larsen, 1999) и отражает адаптивные перестройки фосфолипидного спектра мембран в сторону снижения доли легкоокисляемых фракций (Бойко и др., 1997). Установлено повышение коэффициентов С16:1/С18:2 и С16:0/С16:1 у жителей г.Сыктывкара, что может свидетельствовать о напряжении функциональных систем организма, поскольку повышение доли С16:1 и С16:0 в эфирах холестерина сыворотки связано с риском развития ишемической болезни сердца (Watts et al., 1996; Degirolamo et al., 2009) и коррелирует с увеличением систолического давления (Simon et al., 1996), а олеиновой кислоты - с развитием легочной гипертензии (Julien et al., 1986). Доля олеиновой кислоты в липидах плазмы крови обследованных мужчин г.Сыктывкара составляет 37,6±3,4% (табл.1), что почти в два раза выше значений среднеширотного норматива - 20,4±2,5%. Повышение содержания олеиновой кислоты в крови жителей европейского Севера, возможно, свидетельствует о её 10 дополнительном синтезе с участием стеарил-кoA десатуразы под влиянием стимулирующих факторов. Таким фактором может быть оксидативный стресс в организме человека в условиях Севера (Бойко и др, 2007), который, в свою очередь, может вызывать экспрессию стеарил-кoA десатуразы и усиление синтеза гепатоцитами и адипоцитами олеиновой ЖК (Титов, 2006). Повышение активных форм кислорода (АФК) в крови, образующихся при оксидативном стрессе, требует их нейтрализации, которая осуществляется на фоне неэффективной работы антиоксидантной системы, вероятно, молекулами олеиновой кислоты, выступающей в роли эндогенного «захватчика» АФК (North et al., 1992; Титов, 2006). Кроме того существуют работы, в которых установлен эффект снижения МНЖК интенсивности процессов ПОЛ (Balasubramanian et al., 1992; Olivieri et.al., 1994; Perona, 2005). Известно, что для адаптированных к Северу этносов типичным является повышение доли эстерифицированного холестерина (Бойко, Бичкаева, 1998). Увеличение уровня олеиновой ЖК в ЛПНП - основная причина понижения их «чувствительности» к ПОЛ (Титов, 2006; Degirolamo et al., 2009), что, вероятно, существенно снижает риск развития окислительного стресса в клетках и может быть фактором, инициирующим повышение уровней С18:1 в липидах плазмы у обследованных лиц. Содержание плазменной олеиновой кислоты в общем пуле ЖК у мужчин оленеводов Ижемского и Интинского районов были ниже, чем у мужчин г.Сыктывкара (табл.1). Это, на наш взгляд, может быть следствием более высокой интенсивности процессов СРО (Бойко, Ткачев, 1994; Хаснулин, 1998; Вахнина, 2009) и дефицитом основных антиоксидантов в крови (Бойко и др., 2008) оленеводов по сравнению с городскими жителями. Таким образом, у жителей европейского Севера отмечается трансформация жирнокислотного профиля в сторону увеличения уровней МНЖК плазменных липидов при более низких значениях ПНЖК, что может рассматриваться как компенсаторно-адаптивная реакция на климато-географические условия Севера. Влияние нормобарической гипоксической гипоксии на метаболизм жирных кислот у мужчин. Согласно проведенному исследованию уровень ненасыщенных ЖК плазмы крови заметно снижается на пятой минуте гипоксической гипоксии (p<0,05) относительно фоновых значений. Поскольку при острой гипоксической гипоксии имеет место избыточная генерации АФК (Лукъянова, Ушаков, 2004; Хазанов, 2006) и активизация ПОЛ (Дубинина и др., 1989; Celedоn, 1998; Bailey, 2001; Ельчанинова и др., 2003), можно предположить, что снижение уровня ненасыщенных кислот происходит, вероятно, вследствие активизации процессов ПОЛ. Весомый вклад в изменение профиля ненасыщенных ЖК при острой нормобарической гипоксии у мужчин, по нашим данным, вносит мононенасыщенная олеиновая кислота (С18:1) плазменных липидов (рис. 3). По современным представлениям (North et al., 1992; Титов, 2006) олеиновая кислота является основным эндогенным акцептором АФК при моделировании окислительного стресса и обладает самой высокой скоростью окисления АФК по сравнению с другими ненасыщенными ЖК. В связи с этим, быстрое снижение уровня С18:1 в нашем исследовании, вероятно, связано с интенсивной нейтрализацией олеиновой кислотой АФК при гипоксии. 11 С 18:1 / % от исходного уровня 300 250 200 150 * 100 50 0 фон 2` гип 5`гип 10`гип гипоксия / минуты 20`гип Среднее ±SD Min-Max Рис. 3. Уровень олеиновой кислоты (С18:1) в общих липидах плазмы крови у мужчин при действии острой нормобарической гипоксии. Примечание – * p < 0,05 по сравнению с исходным уровнем. При взаимодействии олеиновой кислотой АФК происходит разрыв цепи С18:1 по месту расположения двойной связи на две более короткие ЖК с последующим их окислением (Титов, 2006) или образование нитропроизводных (Baker et al., 2005). Примечательно, что наименьший разброс индивидуальных значений уровня олеиновой кислоты отмечается на второй и на десятой минутах гипоксии, свидетельствуя о значительном вкладе данной кислоты в компенсаторно-адаптивные реакции, направленные на снижение окислительного стресса. Причем олеиновая кислота расходуется в большей степени в составе неэтерифицированных ЖК, фосфолипидов и эфиров холестерина и в меньшей степени в составе ТГ. Уровень пальмитоолеиновой кислоты (С16:1) в ходе острой гипоксии достоверно не изменялся. Таким образом, острая нормобарическая гипоксическая гипоксия у человека сопровождается снижением уровня олеиновой кислоты на десятой минуте воздействия относительно исходного значения, что может рассматриваться как реакция, направленная на снижение окислительного стресса путем нейтрализации АФК молекулами олеиновой кислоты. Модификации профиля жирных кислот в плазменных липидах у мужчин при проведении жирового нагрузочного тестирования. Однократная жировая нагрузка у здоровых мужчин приводит к развитию алиментарной гиперлипидемии, проявляющейся в повышении уровня МНЖК через три часа после приема жиров (рис.4), что согласуется с данными литературы (Линейцева, Верещагина, 1980; Nestel et al., 1994; Бойко и др., 2000; Бичкаева, 2008). Эффект стойкого повышения С16:1, вероятно, обусловлен свойствами фермента липопротеинлипазы, который очень медленно гидролизует ТГ, содержащие в своем составе пальмитоолеиновую ЖК (Титов, 2006). Так, употребление здоровыми мужчинами диеты, богатой НЖК (пальмитиновой и стеариновой), приводит к снижению активности липопротеинлипазы в течение дня по сравнению с диетами, обогащенными МНЖК и ПНЖК (Tholstrup et al., 2001; Kien, Bunn, 2007). Важно отметить, что снижение уровня ненасыщенной пальмитоолеиновой кислоты в общих липидах плазмы в ходе 12 жирового нагрузочного тестирования происходит медленнее уровня насыщенной пальмитиновой. Тем не менее, в ходе тестирования отмечалось постепенное снижение уровня С16:1 в липидном пуле, что может быть объяснено активным включением ее в ТГ адипоцитов, поскольку окислительный распад по пути окисления этой ЖК у человека лимитируется отсутствием соответствующих ферментов в связи с особенностью положения в ней двойной связи (Титов, 2006). Рис. 4. Скорость метаболизации ЖК в условиях жировой нагрузки. Примечание: *p<0,05 в сравнении со значениями до жировой нагрузки; Уровень С18:1 заметно снижается к 24 часу от начала тестирования (рис.4). Это согласуется с данными литературы, согласно которым после еды и развития гиперлипидемии с наиболее высокой скоростью липопротеинлипаза гидролизует ТГ, содержащие этерифицированные остатки олеиновой кислоты (Титов, 2006). При этом употребление диеты, обогащенной олеиновой кислотой, ускоряет метаболизацию других ЖК (Ruiz-Gutiérrez et al., 2001). Таким образом, однократное нагрузочное тестирование «жировой завтрак» приводит к наиболее существенному снижению уровня олеиновой кислоты в липидах плазмы крови, что свидетельствует о её более высокой скорости метаболизма по сравнению с пальмитиновой и пальмитоолеиновой кислотами. Состояние обмена липидов и жирных кислот у человека в начальный период острого панкреатита. Исследование жителей Вуктыльского района Республики Коми с диагнозом острый отечный панкреатит (ООП) не выявило повышения суммы ЖК в общих плазменных липидах крови относительно контрольных значений (табл. 2.), хотя у некоторых лиц отмечена гиперлипидемия, характерная для данного заболевания (Алимова и др., 1975; Sztefko, Panek, 2001). Это может быть связано со значительной задержкой поступления больных в клинику в связи с удаленностью районной больницы от жилых поселков и поступлением пациентов натощак. В нашем обследовании выявлен повышенный уровень олеиновой кислоты в плазменных липидах у пациентов с ООП относительно среднеширотного норматива, что согласуется с данными литературы (Алимова и др., 1975; Nakamura, 1995; Sztefko, Panek, 2001). Вместе с тем, уровень С18:1 плазменных липидов у 13 пациентов с ООП был ниже данного показателя у мужчин из группы сравнения. Поскольку при развитии ООП происходит активизация процессов СРО, характеризующаяся накоплением АФК в организме (Шабанов, 2001; Quilliot et al., 2005), то можно предположить участие С18:1 плазмы крови в снижении окислительных реакций путем нейтрализации АФК, исходя из свойств олеиновой кислоты снижать интенсивность ПОЛ (Perona, 2005). Таблица 2 Содержание МНЖК у пациентов с острым отечным панкреатитом и у здоровых мужчин – жителей г.Сыктывкара (M±SD). Здоровые мужчины Пациенты с ООП Показатель ммоль/л % ммоль/л % Пальмитиновая ЖК 2,4±0,8 25,3±2,0 2,0±0,5* 28,6±3,3*** Пальмитоолеиновая ЖК 0,1±0,1 1,5±0,3 0,3±0,1** 4,1±0,3*** С16:0/С16:1 17,1±3,3 17,1±3,3 7,8±2,8*** 7,8±2,8*** Олеиновая ЖК 3,5±1,3 37,7±13,9 1,9±1,8** 28,8±5,2*** МНЖК 3,7±1,3 39,1±3,3 2,2±2,1*** 32,9±5,1*** Сумма ЖК 9,3±3,2 100±00 6,8±6,1** 82,2±17,4** Примечание: *-p<0,05;**-p<0,01;***-p<0,001 по отношению к здоровым мужчинам из группы сравнения. Установлено значительное увеличение процентного содержания пальмитоолеиновой кислоты (С16:1) в общем пуле липидов плазмы у пациентов с ООП, превосходящей норматив (p<0,001) (табл. 2). Существуют данные корреляции плазменных уровней С16:1 с гипертриглицеридемией и абдоминальным ожирением (Okada et al., 2005; Paillard et al., 2008). В нашем исследовании уровень ТГ у пациентов с ООП был, в среднем, в пределах нормы (Бойко и др., 2009) и, вероятно, повышение уровня пальмитоолеиновой ЖК при развитии ООП связано с цитопротекторным свойством этой кислоты. Известно, что МНЖК (С16:1 и С18:1) могут быть эндогенно синтезированы в организме и обладают цитопротекторным свойством, особенно выраженным для пальмитоолеиновой кислоты и её метилированных производных (Welters et al., 2004; Diakogiannaki et al., 2007). Таким образом, у пациентов с ООП отмечается увеличение содержания пальмитоолеиновой кислоты в липидах плазмы на фоне снижения уровня олеиновой кислоты в общем пуле ЖК плазмы крови. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Содержание МНЖК в составе общих липидов плазмы крови северян отражает интенсивность окислительных реакций в организме человека (рис.5). Показано, что в ответ на окислительный стресс, в первую очередь, изменяется уровень олеиновой кислоты в липидах плазмы крови (мужчины г.Сыктывкара). При условиях, когда повышение уровня олеиновой кислоты в крови не приводит к защите от окислительного стресса, как, например, у оленеводов, в организме активируется синтез пальмитоолеиновой кислоты, которая обладает выраженным цитопротекторным свойством. При развитии патологии, характеризующейся резким 14 повышением окислительного стресса, отмечается выраженное нарастание уровня обеих кислот с преобладанием пальмитоолеиновой. Рис. 5. Процентное изменение содержания МНЖК в общих липидах плазмы крови в различных группах жителей европейского Севера относительно среднеширотного норматива. Примечание: **-p<0,01; ***-p<0,001 относительно мужчин группы сравнения. Примечательно, что по характеру строения эти две кислоты отличаются только добавлением одной алифатической группировки у С18:1 и, соответственно, расположением двойной связи в молекулах кислот. Тем не менее, это различие в строении приводит к различной чувствительности молекулы ЖК к воздействию ферментов или АФК. Таким образом, функциональная роль МНЖК плазменных липидов в организме человека, в том числе, связана с их участием в «нейтрализации» окислительного стресса. Олеиновая кислота понижает окислительный стресс, выступая в роли эндогенного захватчика АФК, а пальмитоолеиновая кислота – в роли цитопротектора. ВЫВОДЫ 1. Содержание общих жирных кислот в плазме крови мужчин, городских жителей европейского Севера, соответствует среднеширотному нормативу, но при этом наблюдается повышение на 18% уровня мононенасыщенной олеиновой кислоты. 2. Содержание олеиновой и пальмитоолеиновой кислот в общих липидах плазмы крови у материковых оленеводов европейского Севера увеличено относительно среднеширотного норматива. Вместе с тем, у оленеводов уровень олеиновой кислоты в плазменных липидах ниже по сравнению с городскими жителями Севера. 3. Острая нормобарическая гипоксическая гипоксия сопровождается снижением уровня олеиновой кислоты в общих липидах плазмы крови мужчин, роль которой сводится к нейтрализации активных форм кислорода, при этом содержание 15 пальмитоолеиновой кислоты не изменяется. 4. При однократной жировой нагрузке у здоровых мужчин через 24 часа отмечается снижение уровня олеиновой кислоты в составе плазменных липидов, в то время как содержание наименее окисляемой пальмитоолеиновой кислоты за этот период времени не изменяется, что, скорее всего, связано с её цитопротекторным действием. Таким образом, обе кислоты характеризуются спецификой у человека на европейском Севере. 5. По сравнению со здоровыми северянами у пациентов с острым отечным панкреатитом в начальный период заболевания снижается уровень олеиновой кислоты и одновременно увеличивается содержание пальмитоолеиновой кислоты в общем пуле жирных кислот плазмы крови, что имеет клинико-диагностическое значение при развитии патологии. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых журналах: 1. Бойко Е.Р., Евдокимов В.Г., Вахнина Н.А., Шадрина В.Д., Потолицына Н.Н., Варламова Н.Г., Кочан Т.И., Канева А.М., Солонин Ю.Г., Логинова Т.П., Есева Т.В., Кеткина О.А., Рогачевская О.В., Людинина А.Ю. Сезонные аспекты оксидативного стресса у человека в условиях севера // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. № 3. С.44-48. 2. Бойко Е.Р., Евдокимов В.Г., Потолицына Н.Н., Канева А.М., Варламова Н.Г., Кочан Т.И., Вахнина Н.А., Шадрина В.Д., Солонин Ю.Г., Логинова Т.П., Есева Т.В., Кеткина О.А., Рогачевская О.В., Людинина А.Ю., Логинов А.Ю. Система гипофизщитовидная железа и показатели потребления кислорода в условиях хронического охлаждения у человека на Севере // Физиология человека. 2008. Т.34. № 2. С.93-98. 3. Бойко Е.Р., Людинина А.Ю., Вострикова Н.Ю., Вахнина Н.А., Шадрина В.Д, Пономарев М.Б., Потолицына Н.Н., Паршукова О.И., Зеленов В.А. Липидный профиль, свободнорадикальные процессы и влияние сукцината на коррекцию метаболического статуса у пациентов с острым панкреатитом // Вестник Российской военно-медицинской академии. 2009. №2 (26). С.23-28. 4. Людинина А.Ю., Потолицына Н.Н., Паршукова О.И., Черных А.А., Бойко Е.Р. Влияние сукцината на общий профиль плазменных жирных кислот и свободнорадикальные процессы у пациентов с острым панкреатитом // Вестник уральской медицинской академической науки. 2009. №2 (25) С.288-289. Глава в соавторстве в коллективной монографии: 5. Людинина А.Ю., Пономарев М.Б., Вострикова Н.Ю., Бойко Е.Р. Влияние сукцината на общий профиль плазменных жирных кислот пациентов с острым панкреатитом // в кн. Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера. С-Петербург: Политехника, 2009. С.186-191. 6. Бурых Э.А., Бойко Е.Р., Потолицына Н.Н., Людинина А.Ю. Взаимоотношения между потреблением кислорода организмом человека и содержанием в крови глюкозы, лактата и пирувата при острой гипоксической гипоксии // в кн. Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера. С-Петербург: Политехника, 2009. С.84-89. Тезисы докладов: 16 7. Бойко Е.Р., Евдокимов В.Г., Логинов А.Ю., Варламова Н.Г., Вахнина Н.А., Потолицына Н.Н., Шадрина В.Д., Канева А.М., Кочан Т.И., Рогачевская О.В., Людинина А.Ю., Кеткина О.А., Логинова Т.П., Есева Т.В., Солонин Ю.Г. Подходы к оценке кислородного гомеостаза у человека на Севере / Материалы докладов II международной научной конференции «Донозология - 2006». СанктПетербург. 2006. С.92-93. 8. Людинина А.Ю., М.Б. Пономарёв, Н.Ю. Вострикова Жирнокислотный профиль пациентов в динамике острого панкреатита // Материалы докладов I Всерос. молодеж. конфер. «Молодежь и наука на Севере». Сыктывкар, 14-18 апреля 2008. С.239-240. 9. Кочан Т.И., Бойко Е.Р., Евдокимов В.Г., Есева Т.В., Логинова Т.П., Потолицына Н.Н., Варламова Н.Г., Шадрина В.Д., Канева А.М., Вахнина Н.А., Солонин Ю.Г., Кеткина О.А., Рогачевская О.В., Людинина А.Ю. Метаболическая адаптация военнослужащих к природным факторам Севера: роль анаэробного и аэробного окисления в поддержании температурного гомеостаза // Материалы III Сев. соц-эколог. конгресса «Социальные перспективы и экологическая безопасность». Сыктывкар, КРАГСиУ. 18-20 апреля 2008. С.22-31. 10. Людинина А.Ю. Влияние острой гипоксической гипоксии на профиль жирных кислот плазмы крови // Материалы докладов VIII молодеж. конфер. «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике». Сыктывкар, 14-16 апреля 2009. С.121-123. Список сокращений и используемых терминов АФК – активные формы кислорода ЖК – жирные кислоты МНЖК – мононенасыщенные жирные кислоты НЖК – насыщенные жирные кислоты ООП – острый отечный панкреатит ПНЖК – полиненасыщенные жирные кислоты ПОЛ – перекисное окисление липидов СРО – свободнорадикальное окисление ТГ – триглицериды *** Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю, доктору медицинских наук, профессору Евгению Рафаиловичу Бойко за ценные советы и всестороннее содействие при написании диссертационной работы, сотрудникам отдела экологической и социальной физиологии человека Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН за помощь в проведении работы и плодотворное обсуждение. Особо признательна своим родным и друзьям за безграничное терпение и поддержку. 17