Physiological explanation for study expansion of "traditional" lipid metabolism parameters spectrum in the population of the Arctic region

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В ранних физиолого-биохимических исследованиях были представлены данные об особенностях метаболических процессов у жителей Арктического региона, определяющихся биологически сформированным адаптивным типом и связанных с приверженностью к традиционному образу жизни и питанию с преобладанием доли жиров и белков в рационе [1]. У коренных жителей на фоне «северного» варианта метаболизма выявлены более благоприятные профили липидного обмена в отношении протекции факторам риска (ФР) развития патологии сердечно-сосудистой системы (ССС) - низкое содержание в сыворотке крови общего холестерина (ОХ), триглицеридов (ТГ), липопротеинов низкой (ЛПНП) и очень низкой плотности (ЛПОНП) на фоне высокого содержания липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) по сравнению с пришлым населением [2]. Современный алгоритм исследования состояния ССС включает выявление ФР и клинических симптомов атеросклероза, определение липидного спектра крови и оценку сердечно-сосудистого риска по шкале SCORE. Показателями липидного профиля для оценки сердечно-сосудистого риска являются содержание ОХ, ЛПВП, ЛПНП, ТГ. Вместе с тем, изучение этих параметров не всегда дает возможность провести целенаправленный анализ имеющихся нарушений, тем более, что в настоящее время все больше делается акцент на раннее выявление биохимических отклонений обменных процессов, а не на констатацию имеющихся клинических проявлений [3].

Заболевания, связанные с нарушением обмена веществ, в последнее время все чаще стали встречаться среди жителей Арктических территорий. Основными их причинами обозначены гиподинамия и нарушение пищевого поведения [4] – с постепенным уменьшением потребления традиционных продуктов питания (мяса оленя, рыбы северных морей) и увеличением - углеводов и трансжиров [5]. Появляется все больше исследований, направленных на изучение расширенного спектра параметров липидного обмена, включающего аполипопротеины и свободные жирные кислоты (СЖК). В настоящее время аполипопротеины Апо-В и АпоА-1 считаются лучшими маркерами нарушений липидного профиля крови. Апо-В (имеется в виду Aпо-В-100) является структурным компонентом ЛПОНП, липопротеинов промежуточной плотности (ЛППП) и ЛПНП, причем каждая частица ЛП содержит только одну молекулу апобелка. Поэтому уровень Апо-В отражает общее количество атерогенных частиц в крови; напротив, Апо-А1 является структурным компонентом антиатерогенных ЛПВП. Таким образом, соотношение Апо-В/АпоА-1характеризует баланс между атерогенными и антиатерогенными ЛП в крови и служит ранним потенциальным маркером риска развития заболеваний ССС [6].

Аполипопротеины содержат лиганды, которые связываются с мембранными рецепторам, что обеспечивает проникновение ЛП в клетки и их дальнейший катаболизм, и являются кофакторами ферментов, активность которых необходима для реализации функций ЛП. При формировании ЛП в гепатоцита хаполипопротеины связывают разные ТГ в зависимости от того, какие из ЖК этерифицированы со спиртовыми группами глицерина, что влияет на плотность ТГ и содержащих их липопротеинов [7]. Большая часть ЖК находится в связанной форме в составе фосфолипидов, ТГ и эфиров ОХ; тип ЖК влияет на многие их свойства. 

Немаловажную роль в определении состава ТГ играет соотношение употребляемых ЖК, а именно, увеличение доли насыщенных (НЖК) и уменьшение - полиненасыщенных (ПНЖК). ЖК могут действовать на белки ЛП, дестабилизируя и, тем самым, влияя на функциональных возможности, делая «дисфункциональными». Изменение состава протеома и/или липидома ЛПВП приводит к дисфункции ЛПВП и проявляется нарушением антиоксидантной и противовоспалительной функций [8]. Дисбаланс содержания ЖК, ТГ и ЛП может способствовать развитию воспаления, запуская синтез его медиаторов воспаления. Для уточнения его механизмов наиболее значимым является оценка «расширенного липидного профиля», включающего аполипопротеины и определение содержания ЖК.

В литературных источниках встречаются редкие клинические примеры изучения «традиционных» параметров липидного спектра в совокупности с содержанием аполипопротеинов, НЖК и ПНЖК и СЖК [9]. В то же время, не рассматривались совместные их изменения у практически здоровых (ПЗ) жителей в высоких широтах. Возникает необходимость углубленного изучения липидного обмена у лиц без клинических признаков его нарушений в Арктической зоне, в первую очередь, для ранней диагностики, коррекции и профилактики патологии ССС.

Цель - обоснование выделения совокупности маркеров изменения липидного обмена у практически здоровых жителей Арктического региона.

 

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В поперечное исследование включено 112 чел. - ПЗ мужчин, средний возраст 43,57±1,43 г. Выборка формировалась из лиц, проходивших профилактические осмотры в осенне-зимний период 2022-2023 г.г. Критерием включения в исследование являлось отсутствие хронических заболеваний в стадии обострения и жалоб на состояние здоровья. Все лица, входящие в выборку, были постоянными жителями г. Архангельска.

Была проведена оценка основных показателей липидного спектра крови. Забор крови проводили натощак (с 8 до 10 час.) из локтевой вены в вакутайнеры «Beckton Dickinson BP».

Содержание ОХ, ЛПВП,ЛПОНП, ЛПНП, ТГ определялось турбидиметрическим методом на биохимическом анализаторе «ФУРУНО СА-270» (Япония) с использованием наборов ChronolabAG (Швейцария); ЛПОНП рассчитывался методом ТГ/5, коэффициент атерогенности (КА) - по формуле А.Н. Климова [10] КА=ОХ-ЛПВП/ЛПВП; концентрации аполипопротеинов (Апо-А и Апо-В) – иммунотурбодиметрическим методом на биохимическом анализаторе «ФУРУНО СА-270» (Япония) с использованием наборов ChronolabAG (Швейцария); рассчитывали значения коэффициента Апо-В/Апо-А.

Методом газожидкостной хроматографии с предварительной экстракций липидов из сыворотки крови и последующим получением метиловых эфиров ЖК [11] определяли содержание насыщенных НЖК, мононенасыщенных (МНЖК) и полиненасыщенных (ПНЖК) - ω-3 и ω-6. Анализ метиловых производных ЖК проводили на газовом хроматографе Agilent 7890A (пламенно-ионизационный детектор – ПИД, капиллярные колонки «AgilentDB-23» 60*0.25*0.15) в режиме программирования температуры и скорости газа носителя азота. Идентификацию ЖК осуществляли с использованием стандартов «Supelco 37 FAMEC₄-C₂₄» (USA) и GLS-569B (Nu-Chek-Prep., INC, USA). Количественный расчет ЖК проводили методом внутреннего стандарта (нонадекановая кислота) в программе «Agilent Chem StationB.03.01» (USA).

Исследование проводилось с письменного добровольного согласия волонтеров и в соответствии с требованиями Хельсинской Декларации Всемирной Медицинской Ассоциации об этических принципах проведения медицинских исследований (2000) [12], одобрено этическим комитетом ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН (протокол от 01.12.2022).

Статистическая обработка полученных результатов, оценка распределения показателей, сравнительный анализ выборок проведены с помощью компьютерного пакета прикладных программ SPSS 15.0. Для оценки количественных переменных использовались медиана (MD), первый и третий квартили (Q25;Q75). Для оценки нормальности распределения в выборках применен критерий Шапиро-Уилка, по результатам которого выявлено, что в большинстве выборок – распределение отличается от нормального. В связи с этим для статистического анализа использованы непараметрические критерии. Корреляционный анализ проводили с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Связь между показателями оценивали, как сильную при значении коэффициента r>0,70, имеющую среднюю силу при r от 0,69 до 0,30, и как слабую при r<0,29.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

Значимых отличий «традиционных» параметров липидного обмена у ПЗ лиц в Арктическом регионе от референсных значений (указанные в инструкциях к используемым наборам) выявлено не было. Однако отмечено, что высокое содержание (выше референсных значений) ЛПОНП имело место у 19,8%, ТГ - у 17,2%, КА был выше у 52,1% лиц (табл.1).

В ряде исследований показано, что содержание ОХ, ранее считавшегося главным ФР заболеваний ССС, не является единственным и основным фактором [13]. Это дает основание для более глубокого изучения липидного профиля крови для выявления «скрытых» изменений и обосновывает изучение содержания в сыворотке крови аполипопротеинов и СЖК.

В связи с этим нами было проведено целенаправленное изучение аполипопротеинов – как потенциально важных маркеров нарушений липидного обмена. Оказалось, что среднее содержание Апо-А было ниже референсных значений. Содержание Апо-В было высоким у 39,1%, соотношение Апо-В/Апо-А - высоким у 51,2% (табл.2).

Изучение содержания наиболее значимых НЖК, МНЖК показало, что содержание пальмитиновой (С16:0) и стеариновой (С18:0) ЖК у северян не выходило за пределы референсных значений, как и содержание олеиновой (С18:1ω9). Однако содержание пальмитиновой- в 12,5% случаев и стеариновой- в 10,7% превышало референсные значения (табл.3).

Нами было изучено содержание ПНЖК семейств ω-3 и ω-6 (табл. 4.) При этом не выявлено низкого среднего содержания ω-6 линолевой (С18:2ω6) ПНЖК; однако, ее концентрация ниже медианы отмечена в 21,4% случаев. Имело место низкое содержание арахидоновой кислоты (С20:4ω6) - ниже на 15,2% референсных значений; значения данного параметра ниже медианы определены у 51,5% обследуемых.

Содержание линоленовой(С18:3ω3) ω-3ПНЖК также не выходило за пределы референсных значений, однако значения ниже медианы было отмечено в 51,8% случаев. Содержание ЭПК (С20:5ω3) и ДГК (С22:6ω3) статистически значимо не отличалось от референсных значений, но значения ниже медианы наблюдалось по ЭПК (С20:5ω3) - у 40,8 %, а ДГК (С22:6ω3)- у 48,3% лиц.

Подтверждением значимости определения СЖК у ПЗ для выявления скрытых изменений липидного обмена является определение взаимосвязей СЖК с традиционными его параметрами.

Среди обследованных в Арктическом регионе лиц нами установлены средней силы взаимосвязи ТГ с НЖК, МНЖК и менее сильные - с ПНЖК, что указывает на включение ЖК в ТГ и ЛПНП. Так, имели место взаимосвязи ТГ - с НЖК миристиновой (С14:0) (r=0,649; р<0,0001), пентадекановой (С15:0) (r=0,469; р<0,001), пальмитиновой (С16:0) (r=0,581; р<0,001), маргариновой (С17:0) (r=0,560; р<0,001), стеариновой (С18:0) (r=0,551; р<0,001); с МНЖК миристоолеиновой(С14:1) (r=0,448; р<0,001), пальмитоолеиновой (С16:1) (r=0,529; р<0,001), олеиновой (С18:1ω9) (r=0,647; р<0,001); с ПНЖК ω-6 линолевой (С18:2ω6) (r=0,425; р<0,001), гамма линоленовой (С18:3ω6) (r=0,495; р<0,001), дигомо-гамма-линоленовой (С20:3ω6) (r=0,348; р=0,001), арахидоновой (С20:4ω6) (r=0,208; р=0,042), ω-3 линоленовой (С18:3ω3) (r=0,484; p<0,001), эйкозотриеновой (С20:3ω3) (r=0,352; p=0,005), ДГК (С22: 6ω3) (r=0,245; p=0,005).Установлены взаимосвязи между ω-6 ПНЖК линолевой (С18:2ω6) с гамма-линоленовой (С18:3ω6) (r=0,724; р=0,001); гамма–линоленовой (С18:3ω6) - с дигомо-гамма-линоленовой (С20:3ω6) (r=0,470; р<0,001); дигомо-гамма-линоленовой (С20:3ω6) - с арахидоновой ((С20:4ω6) r=0,726; р=0,001).

Источниками длинноцепочечных ω-3 ПНЖК ЭПК, ДГК являются жиры рыб, в особенности, морских [14]. Частично, ЭПК и ДГК образуются из линоленовой ω-3 ПНЖК; этот процесс представляется следующим образом: линоленовая кислота -  эйкозотриеновая – ЭПК - ДГК.

Нами установлены взаимосвязи ω-3 ПНЖК линоленовой (С18:3ω3) с эйкозатриеновой (С20:3ω3) (r=0,435; р=0,01); ЭПК (С20:5ω3) (r=0,501; р<0,001) с ДГК (С22:6ω3) (r=0,496; р=0,001). В этой цепи отсутствует промежуточное звено - процесс превращения эйкозатриеновой (С20:3ω3) в ЭПК (С20:5ω3) (r=0,501; р<0,001).

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

При оценке результатов проведенного изучения «традиционных» параметров липидного обмена у ПЗ жителей Арктического региона мы не обнаружили значимых отличий от референсных значений. Однако у 52,1% обследованных было выявлены высокое содержание атерогенных фракций ЛПОНП, ТГ и, особенно, КА. Изучение содержания аполипопротеинов показало, что имело место низкое среднее содержание Апо-А, тогда как содержание Апо-В и соотношение Апо-В/Апо-А было высоким у 39-51% обследованных.

В исследованиях К.О. Пашинской и др. [15] установлено, что у значительной части обследованных ПЗ жителей Мурманской области отмечено низкое содержание в сыворотке крови Апо-А. Отношение Aпo-В/Апо-А1 представляет собой баланс между Aпo-В-атерогенными иАпо-А1-антиатерогенными частицами, и это соотношение считается одним из маркеров сердечно-сосудистого риска [16].

Известно, что от содержания в пище СЖК зависят и уровни ТГ, ЛПНП и ЛПВП. Так, обогащение пищи ПНЖК приводит к снижению ЛПНП, но не влияет на уровень антиатерогенных ЛПВП. В ряде исследований показано, что употребление в пищу ПНЖК сопровождается более низкими значениями уровней ТГ, ОХ, фибриногена, ЛПОНП и более высокой концентрацией ЛПВП [17].

В ранних исследованиях Е.Р. Бойко, А.Ю. Людининой [18, 19] было установлено, что у коренного населения Севера, особенно у лиц с традиционным белково-липидным питанием, повышено содержание в организме ω-3 ПНЖК (эйкозапентаеновой (ЭПК) и докозагексаеновой (ДГК)) при снижении уровней ω-6 ПНЖК. Высокие уровни ПНЖК выявлены у жителей арктических территорий по сравнению с лицами, проживающими в южных регионах [20]. 

При изучении содержания НЖК, МНЖК И ПНЖК нами обнаружено, что наиболее значимыми НЖК, входящими в состав ТГ и ЛПНП, являются пальмитиновая (С16:0), стеариновая (С18:0) кислоты и МНЖК– олеиновая (С18:1ω9). СЖК - основные поставщики энергии в организме. Известно, что НЖК содержатся в животных жирах. Вероятно, высокое содержание НЖК, с одной стороны, является необходим для запасания энергии; с другой - избыточное их содержание может приводить к накоплению ТГ и ЛНПН, т.е. иметь значение в развитии атеросклеротических изменений. О скрытых изменениях липидного обмена может говорить и то, что у части обследуемых северян выявлено высокое содержание НЖК: это может быть связано, в определенной мере, с изменением питания - употреблением в пищу большого количества транс-жиров, фаст-фуда и т.д.

Нами изучено содержание семейств ω-3 и ω-6 ПНЖК: в 21,4% случаев выявлено низкое содержание ω-6 ПНЖК линолевой кислоты; при этом содержаниеω-6 арахидоновой кислоты оказалось ниже медианы в 51,5% случаев. Отмечены и низкие значения (ниже медианы) ω-3 ПНЖК линоленовой и ЭПК и ДГК у 40-50% обследованных.

Ω-6 линолевая (С18:2ω6с) и ω-3 α-линоленовая кислоты (С18:3ω3) являются незаменимыми; некоторые авторы относят к ним и арахидоновую кислоту (С20:4ω6). Эти кислоты содержатся в растительных маслах; в небольшом количестве арахидоновая кислота имеется в свином жире и молочных продуктах.

К ω-3 относятся линоленовая (C18:3ω3), ЭПК (С20:5ω3) и ДГК (С22:6ω3), содержащиеся, в основном, в жире рыб северных морей. В клетках и тканях длинноцепочечные ПНЖК находятся не в свободном виде, а составляют структуру липидов различных классов: ТГ, фосфолипидов, эфиров холестерина. Около 60% сухого вещества головного мозга составляют ЖК с наивысшей концентрацией в мембранах нейроцитов. В клетках серого вещества коры головного мозга здорового человека содержится до 13% ДГК и 9% -архидоновой; в сетчатке глаза - около 60% ПНЖК представлено ДГК. Фосфолипиды клеточных мембран и их состав оказывают влияние на электрофизиологический ответ, что и определяет высокий уровень арахидоновой и ДГК в органах с интенсивной электрофизиологической активностью: мозге, сетчатке глаза, синапсах [21].

Для уточнения значимости СЖК в липидном обмене у жителей Арктического региона был проведен корреляционный анализ, который показал наличие взаимосвязей ТГ с НЖК, МНЖК и ПНЖК, что может свидетельствовать о включении ЖК в ТГ. Были прослежены корреляции между ω-6 и ω-3 ПНЖК: установлены взаимосвязи линолевой кислоты с гамма-линоленовой, дигомо-гамма-линоленовой и арахидоновой. Это может свидетельствовать о том, что процесс превращения линоленовой кислоты в архидоновую не нарушен. Человек получает арахидоновую кислоту, в основном, из пищи (животные жиры); вероятно, в большей степени низкое содержание арахидоновой кислоты связано с низким поступлением ее с пищей, однако в небольшом количестве она может быть образована из ω-6 линолевой кислоты сначала через образование гамма-линоленовой, затем дигомо-гамма-линоленовой и арахидоновой.

Нами установлены взаимосвязи ω-3 ПНЖК линоленовой (С18:3ω3) с эйкозатриеновой (С20:3ω3); но не выявлено корреляций эйкозатриеновой (С20:3ω3) с ЭПК (С20:5ω3). Имеют место только корреляции ЭПК (С20:5ω3) с ДГК(С22:6ω3). Мы полагаем, что объяснением этому является нарушение процесса превращения эйкозатриеновой (С20:3ω3) в ЭПК (С20:5ω3). Синтез ω-6 и ω-3 ПНЖК требует одних и тех же ферментов -элонгаз и десатураз; оба эти фермента конкурентно участвуют в синтезе как ω-6, так и ω-3 ПНЖК [22]. Вероятно, данные ферменты используются в большем количестве для синтеза ω-6 ПНЖК.

Заключение

Таким образом, проведенное исследование показало, что у ПЗ жителей Арктического региона имеют место скрытые изменения липидного обмена, выражающиеся в высоком содержании ЛПОНП, ТГ, КА, Апо-В, соотношения Апо-В/Апо-А у 19-50% обследованных лиц, но низком Апо-А. Низкое содержание ω-6 ПНЖК, особенно линолевой и арахидоновой, ω-3 ПНЖК (ЭПК и ДГК) может быть связано с недостаточным поступлением их с пищей, а также с конкурентным участием ферментов в этом процессе. Следовательно, для выявления скрытых изменений липидного обмена у ПЗ лиц Арктического региона большее значение имеет исследование совокупности маркеров, включающей не столько «традиционные» его параметры, сколько определение содержания липопротеинов Апо-А, Апо-В, соотношения АпоВ/АпоА, а также ПНЖК - ω-3 (ЭПК и ДГК) и ω-6 (особенно линолевой и арахидоновой).

 

Таблица 1. Содержание «традиционных» параметров липидного обмена у ПЗ в Арктическом регионе (Mе (Q25; Q75))

Table 1. Level of «traditional» lipid metabolism parameters in healthy individuals in the Arctic region (Mе (Q25; Q75))

Показатели Study variable	Референсные значения Reference values	ПЗ Healthy individuals
ОХ, ммоль/л Total cholesterol, mmol/L	2, 99-6, 09	4,74 (4,22;5,62)
ЛПОНП, ммоль/л VLDL, mmol/L	0,16-0,46	0,28 (0,16;0,46)
ЛПНП, г/л LDL, mmol/L	3-7	4,24 (3,13;5,95)
ЛПВП, ммоль/л HDL, mmol/L	0, 85-1,94	1,19 (0,98;1,36)
КА Atherogenic index	до 3,0	3,10 (2,07;4,40)
ТГ, ммоль/л, Triglycerides, mmol/L	0,8-2,3	1,40 (0,82;1,98)

 

Таблица 2. Содержание аполипопротеинов у ПЗ в Арктическом регионе (Mе (Q25; Q75))

Table 2. Level of apolipoproteins in healthy individuals in the Arctic region (Mе (Q25; Q75))

Показатели Studyvariable	Референсные значения Referencevalues	ПЗ Healthy individuals
Апо-А, мг/дл Apo-A, mg/dL	122-161	84,90 (76,08;97,12)
Апо-В,мг/дл Apo-B,mg/dL	69-105	90,49 (72,85;120,42)
Апо-В /Апо-А Apo-B/Apo-A ratio	до 1,0	1,09 (0,93;1,35)

 

Таблица 3. Содержание НЖК и МНЖК у ПЗ в Арктическом регионе (Mе (Q25; Q75)), мкг/мл

Table 3. Level of SFA and MUSFA in healthy individuals in the Arctic region (Mе (Q25; Q75)),µg/ml

 

Показатели Study variable	Референсные значения Reference values	ПЗ Healthy individuals
С 14:0 миристиновая myristic	5,70-28,0	15,92 (10,14; 27,48)
С 15: 0 пентадекановая pentadecane	1,88-7,92	4,36 (3,27; 5,38)
С 16:0 пальмитиновая palmitic	217,5-570,34	352, 66 (284,65; 111,53)
С 17:0 маргариновая margarine	2,88-9,17	4,92 (3,75; 6,51)
С 18:0 стеариновая stearic	83,44-197,16	132,61 (112,66;175,30)
С 14:1 миристоолеиновая myristoolein	0,11-2,16	1,06 (0,82 ; 1,57)
С 15:1 пентадеканоловая pentadecanol	0,104-1,15	0,65 (0,29 ; 1,05)
С 16:1 пальмитоолеиновая palmitooleic	10,2 -65,5	21,41 (14, 09;39,10)
С 18:1ω9 олеиновая oleic	137,4-660,5	246,92 (195,56;395,96 )

 

Таблица 4. Показатели ПНЖК у ПЗ в Арктическом регионе (Mе (Q25; Q75))

Table 4. Level of PUFA in healthy individuals in the Arctic region (Mе (Q25; Q75))

 

Показатели Study variable	Референсные значения Reference values	ПЗ Healthy individuals
С18:2ω6 линолевая linoleum	201,5-1500,25	581,53 (369,82; 716,41)
С18:3ω6 γ- линоленовая γ- linolenicacid	0,23-25,5	4,13 (2,67; 5,65)
С20:3ω6 дигомо γ-линоленовая digomo γ-linolenicacid	3,53-33,86	13,47 (9,04 ; 20,26)
С20:4ω6 арахидоновая arachidonic	85,24-160,97	73,70 (42,22 ; 107,12)
С18:3ω3 линоленовая linolene	0,25-11,02	4,09 (2,11; 5,70)
С20:3ω3 эйкозотриеновая eicosotriene	0,25-4,5	0,60 (0, 30 ; 1,32)
С20:5ω3 эйкозопентеновая eicosopentene	2,25-80,5	8,93 (3,81; 19,72)
С22:6ω3 докозагексаеновая docosahexaenoic	5,5-110,2	33,00 (11,94 ; 60,55)

 

About the authors

Veronika Solovyeva

Northern State medical University

Author for correspondence.
Email: taurus221@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2954-8040

 ассистент кафедры патофизиологии 

Russian Federation

Ulker Gabil Guseynova

Email: taurus221@yandex.ru

Natalia Vladislavovna Solovieva

Email: patophiz@yandex.ru

Fatima Bichkaeva

Email: fatima@fciarctic.ru

Andrey Soloviev

Email: ASoloviev1@yandex.ru

References

Supplementary files