Ферменты антиоксидантной системы у человека на севере в годовом цикле

На правах рукописи

ШАДРИНА ВЕРА ДМИТРИЕВНА

ФЕРМЕНТЫ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ У ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ В ГОДОВОМ ЦИКЛЕ

03.03.01 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Сыктывкар – 2011

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

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

доктор биологических наук, профессор

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук Институт биологии Карельского научного центра РАН (г. Петрозаводск)

Защита состоится «24» марта 2011г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 004.017.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН Республика Коми, Сыктывкар, ГСП-2, ул. Первомайская,.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН Республика Коми, Сыктывкар, ГСП-2, ул. Первомайская,.

Автореферат разослан «18» февраля 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук,

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Роль антиоксидантной системы заключается в регуляции необходимых для нормального организма процессов свободнорадикального окисления, которые при нарушении сбалансированного соотношения между прооксидантами и антиоксидантами могут привести к развитию патологии. Баланс антиоксидантов и прооксидантов в тканях находится в зависимости от функционального состояния организма и от различных факторов внешней среды (Дубинина, 2006; Меньщикова, 2006).

Изучение функционирования антиоксидантной системы у жителей Севера имеет особую актуальность в связи с перестройкой метаболизма (Панин, 1980), связанными с этим изменениями интенсивности свободнордикального окисления (Авцын и др., 1985; Данилова, 1986; Бойко, 1991) и развитием окислительного стресса, в виде «синдрома липидной гипероксидации» (Хаснулин, 1998).

Между тем, в литературе имеются разрозненные сообщения о состоянии антиоксидантной системы и её отдельных звеньев у различных групп жителей Севера (Казначеев, 1980; Авцын и др., 1985; Куликов, Ким, 1987; Бойко, 2005). По данным одних авторов (Куликов, Ляхович, 1980) при повышенном уровне перекисного окисления липидов в эритроцитах доноров Заполярья сохраняется активность ферментов антиоксидантной системы, но снижается уровень неферментативных антиоксидантов. Другие утверждают, что активность глутатионредуктазы имеет возрастные, половые и сезонные различия у жителей Севера (Бойко и др., 2004; Бойко, 2005; Бойко, Потолицына, 2006) и отмечают сезонные колебания активности супероксиддисмутазы эритроцитов (Суплотов, Баркова, 1986). Кроме того, на активность глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы, каталазы, на содержание общего, окисленного и восстановленного глутатиона большое влияние оказывает географическая широта места проживания (Авцын и др., 1985).

В работах, посвященных исследованию репродуктивного здоровья на Севере, сообщается о сезонных колебаниях фертильности женского организма (Губкина, 1997), о повышении осложнений при беременности и родах у женщин, проживших на Севере до трех лет (Макаричева, Усоскин, 1980). Однако в литературе нет сведений об активности ферментов антиоксидантной системы во время беременности, при физиологических и патологических родах у женщин, проживающих на Севере. Вопрос о влиянии активных форм кислорода на течение беременности и исход родов, как в норме, так и при патологии широко дискутируется в научной литературе, поскольку у беременных женщин от первого до третьего триместра наблюдается повышенный уровень активных форм кислорода, в первую очередь, супероксид-аниона и гидроперекисей липидов, а также отмечается повышение активности супероксиддисмутазы (Ciragil et al., 2005; Доброхотова и др., 2008).

В литературе имеются единичные сообщения об активности ферментов системы антиоксидантов при физиологических родах, после родов. Однако данные литературы в этом отношении противоречивы. Так, японские исследователи показали, что у здоровых рожениц через 24 часа после родов активность супероксиддисмутазы значимо возрастает (Kobe et al., 2002; Nakai et al., 2000), а по данным других авторов наблюдается снижение активности супероксиддисмутазы после родов (Mutlu-Turkoglu et al., 1998) или отмечается отсутствие изменения активности фермента (Balal et al., 2004). Показано, что интенсивность процессов перекисного окисления липидов нарастает при осложнениях беременности или сопутствующих заболеваниях, изменении обеспеченности организма матери витаминами-антиоксидантами (Bruinse et al., 1995; Arikan et al., 2001).

Таким образом, представляется важным изучение функционирования ферментов антиоксидантной системы у жителей северных территорий при различных физиологических состояниях в течение года.

Цель работы – изучение состояния ферментативного звена антиоксидантной системы у человека на европейском Севере.

Задачи исследования:

1.  Определить уровень активности антиоксидантных ферментов эритроцитов у практически здоровых жителей европейского Севера.

2.  Изучить ежемесячно в течение года динамику активности антиоксидантных ферментов у молодых мужчин, находившихся по роду деятельности длительное время на открытом воздухе.

3.  Изучить по сезонам года, а также провести сравнительное исследование активности антиоксидантных ферментов в зависимости от проживания в различных по жесткости климатических условиях Севера у женщин-северянок в процессе родовой деятельности.

Научная новизна. Впервые проведено изучение годового цикла функционального состояния ферментативного звена антиоксидантной системы эритроцитов у жителей Севера. При этом показаны сезонные колебания активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы. Установлено, что минимум активности супероксиддисмутазы наблюдается в переходные периоды года (ноябрь и май), максимум – летом в августе. Обнаружено повышение активности глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы в осенне-зимний период и снижение в весенне-летний период года. Впервые при изучении антиоксидантных ферментов эритроцитов в процессе родов у жительниц Севера показано, что на их активность большее влияние оказывает сезон года, а не родовая деятельность. Установлено, что влияние фактора сезонности связано с географической широтой места проживания, причем по мере продвижения на Север степень воздействия на антиоксидантную систему возрастает.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные дополняют представления об адаптационной роли ферментов антиоксидантной системы у жителей северных территорий. Выявленные сезонные особенности состояния этого ферментативного звена у жителей Севера характеризуют изменение функциональных резервов организма при действии экстремальных природных факторов Севера и могут быть использованы в практическом здравоохранении северных регионов для профилактических мероприятий. Изменения активности ферментов антиоксидантов у женщин–северянок в процессе родовой деятельности и после родов, связанные с сезоном года, местом проживания и, в меньшей степени, с периодом нормальных родов, позволяют рекомендовать уделять особое внимание обеспечению организма беременных и рожениц антиоксидантами для коррекции возможных осложнений и для поддержания баланса в системе антиоксиданты-прооксиданты.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН «Метаболическое обеспечение годового цикла адаптивных реакций сердечно-сосудистой и дыхательной систем у человека на условия Севера» (ГР № 000и «Физиолого-биохимические взаимосвязи в сезонных циклах у человека на Севере» (ГР № ).

Основные положения, выносимые на защиту:

1.  В эритроцитах молодых мужчин, жителей европейского Севера, длительное время находившихся на открытом воздухе, в течение года изменяется активность антиоксидантных ферментов, причем максимум активности супероксиддисмутазы наблюдается с июня по август, а активности глутатионпероксидазы – с декабря по февраль.

2.  У женщин на европейском Севере в процессе родовой деятельности активность супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы в эритроцитах зависит от сезона года и связана с географической широтой места проживания.

3.  Фактор сезонности оказывает большее влияние на активность супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы, чем родовая деятельность.

Апробация работы. По материалам диссертационной работы представлены устные и стендовые научные доклады на следующих всероссийских и региональных конференциях с международным участием: на XVIII Съезде физиологического общества им. (Казань, 2001); на международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (СПб, 2003); на II симпозиуме с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера» (Сыктывкар, 2004); на XIX съезде физиологического общества им. (Екатеринбург, 2004); на I Съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005), на VIII World Congress of International society for adaptive medicine, (Moscow, 2006); на XX Съезде физиологического общества им. (Москва, 2007); на IV-V симпозиумах с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера» (Сыктывкар, 2008, 2010).

Личное участие автора в получении результатов. Автором самостоятельно выполнена работа по сбору материала и аналитическому исследованию активности ферментов системы антиоксидантов. Изучена активность данных ферментов в годовом цикле наблюдения у разных групп жителей европейского Севера. Проведен сравнительный анализ активности ферментов антиоксидантов у разных групп жителей европейского Севера и статистическая обработка полученных данных.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 научные работы, из них 8 статей в Российских рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук; главы в двух монографиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов по работе. Список цитируемой литературы включает 283 источника, из них 150 отечественных и 133 зарубежных. Работа содержит семь таблиц и пять рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведено исследование трех групп жителей европейского Севера в двух районах Республики Коми – в г. Сыктывкар (62° с. ш.) и г. Воркута (68° с. ш.). Первую группу составили практически здоровые молодые мужчины организованного контингента со стабильным уровнем физической активности, с централизованным питанием, по роду деятельности находившиеся через день по 12 часов на открытом воздухе. Возраст обследованных варьировал от 18 до 22 лет. Обследуемым были объяснены задачи исследования и получено их письменное согласие. Обследование проводилось на базе Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН в период с октября 2004г. по октябрь 2005г., в третью декаду каждого месяца, в течение трех дней. Температура в помещении в момент физиологических измерений отличалась стабильностью и в течение года в разные месяцы изменялась от +18ºС до +21ºС.

Вторую и третью группы составили практически здоровые женщины, рожавшие естественным путем. Обследование проводилось в разные периоды года, строго календарно в октябре, январе, марте, июне. В Сыктывкаре было отобрано 55 рожениц родильного отделения Коми республиканского кардиологического диспансера. Возраст женщин составил 24,2±1,2 года. Из общего числа обследованных 69% было первородящих, продолжительность родов у которых равнялась 9,5±1,04 ч. В Воркуте было обследовано 40 рожениц городского родильного дома со средним возрастом 23,7±3,0 года, из них первородящих - 80%, продолжительность родов составила 9,0±3,1 ч. Сбор материала в родильных домах Сыктывкара и Воркуты осуществлялся совместно с .

У мужчин кровь забирали утром натощак (с 6 до 9 часов) из локтевой вены в вакутайнеры с гепарином “Bekton Dickinson” (Англия). У женщин кровь из локтевой вены самотеком брали в гепаринизированные пробирки четыре раза по пять мл – до родов, в начале родов, сразу после рождения ребенка и утром следующего дня после родов с 8 до 9 часов. Собранную кровь центрифугировали при 3000 об/мин в течение 15 мин, затем плазму и лейкоциты отделяли от эритроцитов. Эритроциты трижды отмывали охлажденным 0,9 % раствором хлорида натрия, центрифугируя 15 мин при 3000 об/мин. Из отмытых эритроцитов готовили водные гемолизаты, в которых определяли активность ферментов супероксиддисмутазы (СОД), глутатионпероксидазы (ГП), глутатионредуктазы (ГР). Гемолизаты до анализа хранили при –40ºС.

Определение активности СОД проводили по методу (Дубинина и др., 1983; Галактионова, 1998), основанному на ингибировании реакции восстановления нитротетразолия синего в формазан (гидразинтетразолий) супероксидными анион-радикалами кислорода, генерируемыми системой «NADН–феназинметасульфат». Активность СОД оценивали на основании количества нитроформазана, которое определяли по оптической плотности при 540 нм и выражали в условных единицах.

Активность ГП определяли по убыли восстановленного глутатиона при его окислении гидроперекисью трет-бутила. В основе развития цветной реакции лежит взаимодействие SH-групп с 5,5-дитиобис(2-нитробензойной) кислотой (ДТНБК) с образованием окрашенного продукта – тионитрофенильного аниона. Его количество прямопропорционально количеству SH-групп, прореагировавших с ДТНБК. Интенсивность развившейся окраски измеряли при длине волны 412 нм. Рассчитывали активность ГП в микромолях, израсходованного в реакции субстрата (мкм/мин/г Hb) (Моин, 1986). Содержание Hb определяли колориметрически цианметгемоглобиновым методом, используя стандартные наборы «Гемоглобин–Витал» (Россия).

Метод определения активности ГР основан на скорости окисления NADPH при 340 нм (Юсупова, 1989). Активность ГР выражали в молях превращения NADPH с/моль Hb.

Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с помощью прикладного пакета программ Microsoft Excel и «Биостат» (версия 4.03). Вычисляли выборочную среднюю, стандартное отклонение и ошибку среднего для характеристики вариабельности изучаемых параметров. Для оценки характера распределения данных вычисляли значения асимметрии и эксцесса. Достоверными признаны различия при уровне значимости p<0,05, оцененному по критерию Крускала-Уоллеса и критерию Данна для непараметрических выборок. Для выявления взаимосвязей между изучаемыми показателями вычисляли коэффициент ранговой корреляции Спирмена. При проведении корреляционного анализа и обсуждении результатов использованы ресурсы электронной базы данных отдела экологической и социальной физиологии человека Института физиологии Коми НЦ УрО РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Мониторинг по изучению активности Cu-Zn-СОД в эритроцитах молодых мужчин, по роду деятельности периодически длительное время пребывавших на открытом воздухе, показал существенное влияние факторов внешней среды на функционирование АОС. Установлено, что индивидуальные значения показателей активности СОД в эритроцитах у молодых мужчин европейского Севера варьируют в широких пределах: от 10,10 до 138,76 усл. ед/мл эритроцитов. Среднегодовое значение активности фермента составляет 48,34±1,53 усл. ед/мл эритроцитов. В годовом цикле наблюдения среднегрупповые значения активности СОД колеблются от 17,40±2,22 до 110,20±3,45 усл. ед/мл эритроцитов.

В зимний период наблюдается статистически значимое снижение активности СОД эритроцитов у молодых мужчин от декабря к февралю (от 63,59±5,3 до 32,31±3,36 усл. ед/мл эритроцитов). В летние месяцы было зафиксировано значительное последовательное повышение активности изучаемого фермента от июня к августу (от 37,65±2,65 до 110,20±3,45 усл. ед/мл эритроцитов). В переходные периоды года динамика активности СОД эритроцитов характеризуется резким падением к концу сезона: от 30,4±2,55 до 17,40±2,23 усл. ед/мл эритроцитов весной; от 59,12±6,45 до 28,92±2,22 усл. ед/мл эритроцитов в первую осень и от 80,55±5,21 до 19,01±2,68 усл. ед/мл эритроцитов во вторую осень.

Таким образом, показана значительная флуктуация анализируемого фермента за все время наблюдения: разница между наибольшей (110,20±3,45 усл. ед/мл эритроцитов) и наименьшей (17,40±2,23 усл. ед/мл эритроцитов) активностью СОД составила 6,3 раза. Выявлены периоды максимальной (август) и минимальной (ноябрь, май, октябрь-2) активности изучаемого фермента в эритроцитах молодых мужчин-жителей европейского Севера (рис.1). Значения активности СОД осенью и зимой различались незначительно.

Полученные результаты согласуются с данными литературы, свидетельствующими о сезонных колебаниях активности СОД эритроцитов (Суплотов, Баркова, 1986).

При оценке погоды на Севере используется коэффициент «жесткости погоды» (ветро-холодовой индекс Сайпла), в виде шкалы величин теплопотерь в кДж (ккал/м2) в час, которая колеблется от 600 (прохладно) до 1000 (очень холодно) и до 2500 (невыносимый холод). (Метаболическое обеспечение…., 2007). В соответствии с годовой динамикой коэффициента «жесткости погоды» дискомфорт погоды нарастал от октября-1 и достигал максимума в феврале-марте. С марта по май происходило падение коэффициента «жесткости погоды» до зоны теплового комфорта. Наиболее благоприятные условия по «жесткости погоды» отмечались с мая по сентябрь. Октябрь-2 был более комфортным, чем этот же месяц предыдущего года. В соответствии с гигиенической классификацией условий труда (Руководство…, 2005) по среднемесячным температурам микроклиматические условия труда обследованного контингента можно отнести к «допустимым», даже в холодный период года. Принимая во внимание реальные температуры наружного воздуха в дни проведения обследований, погода в ноябре и январе определена как «вредный» класс условий труда. В эти дни микроклимат носил охлаждающий характер.

При сопоставлении годовой динамики коэффициента «жесткости погоды» и активности СОД наблюдается снижение активности фермента в холодный период года (ноябрь–март) и повышение в теплый (июнь–август), Однако следует обратить внимание на внутрисезонные изменения активности СОД. В первую осень (начало наблюдения) выявлено значимое снижение активности СОД эритроцитов в ноябре. Второй минимум активности СОД наблюдался в мае.

Предположительно снижение активности СОД в начале обследования обусловлено повышенным содержанием молекулярных продуктов ПОЛ.

Рис. 1. Активность супероксиддисмутазы эритроцитов у молодых мужчин-северян и жесткость погоды. Примечания: *p<0,05 **p<0,01 ***p<0,001- достоверность различий по сравнению с предыдущим месяцем

По данным (2007) повышенное содержание продуктов ПОЛ показано с ноября по июнь с максимумом в ноябре.

В ноябре отмечается наступление устойчивых отрицательных температур (Метаболическое…, 2007). Кроме того, ноябрь является одним из дискомфортных месяцев согласно динамике коэффициента «жесткости погоды».

Исследования по термической адаптации растений, бактерий, животных указывают на закономерное изменение состава жирных кислот в клетках всех организмов: адаптация к низкой температуре всегда приводит к увеличению концентрации ненасыщенных жирных кислот (Александров, 1975), являющихся субстратом для ПОЛ.

Важно отметить, что в ноябре, по данным (2007), у обследованных мужчин установлено максимальное потребление кислорода, приводящее к более активному окислению биологических субстратов (Скулачев, 1995). Вероятно, эти факторы способствовали усилению процессов ПОЛ и повышению содержания продуктов ПОЛ у молодых мужчин.

Одним из механизмов действия продуктов ПОЛ является окисление сульфгидрильных белковых групп до дисульфидных. Окисляя SH–группы, перекиси липидов инактивируют тиоловые ферменты (например, дыхательные, ферменты гликолиза). Альдегиды, образующиеся в результате ПОЛ, обладают высокой реакционной способностью по отношению к белкам, модифицируя лизиновые и др. аминокислотные остатки, а также тиоловые группы белков, но гидроперекиси липидов, будучи первичными продуктами ПОЛ, быстрее вызывают окислительную деструкцию белков, в частности, клеточной мембраны (Дубинина, 2006).

Снижение активности СОД возможно связано с процессом гликирования СОД (Kaneto H., et al., 1994).

Кроме того, имеются данные о том, что цитозольная Cu-Zn-СОД - является ферментом, который сам существенно повреждается при гиперпродукции АФК (Болдырев и др., 2001). Образовавшиеся в ходе цепных реакций перекись водорода и гидроксилрадикал вызывают полную или частичную инактивацию фермента. В результате действия этих АФК наблюдается окисление гистидина, входящего в активный СОД, с образованием 2-оксигистидина, что приводит к устранению из белка Zn. Окислительное расщепление пептидной связи человеческой Cu-Zn-СОД происходит между пролином в 62 положении и гистидином в 63 положении с образованием низкомолекулярных фрагментов (10 – 14 кДА ) (Шаронов, Чурилова, 1992; Дубинина, 2006).

Корреляционный анализ показал отрицательную значимую взаимосвязь значений активности СОД с содержанием молекулярных продуктов ПОЛ (p<0.001) в годовом цикле наблюдения (табл. 1).

Снижение активности СОД в холодный период года, по-видимому, компенсируется повышенной активностью ГП и неферментативного звена АОС, а именно α-токоферола. По данным (2007) наибольшее содержание α-токоферола в плазме у обследованных мужчин установлено в ноябре. Кроме того, при сравнении показателей активности СОД эритроцитов и концентрации α-токоферола в сыворотке в течение года у молодых мужчин показано, что активность фермента и концентрация витамина находятся в противофазе, т. е. при высокой концентрации α-токоферола наблюдается сниженная активность СОД. В митохондриях, выделенных из разных органов мышей, содержание α-токоферола обратно пропорционально коррелировало с продукцией супероксидного анион радикала, что указывает на его защитную и, возможно, регуляторную роль (Lass, Sohal, 2000).

Из представленных данных (рис.2) следует, что активность ГП в годовом цикле наблюдения изменяется в широких пределах. Индивидуальные значения активности ГП в эритроцитах обследованных мужчин на протяжении года варьируют от 22,8 до 157,3 мкм/мин/гHb. Среднегодовое значение активности ГП составило 68,27±2,03 мкм/мин/гHb. В годовом цикле наблюдения среднегрупповые значения активности ГП изменяются от 34,99 до 105,84 мкм/мин/гHb.

Рис. 2. Активность глутатионпероксидазы эритроцитов у молодых мужчин-северян и жесткость погоды. Примечания: ***p<0,001- достоверность различий по сравнению с предыдущим месяцем.

Активность ГП зимой и в первую осень выше на 50 и 35%, а весной, летом и осенью в конце обследования ниже на 15, 42 и 33% соответственно относительно среднегодового показателя. Исходя из полученных данных следует, что активность ключевого фермента системы антиоксидантов ГП в эритроцитах у молодых мужчин в годовом цикле наблюдения также как и активность СОД коррелирует с коэффициентом жесткости погоды, однако для СОД характерна обратная зависимость, а для ГП – прямая.

Одним из факторов, лимитирующих активность ГП, является содержание восстановленного глутатиона в клетке. Глутатион в восстановленном состоянии поддерживается ГР. Сравнивая активность ГП и ГР (рис.3) в годовой динамике можно сказать, что снижение активности ГР в декабре до минимума за весь период наблюдения обусловлено субстратным ингибированием, так как концентрация кофермента ГР (Потолицына, 2007) рибофлавина у молодых мужчин была в норме. В марте показано одновременное снижение активности данных ферментов. В период с мая по октябрь колебания активности данных ферментов были незначительны.

Рис. 3. Активность глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы эритроцитов у молодых мужчин-северян.

Коферментом ГП является селен. По данным (2007) годовая динамика содержания селена в плазме соответствует годовой динамике активности ГП (рис.4). Выявлена значимая положительная корреляция активности ГП и содержания селена (p<0,001).

Ферменты антиоксиданты образуют единую метаболическую цепь, в результате функционирования которой происходит превращение АФК (кислородных радикалов и гидроперекисей) в воду, спирты и другие нетоксичные для организма метаболиты (Вартанян и др., 2000).

О сложности внутрисистемных взаимоотношений между антиоксидантными энзимами и неферментативными антиоксидантами свидетельствуют данные корреляционного анализа, который показал значимую взаимосвязь показателей активности СОД и ГП с содержанием молекулярных продуктов ПОЛ (p<0,001) в годовом цикле наблюдения (табл. 1).

Таблица 1 Корреляция показателей активности глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы эритроцитов с содержанием молекулярных продуктов ПОЛ, селена и витаминов в плазме у мужчин

	Супероксид-дисмутаза	Глутатион-пероксидаза
Глутатионпероксидаза	-0,15*	-
Кротоновый альдегид	-0,33***	+0,16*
Диеновые конъюгаты	-0,29***	+0,33***
Основания Шиффа	-0,42***	-
Селен	-	+0,4***
Витамин А (ретинол)	-0,35***	+0,19**
Витамин Е (α-токоферол)	-0,28***	-

Примечаня: − *p<0,05 **p<0,01***p<0,001 уровень значимости.

Корреляционный анализ показал отрицательную значимую взаимосвязь активности СОД с содержанием молекулярных продуктов ПОЛ (p<0.001). Кроме того, выявлена отрицательная корреляция между активностью СОД и содержанием витаминов А и Е (p<0,001). Положительная значимая взаимосвязь установлена между значениями активности ГП и содержанием селена (p<0,001). Выявлена значимая отрицательная корреляция активности ГП (p<0,05) и СОД эритроцитов.

Таким образом, выявленные сезонные колебания активности СОД и ГП эритроцитов можно рассматривать как адаптационные процессы, связанные с воздействием природно-климатических факторов.

Активность ферментов антиоксидантной системы в разные сезоны года в процессе родов у женщин на европейском Севере

Течение нормальной беременности сопровождается значительными изменениями функционирования практически всех физиологических систем и напряжением приспособительных процессов к новым требованиям организма (Физиологические основы …, 2001). Роды, являясь физиологическим процессом, тем не менее, представляют собой своеобразную нагрузку для женского организма. Важнейшим звеном в формировании резистентности организма матери к новым условиям является АОС.

Нами было проведено изучение функционирования ферментативного звена АОС во все сезоны года у рожениц г. Сыктывкар и г. Воркута. Полученные данные свидетельствуют о том, что на активность исследованных ферментов в эритроцитах северянок в процессе родов в целом доминирующим было влияние сезона года, тогда как родовая деятельность оказывала менее значительный эффект (рис.5). Однако влияние родов на активность данных ферментов полностью исключать нельзя. Результаты исследования показывают, что активность ферментов системы антиоксидантов в родах у женщин обеих групп повышается во время схваток или после рождения ребенка. У рожениц Сыктывкара наибольшее повышение активности СОД выявлено в январе во время схваток и составляет 33% относительно дородовых значений. Незначительное повышение активности данного фермента во время схваток наблюдается в июне и октябре, а в марте − снижение активности СОД. Однако достоверных различий по сравнению с дородовыми показателями не выявлено ни в один из месяцев наблюдения, кроме января (p<0,05).

Рис. 5. Активность супероксиддисмутазы эритроцитов в процессе родовой деятельности. Примечания: **p<0,05 ***p<0,001- достоверность различий по сравнению с предыдущим месяцем в один период наблюдения.

У рожениц Воркуты наибольшее повышение активности СОД установлено в январе после рождения ребенка – на 60% по сравнению с дородовыми показателями. В марте наблюдалась тенденция к снижению активности СОД. В июне в эритроцитах рожающих женщин активность изучаемого фермента повышалась после рождения ребенка, а в октябре во время схваток на 49% и 30% соответственно. Достоверные различия в активности СОД эритроцитов в процессе родов у рожениц Воркуты установлены только в январе (p<0,05).

Можно предположить, что повышение активности СОД у обследованных женщин во время схваток или сразу после рождения ребенка обусловлено повышением потребления кислорода. Имеются сведения о том, что к началу родовой деятельности потребление кислорода увеличивается по сравнению с дородовым уровнем на 25-30%, в первом периоде во время схваток на 65-100%, во втором периоде родов на 70-85% и на высоте потуг на 125-155% (Физиологические основы …, 2001).

После рождения ребенка организм роженицы покидает и плацента, что является важнейшей трансформацией ее организма. В послеродовом периоде (в первые сутки после родов) активность СОД эритроцитов у женщин Сыктывкара, в январе, марте и июне приближается к значениям активности данного фермента до родов, а в октябре превышает в 1,2 раза. У рожениц Воркуты активность СОД эритроцитов в первые сутки после родов приближается к дородовым показателям только в октябре, а в остальные месяцы превышает их в 1,2 раза.

По данным японских исследователей (Nakai et al., 2000) у женщин с не осложненной беременностью через час после родов уровень активности СОД повышается на 125% относительно дородовых значений и значительно снижается через 48 часов.

В ряде сообщений отмечалось, что активность ключевого фермента системы антиоксидантов ГП у беременных и небеременных женщин заметно различается (Balal et al., 2004; Bannon et al. 1986). По данным японских исследователей (Mutlu-Turkoglu et al., 1998) не было показано изменений активности ГП в процессе родов.

Наши исследования согласуются с данными литературы: у рожениц Сыктывкара и Воркуты не выявлено значимых различий активности ГП эритроцитов в процессе родовой деятельности (рис.6).

Показано повышение активности данного фермента у рожениц Сыктывкара во время схваток в октябре, январе и марте по сравнению с дородовыми значениями, но различия не достоверны.

Активность ГП эритроцитов в процессе родов у женщин Воркуты была достоверно выше во все месяцы обследования по сравнению с таковыми показателями у рожениц Сыктывкара (p<0,001). При этом у рожениц Воркуты не выявлено ярко выраженной разницы в активности ГП эритроцитов в процессе родов между сезонами по сравнению с аналогичными показателями у женщин Сыктывкара.

Рис. 6. Активность глутатионпероксидазы эритроцитов в процессе родовой деятельности. Примечания: *p<0,05 **p<0,01 достоверность различий по сравнению с предыдущим месяцем в один период наблюдения.

Данные, полученные при обследовании рожениц в послеродовом периоде (в первые сутки после родов) свидетельствуют о том, что активность ГП эритроцитов у рожениц Сыктывкара не отличается от дородовых показателей во все месяцы обследования. В то время как у женщин Воркуты в марте и июне активность ГП эритроцитов в послеродовом периоде выше, чем до родов в 1,2 раза, а в январе и октябре ниже, но во всех случаях различия не являются достоверными.

Сведения из литературы об активности ГР в родах достаточно противоречивы. В частности, есть указания на неизменную или несколько пониженную активность ГР в родах (Arikan et al., 2001). В то же время сообщается о повышении уровня окисленного глутатиона (GSSG) накануне родов у рожениц (Wasker et al., 2000). У здоровых беременных женщин наблюдалось увеличение содержания GSSG - и снижение содержания восстановленного глутатиона (GSH) в эритроцитах по сравнению с небеременными здоровыми женщинами, при этом не выявлено изменения в содержании глутатиона в зависимости от срока беременности (Чернышов, 1983).

Рис. 7. Активность глутатионредуктазы эритроцитов в процессе родовой деятельности. Примечания: *p<0,05 **p<0,01 - достоверность различий по сравнению с предыдущим месяцем в один период наблюдения.

По нашим данным активность ГР у рожениц Сыктывкара и Воркуты имеет сезонные различия (рис.7). В группе рожениц Сыктывкара значимые колебания активности были выявлены в марте. В январе после рождения ребенка выявлено повышение активности фермента по сравнению с показателями до родов в 1,3 раза. Активность фермента в родах в октябре и июне практически не изменялась.

Во второй группе рожениц, жительниц Воркуты, в марте и октябре активность ГР в процессе родов практически не менялась, однако в июне в этой группе наблюдалось значимое снижение активности ГР в ходе родов, продолжавшееся на следующее утро после родов. Во все месяцы обследования активность ГР у женщин Воркуты ниже, чем у женщин Сыктывкара. Можно предположить, что это было связано с повышением уровня GSSG в тканях, так как в этот же период отмечено повышение активности ГП.

По данным литературы продолжительность родов может оказывать влияние на интенсивность процессов СРО (Nakai et al., 2000). В нашем исследовании продолжительность родов у женщин обеих групп различалась незначительно.

Характерной чертой сезонных ритмов процессов ПОЛ на Севере является их активация с ноября по июнь с повышением интенсивности в ноябре и марте-апреле (Авцын и др., 1985; Бойко, 2005; Вахнина, 2009). Вероятно, именно это и является ведущим фактором, обеспечивающим достаточно высокую в целом стабильность показателей активности СОД и ГП в родах, и значительную же сезонную вариабельность этих же показателей. Следует отметить, что по мере продвижения на Север сроки и интенсивность процессов ПОЛ могут существенно смещаться в связи с изменением жесткости воздействия природно-климатических раздражителей. Также можно принять во внимание и сезонные колебания обеспеченности антиоксидантами у жителей высоких широт. В частности, известно, что беременность зачастую сопровождается витамин–дефицитными состояниями, в том числе и дефицитом витаминов-антиоксидантов (Bruinse et al., 1995). Степень дефицита рибофлавина во время беременности у неблагополучных контингентов имеет тенденцию к нарастанию к родам (Wasker et al., 2000). В условиях Севера имеет место комбинация воздействия на организм роженицы как собственно факторов беременности, так и влияния неизбегаемых природных факторов, что приводит к высокой сезонной зависимости состояния ферментативного звена АОС у рожениц –северянок.

Влияние фактора сезонности связано с географической широтой места проживания, причем по мере продвижения на Север степень воздействия на АОС возрастает. В каждый из изученных нами сезонов года ситуация у рожениц-северянок имела свою специфику. В целом же роженицы в высоких широтах оказываются в более неблагоприятной ситуации по сравнению с роженицами более умеренных широт, и это необходимо учитывать при ведении женщин в родах.

Обобщая полученные данные, можно отметить, что уровень активности ключевых ферментов АОС у жителей Севера зависит от физиологического состояния организма, сезона года и широты места проживания. Сезонные изменения активности СОД, ГП и ГР отражают адаптационную реакцию организма к условиям окружающей среды.

ВЫВОДЫ

1.  Активность ферментов системы антиоксидантов эритроцитов: супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы глутатионредуктазы у жителей европейского Севера варьирует в течение года в широких пределах.

2.  Установлено, что у мужчин, длительное время находившихся на открытом воздухе, активность глутатионзависимых ферментов и супероксиддисмутазы повышается и снижается, соответственно, в зависимости от жесткости климатических условий, в то же время активность супероксиддисмутазы в годовом цикле снижается в ноябре и мае при одновременном росте содержания продуктов перекисного окисления липидов.

3.  Сезонные изменения активности супероксиддисмутазы, глутатиопероксидазы и глутатионредуктазы эритроцитов у рожениц, проживающих в районах Севера, которые различаются по жесткости климатических условий, более значимы, чем изменения активности этих ферментов в родах.

4.  Показана более высокая и более низкая активность супероксиддисмутазы и глутатионзависимых ферментов, соответственно, в одни и те же периоды года у рожениц Сыктывкара по сравнению с роженицами Воркуты, проживающими на Крайнем Севере.

5.  В раннем послеродовом периоде активность супероксиддисмутазы и глутатионзависимых ферментов эритроцитов у рожениц Сыктывкара возвращается к дородовым значениям, а у рожениц Воркуты наблюдается заметное повышение активности супероксиддисмутазы январе и снижение глутатионредуктазы в июне. Все это подразумевает важность влияния жесткости климатических условий Севера на активность антиоксидантых ферментов эритроцитов.

СПИСОК СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. , Шадрина В. Д., Бойко активности АТФ-аз и супероксиддисмутазы у рожениц Сыктывкара / Экология человека. 2003. №4. С. 22-25

2. , , Козловская аспекты функционирования ферментных антиоксидантных систем у рожениц европейского Севера / Российский физиологический журнал им. . 2006. №5. С. 633-642

3. , , , , Соловьев механизмы процессов свободнорадикального окисления в динамике острых алкогольных психозов у жителей Крайнего Севера /Наркология. 2006. №11. С. 40-44

4 , , Бойко антиоксидантных ферментных систем у рожениц Севера / Акушерство и гинекология. 2007. №1. С.14-16.

5. , , , , , Людинина аспекты оксидативного стресса у человека в условиях Севера / Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. Т.41. №3. С. 44-47

6. Шадрина В. Д. Сезонная динамика активности ферментов антиоксидантов у женщин в условиях Европейского Севера / Экология человека. 2007. №8. С. 43-46

7. , , , , , Логинов гипофиз-щитовидная железа и показатели потребления кислорода в условиях хронического охлаждения у человека на Севере / Физиология человека. 2008. том 34. №2. С. 93-98

8. , Д., , Бубнова оценка влияния условий Севера на обмен веществ, физиологическое и психоэмоциональное состояние человека / Физиология человека. 2008. том 34. №3. С. 106-113

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АОС – антиоксидантная система

АФК – активные формы кислорода

ГП – глутатионпероксидаза

ГР – глутатионредуктаза

ПОЛ – перекисное окисление липидов

СОД – супероксиддисмутаза

СРО – свободнорадикальное окисление

GSSG - окисленный глутатион

GSH – восстановленный глутатион

NADH − восстановленный никотинамидадениндинуклеотид

NADPH − восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат

Hb – гемоглобин

* * *

Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю доктору медицинских наук, профессору Евгению Рафаиловичу Бойко, а также коллективу отдела экологической и социальной физиологии человека Учреждения Российской академии наук Института физиологии Коми НЦ УрО РАН за ценные советы, замечания, содействие и поддержку во время написания диссертационной работы. Особую признательность выражаю главным врачам, коллективу врачей, акушеров, лаборантов родильного дома Коми республиканского кардиологического диспансера г. Сыктывкара и городского родильного дома г. Воркуты за всестороннюю поддержку и понимание. Отдельно благодарность выражаю за участие в сборе материала и обработке полученных данных.