28 Июл

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УГЛЕВОДНОГО, ЛИПИДНОГО И БЕЛКОВОГО ОБМЕНА У ЖИТЕЛЕЙ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В настоящее время в клинической диагностике до сих пор не учитывают сезонные особенности обмена веществ, и даже небольшие отклонения от нормы расценивают как нарушение здоровья человека. Поэтому изучение динамики биохимических показателей крови в годовом цикле является актуальным.

Принято считать, что среди природных факторов, оказывающих существенное влияние на физиологическое состояние человека в условиях Севера, основными являются фотопериодизм и длительное действие низких температур окружающего воздуха. Который из них более экстремальный и вызывает значительные адаптационные перестройки в организме – этот вопрос до сих пор остается не ясным. Противоречивость данных прослеживается даже в рамках одной и той же работы [1], где показано, что наибольшее влияние на уровень кортизола и трийодтиронина в крови оказывает долгота дня, затем температура и влажность воздуха, тогда как для содержания тестостерона, наоборот, наиболее значимым фактором является температура, далее – влажность воздуха и долгота дня.

Цель настоящего исследования состояла в том, чтобы выявить влияние долготы дня и температуры окружающей среды на метаболическое состояние жителей Европейского Севера в напряженные по действию природных факторов периоды года.

Материалы и методы

На протяжении двух лет с октября по апрель обследовали одну и ту же социально-однородную группу (n=9) практически здоровых женщин в возрасте 33-55 лет, занятых умственным трудом и проживающих в городских условиях Севера (62о с.ш.). В плазме крови, взятой утром натощак из локтевой вены испытуемых, определяли концентрацию глюкозы, лактата, пирувата, общего холестерина и альбумина унифицированными колориметрическими методами с использованием наборов фирмы «Chronolab» (Швейцария). Систематически учитывали режим погоды и долготу дня.

Полученные результаты обрабатывали методом вариационной статистики с использованием пакета компьютерных программ «Биостат». Достоверность разницы средних величин рассчитывали по t— критерию Стьюдента.

Результаты исследования

Вариабельность концентрации всех метаболитов в плазме крови обследованных женщин граничила или выходила за рамки физиологической нормы. Средние значения уровня глюкозы колебались от 3.8 до 5.4 ммоль/л, лактата – в пределах 1.2-2.8 ммоль/л, пирувата – 15.2-66.0 мкмоль/л, общего холестерина – 5.2-7.0 ммоль/л, альбумина – 37.5-68.5 г/л.

Холодный период второго года обследования людей, с ноября по март месяц, характеризовался более высокими температурами сравнительно с первым годом. Особенно контрастные различия были выявлены по значению температуры воздуха в день взятия крови (табл.1).

Таблица 1. Температура воздуха (˚С) в первый и второй год обследования

Месяц В день обследования Среднемесячная  
первый год второй год первый год второй год
Октябрь +3.0 +2.0 +3.3 +5.1
Ноябрь -15.0 -1.0 -9.0 -3.1
Декабрь -11.0 +1.0 -15.5 -3.8
Январь -27.0 -10.0 -15.5 -10.8
Февраль -11.0 -4.0 -13.9 -10.0
Март -6.0 +1.0 -6.1 -4.1
Апрель +4.0 +5.0 +2.1 +1.9

В адаптационных изменениях концентрации метаболитов крови при повторном обследовании были выявлены сходства и различия с аналогичными показателями, полученными в первый год. Одинаковая закономерность проявлялась в том, что в ноябре каждого года обследования при падении температуры воздуха до отрицательных значений и укорочении светового дня до 6:35 достоверно снижалось в плазме крови содержание глюкозы (на 29 и 20%) и пирувата (на 39 и 19%), при параллельном повышении уровня лактата (на 43 и 8%), проявлялась тенденция к уменьшению общего холестерина. В декабре, когда среднемесячная температура опускалась до -15.5 и -3.8˚С соответственно годам, а световой день уменьшался до 5:09, концентрация плазменного пирувата достоверно снижалась до минимального значения (ниже нормы) на фоне роста концентрации лактата (до верхнего предела нормы), свидетельствуя о частичном торможении аэробного и усилении анаэробного гликолиза. В январе с увеличением инсоляции на 1 ч и еще большем снижении температуры (особенно в день обследования) отмечалось противоположно направленное изменение: понижение уровня лактата и достоверное увеличение образования пирувата, отражающего активизацию аэробного окисления веществ. Начиная с марта, концентрация лактата существенно повышалась, достигая в апреле максимальной, значительно превышающей норму, величины (таблица). В марте также высоко достоверно (p<0.001), но в разной степени увеличивалось содержание в плазме пирувата, снижалась концентрация холестерина (на 12 и 19%, p<0.05), проявлялась тенденция к уменьшению альбумина. В апреле, особенно в первый год обследования, до максимального значения повышался уровень холестерина (до 7.03 ммоль/л) и альбумина (до 68.5 г/л), выходя за пределы физиологической нормы.

Таблица 2. Концентрация метаболитов в плазме крови женщин в зависимости от месяца и года обследования

Месяц

обследования

Год обследования Глюкоза,

ммоль/л

Лактат,

ммоль/л

Пируват,

мкмоль/л

Холестерин,

ммоль/л

Альбумин

г/л

Октябрь 1

 

5.37±0.23

 

1.19±0.12

 

25.0±4.3

 

6.39±0.5

 

63.3±1.7

 

2 5.07±0.32 1.57±0.09 23.4±0.8 5.54±0.42 51.2±1.2
Ноябрь 1

 

3.83±0.37** 1.70±0.20* 15.8±1.0* 6.05±0.41 55.4±2.1
2 4.02±0.15* 1.70±0.32 19.0±1.3* 5.10±0.17 53.1±0.4
Декабрь 1

 

3.82±0.21 2.13±0.11 15.6±1.3 5.14±0.49
2 5.08±0.19** 2.21±0.12**

 

15.3±1.3#

 

5.28±0.31 45.1±2.4**
Январь 1

 

4.28±0.11 1.71±0.11* 19.0±1.0* 5.55±0.45 42.6±3.2
2 4.72±0.2 1.8±0.3 33.3±2.1*** 5.41±0.30 51.9±2.3*
Февраль 1

 

4.43±0.16 1.98±0.08

 

46.0±4.0# 6.09±0.58
2 4.89±0.17 1.76±0.13 18.5±1.2# 6.42±0.28* 53.8±1.3
Март 1

 

4.11±0.10 2.37±0.15* 66.0±3.0#

 

5.33±0.38 37.5±1.9
2 4.72±0.12 2.43±0.14** 26.4±1.1#

 

5.19±0.39* 51.4±1.8

 

Апрель 1

 

5.04±0.13#

 

2.83±0.02**

 

50.0±3.0*

 

7.03±0.29** 68.5±2.8
2 4.99±0.14 2.75±0.23 27.0±0.9# 5.72±0.26 59.3±2.6*
Норма по методике   3.9-5.6 0.5-2.2 45.6-91.2 до 5.7 35-50

* — p<0.05; ** — p<0.01; #p<0.001 по сравнению с предыдущим месяцем

Различия в изменении биохимических показателей крови, выявленные при сравнении данных двухлетнего мониторинга, заключались в том, что в более теплом декабре (второй год обследования) отмечалось достоверное повышение концентрации глюкозы (на 26% по сравнению с ноябрем, p<0.01), более значимое увеличение лактата (на 29%, p<0.01) и уменьшение пирувата (на 20%, p<0.001). Содержание глюкозы в плазме крови испытуемых на протяжении всего холодного периода (ноябрь-март) во второй год превышало гликемический уровень, установленный в первый год обследования, который характеризовался более низкими температурами окружающей среды. Наибольшие различия были выявлены в динамике концентрации пирувата: если в первый год обследования уровень пировиноградной кислоты постепенно повышался от минимальной величины в декабре до максимального значения в марте, то во второй год – в январе при значительном похолодании по сравнению с декабрем (от 1 до -10˚С в день взятия крови) отмечался прирост концентрации пирувата более, чем вдвое, являясь свидетельством существенной активизации аэробного окисления; в феврале содержание его существенно снижалось (в 1.8 раза, p<0.001), а в марте и апреле снова увеличивалось (в 1.4 раза, p<0.001). Концентрация пировиноградной кислоты во все месяцы повторного обследования, за исключением января, находилась на более низком уровне, чем в первый год.

Таким образом, основные сходства в изменении показателей гликолиза при двухлетнем мониторинге проявлялись в том, что в период снижения долготы дня и температуры воздуха до отрицательных величин (ноябрь, декабрь) отмечалось усиление его анаэробного направления. Это выражалось в понижении образования пирувата и повышении лактата. На второй стадии, в январе – самом холодном месяце, но при увеличении светового дня, существенный рост концентрации пирувата на фоне снижения уровня лактата свидетельствовал об активизации аэробного окисления веществ. Различие состояло в том, что, начиная с февраля, разнонаправленным было изменение концентрации пирувата. При усиленном действии холодового фактора (первый год обследования) отмечалось более мощное включение аэробного окисления веществ в процесс поддержания температурного гомеостаза организма, тогда как при относительно теплом режиме погоды зимой (на второй год) потребность организма в повышенном образовании теплопродукции понижалась. Возможно, что по этой же причине при повторном обследовании (с ноября по март) у людей был выявлен более высокий гликемический уровень. Это свидетельствовало о меньшей утилизации глюкозы в энергетических целях.

Обсуждение результатов

Изучение сезонных особенностей обмена веществ, проведенное нами в течение двух лет на жителях Европейского Севера, показало, что на первой стадии действия низких температур происходит усиление интенсивности анаэробного гликолиза. Этот факт противоречит устоявшемуся мнению, что выявляемая гипогликемия в первой половине зимнего сезона, как у аборигенов, так и пришлого населения Севера объясняется переключением энергообеспечения организма с «углеводного» типа на «жировой» [2, 3] и «белково-жировой» тип [7]. Однако, следует отметить, что использование жирных кислот в качестве источников энергии через цикл Кребса сопряжено с гликолизом, а с другой стороны, зависит от уровня потребления О2, являющегося конечным акцептором электронов в дыхательной цепи. Из данных литературы [1, 10, 11] следует, что у человека на Севере в период холодовой адаптации потребление О2 снижается. Этот факт, на наш взгляд, свидетельствует о некотором торможении аэробного окисления веществ и невозможности повышенной утилизации жиров для поддержания энергетического гомеостаза организма. Предположение о снижении энергообеспечения организма за счет аэробного окисления веществ на первой стадии холодовой адаптации согласуется с выявленной у северян в этот период тиаминовой недостаточностью, которая не компенсируется дополнительным введением в организм витамина В1 (внутримышечно и per os) [9]. Активная форма тиамина – тиаминпирофосфат – служит небелковым компонентом декарбоксилаз пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот, регулирующих интенсивность окислительно-восстановительных процессов в цитратном цикле Кребса. Следовательно, организм целенаправленно ограничивает поступление биологически активных веществ, способных стимулировать процессы аэробного окисления. Выявляемое состояние гиповитаминоза в организме человека, по-видимому, связано с ограничением синтеза белковой части ферментов. Так, например, в опытах на крысах показано [8], что уровень пируватдегидрогеназы печени животных, значительно сниженный вследствие недостаточности тиамина, не восстанавливается, несмотря на добавление тиаминдифосфата.

Целесообразность ограничения в организме полного окисления веществ, т.е. с участием кислорода, на первой стадии адаптации к холоду вытекает из того, что это способствует, во-первых, снижению теплоотдачи с таким конечным продуктом аэробного метаболизма, как вода, которая обладает большой теплоемкостью и теплопроводностью. Во-вторых, именно это адаптационное изменение метаболизма способствует повышению утилизации недоокисленных веществ в анаболических процессах, в частности, в синтезе резервных жиров. В пользу доминирования процесса резервирования жиров над их окислением в первой половине холодного сезона говорит увеличение массы тела [5, 9] и толщины кожно-жировых складок, достигающей максимальной величины в январе месяце [6].

Установленное нами достоверное снижение пирувата до минимального значения в декабре, как в первый, так и во второй год обследования людей, может быть также дополнительным свидетельством интенсивной его утилизации в синтезе жирных кислот. Возможность ускоренного использования пировиноградной кислоты в липогенезе, по внемитохондриальному пути, не связанному с окислительным декарбоксилированием, обходящему пируватдегидрогеназную реакцию, доказана в опытах с меченным по углероду пируватом. Причем в условиях острого окситиаминового В1-авитаминоза роль этого механизма возрастает [8].

Наиболее гомеостатируемым метаболитом из числа изучаемых нами показателей обмена веществ у человека на Севере является глюкоза. Испытывая каждый месяц тенденцию к изменению в ту или другую сторону, гликемический уровень резко понижается ниже нормы в ноябре и декабре, т.е. при значительном снижении температуры воздуха до -15, -11˚С. Проявление в осенне-зимний период гипогликемии у человека на Севере согласуется с данными литературы и объясняется, на наш взгляд, не только усилением интенсивности анаэробного гликолиза, но, по-видимому, также повышением утилизации глюкозы в пентозофосфатном цикле, который имеет большое значение в поддержании уровня восстановленного НАДФ, необходимого для синтеза резервных жиров. Подтверждением активации гексозомонофосфатного пути превращения углеводов при гипоксии и действии низкой температуры служат данные по увеличению активности ключевого фермента этого цикла — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы [4].

Изменение концентраций лактата, общего холестерина и альбумина до критических величин в апреле, когда еще продолжается действие отрицательных температур, а долгота дня начинает превышать 14 ч, свидетельствует о возникновении особого напряжения в обмене веществ, возможной причиной которого может быть значительное усиление аэробного окисления веществ. Подтверждением тому служат данные литературы, полученные при исследовании жителей Европейского Севера, по существенному повышению потребления кислорода людьми весной в сравнении с осенью и зимой [11].

Именно с позиции активации липолиза находит объяснение факт накопления в крови альбумина, так как известно, что он является переносчиком жирных кислот, освобождающихся при гидролизе триглицеридов. С другой стороны, выявляемая максимальная концентрация холестерина, возможно, также является результатом повышенного его синтеза из ацетил-КоА, который образуется в сравнительно большем количестве при усиленной деградации жирных кислот. В свою очередь, активность утилизации главного продукта липолиза – ацетил-КоА — сопряжена с интенсивностью гликолиза, и, возможно, с использованием аминокислот, что приводит к накоплению в крови лактата и пирувата в большем количестве, чем в осенне-зимний период.

Полученные данные позволяют сделать заключение, что вариабельность концентрации показателей углеводного, липидного и белкового обмена у практически здоровых жителей Европейского Севера выходит за рамки физиологической нормы в напряженные периоды года: в ноябре уровень глюкозы и пирувата в значительной степени снижается, а в апреле наблюдается максимальное увеличение содержания лактата, общего холестерина и альбумина. Выявленное при проведении двухлетнего обследования сходство адаптационных изменений обмена веществ обусловлено действием светового фактора, тогда как отличия в степени изменения концентрации метаболитов связаны с влиянием выраженности холодового фактора. Сезонные адаптационные перестройки организма человека необходимо учитывать в клинической практике.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Марачев А.Г., Милованов А.П. Патология человека на Севере. М.: Медицина, 1985. − 416 с.
  2. Агаджанян Н.А., Ермакова Н.В. Экологический портрет человека на Севере. КРУК. 1997. − 207 с.
  3. Бойко Е.Р. Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности человека на Севере. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. − 190 с.
  4. Горошинская И.А., Ананян А.А., Броновицкая З.Г., Шугалей В.С. Активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в сыворотке крови крыс при гипероксии, гипоксии и холодовом воздействии // Вопр. мед. химии, 1984, № 1: − С. 60-63.
  5. Деряпа Н.Р., Рябинин И.Ф. Адаптация человека в полярных районах земли. Л.: Медицина, 1977. − 296 с
  6. Кочан Т.И., Зайнулин В.Г., Пунегова О.В. Сезонные изменения показателей жирового обмена у человека на Севере // Актуальные проблемы адаптации к природным и экосоциальным условиям среды: Материалы симпозиума с международным участием. Ульяновск, 2002. − С. 94-95.
  7. Красильникова В.А., Хаснулин В.И. Сезонные изменения метаболизма коренных жителей Тывы // Экология человека, 2015, № 3. − С. 20-24.
  8. Островский Ю.М., Величко М.Г., Якубчик Т.Н. Пируват и лактат в животном организме. Минск: Наука и техника, 1984. − 173 с.
  9. Панин Л.Е. Особенности энергетического обмена // Механизмы адаптации человека в условиях высоких широт. Л.: Медицина, 1980. − С. 87-97.
  10. Поггенполь В.С., Ильин Е.А. Изменение некоторых сторон кислородного режима организма человека при длительном пребывании в экстремальных условиях // Медицинские исследования в арктических и антарктических экспедициях. Труды ААНИИ, Т. 299. Ленинград, 1971. − С. 182-186.
  11. Рощевский М.П., Евдокимов В.Г., Варламова Н.Г., Рогачевская О.В. Сезонные и социальные влияния на кардиореспираторную систему жителей Севера // Физиология человека, 1995, Т. 21, № 6. − С. 55-69.
  12. .Типисова Е.В., Аленикова А.Э., Карякина О.Е. Зависимость содержания гормонов в крови у жителей европейского Севера от погодных факторов // Вестник Уральской медицинской академической науки, 2014, №2. − С. 47-50.
    СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УГЛЕВОДНОГО, ЛИПИДНОГО И БЕЛКОВОГО ОБМЕНА У ЖИТЕЛЕЙ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА
    С целью изучения состояния обмена веществ в организме человека в напряженные периоды года проведен двухлетний мониторинг биохимических показателей крови (глюкозы, лактата, пирувата, общего холестерина, альбумина) жителей Европейского Севера. Установлено, что вариабельность концентрации всех метаболитов граничит или выходит за рамки физиологической нормы в определенные месяцы года. В ноябре в значительной степени снижается уровень пирувата и глюкозы, в апреле наблюдается максимальное увеличение содержания лактата, холестерина и альбумина. Направление адаптационных изменений метаболизма в организме людей определяется уменьшением и увеличением долготы дня, тогда как выраженность динамики концентрации метаболитов связана с влиянием температуры окружающей среды.
    Written by: Татьяна Ивановна Кочан
    Published by: Басаранович Екатерина
    Date Published: 12/12/2016
    Edition: euroasia-science_28_28.07.2016
    Available in: Ebook