ASSOCIATIONS BETWEEN POLYUNSATURATED FATTY ACIDS AND PARAMETERS OF CARBOHYDRATE METABOLISM IN GIRLS OF THE NORTH

Full Text

Жирные кислоты (ЖК) по степени насыщенности атомами водорода углеродной цепи подразделяются на насыщенные (НЖК), мононенасыщенные и по-линенасыщенные (ПНЖК). ПНЖК имеют две и более двойных связи между атомами углерода, чаще всего первая двойная связь в ПНЖК связывает 3 и 4 атомы углерода, считая от метильного ю-атома углерода молекулы жирной кислоты, эти кислоты составляют семейство ю-3 ПНЖК (основные представители - альфа-линоленовая, эйкозапентаеновая, 51 Экологическая физиология Экология человека 2019.06 докозагексаеновая), либо 6 и 7 атомы углерода, эти кислоты относятся к семейству ю-6 ПНЖК (основные представители - линолевая, гамма-линоленовая, арахидоновая). Полиненасыщенные жирные кислоты участвуют в синтезе эйкозаноидов (биологические активные вещества - тканевые гормоны): простагландинов, про-стациклинов, тромбоксанов, лейкотриенов, которым принадлежит ключевая роль в регуляции воспалительных процессов, иммуногенезе, клеточном делении и т. д. Именно метаболиты определяют физиологические эффекты ПНЖК в организме человека [2]. Функциональные свойства эйкозаноидов, синтезируемых из ю-3 ПНЖК и ю-6 ПНЖК, противоположны: образуемые из ю-3 ПНЖК оказывают вазодилатирующий, анти-агрегационный и противовоспалительный эффекты, из ю-6 ПНЖК - вызывают вазоконстрикцию, активируют процессы агрегации тромбоцитов и воспаления [2, 25]. Являясь структурными компонентами клеточных мембран в составе фосфолипидов, ю-3 ПНЖК оказывают непосредственное влияние на текучесть липидного биослоя, проницаемость мембран, мембраносвязанную ферментативную активность, функционирование мембранных рецепторов и распознавание антигенов, а также на электрофизиоло-гические свойства мембран [2]. Полиненасыщенные жирные кислоты обладают гиполипидимическим эффектом, замена насыщенного жира полиненасыщенным приводит к снижению уровня общего холестерина, холестерина липопротеидов очень низкой и низкой плотности [7, 25]. При этом наиболее высокой антиатерогенной активностью обладают ю-3 ПНЖК эйкозапентаеновая и докозагек-саеновая, они имеют также выраженную способность к снижению уровня триглицеридов. Полиненасыщенные жирные кислоты активно изучаются со стороны их влияния на углеводный обмен в организме человека. Считается, что ПНЖК проявляют гипогликемическое действие, они являются агонистами рецепторов активации пролиферации пероксисом (PPAR), вследствие этого они усиливают окисление ЖК в пероксисомах и снижают его в митохондриях, повышая поглощение глюкозы (ГЛЮ) клетками и её окисление в митохондриях. Некоторые ПНЖК активируют функцию глюкозных транспортеров ГЛЮТ [8, 19]. Однако существуют исследования, не демонстрирующие преимущества ПНЖК в терапии сахарного диабета 2 типа (СД2) или инсулинорезистентности (ИР) [17, 24, 25, 26], имеются сведения о положительной ассоциации ПНЖК и риска развития СД или ухудшения гликемического контроля у диабетиков [10, 12, 28]. Есть свидетельства о положительных эффектах ю-3 ПНЖК на снижение риска развития СД2 в азиатских популяциях и их отсутствии среди европейцев и жителей США, т. е., по мнению авторов, последовательно проявляются географические различия в реагировании на ю-3 ПНЖК, потенциально связанные с факторами окружающей среды, генетическими вариациями, а также пищевыми предпочтениями и образом жизни [12, 17]. Таким образом, представляет интерес исследование взаимоотношений параметров жирнокислотного обмена и углеводного метаболизма у жителей разных географических регионов, а также в различные возрастные периоды. В юношеском возрасте происходит окончательное формирование функциональных систем организма, заканчивается половое созревание и гормональные перестройки, метаболизм выходит на зрелый уровень функционирования [1]. В связи с вышесказанным целью работы стало изучение особенностей жирнокислотного профиля ю-3 и ю-6 ПНЖК и их взаимодействий с показателями углеводного обмена у девушек приарктического и арктического регионов на Севере России. Методы Обследованы девушки в возрасте от 16 до 19 лет согласно возрастной периодизации [1] в приаркти-ческом (ПР) (Приморский и Коношский районы Архангельской области, 73 человека, средний возраст (16,77 ± 0,11) года) и арктическом (АР) регионе (Чукотский и Ненецкий автономные округа, СевероЭвенкийский район Магаданской области, 86 человек, средний возраст (16,58 ± 0,08) года). Территории АР являются более суровыми и менее комфортными для проживания по природным и климатическим факторам, чем ПР: широкое распространение вечной мерзлоты, субарктический климат с более низкими температурами, напряженной ветровой ситуацией, резкими перепадами атмосферного давления, с суровыми продолжительными зимами и холодным летом. В обоих регионах обследовано так называемое «европеоидное» население, все обследованные относились к I-II группе здоровья. От волонтеров и их родителей получено информированное согласие на участие в исследовании и использование биоматериалов в соответствии с требованиями Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации об этических принципах проведения медицинских исследований (2000). Забор крови производился из локтевой вены в вакутайнеры «Bekton Dickinson BP» утром натощак. Аналитическое определение концентрации биохимических параметров в сыворотке крови выполнялось в лаборатории биологической и неорганической химии Института физиологии природных адаптаций ФГБУН «Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н. П. Лавёрова Российской академии наук» (ИФПА ФГБУН ФИЦ-КИА РАН) г. Архангельска. Спектрофотометрическим методом определяли уровни показателей углеводного обмена: ГЛЮ, лактата (ЛАК) на биохимическом анализаторе «МАРС» с использованием наборов «Chronolab AG» (Швейцария) и пирувата (ПИР) - по реакции с 2,4-динитрофенилгидразином. Рассчитывали значения индекса ЛАК/ПИР, показывающего степень превалирования анаэробных процессов окисления над аэробными. Методом газожидкостной хроматографии с предварительной экстракцией липидов из сыворотки 52 Экология человека 2019.06 Экологическая физиология крови и последующим получением метиловых эфиров ЖК определяли содержание ПНЖК линолелаидиновой (d8:2n6t), линолевой (С18:2п6с), а-линоленовой (С18:3п3), у-линоленовой (С18:3п6), эйкозадиено-вой (С20:2п6), эйкозатриеновой (С20:3п3), дигомо-у-линоленовой (С20:3п6), арахидоновой (С20:4п6), эйкозапентаеновой или тимнодоновой (С20:5п3), докозадиеновой (С22:2п6), докозагексаеновой или цервоновой (С22:6п3), а также рассчитывали показатели сумм содержания индивидуальных ПНЖК: ю-6 ПНЖК - 2ю-6 и ю-3 ПНЖК - 2ю-3 [5, 16]. Анализ метиловых производных ЖК проводили на газовом хроматографе «ГАЛС-311» (Люмекс) с пламенноионизационным детектором (ПИД) на капиллярных колонках BPX-90 SGE (60 м • 0,25 мм • 0,25 мкм). Идентификацию ЖК осуществляли с использованием стандартной смеси метиловых эфиров «Supelco 37 FAME C4-C24» (USA). Статистическую обработку данных, определение границ нормального распределения показателей проводили с использованием программы SPSS 13.0. Критический уровень значимости (p) при проверке статистических гипотез принимался за 0,05. Для подавляющего большинства показателей в группах была выявлена асимметрия рядов распределения, поэтому использованы методы непараметрической статистики. Рассчитывались медиана (Ме) и интерквартильный интервал - 25-й и 75-й процентили (Q1-Q3), для сравнения медиан в группах использовался U-критерий Манна - Уитни, корреляционный анализ параметров произведен с помощью критерия Спирмена. Результаты При сравнении параметров углеводного обмена у девушек в зависимости от региона обследования установлено снижение уровней ГЛЮ и ЛАК в АР (р < 0,001), для ПИР (р = 0,577) и величины коэффициента ЛАК/ПИР (р = 0,070) статистически значимых флуктуаций не установлено (табл. 1). Таблица 1 Содержание параметров углеводного обмена у девушек приарктического (ПР) и арктического (АР) регионов Показатель Регион Ме Q1-Q3 Уровень значимости (р) Глюкоза, ПР 4,43 4,12-4,75 <0,001 ммоль/л АР 3,61 3,23-4,13 Лактат (ЛАК), ПР 2,50 2,24-2,81 <0,001 ммоль/л АР 2,14 1,80-2,55 Пируват (ПИР), ПР 0,030 0,023 - 0,040 0,577 ммоль/л АР 0,031 0,027 - 0,036 ЛАК/ПИР, усл. ед ПР 79,64 68,68-106,98 0,070 Региональные отличия жирнокислотного профиля ненасыщенного ряда выражались в основном в том, что содержание многих ПНЖК выше у девушек АР, однако не для всех ПНЖК выявлены значимые разли чия. Значимые изменения установлены для 08:2n6t (р = 0,003), С18:3п3 (р = 0,025), C18:3n6 (р < 0,001), С20:2п6 (р = 0,031), С20:3п3 (р = 0,022), С22:6п3 (р = 0,017), при этом в противоположность этим ПНЖК уровень С20:4п6 (р < 0,001) и С20:5п3 (р = 0,049) у девушек АР был значимо ниже (табл. 2). Необходимо отметить отсутствие значимых изменений содержания главного представителя семейства ю-6 ПНЖК С18:2п6с и суммарного показателя 2ю-6, для второго показателя суммы 2ю-3 изменения также статистически не значимы (см. табл. 2), видимо, вследствие разнонаправленных флуктуаций концентраций С20:5п3 относительно других ю-3 ПНЖК. Таблица 2 Содержание полиненасыщенных жирных кислот у девушек приарктического (ПР) и арктического (АР) регионов Кислота, мкг/мл Ме (Q1-Q3) Уровень значимости (р) ПР АР Q8:2n6t 1,2 (0,38-2,22) 2,05 (1,07-3,08) 0,003 Q8:2n6c 398,26 (298,44 - 677,84) 421,31 (282,54 - 550,43) 0,967 С18:3п3 2,13 (1,28 - 3,15) 2,71 (1,92-4,29) 0,025 С18:3п6 1,06 (0,77 - 1,89) 2,20 (1,35-3,35) <0,001 C20:2n6 1,71 (1,10 - 3,40) 2,57 (1,71-3,43) 0,031 С20:3п3 0,29 (0,29-0,57) 0,57 (0,32 - 1,14) 0,022 С20:3п6 4,75 (2,85-16,30) 3,99 (2,50-9,0) 0,289 С20:4п6 33,38 (29,41-39,49) 25,32 (19,23-33,50) <0,001 С22:2п6 0,57 (0,29-0,86) 0,74 (0,29 - 1,18) 0,332 С20:5п3 3,86 (1,36-7,11) 2,04 (0,90-5,42) 0,049 С22:6п3 2,67 (1,61-7,06) 5,39 (2,68-9,77) 0,017 Ею3 10,71 (5,72-16,28) 10,86 (7,44-20,30) 0,271 Ею6 453,02 (337,04 - 775,01) 453,38 (314,13 - 588,99) 0,785 При проведении корреляционного анализа у девушек ПР установлены положительные взаимосвязи концентраций ПНЖК с ГЛЮ (C18:3n6, С20:3п6, С20:5п3, С22:6п3, 2ю-3 - r = 0,31-0,43, р = 0,001-0,019), ПИР (C18:3n6, С20:3п6, С20:4п6, С22:6п3 - r = 0,33-0,47, р = 0,001-0,010), за исключением связей с 08:2n6t (r = -0,36, р = 0,008 для ГЛЮ и r = -0,34, р = 0,01 для ПИР), отрицательные связи с величиной коэффициента ЛАК/ ПИР (С18:2п6, C18:3n6, С20:3п6, С20:4п6, С22:6п3, 2ю-6 - r = -(0,32-0,50), р = 0,001-0,012), исключением снова стала взаимосвязь с 08:2n6t, она прямая (r = 0,40, р = 0,002) (табл. 3). Таким образом, знаки коэффициентов корреляционных связей для 08:2n6t с уровнями углеводных показателей были противоположными по сравнению с другими ПНЖК, возможно, это обусловлено тем, что линоелаидино-вая кислота является транс-ЖК, она отличается по своему пространственному строению и свойствам от кислот, имеющих цис-изомерию, что может откладывать отпечаток на различия во взаимодействии с параметрами углеводного обмена. 53 Экологическая физиология Экология человека 2019.06 Таблица 3 Корреляционные взаимосвязи между профилем полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) и показателями углеводного обмена у девушек приарктического (ПР) и арктического (АР) регионов Показатель углеводного обмена ПНЖК Глюкоза Лактат ПР АР ПР АР C18:2n6t r=-0,36; р = 0,008 r=-0,35; р=0,017 - - C18:2n6c - - - - С18:3п3 - - - - С18:3п6 r=0,31; р=0,019 - - - C20:2n6 - - - - С20:3п3 - r=-0,38; р = 0,009 - - С20:3п6 r=0,38; р = 0,003 - - - С20:4п6 - - - - С22:2п6 - r=-0,45; р = 0,002 - - С20:5п3 r=0,35; р = 0,009 r=0,31; р = 0,045 - - С22:6п3 r=0,43; р=0,001 r=0,32; р=0,031 - - Ею3 r=0,37; р = 0,004 - - - Ею6 - - - - ПИР ЛАК/ПИР ПР АР ПР АР C18:2n6t r=-0,34; р=0,010 - r=0,40; р = 0,002 - С18:2п6с - - r=-0,32; р=0,012 - С18:3п3 - - - - С18:3п6 r=0,47; р<0,001 - r=-0,50; р<0,001 - C20:2n6 - - - - С20:3п3 - - - - С20:3п6 r=0,38; р = 0,003 - r=-0,48; р<0,001 - С20:4п6 r=0,33; р=0,010 - r=-0,45; р<0,001 - С22:2п6 - - - - С20:5п3 - - - - С22:6п3 r=0,41; р=0,001 - r=-0,37; р = 0,004 - Ею3 - - - - Ею6 - - r=-0,35; р = 0,006 - Примечание. r - коэффициент корреляции. У девушек АР также были отмечены корреляционные взаимосвязи ГЛЮ с ПНЖК (С20:5п3, С22:6п3, r = 0,31, р = 0,045; r = 0,32, р = 0,031), при этом обратными они были не только для C18:2n6t (r = -0,35, р = 0,017), но и для С20:3п3 (r = -0,38, р = 0,009), С22:2п6 (r = -0,45, р = 0,002), для этих двух ПНЖК значимые связи у девушек ПР не регистрировались (см. табл. 3). С остальными пока зателями углеводного метаболизма значимых связей уровней ПНЖК у девушек АР не выявлено. Обсуждение результатов Выявленные особенности параметров углеводного обмена в зависимости от региона обследования подтверждают литературные данные о перестройках этого звена метаболизма у северян, выражающихся в его минимизации относительно липидного обмена, и чем экстремальнее и суровее условия обитания, тем сильнее могут быть изменения метаболизма [3, 6]. Различия в жесткости географических и природных условий проживания в ПР и АР приводят к изменениям углеводного обмена, в результате чего наблюдается снижение содержания ГЛЮ в АР у части обследованных на уровне формирования признаков гипогликемии, однако негативные последствия адаптации в виде накопления ЛАК в этом регионе менее выражены по сравнению с ПР. Ряд ПНЖК являются эссенциальными, т. е. они не образуются либо синтезируются в крайне незначительном количестве в организме человека, и обеспеченность этими кислотами определяется в первую очередь потреблением с пищей. Судя по тому, что содержание многих ПНЖК выше у девушек АР, то среди них это различие отмечалось, возможно, за счет более высокого потребления рыбы, морепродуктов, некоторых видов мясных продуктов. Противонаправленное отличие наблюдалось для арахидоновой и эйкозапентаеновой кислот - их концентрации были выше у девушек ПР. Исследования населения северных регионов, особенно среди коренных жителей, показали повышение у них в крови содержания ю-3 ПНЖК, вследствие высокого употребления морепродуктов, отмечаются также сниженные уровни арахидоновой и дигомо-у-линоленовой кислот [3, 29]. В результате проведения корреляционного анализа, несмотря на различия в содержании ПНЖК в двух регионах, установлены прямые связи между содержанием ГЛЮ и ПНЖК в ПР как семейства ю-3, так и ю-6. В противоположность нашим данным в работе Baur L. A. с соавт. обнаружены значительные отрицательные корреляционные зависимости между уровнем ГЛЮ и содержанием длинноцепочных (ДЦ) ПНЖК в фосфолипидах скелетных мышц у маленьких детей, Proust F. с соавт. отметили, что ДЦ ю-3 ПНЖК были связаны с более низкими уровнями ГЛЮ у коренных канадцев 50-74 лет согласно результатам проведения множественного регрессионного анализа, Ebesson S. O. с соавт. выявили обратную связь между содержанием ДЦ ю-3 ПНЖК и инсулином (ИНС) и индексом HOMA-IR, а также положительное влияние этих ЖК на повышение толерантности к ГЛЮ, то есть увеличение уровня ДЦ ю-3 ПНЖК приводило к улучшению чувствительности к ИНС вследствие увеличения числа инсулиновых рецепторов и действия гормона [11, 15, 21]. В отличие от них Dewailly E. с соавт. отмечали, что ю-3 ПНЖК фосфолипидов плазмы были положительно связаны с уровнями 54 Экология человека 2019.06 Экологическая физиология плазменной ГЛЮ у канадских инуитов [14]. Эта зависимость регистрировалась на фоне роста распространенности СД2 и ожирения среди коренного населения Канады, а лица с ожирением, как правило, характеризуются метаболическими нарушениями, включая непереносимость ГЛЮ, гиперинсулинемию и т. д., хотя авторы отмечают, что влияние ю-3 ПНЖК на гликемию не выяснено, и эти ЖК могут играть роль в повышении метаболизма ГЛЮ, секреторной активности ИНС и рецепторной к нему чувствительности. В нашей работе прямые связи, видимо, подтверждают те данные литературы, в которых установлено неблагоприятное влияние ПНЖК на углеводный метаболизм. Некоторые исследования показывают, что механизмы, лежащие в основе негативного воздействия ю-3 ПНЖК на гликемический контроль, могут включать увеличение печеночного выхода глюкозы, который может быть связан с повышенным потоком предшественников глюконеогенеза в печень, в первую очередь свободных жирных кислот при увеличении активации PPAR-a; повышенный уровень глюкагона в крови; изменение чувствительности к печеночному ИНС или глюкагону, или снижение скорости секреции ИНС [28]. Puhakainen I. с соавт. обнаружили повышение глюконеогенеза из глицерина у диабетиков с ожирением при увеличении в диете количества ю-3 ПНЖК, что, по мнению авторов, может способствовать ухудшению гликемического контроля при длительном использовании добавок с высокими дозами рыбьего жира [22]. Однако нужно отметить, что различная географическая принадлежность обследованных территорий накладывала свой отпечаток на взаимодействия параметров: в АР взаимосвязи ГЛЮ с концентрациями С20:3п3 и С22:2п6 в противоположность корреляциям с другими кислотами носили отрицательный характер, в ПР значимые связи с этими кислотами не регистрировались. Формирование негативных отношений между содержанием ГЛЮ и этих ЖК позволяет расценивать влияние последних как благоприятное. Такое влияние ПНЖК на метаболизм ГЛЮ может быть обусловлено различными причинами, так, потенцирование ПНЖК базального и инсулинстиму-лированного поглощения ГЛЮ в адипоцитах связано с повышением уровня глюкозных транспортеров ГЛЮТ1 и ГЛЮТ4 на плазматической мембране, эти эффекты частично могут зависеть от синтеза белка de novo, интактного липоксигеназного пути и активации PPARy [19]. Кроме того, растущие данные свидетельствуют о том, что состав жирных кислот мембранных фосфолипидов в скелетной мышце и других тканях-мишенях является критическим фактором, который может вызывать изменения в структуре и текучести клеточных мембран, что, в свою очередь, может напрямую влиять на действие инсулина [13, 25]. Влияние ПНЖК на углеводный обмен может быть опосредовано и воздействием на адипонектин. При добавлении в диету рыбьего жира снижение уровней свободных ЖК и триглицеридов в плазме, возможно, индуцирует селективную модификацию в жировой ткани: например, модулирует размер адипоцитов, тем самым увеличивая их инсулинчувствительность. Следовательно, инсулинчувствительные адипоциты, в отсутствие высоких уровней свободных ЖК и триглицеридов, выделяли больше лептина и адипо-нектина, которые затем участвовали в увеличении чувствительности к ИНС [23]. Территориальные различия проявлялись и в том, что у девушек в ПР наблюдались значимые ассоциации ПНЖК с метаболитами углеводного обмена - с ПИР, а также с индексом ЛАК/ПИР, а в АР - нет. Связи ПИР с ПНЖК, в основном с ю-6 ПНЖК, были положительными, а индекса ЛАК/ПИР - отрицательными, т. е. снижение уровня ПНЖК будет способствовать снижению уровня ПИР и нарастанию величин ЛАК/ПИР Установленные связи могли говорить об участии ЖК в работе пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК). Известно, что жирные кислоты тормозят вход пирувата в цикл Кребса посредством ингибирования пируватдегидрогеназной реакции [4]. Путем влияния на активность ПДК ЖК могут оказывать регулирующее действие на цикл пируват - лактат, поскольку при ингибировании активности ПДК образованный в реакциях гликолиза пируват превращается не в ацетил-КоА, а в лактат и аланин [9]. Однако стоит отметить, что имеются противоречивые данные о дифференцированном действии разных классов ЖК на ПДК, например, об активации ПДК ю-3 ПНЖК и, напротив, об ослаблении активности комплекса при использовании диеты, богатой этими ПНЖК [20, 30]. Знаки коэффициентов корреляционных связей для транс-изомера линолевой ЖК - линоелаидиновой кислоты с уровнями углеводных показателей (с ГЛЮ в ПР и АР, с ПИР и ЛАК/ПИР в ПР, см. табл. 3) были противоположными по сравнению с другими ПНЖК. Согласно литературным сведениям трансизомеры ЖК могут снижать чувствительность к ИНС и повышать риск заболеваемости СД, эти эффекты были наибольшими среди людей с предрасположенностью к ИР, то есть с различными метаболическими нарушениями [18]. Исходя из этого, можно предположить, что связи d8:2n6t с ГЛЮ должны были быть положительными, но они имели отрицательный знак. В связи с этим необходимо уточнить, что есть исследования, в которых установлен незначительный неблагоприятный эффект транс-изомеров ЖК, либо его отсутствие на гликемический контроль [27]. Thompson A. K. с соавт. сделали заключение о маловероятности того, что потребление транс-ЖК при стандартной западной диете будет иметь значительный вклад в риск развития диабета или ИР среди населения [27]. Таким образом, согласно полученным результатам исследования территориальная принадлежность обследованных девушек 16-19 лет к регионам с различающимися жесткостью и суровостью природных условий проживания оказывала влияние на 55 Экологическая физиология Экология человека 2019.06 изменчивость уровней полиненасыщенных жирных кислот и параметров углеводного обмена, а также на вовлеченность параметров в межсистемные взаимодействия. Эти изменения выражались в снижении уровня глюкозы и лактата у представительниц арктического региона с повышением концентрации половины рассмотренных ПНЖК и понижением уровня арахидоновой и эйкозапентаеновой кислот при регистрации с ПНЖК как прямых, так и обратных взаимосвязей уровня глюкозы, у девушек приарктического региона отмечены положительные корреляции для глюкозы и пирувата и отрицательные для индекса ЛАК/ПИР.

About the authors

O. S. Vlasova

Institute of Environmental Physiology, N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences

Email: olgawlassova@mail.ru

T. V. Tretyakova

Institute of Environmental Physiology, N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences

F. A. Bichkaeva

Institute of Environmental Physiology, N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences

N. F. Baranova

Institute of Environmental Physiology, N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences

References

Supplementary files