Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Ожирение является фактором риска развития многих распространенных заболеваний, существенно сокращающих продолжительность жизни человека: гипертонической болезни, сахарного диабета, атеросклероза и др. По данным ВОЗ, уже в 2005 г. свыше 1,6 млрд населения планеты имело избыточный вес, в том числе более 400 млн - ожирение. В связи с нарастанием ожирения быстрыми темпами в последние годы говорят о его пандемии. Распространяется ожирение быстро не только в развитых, но и в развивающихся странах [1]. Создавшаяся ситуация свидетельствует об отсутствии четких представлений об этиологии и патогенезе заболевания. В частности, не изучена роль легких в формировании и развитии ожирения.

Легкие обладают многочисленными недыхательными функциями, они, подобно печени, имеют полный набор ферментных систем, обеспечивающих процессы окисления, восстановления, метилирования, ацетилирования, жирового обмена. [3-5, 7-9]. Легкие богаты липопротеинлипазой, диглицеро- и триглицеролипазой, фосфолипазой и гепарином, причем активность их в легочной ткани выше, чем в печени [9]. После того как под влиянием панкреатической и кишечной липазы в проксимальном отделе тонкой кишки пищевой жир расщепляется до глицерина и жирных кислот, в ее слизистой оболочке происходит ресинтез триглицеридов, отличающихся от пищевых набором жирных кислот. Эти триглицериды входят в структуру хиломикронов. Последние поступают в лимфатическую систему, и поэтому легкие наряду с сердцем являются первыми органами, встречающими хиломикроны после приема пищи. Известно, что большая часть этих жиросодержащих частиц метаболизируется в жировой и мышечной тканях, а также в лактирующей молочной железе. В ранее проведенном нами исследовании установлено, что легкие наряду с сердцем принимают активное участие в утилизации триглицеридов вскоре после пищевой нагрузки жиром. При алиментарном ожирении эта функция легочно-сердечного аппарата снижается [10]. Известно также, что жирные кислоты активно захватывают их из транспортного комплекса с альбумином [9].

Синтезированные в печени липопротеиды очень низкой плотности, также как хиломикроны, являются транспортной формой триглицеридов и вначале с током крови поступают в сердце и легкие. В легких нет запасов липидов, но потребность в них у органа очень высока, что связано с высокой скоростью синтеза сурфактанта, простагландинов и лейкотриенов [5-7].

Цель исследования - изучение обменных процессов в легких при алиментарном ожирении крыс путем определения биоэлементов и межэлементных взаимодействий в тканях этого органа.

Материал и методы исследования

Эксперимент проводили на крысах-самцах породы Вистар с исходной массой тела 200-300 г в соответствии с правилами гуманного обращения с животными на основе Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации. В контрольной группе (23 крысы) в течение 2,5 месяцев животные получали стандартный рацион вивария. В опытной группе (20 крыс) к этому рациону добавляли свиное сало, которое было доступно животным на протяжении всего эксперимента. За сутки каждая крыса опытной группы съедала примерно 3,0-3,5 г сала. Обе группы животных подразделяли на две подгруппы. Одна из них перед забоем голодала в течение 12 часов, а другая за 2 часа до забоя съедала свиное сало (1 г на 100 г массы тела). Животных забивали под этаминаловым наркозом (4 мг на 100 г массы тела) с помощью кровопускания. В контрольной группе 11 крыс перед забоем были голодными, а 12 ‒ сытыми. В опытной группе, соответственно, 9 и 11 крыс. После вскрытия грудной клетки из одной и той же средне-латеральной зоны левого легкого забирали образцы, которые высушивали до постоянного веса на воздухе при температуре 35 °C в течение 48-50 часов.

Определение концентраций P, S, Cl, K, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Sr в легочной ткани проводили методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения. Работа выполнена при использовании оборудования Центра коллективного пользования на станции элементного анализа в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения (Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН), при финансовой поддержке Минобрнауки России. Концентрация химических элементов в образцах рассчитывали методом внешнего стандарта. Полученные данные обрабатывали методами вариационной статистики с использованием критериев Фишера и Стьюдента. Вычисляли корреляции Спирмена (p = 0,001) между концентрациями химических элементов в ткани легкого.

К концу эксперимента масса крыс контрольной группы достигала 280 г, а опытной - 360 г (p < 0,0001). Масса крыс опытной группы превышала контрольную, в основном, за счет жировых отложений в подкожной клетчатке, в области малого и большого сальников и почечного ложа. В табл. 1 приведены средние значения концентраций химических элементов в ткани легкого крыс контрольной группы и с алиментарным ожирением.

Не установлено достоверных различий в концентрации химических элементов в ткани легких контрольной и опытной групп как натощак, так и вскоре после приема свиного сала. После вычисления коэффициентов ранговой корреляции Спирмена обнаружены сильные (0,7 < r < 0,9) как положительные, так и отрицательные связи между химическими элементами, характер которых в каждой подгруппе имел свои особенности (табл. 2).

В ткани легкого контрольных животных натощак обнаружено большое количество межэлементных сильных и очень сильных положительных корреляционных связей. По 10 связей с другими химическими элементами установлено у S, Fe, Zn, Se. У S - с K, Cl, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Se и Br. У Fe - с S, Cl, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb и Sr. У Zn - с S, Cl, Mn, Fe, Cu, As, Se, Br, Rb и Sr. У Se - c S, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Br, Rb и Sr. По девять связей с другими химическими элементами обнаружено у Cu и Cl. У Cu - с S, Сl, K, Cr, Fe, Zn, Se, Br и Rb. У Cl - с S, K, Cr, Fe, Cu, Zn, As, Br и Rb. По восемь корреляционных связей с другими химическими элементами установлено у Cr, As и Br. У Cr - с K, Cl, Ni, Cu, As, Se, Rb и Sr. У As - с S, Cl, Cr, Fe, Ni, Zn, Se и Sr. У Br - c S, Cl, K, Fe, Cu, Zn, Se и Rb. По шесть связей с имели K и Rb. У K - c S, Cl, Ca, Cr, Cu и Br. У Rb - c Cr, Cl, Fe, Cu, Se и Br. По пять связей с установлено у Sr (c Cr, Fe, Zn, As и Se) и Ni (с S, Cr, Fe, As и Se). Четыре связи с другими химическими элементами обнаружено у Mn (с S, Ca, Fe и Zn). Две связи (с K и Mn) имелось у Ca. Ни одной связи с другими химическими элементами не имелось лишь у P.

Окончание табл. 1

Примечание: * - контрольные, натощак; ^ο - контрольные, после приема жирной пищи; † - ожирение, натощак; ^◊ - ожирение, после приема жирной пищи.

Количество межэлементных корреляционных связей натощак у крыс с алиментарным ожирением оказалось значительно меньше, чем в контрольной группе. У многих химических элементов эти связи отсутствовали. Наряду с сильными и очень сильными положительными корреляционными связями у крыс с алиментарным ожирением обнаружены и сильные отрицательные связи. Наибольшее число (по три) межэлементных корреляционных связей натощак обнаружены у K и Cr. У K - с Cl, Cr и As, причем связь с As сильная отрицательная. У Cr - с K, Fe и As, связи с Fe и As оказались сильными отрицательными. По две связи установлено у S, Cl, As и Fe. У S - с Fe и Cl. У Cl - с S и K. У As - отрицательные связи с K и Cr. У Fe - очень сильная положительная связь с S и отрицательная сильная связь с Cr. По одной положительной связи у Ni (c Se) и у Br (с Rb). Не обнаружено межэлементных корреляций у P, Ca, Mn, Cu, Zn и Sr. Таким образом, у крыс с алиментарным ожирением натощак произошло не только общее снижение числа межэлементных корреляционных связей, но и появились отрицательные межэлементные взаимосвязи, а у значительного числа биологически активных химических элементов эти связи исчезли.

У крыс обеих групп уже через 2 часа после употребления свиного сала изменился характер межэлементных корреляционных связей, причем в каждой группе эти изменения имели свои особенности. У крыс контрольной группы после употребления свиного сала общее число межэлементных связей существенно уменьшилось по сравнению с состоянием натощак. Все связи были положительными. Наибольшее число (три) корреляционных связей обнаружили у S и K. У S - c Cl, K и Ca, у K - c S, Cl и Ca. По две связи выявили у Ca (c S и K), у Cl (c S и K), у Zn (c Cu и Rb), у Se (c Br и Rb) и у Br (c Se и Rb). По одной связи установлено у Cu (c Zn) и у Rb (c Br). Не выявили межэлементные связи у P, Cr, Mn, Fe, Ni, As и Sr.

У крыс с алиментарным ожирением через 2 часа после употребления свиного сала, в отличие от животных контрольной группы, при сравнении с состоянием натощак, количество корреляционных связей не уменьшилось, а, напротив, увеличилось, причем часть взаимосвязей носила отрицательный характер. Наибольшее количество (четыре) корреляционных связей обнаружили у Cl, S, Se, Rb, Cr и Mn. У Cl - положительные взаимозависимости с S, K, Cr и отрицательная - с Mn. У S положительные связи с Cl, K, Cr и отрицательная - с Mn. У Se положительные связи с Fe, Cu, Br и Rb. У Rb положительные взаимосвязи с Fe, Cu, Br и Se. У Cr положительные связи с S, Cl, K и отрицательная - с Mn. По три связи установлено у K, Mn, Fe и Br. У K - положительные связи с S, Cl и Cr. У Mn - отрицательные связи с этими же элементами (S, Cl и Cr). У Fe - положительные связи с Se, Br и Rb. Две положительные связи обнаружили у Cu (c Se и Rb). Не выявили межэлементных корреляционных связей у P, Ca, Ni, Zn, As и Sr.

Полученные данные свидетельствуют об активном участии малоизученных элементов (Br, Rb и Sr) в межэлементных взаимодействиях в легочной ткани, что указывает на необходимость более подробного изучения этих химических элементов в биохимических процессах, в частности, в липидном обмене.

В организме человека и животных существуют резервный и оборотный пулы химических элементов. Непосредственно в биохимических реакциях участвуют химические элементы оборотного пула. Большая часть биологически активных химических элементов находится в депо, из которых они поступают в различные структуры оборотного пула: ферменты, рецепторы, сигнальные молекулы, транспортные белки и др. В одной биохимической реакции могут принимать активное участие различные элементы. В свою очередь биологически активный химический элемент задействован во многих биологических структурах и процессах. При этом имеет место как синергизм, так и антагонизм между химическими элементами за встраивание в различные структуры. В основе этого лежат физико-химические свойства, способность к комплексообразованию, а также большее или меньшее сродство к активным группам. По этой причине при изучении элементного состава и межэлементных взаимодействий в биологических объектах целесообразно одновременно изучать большое количество химических элементов, особенно с общими химическими свойствами. При неизменной общей концентрации в биологических объектах, участие химических элементов в биологических процессах меняется. В живых системах межэлементные корреляционные связи значительно усложняются из-за многообразия химических реакций, протекающих одновременно. Множественные межэлементные связи изучаются во многих органах животных и человека. В частности, обнаружены обширные межэлементные связи в печени [11]. Легкие в этом направлении исследуются слабо.

Обнаруженные межэлементные корреляционные связи в легких при алиментарном ожирении отражают нарушения жирового метаболизма в этом органе. В легких здоровых крыс натощак очень интенсивно протекают обменные процессы. При ожирении их интенсивность существенно снижается. Вероятно, из-за избыточного поступления хиломикронов после еды происходит истощение пула липопротеидлипаз, продуцируемых эндотелием капилляров, что подтверждается снижением утилизации этим органом триглицеридов при алиментарном ожирении в эксперименте [10]. Известно, что одним из действенных методов лечения ожирения является ограничение жиров в суточном рационе до 25% общей калорийности, что способствует снижению нагрузки триглицеридами легких. Масса тела при этом перестает нарастать независимо от общего количества потребляемых калорий [2].

В поддержании липидного гомеостаза наряду с печенью, поджелудочной железой, тонкой кишкой, жировой тканью и лимфатической системой принимают участие легкие, роль которых при алиментарном ожирении снижается. В ткани легкого у крыс с ожирением не установлено изменений в концентрациях химических элементов, они не менялись в контрольной и опытной группах крыс вскоре после приема жирной пищи. Однако в обеих группах животных в легких обнаружены межэлементные корреляционные связи, которые были наиболее обширными и только положительными были у контрольных животных натощак. Это свидетельствует об интенсивном метаболизме в легких здоровых крыс. При алиментарном ожирении эти связи резко ограничиваются, а у ряда биологически активных химических элементов (Ca, Mn, Zn, Cu и Sr) они исчезли. Между некоторыми элементами образовались отрицательные связи, что указывает на существенное нарушение метаболизма. Жировая нагрузка в обеих группах животных вызывала значительное перераспределение межэлементных связей, но характер изменений у крыс с алиментарным ожирением отличался от контрольных. Так, в легких крыс опытной группы появились новые отрицательные взаимосвязи у Mn (с S, Cl и Cr). Таким образом, анализ макро-микроэлементного состава выявил нарушение метаболизма в легочной ткани, обусловленное алиментарным ожирением.

• Гуляева Л.Ф., д.б.н., профессор, зав. лабораторией молекулярных механизмов канцерогенеза ФГБУ «Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики» Сибирского отделения РАМН, г. Новосибирск;
• Любарский М.С., д.м.н., профессор, зав. отделом клинической лимфологии и заместитель директора по научной и лечебной работе ФГБУ «Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии» Сибирского отделения РАМН, г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 19.06.2012.