Оценка системы липопероксидации и антиоксидантной защиты у мальчиков-подростков с экзогенно-конституциональным ожирением с использованием коэффициента окислительного стресса

РезюмеДетское и подростковое ожирение заслуживает особого внимания, поскольку нередко оно приводит к развитию осложнений уже во взрослом возрасте. Одним из ведущих механизмов патогенеза ожирения является активация реакций окислительного стресса при недостаточной активности антиоксидантных факторов. Существует мнение, что интегральные показатели более информативны при оценке нарушений антиоксидантного статуса по сравнению с отдельными показателями. Целью настоящего исследования стало изучение изменений в системе перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита с помощью интегрального показателя у мальчиков-подростков с экзогенно-конституциональным ожирением. Исследования проведены у 42 мальчиков-подростков 13-17 лет, из них 19 был поставлен диагноз "экзогенно-конституциональное ожирение". В работе использовались спектрофотометрические и флюорометрические методы исследования. У мальчиков-подростков с ожирением по сравнению с показателями группы сравнения отмечено снижение концентрации первичных продуктов перекисного окисления липидов - диеновых конъюгатов (в 1,39 раза, р=0,007), при возрастании уровня вторичных - кетодиенов и сопряженных триенов (в 1,65 раза, р=0,011). В системе антиоксидантной защиты в данной группе различия касались сниженных концентрации α-токоферола (в 1,42 раза, р=0,016), ретинола (в 1,51 раза, р=0,003) и активности супероксиддисмутазы (в 1,19 раза, р<0,001) при отсутствии значимых изменений в общей антиоксидантной активности крови и концентрации компонентов глутатионового статуса. Расчет суммарного коэффициента окислительного стресса в группе пациентов с ожирением показал высокую интенсивность развития окислительных реакций, что подтверждает данные о развитии антиоксидантной недостаточности в данной группе пациентов.

Ключевые слова:коэффициент окислительного стресса, мальчики-подростки, экзогенно-конституциональное ожирение

Вопр. питания. 2018. Т. 87. № 1. С. 28-34. doi: 10.24411/0042-8833-2018-10003.

Проблема ожирения крайне актуальна для сов­ременной медицины и здравоохранения [1, 2]. Особого внимания требует детское ожирение, которое в большинстве случаев в подростковом возрасте про­грессирует и приводит к развитию осложнений уже во взрослом возрасте. В настоящее время установлено, что в развитых странах мира до 25% подростков имеют избыточную массу тела, а 15% страдают ожирением [3, 4]. Проведенные в 2010-2012 гг. биоимпедансные исследования состава тела показали стандартизо­ванную частоту заболеваемости ожирением у детей и подростков 5-17 лет: 6,8% для лиц мужского пола и 5,3% для лиц женского пола [5]. Эксперты Всемир­ной организации здравоохранения связывают широ­кую распространенность ожирения в детском возрасте в первую очередь с изменившимися экономическими и социальными условиями жизни в современном обще­стве, следствием которых являются нездоровое пита­ние и низкий уровень физической активности [6-8].

В последние годы представляется очевидным, что серьезного прогресса в данном направлении можно до­стичь, лишь изучив молекулярные механизмы формиро­вания ожирения в детско-подростковом возрасте [9-11].

Однако до настоящего времени в их понимании все еще много неясного. Установлено, что одним из ведущих па­тогенетических механизмов развития метаболических нарушений при ожирении является активация реакций окислительного стресса и снижение мощности системы антиоксидантной защиты (АОЗ) [12-14].

В последнее время при оценке нарушений антиоксидантного статуса наиболее оптимальным считается расчет интегральных показателей [15]. Разработанный в ФГБНУ "Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека" (Иркутск) коэффициент окис­лительного стресса, оценивающий дисбаланс между системами перекисного окисления липидов (ПОЛ) и АОЗ по соотношению прооксидантов и антиоксидантов, может характеризовать стадию формирования патологического процесса в организме, в том числе при наличии хронического заболевания [16]. Однако оценка окислительного стресса с помощью интегрального ко­эффициента у подростков с ожирением до сих пор не проводилась. Актуальным представляются исследова­ния данных реакций у мальчиков-подростков, так как отмечено общее увеличение заболеваемости данной категории пациентов [17].

Таким образом, целью настоящего исследования стало изучение изменений в системе ПОЛ-АОЗ у маль­чиков-подростков с экзогенно-конституциональным ожирением с помощью интегрального показателя.

Материал и методы

Исследования проведены у 42 мальчиков-подростков в возрасте 13-17 лет, из них 19 был поставлен диагноз "экзогенно-конституциональное ожирение I степени" (средний возраст - 14,4±0,5 года), а 23 подростка соста­вили группу сравнения (средний возраст - 15,1±0,3 года). Обе группы были сопоставимы по возрасту и полу. Всем подросткам проводили обследование, включающее сбор анамнестических данных, объективное обследование, анализ антропометрических данных [измерение массы тела, роста, обхвата талии и бедер, определение индекса массы тела (ИМТ) по стандартной формуле], измере­ние артериального давления, оценку пищевого статуса и биохимические методы: определение концентрации общего холестерина, триглицеридов, проведение теста толерантности к глюкозе. В работе использовали класси­фикацию ожирения детей и подростков, предложенную В.А. Петерковой, О.В. Васюковой, 2015 [18]. Обследован­ные не принимали витаминов на момент забора крови. Кровь брали в соответствии с существующими требова­ниями: утром натощак из локтевой вены.

В работе соблюдали этические принципы, предъяв­ляемые Хельсинкской декларацией Всемирной меди­цинской ассоциации (1964, 2000 ред.). Исследование одобрено Комитетом по биомедицинской этике при ФГБНУ "Научный центр проблем здоровья семьи и ре­продукции человека" (выписка из протокола заседания № 5 от 16.05.2016).

Интенсивность процессов ПОЛ оценивали по содер­жанию первичных продуктов - диеновых конъюгатов (ДК) и вторичных - кетодиенов и сопряженных триенов (КД и СТ) по методу, основанному на интенсивном поглощении конъюгированных диеновых структур гид­роперекисей липидов в области 232 нм [19]. Содержа­ние ТБК-активных продуктов определяли в реакции с тиобарбитуровой кислотой (ТБК) флуориметрическим методом [20]. Оценку общей антиокислительной активности (АОА) проводили по методу Г.И. Клебанова и соавт. [21]. Для оценки общей АОА использовали модельную систему, представляющую собой суспен­зию липопротеинов желтка куриных яиц, позволяющую оценить способность сыворотки крови тормозить на­копление ТБК-активных продуктов в суспензии. ПОЛ индуцировали добавлением FeSO4x7H2O. Определение концентраций α-токоферола и ретинола проводили по методу Р.Ч. Черняускене и соавт. [22]. Этот метод пре­дусматривает удаление веществ, препятствующих опре­делению путем омыления проб в присутствии больших количеств аскорбиновой кислоты и экстракцию неомыляющихся липидов гексаном с последующим флюориметрическим определением содержания α-токоферола и ретинола. При этом α-токоферол обладает интенсив­ной флюоресценцией с максимумом возбуждения при λ=294 нм и излучения при λ=330 нм; ретинол - при λ=335 и λ=460 нм. Референтные значения для α-токоферола -7-21 мкмоль/л, ретинола - 0,70-1,71 мкмоль/л [23].

Содержание восстановленного и окисленного глутатиона (GSH и GSSG) определяли флюориметрически [24], измерение активности супероксиддисмутазы (СОД) проводили методом H.P. Misra, I. Fridovich [25]. Измере­ния проводили на спектрофлюорофотометре "Shimadzu RF-1501" ("Shimadzu", Япония), состоящем из 2 блоков: спектрофотометра UV-1650PC и спектрофлюориметра RF-1501. Для более информативной характеристики процессов окислительного стресса рассчитывали коэф­фициент окислительного стресса (КОС), представляю­щий собой отношение показателей системы ПОЛ-АОЗ мальчика-подростка с ожирением к среднегрупповым показателям группы сравнения [16].

Статистическую обработку полученных результатов, распределение показателей, определение границ нор­мального распределения проводили с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.1 ("StatSoft Inc.", США; правообладатель лицензии - ФГБНУ "Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека"). Для проверки статистической гипотезы разности сред­них значений использован критерий Манна-Уитни. Вы­бранный критический уровень значимости равнялся 5% (0,05).

Результаты и обсуждение

Доказано, что неспецифические биохимические процессы, протекающие в различных компартментах клетки, определяют реактивность данного организма, его адаптивный потенциал при действии различных эндо- и экзогенных факторов [26].

В результате проведенного исследования было ус­тановлено, что у мальчиков-подростков с ожирением относительно контрольной группы значимо снижа­ется концентрация первичных продуктов ПОЛ - ДК (в 1,39 раза, p=0,0067) и увеличивается уровень вто­ричных продуктов - КД и СТ (в 1,65 раза, р=0,0107) при отсутствии статистически значимых изменений в содер­жании конечных ТБК-активных продуктов (табл. 1).

Полученные результаты отчасти согласуются с мно­гочисленными данными о том, что при ожирении в ор­ганизме пациентов имеет место стимуляция процессов свободнорадикального окисления, а возникающий при этом окислительный стресс выступает в качестве одного из патогенетических механизмов ожирения, предопреде­ляющих формирование глубоких перестроек со стороны обмена веществ и механизмов его регуляции в тканях внутренних органов [12, 27]. Выявлено, что повышенное содержание продуктов, образующихся на промежуточ­ных этапах перекисного каскада, в частности КД и СТ, может спровоцировать многосторонний повреждающий эффект на биополимеры и клеточные структуры. Приэтом важнейшим показателем, отражающим интенсив­ность ПОЛ, являются ТБК-активные продукты, в то же время в нашем исследовании статистически значимых различий в их содержании не отмечено. Активацию реакций липопероксидации при ожирении ряд исследо­вателей связывают со снижением поступления в орга­низм экзогенных антиоксидантов наряду с избыточным поступлением жиров и углеводов при недостаточном их расходовании, а также с гипокинезией и ее низким уров­нем биологического окисления [12]. Избыточное накоп­ление токсичных продуктов может выступать триггером повреждений, предшествующих появлению характерных сдвигов со стороны обмена веществ [26]. Повышен­ные уровни продуктов липопероксидации при ожирении также можно связать с высокой активностью липидного метаболизма при данной патологии, тесно коррелирую­щего с параметрами свободнорадикального окисления [28]. Данное положение также подтверждалось и в нашем исследовании. Так, были получены результаты, свиде­тельствующие о высоких концентрациях триглицеридов, общего холестерина и холестерина липопротеинов низ­кой плотности в крови пациентов с ожирением. Данный факт может быть связан с нарушениями пищевого пове­дения детей, повышенным потреблением насыщенных и недостаточным потреблением ненасыщенных жирных кислот в рационе.

Важную роль в защите от повреждающего действия окислительного стресса имеет система антиоксидантной защиты, компоненты которой выступают в качестве стабилизаторов биологических мембран, инактивируют свободные радикалы, препятствуют развитию цепных свободнорадикальных процессов окисления органичес­ких соединений, прежде всего ненасыщенных тканевых липидов [29]. Данную функцию в первую очередь обес­печивают специальные антиоксидантные ферменты: СОД, каталаза, ферменты редокс-системы глутатиона, водо- и жирорастворимые витамины [30]. Соотношение про- и антиоксидантных факторов определяет интенсивность метаболизма, адаптационные возможности организма. Срыв АОЗ организма характеризуется раз­витием синдрома липопероксидации и может привести к ряду негативных для клетки последствий: повреждению мембран, инактивации или трансформации ферментов, подавлению процесса деления, накоплению инертных продуктов полимеризации [12, 27].

В системе АОЗ изменения касались сниженных концентрации α-токоферола (в 1,42 раза, р=0,0158), ретинола (в 1,51 раза, р=0,0025) и активности СОД (в 1,19 раза, р=0,0001) у мальчиков-подростков с ожире­нием по сравнению с показателями детей без ожирения (табл. 2). Статистически значимых различий в отноше­нии остальных показателей системы АОЗ: общей АОА крови, компонентов >0,05) не выявлено.

Установлено, что даже незначительное снижение ак­тивности СОД является важным сигналом сдвига ме­таболизма в сторону превалирования прооксидантных процессов, так как вследствие высокого содержания фермента в эритроцитах его активность при умеренном воздействии не меняется. α-Токоферол и ретинол явля­ются самыми сильными антиоксидантами и необходи­мыми факторами питания. При этом α-токоферол прояв­ляет мембранозащитную и антимутагенную активность, является важнейшим регулятором окислительного гомеостаза клеток и организма [30]. Антиоксидантная функция ретинола выражается в защите биомембран клеток от повреждения активными формами кислорода, в частности супероксидным радикалом, синглетным кис­лородом, пероксидными радикалами [31]. Несмотря на сниженные концентрации трех основных антиоксидантных факторов, интегративная величина - общая АОА крови, зависящая от взаимодействия многих компонен­тов системы АОЗ, у пациентов с ожирением оставалась на уровне контроля. В связи с часто встречающейся разнонаправленностью изменений в системе ПОЛ-АОЗ при развитии различных патологических состояний пред­ставляется оптимальным использование показателя суммарной оценки окислительного стресса. С этой целью в исследовании нами была применена формула расчета КОС в собственной модификации [16]:

где индекс i обозначает уровни исследуемых показателей данного пациента с ожирением, n - усредненные уровни показателей для референтной группы (сравне­ния) условно здоровых лиц того же пола и возраста без ожирения. При КОС>1 регистрируется развитие окисли­тельного стресса.

Данная формула учитывает не только накопление продуктов ПОЛ на различных этапах, но и активность различных звеньев системы АОЗ. Согласно полученным данным, уровень КОС в группе пациентов с ожирением возрастал практически в 7 раз, что подтверждает полу­ченные результаты, свидетельствующие о развитии антиоксидантной недостаточности при данной патологии (см. рисунок).

Проведенное исследование показало определенные особенности изменений в системе липопероксидации -АОЗ у мальчиков-подростков с экзогенно-конституциональным ожирением, заключающиеся в снижении содержания первичных, увеличении уровня вторичных продуктов ПОЛ на фоне уменьшения концентрации жи­рорастворимых витаминов и активности СОД. Исполь­зование коэффициента окислительного стресса под­твердило наличие антиоксидантной недостаточности в данной группе пациентов. В связи с полученными результатами у мальчиков-подростков с экзогенно-конституциональным ожирением рекомендуется проведение коррекционных мероприятий по стабилизации показа­телей липидного обмена и АОС организма путем уве­личения в рационе количества продуктов, содержащих полиненасыщенные жирные кислоты, и назначения ком­плекса препаратов антиоксидантного действия.

Литература

1. Тутельян В.А., Батурин А.К., Конь И.Я. и др. Распространенность ожирения и избыточной массы тела среди детского населе­ния РФ: мультицентровое исследование // Педиатрия. Журнал им. Г.Н. Сперанского. 2014. Т. 93, № 5. С. 28-31.

2. Колосов Ю.А., Колесников С.И., Анищенко А.П. и др. Избыточ­ная масса тела и ожирение у детей, подростков и взрослых: причины развития и факторы риска // Патогенез. 2016. Т. 14, № 4. С. 9-14.

3. Павловская Е.В., Строкова Т.В., Сурков А.Г. и др. Характеристика пищевого статуса и основного обмена у детей различного воз­раста с избыточной массой тела и ожирением // Вопр. питания. 2014. Т. 83, 4. С. 42-51.

4. Zhang Y., Wang S. Differences in development and the prevalence of obesity among children and adolescents in different socioeconomic status districts in Shandong, China // Ann. Hum. Biol. 2012. Vol. 39, N 4. P. 290-296.

5. Соболева Н.П. Биоимпедансный скрининг населения России в центрах здоровья: распространенность избыточной массы тела и ожирения // Рос. мед. журн. 2014. 4. С. 4-13.

6. Разина А.О., Ачкасов Е.Е., Руненко С.Д. Ожирение: современный взгляд на проблему // Ожирение и метаболизм. 2016. Т. 13, 1. С. 3-8.

7. Wimalawansa S.J. Controlling obesity and its complications by elimination of causes and adopting healthy habits: "cause-driven" approach // Adv. Med. Sci. 2014. Vol. 3, N 1. P. 1-15.

8. Мартинчик А.Н., Батурин А.К., Кешабянц Э.Э., Фатьянова Л.Н., Семенова Я.А., Базарова Л.Б. и др. Анализ фактического пита­ния детей и подростков России в возрасте от 3 до 19 лет // Вопр. питания. 2017. Т. 86, 4. С. 50-60.

9. Guenard F., Houde A., Bouchard L. et al. Association of LIPA gene polymorphisms with obesity-related metabolic complications among severely obese patients // Obesity. 2012. Vol. 20, N 10. P. 2075-2082.

10. Светикова А.А., Вржесинская О.А., Коденцова В.М. и др. Вита­минный статус и минеральная плотность костной ткани у больных с ожирением и сердечнососудистой патологией // Вопр. питания. 2008. Т. 77, 3. С. 39-44.

11. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В. и др. Изучение сочетанного влияния генетических полиморфизмов RS9939609 гена FTO и RS4994 гена ADRB3 на риск развития ожирения // Вопр. питания. 2016. Т. 85, № 4. С. 29-34.

12. Кулешова К., Давыдов В.В. Особенности проявления оксидативного стресса и состояние антиоксидантной системы у подростков разного возраста с ожирением, осложненным инсулинорезистентностью и без нее // Биомед. химия. 2014. Т. 60, вып. 2. С. 264-274.

13. Рычкова Л.В., Колесникова Л.И., Долгих В.В. и др. Исполь­зование комплексной оценки перекисного окисления липидов при изучении компенсаторно-адаптационных механизмов организма детей с тенденцией к повыше­нию артериального давления // Бюл. СО РАМН. 2004. № 1. С. 18-21.

14. Функциональная активность мозга и процессы перекисного окисления липидов у детей при формировании психосомати­ческих расстройств / под ред. С.И. Колесникова, Л.И. Колесни­ковой. Новосибирск : Наука, 2008. 200 с.

15. Колесникова Л.И., Гребенкина Л.А., Долгих В.В. и др. Оценка процессов липопероксидации у подростков с эссенциальной артериальной гипертензией с помощью интегрального показа­теля // Клин. лаб. диагностика. 2012. № 6. С. 29-31.

16. Колесникова Л.И., Семенова Н.В., Гребенкина Л.А. и др. Интег­ральный показатель оценки окислительного стресса в крови человека // Бюл. экспер. биол. 2014. Т. 157, № 6. С. 680-683.

17. Колесникова Л.И., Сутурина Л.В., Лабыгина А.В. и др. Состояние репродуктивного здоровья, процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы у подростков, проживаю­щих в крупном промышленном центре Ангарск // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2005. № 5. С. 42-47.

18. Петеркова В.А., Васюкова О.В. К вопросу о новой классифика­ции ожирения у детей и подростков // Пробл. эндокринологии. 2015. Т. 61, № 2. С. 39-44.

19. Волчегорский И.А., Налимов А.Г., Яровинский Б.Г. и др. Сопос­тавление различных подходов к определению продуктов перекисного окисления липидов в гептан-изопропанольных экстрактах крови // Вопр. мед. химии. 1989. Т. 35, № 1. С. 127-131.

20. Гаврилов В.Б., Гаврилова А.Р., Мажуль Л.М. Анализ мето­дов определения продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови по тесту с тиобарбитуровой кислотой // Вопр. мед. химии. 1987. № 1. С. 118-122.

21. Клебанов Г.И., Бабенкова И.В., Теселкин Ю.О. и др. Оценка АОА плазмы крови с применением желточных липопротеидов // Лаб. дело. 1988. № 5. С. 59-60.

22. Черняускене Р.Ч., Варшкявичене З.З., Грибаускас П.С. Одновре­менное определение концентраций витаминов Е и А в сыворотке крови // Лаб. дело. 1984. № 6. С. 362-365.

23. Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины и микроэлементы. М. : АЛЕВ-В, 2003. 670 с.

24. Hisin P.J., Hilf R. Fluorоmetric method for determination of oxidized and reduced glutathione in tissues // Anal. Biochem. 1976. Vol. 74. P. 214-226.

25. Misra H.P., Fridovich I. The role of superoxide anion in the autoxidation of epinephrine and a simple assay for superoxide dismutase // J. Biol. Chem. 1972. Vol. 247. P. 3170-3175.

26. Колесникова Л.И., Даренская М.А., Гребенкина Л.А. и др. Состо­яние антиоксидантного статуса у детей разного возраста // Вопр. питания. 2013. Т. 82, 4. С. 27-33.

27. Болотова Н.В., Аверьянов А.П., Захарова Н.Б. и др. Состо­яние перекисного окисления липидов и антиоксидант-ной защиты у детей с ожирением // Педиатрия. 2006. № 4. С. 11-15.

28. Бекезин В.В. Окислительный стресс на фоне ожирения - ран­ний маркер метаболического синдрома у детей и подрост­ков (обзорная статья) // Смолен. Мед. альманах. 2016. № 3. С. 6-13.

29. Осипова Е.В., Петрова В.А., Долгих М.И. и др. Показатели компенсаторно-адаптационных механизмов детей в условиях информационного стресса // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2003. № 3. С. 69-72.

30. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Мазо В.К. Витамины и окислительный стресс // Вопр. питания. 2013. Т. 82, № 3. С. 11-18.

31. Дадали В.А., Тутельян В.А., Дадали Ю.В. и др. Каротиноиды. Биологическая активность // Вопр. питания. 2011. Т. 80, № 4. С. 4-18.