Concentrations of polyunsaturated fatty acids by body mass index among Arctic residents

Full Text

Экологическая физиология Избыточный вес и ожирение определяются как патологическое или чрезмерное накопление жира, являющееся основными факторами риска развития целого ряда болезней, включая сахарный диабет 2 типа, болезни сердечно-сосудистой системы и др. [4]. Известно, что в развитии ожирения, как и связанных с ним патологий, немаловажную роль играет состав и соотношение употребляемых жирных кислот, а именно увеличение доли насыщенных жирных и уменьшение эссенциальных (незаменимых) полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) [1]. Существуют два класса ПНЖК - омега-3 (ш3) и омега-6 (ш6). Различие между ю6 и œ3 жирными кислотами основано на расположении первой двойной связи, считая от метильного конца молекулы жирной кислоты [21]. Полиненасыщенные жирные кислоты участвуют в синтезе тканевых гормонов - эйкозаноидов (про-стагландинов, простациклинов, тромбоксанов, лейко-триенов), ответственных за воспалительные процессы, иммуногенез, процессы свертывания крови и т. д. При этом функциональные свойства эйкозаноидов, синтезируемые из разных групп ПНЖК, противоположны. Так, образуемые из œ3 ПНЖК производят вазодилатирующий, антиагрегационный и противовоспалительный эффекты, образуемые из œ6 - вызывают вазоконстрикцию, активируют процессы агрегации тромбоцитов и воспаления. Q6 ПНЖК также увеличивают содержание клеточных триглицеридов за счет повышения проницаемости мембран, в то время как œ3 ПНЖК уменьшают отложение жира в жировых тканях путем подавления липогенных ферментов и увеличения ß-окисления [23]. Таким образом, несбалансированное соотношение œ6/œ3 в пользу œ6 ПНЖК является высокопротромботическим и провоспалительным, что способствует распространенности атеросклероза, ожирения и диабета [21]. Это подтверждается предыдущими исследованиями, демонстрирующими повышение риска ожирения и развития метаболически обусловленных заболеваний при увеличении соотношения œ6/œ3 [19, 21, 22]. Заболевания, связанные с нарушением обмена веществ, не обходят стороной и жителей территорий Крайнего Севера. Согласно литературным данным, в 2012 году частота метаболического синдрома среди населения, длительно проживающего в северных условиях, выросла более чем в три раза как у мужчин (с 6,3 до 23 %), так и у женщин (с 9,2 до 32,4 %). Основными причинами были названы гиподинамия и нарушение пищевого поведения [6], а именно постепенное уменьшение потребления традиционных продуктов питания (мясо оленя, северная рыба) и увеличение углеводов, трансжиров [3]. Известно, что помимо влияния неблагоприятных климатических и природных факторов для жителей высоких широт, в особенности для коренных малочисленных народов Севера, характерен специфический «полярный» тип метаболизма, к особенностям которого относятся усиление белково-липидного обмена и минимизация углеводного обмена. Подобный тип обмена веществ способствует высокой адаптации к экстремальным условиям Севера и предотвращает развитие метаболически обусловленных заболеваний [10]. Однако в настоящее время в результате экономического развития северных регионов возрастает риск развития заболеваний, в основе которых лежат метаболические нарушения. Связано это с тем, что потребление жителями Севера ранее дефицитных для них питательных веществ существенно возрастает из-за их стабильной доступности, а резкое снижение повседневного уровня физической активности ведет к тому, что питание становится избыточным [9]. Исследователи, изучая вышеуказанную проблему, уделяют крайне мало внимания особенностям состава ПНЖК и их соотношений, вместе с тем в литературе имеются определенные представления об особенностях содержания данных кислот. Так, в недавней работе был отмечен дефицит эссенци-альных ПНЖК - эйкозатриеновой, арахидоновой, эйкозапентаеновой и докозагексаеновой у девочек 8-18 лет [12]. В другом исследовании сравнивалось коренное и пришлое население юношеского возраста (16-21 год) Арктического региона, где были отмечены высокие значения ПНЖК у коренных жителей по сравнению с пришлыми [11]. Были выявлены также статистически значимо высокие уровни ПНЖК у жителей Арктического региона по сравнению с лицами, проживающими в более южных регионах [17]. Тем не менее, в литературе очень мало данных относительно уровней ПНЖК при ожирении у жителей высоких широт. В связи с этим целью нашего исследования явилось определение содержания ПНЖК у жителей Арктического региона в зависимости от индекса массы тела (ИМТ). Мы полагаем, что измерение уровней ПНЖК в сыворотке может быть полезно для оценки метаболических нарушений и определения подходящей диеты для жителей высоких широт, в частности северо-западной части Арктического региона России. Методы Для достижения цели исследования использовался материал 18 экспедиций 2009-2018 годов в Ненецкий автономный округ (п. Нельмин-Нос, п. Несь), Мезенский район Архангельской области (п. Совполье, п. Соянское, п. Долгощелье) и Ямало-Ненецкий автономный округ (г. Надым, с. Ныда, с. Нори, с. Сеяха, п.Тазовский, с. Гыда, с. Газ-Сале, с. Антипаюта, п. Толька, п. Красносельку). Всего было обследовано 756 человек. Критерий включения: 756 практически здоровых мужчин и женщин в возрасте от 22 до 60 лет, постоянно проживающих на указанных территориях. Все обследуемые прошли анкетирования, включающие вопросы о возрасте, росте, весе, уровне артериального давления, вредных привычках (курение, алкоголь), фактическом питании, а также физикальный осмотр врачом, на основании заключения которого делался вывод о состоянии их здоровья. Из эксперимента были исключены лица, состоявшие на диспансерном учете у эндокринолога, 5 Экологическая физиология Экология человека 2020.09 имеющие в анамнезе болезни сердечно-сосудистой системы и сахарный диабет. Забор крови осуществлялся натощак из локтевой вены (с 8:00 до 10:00 часов) в вакутайнеры «BecktonDickinsonBP». В зависимости от значений ИМТ все обследуемые были поделены на три группы: 1-я группа (контрольная) - с нормальной массой тела (ИМТ 18-25) - 270 человек, 2-я группа - с избыточной массой тела (ИМТ 25-30) - 254 человека, 3-я группа - с ожирением (ИМТ > 30) - 232 человека. Исследование было одобрено этическим комитетом и выполнялось в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации 1964 года с изменениями и дополнениями 2013 года. Все обследованные подписали форму добровольного информированного согласия на участие в исследовании, одобренное Комиссией по биомедицинской этике при Институте физиологии природных адаптаций ФИЦКИА РАН. В сыворотке крови методом газожидкостной хроматографии с предварительной экстракцией липидов из сыворотки крови и последующим получением метиловых эфиров жирных кислот [2] определяли уровни œ3 ПНЖК: альфа-линоленовой (C18:3n3), эйкозапентаеновой (C20:5n3), докозагексаеновой (C22:6n3) и œ6 ПНЖК: линолевой (C18:2n6c), у-линоленовой (C18:3n6), арахидоновой (C20:4n6), дигомо-у-линоленовой (C20:3n6). Анализ метиловых производных жирных кислот проводили на газовом хроматографе Agilent 7890A (пламенно-ионизационный детектор, капиллярная колонка «Agilent DB-23» 60*0.25*0.15) в режиме программирования температуры и скорости газа носителя азота. Идентификацию ПНЖК осуществляли с использованием стандартов «Supelco 37 FAMEC4-C24» (USA) и GLS-569B (Nu-Chek-Prep., INC, USA). Для отображения дисбаланса в эйкозаноидном цикле был проведен расчет величины соотношений ПНЖК: Zœ-6/Zœ-3, арахидоновой и докозагексаеновой (C20:4n6/C22:6n3), арахидоновой и эйкозапентаеновой (C20:4n6/C20:5n3), линолевой и альфа-линоленовой (C18:2n6c/C18:3n3), дигомо-у-линоленовой и эйкозапентаеновой (C20:3n6/ C20:5n3), дигомо-у-линоленовой и докозагексаеновой (C20:3n6/C22:6n3), у-линоленовой и эйкозапентаено- Таблица 1 Содержание полиненасыщенных жирных кислот у жителей Арктического региона в зависимости от индекса массы тела Группа Жирные кислоты 1 (18-25) 2 (25-30) 3 (> 30) P n Me (25; 75) n Me (25; 75) n Me (25; 75) Омега-6 (œ6) Z œ6 270 749,60 (586,79; 1032.61) 254 805,66 (602,20; 1026,5) 232 844,68 (582,58; 1051,9) НЗ C18:2n6c 270 645,02 (486; 854,95) 254 678,26 (520,22; 856,33) 232 706,11 (513,42; 881,41) НЗ C18:3n6 270 2,79 (1,62; 4,38) 253 3,51 (1,76; 5,22) 232 3,75 (2,22; 6,12) <0,001 C20:3n6 270 15,17 (7,99; 23,98) 254 18,22 (9,44; 30,58) 232 22,63 (12,24; 35,50) <0,001 C20:4n6 269 84,27 (49,06; 128,68) 252 98,96 (58,07; 140,93) 232 90,76 (54,35; 140,48) НЗ Омега-3 (œ 3) Z œ3 270 72,39 (37,08; 139,73) 254 90,01 (43,81; 146,20) 232 91,61 (38,34; 161,79) НЗ C18:3n3 269 5,00 (3,38; 7,53) 254 5,37 (3,59; 7,60) 231 5,73 (3,77; 8,57) НЗ C20:5n3 269 18,62 (8,35; 35,31) 254 21,19 (10,72; 41,72) 232 19,49 (8,95; 40,83) НЗ C22:6n3 270 35,10 (16,86; 65,36) 254 45,65 (20,89; 78,10) 231 43,77 (17,33; 85,12) 0,015 Соотношения Z œ6/Z œ3 270 10,16 (6,77; 17,23) 254 9,21 (6,24; 15,18) 232 9,01 (6,07; 16,93) НЗ C20:4n6/C22:6n3 269 2,46 (1,73; 3,41) 252 2,20 (1,60; 320) 231 2,13 (1,42; 2,95) 0,009 C20:4n6/C20:5n3 268 4,28 (2,26; 7,98) 252 4,03 (2,38; 7,95) 232 4,41 (2,49; 7,84) НЗ C20:3n6/C22:6n3 270 0,434 (0,266; 0,701) 254 0,387 (0,267; 0,682) 231 0,497 (0,318; 0,845) 0,004 C20:3n6/C20:5n3 269 0,749 (0,345; 1,71) 254 0,805 (0,411; 1,748) 232 1,05 (0,536; 2,07) 0,001 C18:3n6/C22:6n3 270 0,079 (0,035; 0,179) 253 0,078 (0,040; 0,156) 231 0,084 (0,044; 0,197) НЗ C18:3n6/C20:5n3 269 0,149 (0,058; 0,345) 253 0,155 (0,073; 0,340) 232 0,173 (0,083; 0,503) 0,041 C182n6c/C183n3 269 126,36 (95,16; 182,89) 254 128,25 (94,12; 177,68) 321 124,48 (92,64; 166,88) НЗ C22:6n3/C20:5n3 269 2,91 (1,59; 8,55) 254 3,06 (1,63; 6,62) 231 3,40 (1,97; 8,03) НЗ C18:3n3/C22:6n3 269 0,143 (0,090; 0,261) 254 0,126 (0,079; 0,192) 230 0,132 (0,080; 0,220) НЗ C18:3n3/C20:5n3 268 0,273 (0,162; 0,514) 254 0,245 (0,146; 0,489) 231 0,283 (0,153; 0,559) НЗ C18:2n6c/C20:4n6 269 8,20 (5,87; 11,49) 252 7,15 (5,44; 10,17) 232 7,75 (6,06; 11,33) 0,027 C182n6c/C183n6 270 217,84 (155,86; 360,38) 253 197,11 (134,40; 318,27) 232 173,76 (121,63; 263,52) <0,001 C182n6c/C203n6 270 42,06 (31,08; 68,58) 254 37,72 (25,62; 54,51) 232 31,08 (23,04; 51,07) <0,001 C20:4n6/C20:3n6 269 5,69 (3,88; 8,21) 252 5,12 (3,64; 8,03) 232 4,06 (3,17; 5,49) <0,001 C20:4n6/C18:3n6 269 27,32 (16,34; 49,12) 251 26,14 (15,88; 45,62) 232 22,82 (14,54; 34,06) 0,001 Примечание. n - число испытуемых в группе, р - статистическая значимость с использованием критерия Краскела - Уоллиса (р < 0,05), НЗ - статистически незначимые результаты. б Экология человека 2020.09 Экологическая физиология вой (C18:3n6/C20:5n3), у-линоленовой и докозагек-саеновой (C18:3n6/C22:6n3). Соотношения ПНЖК: линолевой и арахидоновой (C18:2n6c/C20:4n6), линолевой и у-линоленовой (C182n6c/C183n6), линолевой и дигомо-у-линоленовой (C18:2n6c/C20:3n6), арахидоновой и дигомо-у-линоленовой (C20:4n6/ С20:3п6), арахидоновой к у-линоленовой (C20:4n6/ C18:3n6), докозагексаеновой и эйкозапентаеновой (C22:6n3/C20:5n3), альфа-линоленовой и докозагексаеновой (C18:3n3/C22:6n3), альфа-линоленовой и эйкозапентаеновой (C18:3n3/C20:5n3) отражали активность ферментов, участвующих в биосинтезе жирных кислот. Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью пакета прикладных программ SPSS 22.0 [8]. Поскольку для большинства показателей не наблюдалось нормального распределения значений, для статистического анализа были использованы непараметрические методы. Данные описаны медианой, а также 25-м и 75-м перцентилями. Данные анализировали помощью критерия Краскела - Уоллиса с последующим попарным сравнением групп с использованием U-критерия Манна - Уитни. Поскольку сравнение более двух групп увеличивает риск ошибки типа I, то есть ошибочно сделать вывод о наличии различий, пороговые уровни значимости были скорректированы для множественных сравнений с помощью поправки Бонферрони посредством умножения достигнутого уровня значимости на количество сравнений и сравнения его с критическим (0,05). Медианное значение возраста было 41 год в 1-й группе, 44 года - во 2-й, 46 лет - в 3-й. Медианное значение ИМТ 22,77 - в 1-й группе, 27,47 - во 2-й, 32,89 - в 3-й. Результаты В независимости от ИМТ медианные значения всех жирных кислот находились в пределах физиологической нормы. При анализе результатов мы обнаружили, что минимальные уровни всех жирных кислот, рассматриваемых в нашем исследовании, были у испытуемых с нормальной массой тела (табл. 1). При этом Zœ3 также, как и Zœ6, не продемонстрировали статистически значимых различий у лиц с избыточной массой тела и ожирением по сравнению с представителями контрольной группы. Анализ индивидуальных ПНЖК показал, что с увеличением ИМТ изменяются уровни докозагексаеновой (р = 0,015), у-линоленовой (р < 0,001), дигомо-у-линоленовой (р < 0,001) кислот (см. табл. 1). Анализ соотношения Zœ6/Zœ3 не выявил статистически значимых изменений при повышении ИМТ. Однако различия проявились при анализе следующих коэффициентов: C20:4n6/C22:6n3 (р = 0,009), C20:3n6/C22:6n3 (р = 0,004), C20:3n6/ C20:5n3 (р = 0,001), C18:3n6/C20:5n3 (р = 0,041), C18:2n6c/C20:4n6 (р = 0,027), C18:2n6c/C18:3n6 (р < 0,001), C18:2n6c/C20:3n6 (р < 0,001), C20:4n6/ C20:3n6 (р < 0,001), C20:4n6/C18:3n6 (р = 0,001). Далее выявляли различия в содержании ПНЖК между тремя группами с помощью U-критерия Манна - Уитни с поправкой Бонферрони (табл. 2). Было обнаружено, что у лиц с избыточной массой тела более высокие значения œ3 докозагексаеновой (р = 0,027), œ6 у-линоленовой (р = 0,015), дигомо-у-линоленовой кислот (р = 0,036) по сравнению с представителями контрольной группы. У лиц с ожирением содержания œ6 у-линоленовой и дигомо-у-линоленовой кислот были выше, чем в контрольной группе на уровне значимости р < 0,001. Докозагексаеновая кислота, напротив, не продемонстрировала статистически значимых различий в содержании у лиц с ожирением и представителей контрольной группы, а также лиц с избыточной массой тела. Таблица 2 Попарное сравнение групп с использованием U-критерия Манна - Уитни с поправкой по Бонферрони Р Жирные кислоты 1 (18-25) - 2 (25-30) группы 1 (18-25) -3 (>30) группы 2 (25-30) -3 (>30) группы C18:3n6 0,015 <0,001 НЗ C20:3n6 0,036 <0,001 НЗ C22:6n3 0,027 НЗ НЗ C20:4n6/ C22:6n3 НЗ 0,007 НЗ C20:3n6/ С22:6п3 НЗ 0,046 0,004 C20:3n6/ C20:5n3 НЗ 0,002 0,018 C18:3n6/ C20:5n3 НЗ 0,040 НЗ С18:2п6с/ C20:4n6 НЗ НЗ НЗ С18:2п6с/ C18:3n6 НЗ <0,001 НЗ С18:2п6с/ C20:3n6 0,016 <0,001 0,007 C20:4n6/ С20:3п6 НЗ <0,001 <0,001 C20:4n6/ C18:3n6 НЗ = 0,001 0,014 Примечание. р - статистическая значимость с использованием U-критерия Манна - Уитни с последующим применением поправки Бонферрони (р < 0,05), НЗ - статистически незначимые результаты. Лица с избыточной массой тела имели статистически значимые низкие значения соотношения C18:2n6c/C20:3n6 (р = 0,016) по сравнению с лицами контрольной группы. 3-я группа характеризовалась статистически значимыми высокими значениями соотношений кислот C20:3n6/C22:6n3 (р = 0,046), C20:3n6/C20:5n3 (р = 0,002), C18:3n6/C20:5n3 (р = 0,040), а соотношения C20:4n6/C22:6n3 (р = 0,007), C18:2n6c/C18:3n6 (р < 0,001), C18:2n6c/ C20:3n6 (р < 0,001), C20:4n6/C20:3n6 (р < 0,001), C20:4n6/C18:3n6 (р = 0,001), наоборот, были выше в контрольной группе. В группе с ожирением 7 Экологическая физиология Экология человека 2020.09 по сравнению со 2-й группой отмечались высокие значения C20:3n6/C22:6n3 (p = 0,004), C20:3n6/ С20:5п3 (p = 0,018) и низкие C18:2n6c/C20:3n6 (p = 0,007), C20:4n6/C20:3n6 (p < 0,001), C20:4n6/ C18:3n6 (p = 0,014). Обсуждение результатов В результате исследования мы не обнаружили статистически значимых различий в Z œ3 и Z œ6 при повышении ИМТ, также, как и в соотношении Z œ6/Z œ3. Однако для более корректного отражения особенностей содержания œ-3 и œ-6 ПНЖК необходимо рассмотреть изучаемые жирные кислоты по отдельности. Так, статистически значимо высокие значения докозагексаеновой кислоты отмечались у лиц с избыточной массой тела и ожирением по сравнению с нормой. При повышении массы тела происходило снижение коэффициента C20:4n6/ С22:6п3, что могло указывать на повышение синтеза противовоспалительных эйкозаноидов, улучшение текучести фосфолипидной жидкокристаллической структуры мембран клеток и косвенно свидетельствовать о незначительном снижении риска развития метаболически обусловленных осложнений у лиц с высокой массой тела Арктического региона. Однако соотношения C20:3n6/C20:5n3, C20:3n6/ С22:6п3, наоборот, были повышены при ожирении и избыточной массе тела. Как показывают недавние исследования, уровень дигомо-у-линоленовой кислоты имел самую сильную связь с ожирением [22], а также заболеваемостью сахарным диабетом 2 типа [16, 22]. Кроме того, высокий уровень дигомо-у-линоленовой кислоты и низкая активность Д5-десатуразы, участвующей в образовании арахидоновой кислоты, были связаны со стеатозом печени [13]. Помимо этого мы наблюдали увеличения величины коэффициента C18:3n6/C20:5n3. Одной из причин выявленных нами изменений жирных кислот в крови северян с повышением массы тела могут быть, с одной стороны, поступление данных нутриентов с пищей, с другой, - особенности биосинтеза ПНЖК в их организме. Известно, что синтез œ3 начинается с альфа-линоле-новой кислоты, которая после череды биохимических реакций при воздействии таких ферментов, как Д5, Д6-десатураз, элонгаз-5, преобразуется в эйкозапен-таеновую кислоту. Эйкозапентаеновая кислота в свою очередь может подвергнуться воздействию фермента элонгазы-2 с образованием докозапентаеновой кислоты, которая после повторного воздействия Д6-де-сатуразы преобразуется в докозагексаеновую кислоту [14]. Важно отметить, что одни и те же ферменты активны в метаболизме семейства жирных кислот ш6. Потребление œ6 ПНЖК происходит в основном из линолевой кислоты, которой богаты растительные масла. Линолевая кислота метаболизируется в у-линоленовую с помощью Д6-десатуразы, а затем постепенно удлиняется до дигомо-у-линоленовой кислоты [20, 22]. Дигомо-у-линоленовая кислота далее преобразуется в арахидоновую, которая также способствует увеличению жира в организме с помощью механизмов адипогенеза, поддержанию гомеостаза липидов [23]. Кроме того, простагландин Е2, полученный из арахидоновой кислоты, и лейкотриен В4 обладают провоспалительными свойствами [22]. В нашем исследовании уровень арахидоновой кислоты не демонстрирует статистически значимых изменений у лиц с нормальной массой тела по сравнению с лицами с ожирением и представителями 2-й группы, у которых ее содержание было наивысшим. Возможно, это является следствием того, что при ожирении понижена активность Д5-десатуразы, под действием которой данная кислота образуется из дигомо-у-линоленовой кислоты [24]. Выявленные статистически значимые понижения С20:4пб/С20:3п6иС20:4пб/ С18:3п6 могут указывать на данную особенность в биосинтезе ПНЖК. Также необходимо учитывать, что в условиях Крайнего Севера повышен показатель глюкокортикоидов, таких как кортизол [7], который может препятствовать высвобождению арахидоно-вой кислоты из фосфолипидов клеточных мембран путем торможения активности фосфолипазы А2 [5, 18]. Немаловажным является и то, что понижение соотношения C20:4n6/C20:3n6 может приводить к ингибированию синтеза провоспалительных эйкоза-ноидов (простогландин 2-й серии, лейкотриены 4-й) в пользу противовоспалительных, синтезируемых от дигомо-у-линоленовой кислоты (простагландины 1-й серии) [15]. В исследованиях также было показано, что активность Д6-десатураз, фермента, необходимого для синтеза докозагексаеновой кислоты, повышается при увеличении ИМТ [24], что является косвенным объяснением увеличения уровня данной кислоты относительно арахидоновой. Повышение активности Д6-десатуразы также могло повлиять на соотношения C18:2n6c/C20:3n6 и C18:2n6c/C18:3n6, которые понижались с увеличением ИМТ. На примере практически здоровых жителей арктической территории мы показали, что ожирение сопровождается повышением уровней как œ3 докозагексаеновой, так и œ6 у-линоленовой и дигомо-у-линоленовой кислот. По результатам нашего исследования, а также анализа литературных данных можно сделать вывод, что высокие уровни у-линоленовой и дигомо-у-линоленовой кислот, вероятнее всего, способствуют развитию ожирения и сопутствующих заболеваний у северян, однако считаем необходимым дальнейшее изучение данного вопроса. Более высокие уровни œ3 докозагексаеной кислоты при ожирении являются благоприятными в условиях Севера - с их помощью могут быть минимизированы осложнения от метаболически обусловленных заболеваний. Что немаловажно, нам также удалось выявить отличительные особенности ожирения и состояния избыточной массы тела, а именно, более высокое при ожирении содержание œ6 у-линоленовой и дигомо-у-линоленовой кислот и их соотношений: с арахидоновой, докозагексаеновой и эйкозапентаеновой.

About the authors

D. S. Galstyan

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research Russian Academy of Sciences

Arkhangelsk, Russian Federation

F. A. Bichkaeva

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research Russian Academy of Sciences

Email: fatima@fciarctic.ru
Arkhangelsk, Russian Federation

N. F. Baranova

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research Russian Academy of Sciences

Arkhangelsk, Russian Federation

References

Supplementary files