CHRONOPHYSIOLOGICAL FEATURES OF THE NORMAL ELECTROLYTE COMPOSITION OF HUMAN SALIVA

Full Text

В настоящее время внимание большого числа исследователей привлекает слюна в качестве информативного биоматериала для клинической лабораторной диагностики [18]. Однако одним из факторов, ограничивающим широкое применение слюны, является высокая вариабельность ее состава в норме [14, 16], что требует особого внимания к процедуре сбора образцов и установлению референсных пределов содержания отдельных компонентов. Тем не менее высокую скорость изменения состава слюны можно использовать для мониторинга различных биоритмов (сезонных, циркадианных и т. д.), что может пред ставлять самостоятельное значение при изучении физиологических особенностей организма человека [5, 13]. До настоящего времени слюну применяли для исследования циркадианных биоритмов, связанных с мелатонином и кортизолом, как в норме, так и на фоне различных патологических состояний [5, 13], а также мониторинга уровня гормонов и ферментов [15, 16, 20]. Известно, что определение концентрации неорганических ионов является важным с медицинской точки зрения [17]. Так, обмен натрия и калия играет существенную роль в таких жизненно важных процес 28 Экология человека 2018.05 Экологическая физиология сах, как сердечная деятельность, кислотно-основное равновесие, регуляция внутриклеточного гомеостаза [19]. Описана возможность оценки уровня психологического стресса по относительному изменению концентрации натрия и калия [6, 9]. Однако практически отсутствуют систематизированные данные о гендерных особенностях и околосуточной динамике электролитного состава слюны человека. Цель работы - исследование околосуточной динамики электролитного состава слюны у мужчин и женщин. Методы В исследовании принимали участие 40 здоровых добровольцев - 20 мужчин, 20 женщин в возрасте (23,1 ± 0,9) года. Пробы слюны собирали в течение суток каждые 3 часа (в 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24 часа) в течение 10 минут, после чего центрифугировали при 7 000 об/мин. Во всех образцах определяли концентрацию ионов калия и натрия методом капиллярного электрофореза, рассчитывали коэффициент Na/K. Эксперимент проводили с использованием системы капиллярного электрофореза КАПЕЛЬ-105М (Лю-мэкс, г. Санкт-Петербург). Метод измерений основан на фильтровании, разбавлении отобранной пробы, дальнейшем разделении и количественном определении компонентов с косвенным детектированием при определенной длине волны. Условия определения катионного состава слюны: объем аликвоты исследуемого образца 100 мкл, предварительное осаждение белков слюны 10 % раствором трихлоруксусной кислоты, разбавление в 20 раз бидистиллированной водой. В качестве ведущего электролита использован раствор, содержащий 20 мМ бензимидазола, 5 мМ винной кислоты, 2 мМ 18-краун-6 («Флука», Швейцария). Для проведения исследований использован кварцевый капилляр Ьэф/ Ьобщ = 50/60 см, ID = 75 мкм. Непосредственно перед проведением анализа капилляр промывают 3 минуты дистиллированной водой, 5 минут 0,5 М раствором гидроксида натрия, 5 минут дистиллированной водой и 10 минут раствором ведущего электролита. Ввод пробы в капилляр пневматический (30 мбар, 10 с.). Постоянное напряжение 25 кВ, длина волны фотометрического детектора 267 нм. Эксперимент проводили при температуре 20 °С, время анализа 6-7 минут. Статистический анализ полученных данных выполнен при помощи программ Statistica 10.0 (StatSoft) непараметрическим методом с использованием в зависимых группах критерия Вилкоксона, в независимых группах - U-критерия Манна - Уитни. Результаты Проведенные исследования не выявили статистически значимых отличий между средними значениями концентрации натрия и калия в слюне мужчин и женщин (табл. 1). Тем не менее установлено, что уровень натрия в слюне мужчин выше среднего значения, а калия ниже, тогда как для женщин зависимость обратная. В результате рассчитанный коэффициент Na/K для мужчин на 19,4 % выше, чем для женщин. Таблица 1 Среднесуточные значения концентрации натрия и калия в зависимости от пола Показатель Среднее значение Женщины (n = 20) Мужчины (n = 20) Натрий, ммоль/л 7,87 (4,81; 14,01) 7,77 (4,76; 14,01) 8,17 (4,84; 13,42) Калий, ммоль/л 9,57 (7,28; 11,52) 9,90 (7,11; 11,62) 8,95 (7,37; 11,08) Na/K 0,946 (0,536; 1,516) 0,845 (0,480; 1,497) 1,009 (0,624; 1,550) Изучение динамики электролитов в течение суток показало, что концентрация ионов натрия достигает максимальных значений в ночные часы, а затем монотонно убывает до 12-15 часов дня (табл. 2). Для концентрации калия максимальное значение, напротив, наблюдается в районе 12 часов дня, сохраняется на стабильно высоком уровне до 21 часа вечера, после чего снижается вплоть до 6 часов утра. Сопоставление динамики концентрации натрия и калия показывает, что начиная с полуночи концентрации натрия и калия находятся в противофазе, тогда как в интервале 15-21 час динамика исследуемых показателей однотипна. В целом концентрации электролитных компонентов слюны демонстрируют достаточно сложный характер изменения в течение суток. В связи с этим удобно использовать расчётный коэффициент Na/K для оценки околосуточных изменений. В утренние часы наблюдается уменьшение соотношения Na/K, а во второй половине дня - рост, минимальное значение также соответствует времени 12-15 часов (см. табл. 2). Таблица 2 Динамика исследуемых параметров в течение суток Время Натрий, ммоль/л Калий, ммоль/л Na/K 03:00 9,67 (6,29; 20,84) 8,78 (6,71; 11,20) 1,257 (0,751; 2,115) 06:00 8,80 (6,58; 15,73) 8,79 (6,36; 10,03) 1,114 (0,835; 1,986) 09:00 7,82 (5,27; 14,81) 9,25 (6,21; 11,04) 0,976 (0,629; 1,971) 12:00 5,72 (4,33; 11,63) 10,09 (6,77; 11,94) 0,692 (0,504; 1,134) р = 0,0115 - р = 0,0009 15:00 6,31 (4,17; 11,52) 8,82 (7,00; 12,25) 0,717 (0,430; 1,342) р = 0,0159 - р = 0,0108 18:00 6,85 (3,72; 12,25) 10,06 (7,32; 11,34) 0,666 (0,407; 1,401) р = 0,0317 - р = 0,0082 21:00 8,14 (4,40; 13,45) 10,71 (8,34; 12,13) 0,680 (0,445; 1,276) - р = 0,0294 р = 0,0038 24:00 8,57 (4,78; 17,11) 10,10 (7,82; 12,12) 1,018 (0,433; 2,166) Примечание. р - статистически значимые отличия по сравнению с показателем для времени 3:00. 29 Экологическая физиология Экология человека 2018.05 Таблица 3 Динамика исследуемых параметров в течение суток с учетом пола Время Пол Натрий, ммоль/л Калий, ммоль/л Na/K 3:00 Ж 10,78 (6,97; 7,56) 9,79 (8,07; 11,34) 1,256 (0,736; 1,961) М 8,67 (4,84; 23,56) 7,54 (5,99; 9,49) 1,257 (0,988; 2,481) 6:00 Ж 7,82 (5,67; 4,35) 8,54 (6,12; 9,96) 1,072 (0,707; 1,838) М 10,49 (7,18; 18,58) 9,46 (6,95; 10,28) 1,125 (1,044; 2,039) 9:00 Ж 8,14 (4,68; 17,77) 9,84 (6,53; 10,72) 0,987 (0,471; 2,009) М 7,42 (5,73; 9,65) 8,83 (5,69; 12,24) 0,976 (0,770; 1,226) Ж 7,32 (4,19; 2,40) 11,02 (6,68; 13,41) 0,721 (0,522; 1,122) 12:00 р1 = 0,0478 - р1 = 0,0128 М 5,53 (4,74; 9,53) 8,52 (6,77; 10,23) 0,567 (0,397; 1,185) р2 = 0,0228 - р2 = 0,0427 Ж 5,21 (4,36; 9,16) 9,59 (6,95; 11,83) 0,674 (0,419; 1,302) 15:00 р1 = 0,0114 - р1 = 0,0161 М 7,42 (4,06; 19,41) 8,69 (7,44; 12,81) 0,984 (0,648; 1,531) Ж 7,12 (3,69; 13,25) 10,03 (7,06; 11,34) 0,677 (0,387; 1,286) 18:00 - - р1 = 0,0373 М 6,85 (3,79; 12,25) 10,57 (7,49; 12,16) 0,633 (0,430; 1,634) Ж 7,92 (5,28; 12,35) 10,83 (8,93; 12,42) 0,629 (0,428; 1,225) 21:00 - - р1 = 0,0155 М 8,52 (4,26; 14,58) 9,71 (7,76; 11,84) 0,941 (0,523; 1,339) Ж 7,10 (3,58; 18,81) 10,27 (7,92; 12,39) 0,788 (0,328; 2,191) 24:00 М 10,14 (7,26; 17,11) 9,96 (7,82; 11,61) 1,407 (0,707; 2,166) - - рЬ2 = 0,0173 Примечание. р! - статистически значимые отличия по сравнению с показателями женщин (3:00), р2 - статистически значимые отличия по сравнению с показателями мужчин (3:00), р1-2 - различия между мужчинами и женщинами для одного времени. Сопоставление электролитного состава слюны мужчин и женщин в течение суток демонстрирует схожий характер изменения (табл. 3). При этом в дневные часы концентрация натрия в группе как мужчин, так и женщин ниже среднего значения, в ночные - выше. Для концентрации ионов калия сохраняется обратная тенденция. Следует отметить, что околосуточная динамика ионов натрия выражена более четко, различия в концентрации натрия в дневные и ночные часы статистически значимы, тогда как для концентрации калия статистически значимых различий выявить не удалось. Динамика коэффициента Na/K также характеризуется наличием статистически значимого минимума в дневные часы как для мужчин, так и для женщин. Однако для группы женщин низкое значение коэффициента Na/K сохраняется до 21 часа, тогда как у мужчин в это время наблюдается рост данного показателя. В полночь различия между группами мужчин и женщин статистически значимы (р = 0,0173), тогда как к 3 часам ночи значения коэффициента Na/K в обоих случаях совпадают. В среднем для коэффициента Na/K наблюдается один максимум, соответствующий 3 часам ночи, и минимум в 12-13 часов дня (рисунок). Была получена функциональная зависимость для коэффициента Na/K, демонстрирующая достаточно высокий коэффициент корреляции: y = 0,0002 • X6 - 0,0062 • x5 + 0,0638 • x4 - 0,2851 • X3 + 0,4418 • x2 + 0,1384 • x + 0,4959 При сравнении теоретической и экспериментальной зависимостей видно, что положение максимальных и минимальных значений исследуемых параметров смещается, однако характер зависимости остается постоянным (см. рисунок). Теоретическая кривая Na/K имеет один минимум в 13 часов, тогда как экспериментальные данные выделяли два минимума в 12 и 18 часов соответственно. Однако в обоих случаях значения коэффициента Na/K с 9 часов утра до полуночи остаются ниже среднесуточного среднего значения, тогда как в ночное время наблюдается ярко выраженный максимум в интервале 3-4 часа утра. Околосуточная динамика коэффициента Na/K 30 Экология человека 2018.05 Экологическая физиология Обсуждение результатов Доминирующие катионы слюны (натрий и калий) наряду с другими ионами обусловливают осмотическое давление слюны, ее ионную силу и входят в состав солевых компонентов буферных систем. Особое внимание привлекает определение концентрации калия и натрия в слюне как индикаторов выброса адаптивных гормонов коры надпочечников под влиянием различных эндогенных и экзогенных факторов. Установлена связь уровня натрия и калия в слюне с содержанием глюкозы и кортизола, поскольку от содержания электролитов зависит транспорт глюкозы в клетку, а эффективность работы натрий-калиевого насоса зависит от адекватного поступления глюко-кортикоидов [4]. Экспериментально установлено, что в дневное время суток значение Na/K-коэффициента не превышает среднего значения. Выявленные особенности динамики Na/K обусловлены снижением уровня натрия и повышением концентрации калия, что может являться результатом выраженного напряжения симпатоадреналовой системы [11]. Известно, что показатели уровня натрия и калия в слюне находятся в обратной зависимости от уровня кортикостероидов и катехоламинов в крови [1]. Резкое снижение экскреции натрия со слюной в утренние часы может свидетельствовать о переходе организма от пассивного поведения к активной деятельности, которая характеризуется повышением уровня обменных процессов, усилением гормональной активности и тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. Из литературных данных известно, что в норме существуют статистически значимые корреляционные связи между концентрацией натрия в слюне и экскрецией норадреналина, а также концентрациями гормонов щитовидной железы (тиреотропный гормон, трийодтиронин, тироксин - ТТГ, Т3 и Т4), что свидетельствует о сбалансированном функционировании нервной, тиреоидной систем и надпочечников [2]. Секреция ТТГ происходит в пульсирующем режиме: максимальная частота и амплитуда пульсации приходятся на ночное время с пиковым уровнем в 2-4 часа ночи, минимальный уровень соответствует послеполуденному времени [3]. Данный факт позволяет косвенно оценивать циркадианные ритмы уровня тиреоидных гормонов по динамике концентрации натрия в слюне. Также известно, что максимальная скорость секреции слюны наблюдается в период с 19 до 23 часов [7, 8], затем скорость секреции снижается и достигает минимума к полудню [20]. Данный факт подтверждает динамику уровня электролитных компонентов слюны, однако не объясняет различий в динамике концентрации натрия и калия. Вероятными причинами выявленных половых различий в составе слюны могут являться меньший размер слюнных желез у женщин [10], особенности секреции слюны, а также действие эстрогенов [12, 15]. Динамика исследуемых параметров в течение суток характеризуется ярко выраженной периодичностью. Выявленные закономерности обусловлены изменением скорости секреции слюны в течение суток, а также действием гормонов. Полученная функциональная зависимость Na/K позволяет уточнить значения максимумов и минимумов на экспериментально полученной кривой и спрогнозировать поведение исследуемых параметров при физиологических отклонениях биоритмов, а также при наличии заболеваний, влияющих на гормональный фон.

About the authors

L V Bel'skaya

Omsk State Technical University; ChemService

Email: LudaB2005@mail.ru

E A Sarf

ChemService

V K Kosenok

ChemService; Omsk State Medical University

Zh Massard

University Hospital of Strasbourg

References

Supplementary files