Особенности метаболизма жирорастворимых витаминов у детей коренного и пришлого населения Севера

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 577. 161. 3:616−053. 2(-17)
ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ЖИРОРАСТВОРИМЫХ ВИТАМИНОВ У ДЕТЕЙ КОРЕННОГО И ПРИШЛОГО НАСЕЛЕНИЯ СЕВЕРА
Колодяжная Т. А., Зайцева О. И.
ФГБУ «НИИ медицинских проблем Севера Сибирского отделения РАМН», Красноярск,
e-mail: impn@impn. ru
Проведено сопоставление исследуемых показателей эритроцитарных мембран у практически здоровых детей коренного и пришлого населения Эвенкии школьного возраста (8−12 лет): уровня жирорастворимого витамина альфа-токоферола, фосфолипидной структуры, и физико-химических свойства, характеризующих функциональное состояние фосфолипидов и белков (определение текучести общего билипидного слоя, подвижности поверхностной белок-липидной структуры и параметров организма ребенка, отражающими длительное воздействие экстремальных условий Севера.
Ключевые слова: Север, эритроцитарные мембраны, альфа-токоферол, липидный обмен, физико-химические свойства, дети коренного и пришлого населения
PECULIARITIES OF METABOLISM OF FAT-SOLUBLE VITAMINS IN CHILDREN OF NATIVE AND ALIEN POPULATION OF THE NORTH Kolodyazhnaya T.A., Zaitseva O.I.
Federal State Budget Institution Scientific Research Institute of Medical Problems of the North of
Siberian Department of the Russian Academy of Medical Sciences, Krasnoyarsk, e-mail: impn@impn. ru
The comparison of the researched indices of erythrocyte membranes in healthy children of native and alien population of Evenkia of school age (8−12 years): fat-soluble vitamin levels of alpha-tocopherol, phospholipid structure and physico-chemical properties that characterize the functional state of phospholipids and proteins (the definition of total turnover bilipidnogo layer, the surface mobility of the protein-lipid structure and parameters of tryptophan fluorescence). It’s found that alpha-tocopherol has different metabolic manifestations in relation to phospholipids and integral proteins, due to specific changes in the organism of a child, reflecting the prolonged exposure to extreme conditions of the North.
Keywords: North, erythrocyte membrane, alpha-tocopherol, lipid metabolism, physical and chemical properties, children of native and aliens populations
Ключевые позиции здоровья и пато- детского населения многие авторы отмеча-
логии обусловлены системой адаптивных ли его пониженный уровень [4,5]. При этом
морфофункциональных и биохимических большинством исследователей данный факт
перестроек в организме [7] и в биомембра- оценивался однозначно, как недостаточное
нах, в частности в ответ на постоянно воз- содержание данного витамина, требующее
никающие во внешней среде изменения дополнительного введения его в организм
[1]. В условиях Севера организм ребенка ребенка [5]. Изученная нами по данному
подвергается воздействию целого ряда экс- вопросу литература доказывает, что оцен-
тремальных факторов среды, которые спо- ка потребности в а-ТКФ только по коли-
собствуют существенным перестройкам чественному признаку и по клиническому
всех его физиологических систем, в том эффекту не может давать правильного от-
числе и антиоксидантной системы клеточ- вета на вопрос о дополнительном введении
ных мембран [4]. Известно, что характер- в организм этого витамина (а-ТКФ). Это
ным и неотъемлемым свойством биомем- происходит в результате мультивалентного
бран для суровых условий Севера является характера биохимических преобразований
повышение липидного обмена, что в свою а-ТКФ в биомембранах, что выражается
очередь способствует активации окисли- в существовании в естественных условиях
тельных процессов в них [4]. Важной со- «множества» метаболитов данного вита-
ставляющей антиоксидантной системы мина [1,8], в том числе и прооксидантных.
клеточного звена организма ребенка явля- Накопление прооксидантных метаболи-
ется жирорастворимый витамин токоферол. тов а-ТКФ может происходить в результа-
В природе токоферол имеет много форм, но те нарушения баланса его сопутствующих
наиболее широко распространенной фор- участников (аскорбиновая кислота, фермен-
мой является альфа-токоферол (а-ТКФ), тативные антиоксиданты, аминокислоты,
имеющий самую высокую антиоксидант- микроэлименты и др.) [1,8]. На этом осно-
ную биологическую активность среди из- вании мы полагаем, что антиокислительные
вестных молекулярных формул токоферо- функции а-ТКФ не всегда связаны с его
лов [1,8]. При изучении содержания а-ТКФ количественным содержанием в структуре
в крови у жителей Севера, в том числе и у биомембран. Они обусловлены качествен-
ными характеристиками, то есть биологической активностью [1]. Эта активность определена существованием в структуре биомембран двух основных форм а-ТКФ, различающихся по биохимическим свойствам и локализации: жирорастворимая,
гидрофобная и «водорастворимая» гидрофильная [3,8].
Следует отметить, что наиболее изучено воздействие а-ТКФ на биологическую мембрану, находящегося в жирорастворимой форме. Данная форма витамина в биологически активном состоянии локализуется в области взаимодействия углеводородных «хвостов» легкоокисляемых фосфолипидов, в зоне её двойных связей. В этом случае действие а-ТКФ направлено на восстановление окисленных форм арахидоновой кислоты и сохранение легкоокисляемых фосфолипидов в функционально активном состоянии в структуре биомембран [1,8], что влияет на их текучесть [1].
Менее изучена так называемая гидрофильная форма а-ТКФ, с измененными биохимическими свойствами. В экспериментальной работе, проведенной А. А. Капраловым с соавт (1993) [3] было обнаружено, что многие биомембраны, в том числе и эритроцитарная имеют специфические белки липопротеидной природы, расположенные в их поверхностных областях, в которые поступают жирорастворимые формы а-ТКФ. Группой авторов было доказано, что в результате метаболических преобразований происходит изменение биохимических свойств а-ТКФ. Он становятся «гидрофильным» и, следовательно, менее «опасным», так как накопление окисленных форм в большей степени свойственно жирорастворимому витамину а-ТКФ [6], что способствует снижению его биологической активности вплоть до смены «полярности» воздействия от антиоксидантной к проокси-дантной.
Учитывая тот факт, что растущий организм ребенка в условиях Севера испытывает двойную окислительную нагрузку (физиологическую и экологическую), мы полагаем, что на Севере существует система морфофункциональных и биохимических перестроек в организме и в биомембранах, в частности. Они направлены на уменьшение уровня жирорастворимых «опасных» форм витамина а-ТКФ и образование «безопасных» его метаболитов. Для доказательства данной гипотезы необходимо выявление функциональной направленности (антиоксидантной или про-оксидантной) альфа-токоферола, что будет возможным при изучении всех известных структурных компонентов биомембран,
биохимически и функционально связанных с а-ТКФ (фосфолипиды, интегральные белки и их биофизических характеристик). До настоящего времени а-ТКФ оценивался только по количественному показателю и не изучался во взаимосвязи со структурными фосфолипидами и интегральными белками. Поэтому целью нашей работы явилось изучение взаимодействия а-ТКФ с содержанием основных структурных компонентов эритроцитарных мембран и с их физико-химическими характеристиками.
Материалы и методы исследования
Исследованы практически здоровые дети в возрасте от 8 до 12 лет, проживающие на Севере, в Эвенкии (пос. Тура): дети пришлого населения — 31 человек и коренного населения — 52 человека. Всего исследовано 83 человека.
В мембранах эритроцитов определяли липидный спектр методом тонкослойной хроматографии [9], уровень жирорастворимого витамина альфа-токоферола по методу [10], физико-химические свойства — методом измерения флюоресценции спектров собственной флуоресценции и взаимодействия биомембран с зондами [2]. Данные измерения производились на спек-трофлуориметре MPF — 4 марки «Хитачи» (Япония). Исследование физико-химических свойств мембран эритроцитов проводилось по 4 тестам. 1. Определение уровня триптофановых групп белков в липидном слое мембран по калибровочной кривой с использованием стандартного раствора триптофана (длина волны испускания 334 нм и длин волны возбуждения 284 нм) [2]. 2. Оценка текучести жирнокислотных остатков углеводородов мембранных фосфолипидов по эксимеризации пирена (длина волны испускания 350 нм, возбуждения -340 нм) рассчитывалась по соотношению эксимеры/ мономеры [2]. 3. Определение степени подвижности поверхностных белково-липидных структур мембран эритроцитов по характеристики обратной величины анизотропии мембран с встроенным зондом 1-анилино-нафталин-8 сульфонат (АНС) (длина волны испускания 400 нм., возбуждения — 360 нм.) [2]. 4. Определение показателя степени вращательной подвижности молекул триптофанилов ВПМТ мембран эритроцитов по характеристике обратной величины анизотропии трип-тофановых групп белков биомембран (1/ВПМТ) (длина волны испускания 400 нм., возбуждения — 360 нм) [2].
Применялся коэффициент асимметрии текучестей (КАТ), определяемый по отношению показателя текучестей поверхностных слоев мембран (1/анизотропии зонда АНС) к показателю текучести общего слоя фосфолипидов.
Математическую обработку полученных результатов проводили с использованием статистического пакета прикладных программ BIOSTAT, ver. 6.0. (StatSoft Inc. США). Все полученные результаты проверялись на нормальность распределения с помощью критерия Колмогорова-Смирнова. Для количественных признаков использовался непараметрический U-критерий Манн-Уитни при сравнении двух несвязанных выборок. Изменения считаются
статистически значимыми при уровне значимости Р& lt- 0,05. Анализ зависимости признаков проводится с помощью расчета и оценки значимости непараметрического коэффициента корреляции по Спирмену. При значении Р& lt- 0,05 регрессионная модель адек-ватпо описывает взаимосвязь признаков. Результаты исследования количественных параметров в группах сравнения представлены в виде Ме — медиана, (Min-max).
Учитывая локализацию и известные функциональные свойства липидраствори-мого витамина а-ТКФ, для выявления особенностей его метаболизма у детей Севера мы провели сравнительный анализ липидного и фосфолипидного спектра ЭМ, их физикохимических свойств и выявили следующие этнические различия. У детей пришлого населения по сравнению с детьми эвенков было отмечено статистически значимое снижение общих фосфолипидов (ОФЛ) в структуре ЭМ (р=0,0о24- р& lt-0,001) за счет фракции фосфатидилхолина (ФХ) (р=0,0024) и его метаболита лизофосфатидилхолина (ЛФХ)
Результаты исследования и их обсуждение
При анализе уровня жирорастворимого витамина альфа-токоферола в эритроцитар-ных мембранах (ЭМ) у детей, проживающих в Эвенкии не выявлено статистически значимых различий, связанных с этнической принадлежностью (табл. 1).
(р=0,0010). Немногочисленные изменения в фосфолипидном составе ЭМ имело аналогичные трансформации в показателях физико-химических свойств. Они были выражены в повышении величины показателя вращательной подвижности молекул триптофанилов (ВПМТ) у детей пришлого населения Эвенкии (р=0,0465) и в показателе интегрального коэффициента асимметрии текучестей эритроцитарных мембран (КАТ) (подвижность поверхностного слоя ЭМ/текучесть общего слоя фосфолипидов) (р=0,0173) (табл. 2), характеризующий функциональное состояние фосфолипидов.
Таблица 1
Показатели липидного обмена и жирорастворимого витамина альфа-токоферола в эритроцитарных мембран у детей коренного и пришлого населения Эвенкии
от 8 до 12 лет (Ме 25%о-75%о)
Показатели Дети эвенков n=52 Дети пришлого населения n=31 Степень достоверности р
1 2 3 4
Альфа-токоферол, мкмоль/л 8,8850 (6,4200−9,7600) 9,180 (7,420−11,260) p=0,1282
Общие фосфолипиды, ммоль/л 1,8075 (1,7145−1,9730) 1,7010 (і, 63і0−1,8910) р =0,0244
Фос фатидилхолин, ммоль/л 0,8665 (0,8010−1,0110) 0,8010 (0,7740−0,8670) р =0,0244
Фос фатидилэтанол-амин, ммоль/л 0,4620 (0,4205−0,5320) 0,4380 (0,387−0,521) р =0,3968
Фосфатидилсерин + фосфатидилинозитол, ммоль/л 0,1325 (0,1095−0,1520) 0,1540 (0,097−0,1480) р =0,167 795
Сфингомиелин, ммоль/л 0,2265 (0,1960−0,2680) 0,2290 (0,1740−0,2740) р =0,689 066
Лизофосфатидилхо- лин, моль/л 0,0420 (0,0330−0,0600) 0,0350 (0,0260−0,0440) р =0,0010
ЛФХ/ФХ, отн. ед 0,0474 (0,0384−0,0640) 0,0416 (0,0345−0,0520) р =0,0722
Таблица 2
Показатели физико-химических свойств эритроцитарных мембран у детей коренного и пришлого населения Эвенкии от 8 до 12 лет (Ме 25%о-75%о)
Показатели Дети эвенков п=52 Дети пришлого населения п=31 Степень достоверности р по и тест
1 2 3 4
Триптофановые, группы белков, мг/% 0,2700 (0,2400−0,3200) 0,2800 (0,2600−0,3000) р = 0,8725
1 2 3 4
Текучесть, отн. ед. 0,5065 (0,4090−0,5630) 0,4210 (0,3680−0,5970) р = 0,3022
Подвижность молекул триптофанилов, (ПМТ) отн. ед 2,1622 (2,0576−2,3530) 2,3040 (2,1459−2,4330) р =0,0465
Подвижность поверхностного слоя, отн. ед. 2,1622 (2,0576−2,3530) 2,3923 (2,2173−2,6810) р =0,7701
Коэффициент асимметрии, текучести, (КАТ), отн. ед. 4,9294 (4,1429−6,200) 6,2229 (4,1322−6,7220) р = 0,0173
Снижение уровня содержания общих фосфолипидов за счет фракции фосфати-дилхолина (ФХ) указывает на менее устойчивую структуру ЭМ у детей пришлого населения Эвенкии. Это, по нашему мнению, свидетельствует о неоднозначных потребностях в антиоксидантах, в том числе и в а-ТКФ. Однако, как было изложено выше, нами не выявлены этнические различия в содержании абсолютного количества этого витамина в их ЭМ. Произведя корреляционный анализе с участием липидраство-римого а-ТКФ и исследуемых показателей нами были получены неоднозначные молекулярные взаимосвязи, доказывающие, что этот витамин у детей коренного и пришлого населения имеет различные метаболические проявления по отношению к мембранным фосфолипидам и интегральным белкам (рис. 1). Так, у детей пришлого населения а-ТКФ в большей степени проявлял свои липидрастворимые качества. Это выражалось в наличии прямых корреляционных взаимосвязей с показателями, отражающими функциональное состояние липидной структуры, причем как гидрофильного (подвижности поверхностного слоя фосфолипидов в месте его контакта с белком) (г=0,3909, р=0,0030, так и гидрофобного отделов фосфолипидов (текучести) (ТЕК) (г=0,4346, р=0,О146), а так же их соотношения коэффициента асимметрии текучестей (КАТ) (г=0,5293, р=0,0022) (рис. 1, а). Наличие прямой корреляционной взаимосвязи данного показателя у детей пришлого населения Эвенкии с интегральным коэффициентом, характеризующим работу фосфо-липаз (ЛФХ/ФХ) [1] (г=0,5282, р=0,0022)
свидетельствует о том, что при усилении работы данного фермента (повышении величины интегрального коэффициента ЛФХ/ ФХ) растет величина другого интегрального коэффициента, КАТ. Это свидетельствует об усилении степени липидного обмена, неотъемлемо связанного с повышением перекисного окисления липидов (ПОЛ). Поэтому повышение данного показателя (КАТ) у детей пришлого населения, являясь адаптивным свойством, при неблагоприятных условиях может быть признаком, отражающим дестабилизационные процессы в эритроцитарных мембранах.
На представленной схеме (рис. 1, а), характеризующией корреляционные взаимосвязи хорошо видно, что а-ТКФ опосредованно через показатель КАТ связан с работой фосфолипаз. В случае повышения в ЭМ липидрастворимого а-ТКФ у детей пришлого населения могут провоцироваться дестабилизационные процессы.
Совершенно иная картина молекулярных взаимодействий наблюдается у детей эвенков. Следует отметить, что в их ЭМ каких либо взаимосвязей а-ТКФ с показателями фосфолипидов, отражающих как их количественное, так и функциональное состояние, не выявлено. По нашему мнению это свидетельствует о метаболических преобразованиях в структуре ЭМ и в самом витамине (а-ТКФ), в результате которых данный витамин, по всей видимости, получил новые качества. На представленной схеме (рис. 1, б) отчетливо видно, что модифицированная форма альфа-токоферола имела слабо выраженное прямое влияние на изменение показателя величины (ВПМТ) (г=0,3834,
р=0,0060) у детей эвенков. При этом необходимо отметить, что по нашему наблюдению выше названный показатель отражает чувствительность молекул интегральных белков на изменение внешних факторов [5]. Однако другие исследователи, имея дело с патологическими изменениями в клетках крови (лимфацитов) интерпретировали данный факт (повышение подвижности гидрофобной части молекул триптофанилов) как дестабилизационный, характеризующий повышение окислительных процессов [2]. Учитывая выше изложенное сравнительное снижение данного показателя у детей эвенков, по всей видимости, свидетельствует о более устойчивой к внешним факторам садаптированной работе ферментов. Об этом же можно судить по другой корреляции показателя ВПМТ с показателем текучести, отражающим состояние общего билипидного слоя. Обратное направление данного молекулярного взаимодействия (г=-0,4204, р=0,0015) (рис. 1, б) подтверждает, что повышение величины показателя ВПМТ может способствовать снижению степени текучести ЭМ, что является неблагоприятным признаком. В то же самое время выше названная взаимосвязь характеризует сравнительное снижение молекулярной подвижности в гидрофобной зоне триптофанилов ЭМ (ВПМТ) у детей эвенков как позитивное. В итоге на представленной схеме (1,б) видно, что наличие прямой корреляционной взаимосвязи а-ТКФ с показателем ВПМТ указывает на то, что повышение модифицированной формы данного витамина (а-ТКФ) в ЭМ может инициировать дестабилизационные изменения. Данный факт также имеет корреляционное подтверждение в виде выявленной прямой взаимосвязи величины показателя ВПМТ с уровнем легкоокисляемых фосфолипидов (ЛОФЛ) (г=0,3049, р=0,0280). Несмотря на отсутствие взаимосвязей с отдельными фракциями ЛОФЛ (ФЭА+ФС+ФИ) и слабую выраженность степени взаимодействия данная корреляция показывает, во-первых, качественные характеристики этих фосфолипидов (накопление окисленных форм), во-вторых, «виновника» в этом. На схеме (рис. 1, б) предоставленный факт (изменение качественных характеристик ЛОФЛ) обусловливается, по всей вероятности так же а-ТКФ, но его модифицированная форма оказывает воздействие не на углеводородную гидрофобную зону ЛОФЛ мембран эритроцитов, а на гидрофильную область «головки» фосфолипидов. Подтверждением этому служит выявленная корреляционная взаимосвязь а-ТКФ, с ЛОФЛ через посредничество с показателем величины
ВПМТ, которая характеризует степень молекулярной подвижности в гидрофобной зоне интегральных белков ЭМ, в которой находятся гидрофильные «головки» их фосфолипидов, являющиеся активаторами работы ферментов или запускающими при неблагоприятных условиях дестабилизаци-онные процессы [1].
Заключение
Проведенное нами комплексное исследование эритроцитарных мембран (ЭМ) у детей коренного и пришлого населения школьного возраста показало, что а-ТКФ имеет различные метаболические проявления по отношению к фосфолипидам и интегральным белкам у детей коренного и пришлого населения. Это, по всей вероятности, обусловлено специфическими стойкими перестройками гормонально-метаболических параметров организма ребенка, эвенков, отражающими воздействие экстремальных факторов Севера. У детей же пришлого населения мы имеем дело с метаболическими проявлениями а-ТКФ, характерными для средних широт, основное различие которых заключается в участии в ключевых антио-кислительных процессах их ЭМ в большей степени жирорастворимой формы а-ТКФ. Этот витамин имеет взаимодействие с углеводородной зоной ЛОФЛ и, следовательно, влияет на их функциональные характеристики в виде подвижности как общего били-пидного слоя (гидрофобного) так и поверхностного (гидрофильного). В целом а-ТКФ участвует в регуляции липидного обмена в виде воздействия на работу фосфолипаз, что сопоставимо с литературными данными [1]. Хотя эта взаимосвязь а-ТКФ с показателем, характеризующим работу фосфо-липаз (ЛФХ/ФХ) выявлена опосредованно через показатель величины интегрального коэффициента КАТ она имеет одно и тоже прямое направление, которое свидетельствует, что повышение в эритроцитарных мембранах жирорастворимого а-ТКФ при неблагоприятных условиях может вызывать дестабилизационные процессы.
В ЭМ детей коренного населения наблюдается отсутствие молекулярных взаимодействий количественного показателя альфа-токоферола с фосфолипидами, причем, как с их количественным содержанием, так и функциональными характеристиками (физико-химических свойств, характеризующих функциональную активность углеводородной части фосфолипидов). Предоставленный факт свидетельствует о метаболических преобразованиях данного витамина, в результате которых большая часть а-ТКФ получила новые био-
химические свойства, изменившие его локализацию в ЭМ. Полученные новые качества позволило модифицированному а-ТКФ в структуре ЭМ у детей эвенков осуществлять более тонкую регуляцию на молекулярном внутри белковом уровне (гидрофобной зоны триптофанилов), что является как первичной реакцией фермента в ответ на воздействие рецепторов, так и пусковым дестабилизаци-онным механизмом в реализации основных эффектов внешнего воздействия.
Таким образом, выявлено, что в экстремальных условиях Севера у детей школьного возраста пришлого населения несбалансированный рост жирорастворимой формы альфа-токоферола в структуре эритроцитарных мембран может спровоцировать дестабили-зационные процессы. У детей коренного населения модифицированная форма а-ТКФ также может способствовать дестабилизаци-онным процессам, но они будут менее выражены, что обусловлено неоднозначной биохимической природой а-ТКФ.
Список литературы
1. Болдырев А. А, Кяйвяряйнен Е. И., Илюха В. А. Био-мембранология: учеб. пособие. — Петрозаводск: Изд-во Кар Н Ц РАН. — 2006. — 226 с.
2. Добрецов Г Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеидов. — М.: Наука. -1989. — 227 с.
3. Капралов, А.А., Петрова Г. В., Донченко Г В. Физико-химические свойства и биологическая роль альфа-токо-феролсвязывающих белков // Усп. совр. биологии. — 1993. -Т. 113. — Вып. 3. — С. 313−326.
4. Манчук В. Т., Надточий Л. А. Состояние здоровья коренных и малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока, особенности формирования патологии. -Крас-ноярск, 2012 -338 с.
5. Панин Л. Е. Элементный состав волос у детей коренной национальности (долган), проживающих в регионе Таймырского Севера (Хатанга) Л. Е. Панин, Е. И. Прахин, С. Ю. Терещенко, В. П. Терещенко, Т. А. Колодяжная // Матер. 13 Междунар. конгресса по приполярной медицине (Новосибирск, 12−16 июня 2006 г.). — Новосибирск: ООО «РИЦ», 2006. — С. 202 ^^. 244).
6. Патент Р Ф № 2 234 088. Колодяжная Т. А., Терещенко В. П. Способ определения стабильности клеточных мембран эритроцитов // Заявка № 2 002 116 193/15- заявл. 19. 06. 2002- опубл. 10. 08. 2004. Бюл. № 22.
7. Пуликов А. С., Москаленко О. Л, Зайцева О. И. Пси-хо-эмоциональная характеристика молодого поколения с различным адаптационным потенциалом // Современные исследования социальных проблем (электронный научный журнал). — 2013. № 6 (26). — С. 21.
8. Спиричев, В.Б., Конь И. Я. Биологическая роль жирорастворимых витаминов (обзор литературы) // ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Серия физиология человека и животных. — 1989. — Т 37. — 223 с.
9. Ростовцев В. Н, Резник Г. Е. Количественное определение липидных фракций плазмы крови // Лабораторное дело. — 1982. — № 4. — С. — 26−29.
10. Черняускене, Р.Ч., Варнекявичене З. З., Грибау-скас П. С. Одновременное флуориметрическое определение концентрации витаминов Е и, А в сыворотке крови // Лабораторное дело. — 1884. — № 6. — С. 362−365.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой