Assessment of the oxidative stress at inhabitants of the urbanized North (on the example of Khanty-Mansiysk autonomous region)

Full Text

Введение Ханты - Мансийский автономный округ (ХМАО) располагается в центральной части Западно - Сибирской низменности, входя в состав Тюменской области. Современный ХМАО по праву гордится своим настоящим: весомым вкладом в экономику страны, мощнейшим топливно - энергетическим комплексом, лесной и рыбной промышленностью, динамично развивающейся городской инфраструктурой и многим другим. Развитие нефтегазового комплекса Западной Сибири привело к активному перемещению населения из разных климатических зон на территорию ХМАО, поэтому социальные и экономические проблемы перемещений человека тесно взаимодействуют с биологическими процессами индивидуальной адаптации. По совокупности климатических характеристик и с учетом общебиологического действия природно - климатические факторы Севера в целом могут быть отнесены к зоне дискомфортных с элементами выраженной экстремальности по ряду показателей, которые предъявляют повышенные требования к функциональным системам организма человека [1]. Надежность живой системы определяется механизмами адаптации к действию факторов среды и условиям жизнедеятельности. Они составляют основу естественной невосприимчивости к болезням, фундамент индивидуальной профилактики. Полученные в последние годы данные позволяют определить роль процессов свободнорадикального окисления в развитии адаптационные процессов. Установлено, что в механизме воздействия на организм факторов среды и условий жизнедеятельности имеется общее патогенетическое звено - избыточная продукция свободных радикалов. Различными путями все перечисленные факторы приводят к одному и тому же метаболическому сдвигу: образованию повышенного количества активных форм кислорода либо других свободных радикалов. Исследование процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и состояния антиоксидантной защиты людей, адаптирующихся к экстремальным условиям среды, показали высокую степень зависимости адаптационных реакций от состояния системы антиокислители липопероксидация [2]. Известно, что в районах Сибири и Крайнего Севера на весь многообразный комплекс отрицательных социально - экономических факторов накладывается еще и экстремальные природно - климатические условия, вызывающие у значительной части населения экологически обусловленный стресс [3]. Исследованиями установлено, что показатели экологически обусловленного стресса у пришлого населения северных территорий, в 2 раза превышают те же показатели для средних широт - для Севера они равны 18,4%, для средних широт - 9,1%. Отличия показателей смертности трудоспособного населения (в процентах от комфортной территории), в частности для региона ХМАО составляет 18,3% [4]. В условиях хронического экологически обусловленного стресса происходит антропо - экологическая деформация здоровья. Многие заболевания среди населения северных регионов имеют явную тенденцию к более затяжному течению, чем у жителей умеренных широт. Так было выявлено, что наследственно обусловленные возможности механизмов адаптации у более 70% пришлого населения не могут обеспечивать длительное сохранение здоровья в условияхурбанизированного Севера[5]. В этой связи несомненный интерес представляла сравнительная оценка показателей оксидативного стресса и антиоксидантной системы защиты организма пришлых жителей урбанизированного Севера Цель: оценить показатели перекисного окисления липидов и антиоксидантной активности у взрослых некоренных жителей Ханты - Мансийского автономного округа. Материал и методы исследования Под наблюдением находились 176 условно здоровых лиц из числа доноров, более 5 лет проживающих на территории ХМАО в городах Ханты - Мансийске, Кога - лыме и Сургуте. Гендерный состав: 66 (37,5%) мужчин и 110 (62,5%) женщин. Средний возраст - 39,6±11,2 г. В соответствии со статьями 30 - 34, 61 «Основ законодательства РФ об охране здоровья граждан» от 22.07.1993 г. № 5487 - 1, ст.18, 20 - 22, 28, 41 «Конституции Российской Федерации», обследуемые пациенты давали информационное добровольное согласие Диссертационная орбита 83 Вестник восстановительной медицины № 6 • 2015 на выполнение диагностических исследований, а в соответствии с требованиями статьи 9 Федерального закона «О персональных данных» от 27.07.2006 года № 152 - ФЗ - на обработку персональных данных. У всех обследованных лиц в медицинских учреждениях строго натощак проводился забор крови из локтевой вены в утренние часы (8 - 10 ч). Забор крови осуществлялся в одноразовые системы - vacutainer. В сыворотке крови исследовали продукты перекис - ного окисления липидов (ПОЛ): гидроперекись липидов (ГПл), ТБК - активные продукты (ТБК); состояние анти - оксидантной системы защиты: общая антиоксидантная активность (ОАА), тиоловый статус (ТС) с помощью коммерческих наборов на биохимическом анализаторе Konelab 60i (Финляндия), а также на Form Plus 3000 фирмы «Callegari» (Италия). Полученные результаты сравнивали с референтными величинами [6]. Аскорбиновую кислоту (витамин С) выявляли в крови колориметрическим методом с помощью коммерческих наборов. Жирорастворимые витамины А и Е определяли с помощью коммерческих наборов фирмы «Люмекс» на приборе - анализаторе биожидкостей «Флюорат - 02 - АБЛФ» (г. Санкт - Петербург). Полученные результаты концентрации витаминов в крови сравнивали с референтными величинами [7]. В волосах обследованных лиц было проведено определение содержания селена (Se) и цинка (Zn) в составе 25 химических элементов методами атомно - эмиссионной спектрометрии и масс - спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС - ИСП, МС - ИСП) в Центре биотической медицины (ЦБМ, г. Москва) [8]. Средние значения концентраций изученных элементов сравнивали с референтными величинами [9]. Вычисляли среднюю величину вариационного ряда (M), ошибку средней арифметической (m), в качестве мер рассеивания параметров с нормальным распределением определяли минимальное (min) и максимальное (max) значения, а для параметров с ненормальным распределением и наличием ряда экстремальных значений использовали 25 и 75 перцентили. Для определения тесноты и достоверности связи между параметрами применяли критерий ранговой корреляции Спирмена (r). Полученный цифровой материал обрабатывали с использованием программы MS Exœl и STATISTICA 8.0. Результаты и их обсуждение В результате данного исследования установлено, что средние величины концентрации исследуемых показателей СРО превышали физиологически оптимальные значения для здоровых лиц соответствующего возраста у взрослых пришлых жителей ХМАО (табл. 1). Почти у четвертой части взрослых пришлых жителей ХМАО было обнаружено повышенное и высокое содержание ГПл и более чем у четверти - ТБК (табл. 2). Важно подчеркнуть, что средние показатели ОАА оказались меньше нижнего значения физиологически адекватных величин (табл. 1). Анализ индивидуальных показателей ОАА выявил у половины обследованных лиц пониженные и низкие значения ОАА (таб. 2). Средние показатели концентрации витамина А находились в диапазоне оптимальных величин, а подавляющее большинство взрослых некоренных жителей Севера оказались оптимально обеспечены ретинолом (табл. 1, 2). Совершенно по другому оказались обеспечены жирорастворимым витамином - антиоксидантом Е пришлые жители Севера: средние значения его концентрации были меньше нижней границы физиологически оптимальных величин (табл.1). Менее половины обследованных лиц имели адекватную концентрацию токоферола в крови, а у большей их части были обнаружены пониженный и низкий уровень обеспеченности витамином Е (табл. 2). Средние величины концентрации аскорбиновой кислоты располагались в диапазоне оптимальных значений, но ближе к нижнему его значению (табл.1). Однако физиологически оптимальное содержание витамина С в крови имела меньшая часть обследованный лиц, а витаминный статус большинства взрослых некоренных жителей ХМАО характеризовался пониженной и низкой концентрацией аскорбиновой кислоты (табл. 2). Таблица 1. Показатели свободно - радикального окисления и антиоксидантной системы защиты организма некоренного населения Ханты - Мансийского автономного округа (n=176) показатель физиологически minomax, оптимальные значения M±m 25o75 - Se, Zn показатели свободно - радикального окисления (СРО) ГПл, ммоль/л 225 - 450 465,8±31,4 342o581 ТБК, ммоль/л 2,2 - 4,8 5,2±0,56 3,7o5,92 показатели антиоксидантной системы защиты (АОС) ОАА, ммоль/л 0,5 - 2,0 0,42±0,06 0,23o0,75 витамин А, мкг/мл 0,3 - 0,8 0,71±0,06 0,34o1,09 витамин Е, мкг/мл 5 - 18,0 4,8±0,54 3,7o7,9 витамин С, мг/л 4 - 15,0 6,8±0,7 3,1o10,2 Se, мкг/г 0,69 - 2,2 0,35±0,014 0,09o0,48 Zn, мкг/г 155 - 206 184,1±5,1 120o211 84 Диссертационная орбита Вестник восстановительной медицины № 6 • 2015 Таблица 2. Распределение обследованных лиц по показателям свободно - радикального окисления и антиоксидантной системы защиты организма у взрослого некоренного населения Ханты - Мансийского автономного округа (абс/%) показатель оптимальный повышенный высокий пониженный низкий ГПл 102/58,0 36/20,5 6/3,4 32/18,1 - ТБК 119/67,6 38/21,6 7/4,0 12/6,8 - ОАА 89/50,6 - - 75/42,6 12/6,8 витамин А 147/83,5 14/8,0 - 11/6,2 4/2,3 витамин Е 82/46,6 - - 36/20,4 58/33,0 витамин С 84/47,7 - - 57/32,4 35/19,9 Se 43/24,4 - - 98/55,7 35/19,9 Zn 143/81,2 16/9,1 - 17/9,7 - Примечание: повышенный и пониженный уровни содержания: повышение и понижение до 2 раз; высокий и низкий уровни содержания: повышение и понижение свыше 2 раз Доказано, что проживание на территории, характеризующейся определенным уровнем содержания макро - и микроэлементов (МЭ) в объектах окружающей среды, обусловливает определенный микроэлемент - ный состав биосред организма. Химический гомеостаз является необходимым компонентом сохранения здоровья, а избыточный или недостаточный уровень содержания макро - и микроэлементов в организме может являться показателем, как состояния здоровья, так и характеристикой экологического неблагополучия. В результате проведенного исследования установлено, что средние показатели содержания Se в волосах взрослых пришлых жителей ХМАО были ниже референтных величин для лиц соответствующего возраста почти в 2 раза [9] (табл. 1). Анализ индивидуальных показателей обеспеченности Se позволил выявить пониженный и низкий уровни у подавляющего большинства, а только менее четверти обследованных лиц оказались оптимально обеспечены эссенциальным микроэлементом Se (табл. 2). Обеспеченность Zn взрослых некоренных жителей Севера оказалась намного лучше: средние значения его концентрации в волосах соответствовали референтным величина, а в подавляющем большинстве обследованные лица были адекватно обеспечены Zn (табл. 2). Итак, результаты проведенного исследования показали высокую активность процессов перекисного окисления липидов у значительной части взрослого некоренного населения Севера на фоне снижения общей антиоксидантной активности, концентрации витаминов Е, С и селена почти у половины обследованных лиц. Ответ организма на постоянно изменяющиеся условия внешней среды основан на его способности активизировать мощные системы защиты с целью поддержания постоянства структуры и функции - гомеостаза и энантиостаза. Возникающее при этом периодическое смещение метаболического равновесия индуцирует многокомпонентный ответ, направленный на преодоление возникающего дисбаланса. Ясно, что помимо быстрореализуемого компенсаторного ответа, при наличии сигнала, превышающего срочные защитные возможности клетки, процесс удлиняется во времени и идет другими метаболическими путями, но с той же целью достижения энантиостаза. Эта цель может быть достигнута на новом уровне функционирования, либо совсем не реализоваться. В последнем случае развивается та или иная патология, что в целом можно охарактеризовать как невозможность достижения метаболического баланса. Эти классические представления относятся к любым метаболическим процессам, включая и те, которые участвуют в поддержании баланса между прооксидантами и антиоксидантами в живом организме [10]. В таблице 3 представлены взаимосвязи между системами СРО/АОС у обследованных лиц из числа взрослого некоренного населения ХМАО. Обнаружены значительная обратная корреляционная связь между общей антиоксидантной активностью (ОАА) с одной стороны и концентрацией в крови гидроперекисей липидов (r= - 0,632) и обратная умеренная связь между ОАА и ТБК - активными продуктами (r= - 0,478). Доказано, что токоферол и ретинол, являясь элементами антиоксидантной системы, препятствуют чрезмерной активации процессов свободнорадикального окисления и накоплению в клетках и внеклеточном пространстве активных форм кислорода [11]. Это подтверждается нашими исследованиями: умеренной обратной взаимосвязью витамина А и ГПл (r= - 0,445) и сильной обратной корреляционная связью между витамином Е и ГПл (r= - 0,737). Соответственно, влияние данных витаминов на антиоксидантную активность организма подтверждается прямой взаимосвязью ретинола и ОАА (r= 0,387) и прямой значительной связью токоферола и ОАА (r= 0,624) (табл. 3). Исследователи особое значение уделяют использованию жирорастворимых витаминов в условиях Северных территорий. Это связано с тем, что в биохимических трансформациях метаболизма у северян большую роль играют процессы свободнорадикального окисления. Токоферол способен прерывать цепи окисления, благодаря переносу водорода с фенольного кольца на пероксидный радикал с образованием молекулярного Диссертационная орбита 85 Вестник восстановительной медицины № 6 • 2015 Таблица 3. Корреляционные связи между показателями свободно - радикального окисления и антиоксидантной системы защиты организма некоренного населения Ханты - Мансийского автономного округа показа тель ГПл ТБК ОАА вит. А вит. Е вит. С Se Zn ГПл 1 ТБК 0,421 1 ОАА - 0,632 - 0,478 1 вит. А - 0,445 - 0,393 0,387 1 вит. Е - 0,737 - 0,476 0,624 0,262 1 вит. С - 0,387 - 0,228 0,133 0,098 0,125 1 Se - 0,802 - 0,521 0,721 0,087 0,754 0,209 1 Zn - 0,214 - 0,237 0,398 0,717 0,084 0,072 0,106 1 продукта, который не является свободным радикалом и экскретируется из организма с желчью [12]. Витамин Е действует как один из наиболее мощных антиоксидантов. Он наиболее активен по сравнению с витамином С в отношении подавления окисления холестерина липопротеидов низкой плотности. Жирорастворимый витамин Е в основном действует на клеточные мембраны, находясь в их липидной среде. Данный эффект связан с угнетением перекисного окисления и повреждения свободными радикалами липидов мембран, уменьшением накопления перекисей полинена - сыщенных жирных кислот и продуктов их дальнейших превращений, которые, в свою очередь, также оказывают повреждающее влияние на клетки и их органеллы [13]. Известно, что как антиоксидант, витамин Е действует наиболее эффективно вместе с другими антиоксидантами. Причем синергизм настолько высок, что витамин А и Se в отсутствие токоферола окисляются, теряют свои антиоксидантные свойства и витамин А быстро разрушается [14]. В этой связи вполне логичной выглядит прямая сильная взаимосвязь витамина Е и Se (r=0,754) и обратная значительная связь между концентрацией Se в волосах и общей антиоксидантной активностью организма (r=0,624) (табл. 3). Важнейшей биохимической функцией селена, лежащей в основе его эссенциальности для человека, является участие в построении и функционировании глутатионпероксидазы, глицинредуктазы, цитохрома С - ведущих антиоксидантных соединений. Доказано, что основным источником Se для всего живого является почва. В биосфере миграция Se осуществляется по пищевой цепи: почва ^ растения ^ организм животных. Растения и животные служат источником Se для человека. Исследованиями установлено, что ХМАО является регионом с умеренным дефицитом Se в пищевых цепях [15]. Итак, дефицит Se в почвах ХМАО и, соответственно, в продуктам питания, выращенных на этих почвах, а также усиленный «расход» Se и других антиоксидантов, особенно тесто связанного с ним витамина Е, в условиях хронического экологически обусловленного стресса явились одной из причин недостаточной обеспеченности данными микронутри - енами (табл. 1, 2) обследованных взрослых некоренных жителей ХМАО. Исследованиями установлено, благодаря наличию сопряженных двойных связей в молекуле, витамин А способен взаимодействовать со свободными радикалами различных типов. Вместе с витаминами Е и С он активирует включение Se в состав глутатионпероксидазы. Кроме того, ретинол способствует поддержанию сульфгидрильных групп, также обладающих антиок - сидантной активностью, в восстановленном состоянии [5]. Тесная биологическая связь витамина А и Zn подтверждена в нашем исследовании сильной прямой корреляционной связью (r=0,717). Цинк является сильным антиоксидантом, входит в активный центр фермента супероксиддисмутазы, обладает антиокис - лительным эффектом, являясь кофактором в процессе стабилизации цитоплазматических мембран, поврежденных продуктами ПОЛ, и препятствует всасыванию прооксидантных микроэлементов [16]. Влияние витамина А и Zn на процессы ПОЛ подтверждено обратными взаимосвязями: ретинола с ГПл (r= - 0,445) и с ТБК (r= - 0,393), а также Zn с ГПл (r= - 0,214) и с ТБК (r= - 0,237). В то же время участие ретинола и Zn в антиоксидантной защите организма показано прямыми корреляционными связями витамина А с ОАА (r=0,387) и цинка с ОАА (r=0,398) (табл. 3). Заключение Складывающаяся геополитическая и экономическая обстановка диктует необходимость дальнейшего интенсивного освоения Севера, при реализации которой необходимо учитывать, что природно - климатические факторы в значительной степени детерминируют социально - экономические и медико - биологические условия, влияя на состояние здоровья населения [17]. Развитие производственных сил на Севере требует присутствия человека в самых отдалённых дискомфортных и даже экстремальных регионах, а поэтому уровень здоровья населения выступает как один из лимитирующих факторов роста производительности труда. Доказано, что синдром липидной гипероксидации развивается на Севере у людей с низкими резервными возможностями антиоксидантной системы значительно раньше и приводит к более быстрому прогрессированию многих заболеваний. Это в первую очередь болезней системы органов кровообращения, так как она одна из первых реагирует на неблагоприятные условия 86 Диссертационная орбита Вестник восстановительной медицины № 6 • 2015 внешней среды и включается в процесс адаптации к экстремальным условиям. Исследованиями установлено, что среди северной патологии на первом месте стоят сердечно - сосудистые заболевания, не столько как причина временной нетрудоспособности, сколько причина настоящей и будущей смертности. Для Севера характерным является развитие атеросклероза в трудоспособном и молодом возрасте, что связано с изменением обмена веществ в ответ на действие холодового фактора, особенно у лиц, работающих на открытом воздухе. Интенсивность этих изменений нарастает в широтном направлении. Тяжесть и степень выраженности атеросклероза возрастает пропорционально длительности северного стажа [18]. Недостаточность антиоксидантов в пище, сочетающаяся с высоким их расходованием в состоянии хронического экологически обусловленного стресса приводит к дисбалансу в системе: антиоксиданты - липопероксидация, который, в свою очередь, ведет к мембранному дефекту клеток в различных органах и тканях. Истощение фонда антиоксидантов переводит свободно - радикальные процессы в неуправляемое состояние с накоплением эндогенных пероксидов липидов и нарушением структуры и функции мембран, вызывая оксидативный стресс. [19]. Прежде всего, это расстройства биоэнергетических, синтетических, иммунных и детоксикационных процессов, приводящих к прогрессивному росту заболеваемости (окислительный стресс лежит в основе более чем 100 заболеваний), ухудшению качества и к уменьшению продолжительности жизни населения северного региона. Таким образом, с целью профилактики заболеваний, в основе патогенеза которых лежит окислительный стресс (прежде всего сердечно - сосудистых заболеваний), для жителей урбанизированного Севера необходима оптимизация обеспеченности организма микронутриентами, обладающими антиоксидантной активностью (в первую очередь витаминами - антиоксидантами и селеном) при помощи биологически активных добавок к пище [20] и обогащённых данными микронутриентами продуктов питания.

About the authors

T. Ya Korchina

«Khanty-Mansiysk State Medical Academy»

Email: t.korchina@mail.ru
Khanty-Mansiysk

V. I Korchin

«Khanty-Mansiysk State Medical Academy»

Khanty-Mansiysk

I. V Lapenko

«Khanty-Mansiysk State Medical Academy»

Khanty-Mansiysk

References

Supplementary files