Катионы цинка принимают важное участие в метаболизме инсулина, они необходимы для формирования осмотически стабильных гексамеров гормона в гранулах β-клеток [5]. Мембраны клеток островков Лангерганса содержат трансмембранные молекулы цинкового насоса, регулирующего его метаболизм в клетках поджелудочной железы [9]. О тесной взаимосвязи продукции инсулина с катионами цинка говорит тот факт, что на основании присутствия цинка в 10–15 % гранул α-клеток было сделано предположение, нашедшее экспериментальное подтверждение, об образовании инсулина также и этим типом клеток наряду с глюкагоном [6]. Важность присутствия цинка в поджелудочной железе для продукции инсулина подтверждается тем, что обеднение ее цинком приводит к явному диабету, при инсулинзависимом диабете содержание цинка в β-клетках островкового аппарата снижается на 50 % [8]. Kim и соавторы высказали предположение о том, что выход цинка из секреторных гранул может быть причиной гибели β-клеток, особенно при гиперинсулинемии [7]. Доказана роль катионов цинка во взаимодействии инсулина с транспортными белками крови [2]. Следовательно, возможные отклонения концентрации катионов цинка в крови человека от нормы могут быть одной из причин снижения эффективности проявления биологической активности и доставки инсулина к чувствительным клеткам при сахарном диабете. Данные литературы о соответствии норме концентрации катионов цинка в крови больных сахарным диабетом противоречивы [3, 4, 10]. В связи с этим представляет интерес сравнение содержания этого катиона в крови здоровых доноров и больных сахарным диабетом.
Целью нашего исследования было проведение сравнения концентрации катионов цинка в плазме крови здоровых доноров и больных сахарным диабетом типа I.
Материалы и методы исследования
В исследовании использованы пробы крови 42 больных сахарным диабетом типа I, находившихся на стационарном лечении в эндокринологическом отделении РКБ им. Куватова (г. Уфа), с процентным содержанием в капиллярной крови гликозилированной формы гемоглобина от 8 до 18,6 %.
Формирование группы здоровых доноров проводили на основании заключения эндокринолога об отсутствии отклонений от нормы в регуляции углеводного обмена и процентного содержания гликозилированного гемоглобина (%Ггб) в капиллярной крови. Для исследования отобраны пробы крови 53 здоровых добровольцев 20–25 лет с содержанием Ггб от 4 до 7,5 %, что соответствует нормальному уровню гликемии.
Метод количественного определения катионов цинка в сыворотке крови человека разработан на основе качественного варианта дитизонового метода определения цинка [1]. К 2 мл пробы крови добавляли 0,1 мл 10 % NаOH и 0,2 мл раствора 1 % раствора дитизона в четыреххлористом углероде. В отрицательном контроле вместо сыворотки крови добавляли 2 мл дистиллированной воды, в положительном контроле – 2 мл 20 мкМ раствора сульфата цинка. Пробы фотометрировали при 540 нм. Расчет концентрации катионов цинка в пробе проводили по формуле: СZn = 20 мкМ×ОП540 Пробы/ОП540 Стандарта
Определение содержания в пробах α1-кислого гликопротеина и трансферина проводили методом иммунонефелометрии с использованием диагностических наборов фирмы «Иммунотех» (Россия) по прилагаемой инструкции. Для количественной оценки результатов применялась оценка интенсивности реакции в баллах по трехбалльной шкале.
Результаты исследования и их обсуждение
Показано, что общая концентрация катионов цинка в крови больных сахарным диабетом выше, чем в крови здоровых доноров (среднее значение концентрации цинка в крови больных диабетом составило 34,3 ± 1,26 мкМоль/л, в крови здоровых доноров – 23,6 ± 1,32 мкМоль/л). Полученные данные соответствуют нормальному распределению, и были проанализированы с применением параметрических критериев Стьюдента и Фишера (табл. 1, t = –3,66, p = 0,0007, F = 3,42, p = 0,008).
По данным литературы, в крови человека цинк присутствует в основном в связанном с белками состоянии, возможно, остальная часть катионов цинка (лабильный цинк) связана с низкомолекулярными соединениями (аминокислотами), нормальная концентрация катионов цинка в крови составляет 10–23 мкМ/л (Мухина, 2005). Для выяснения вопроса о том, в какой из двух фракций происходит повышение цинка в крови больных сахарным диабетом, проведено определение несвязанного с белками (лабильного) цинка в плазме крови больных диабетом и здоровых доноров. Для этой цели проведено осаждение белков сыворотки крови трихлоруксусной кислотой и последующее определение катионов цинка в надосадке дитизоновым методом.
Таблица 1
Результат определения цинка в сыворотке крови здоровых доноров (I) и больных сахарным диабетом (II)
|
(I) мкмоль/л |
(II) мкмоль/л |
|
23,6 ± 1,32 мкМоль/л |
34,3 ± 1,26 мкМоль/л |
|
t = –3,66; р = 0,0007; F = 3,42, p = 0,008 |
|
Установлено, что концентрация несвязанных с белками катионов цинка в крови больных сахарным диабетом достоверно ниже, чем в крови здоровых доноров (среднее значение показателя в крови больных диабетом составило 0,98 ± 0,036 мкМоль/л, в то время как в крови здоровых доноров концентрация составила 1,62 ± 0,093 мкМоль/л) (табл. 2). Достоверность различия доказана с использованием критерия Манна–Уитни (Z = –4,14; p = 0,000034).
Таблица 2
Результат определения несвязанных с белком катионов цинка в сыворотках крови здоровых доноров и больных сахарным диабетом
|
(I) мкмоль/л |
(II) диабетом мкмоль/л |
|
1,62 ± 0,093 мкМоль/л |
0,98 ± 0,036 мкМоль/л |
|
Z = –4,14; p = 0,000034 |
|
По нашим данным, в крови больных диабетом на фоне повышения общего содержания цинка происходит снижение концентрации катионов цинка в лабильной форме, что свидетельствует о повышении связывания цинка белками крови при инсулинзависимом сахарном диабете. Было высказано предположение о том, что это явление связано с изменением состава белков крови при сахарном диабете, в частности, с изменением концентрации транспортных белков крови. Для проверки этого предположения проведено определение концентрации трансферина и α1-кислого гликопротеина в крови больных сахарным диабетом и здоровых доноров методом иммунонефелометрии при помощи диагностических наборов фирмы Иммунотех (Россия). Выявлено достоверное повышение концентрации α1-кислого гликопротеина в крови больных сахарным диабетом (1,86 ± 0,4 балла в крови больных диабетом по сравнению с 0,3 ± 0,2 балла в норме, Z = –3,54; p = 0,03), различий в концентрации трансферина не выявлено (Z = –1,28; p = 0,27).
Заключение
Таким образом показано, что при инсулинозависимом сахарном диабете происходит достоверное повышение общей концентрации катионов цинка в крови с одновременным достоверным снижением концентрации лабильного цинка. На основании экспериментальных данных сделано предположение о том, что при сахарном диабете повышение цинксвязывающей активности белков объясняется изменением их состава, а именно появлением транспортных белков, связанных с развитием воспалительной реакции, в частности α1-кислого гликопротеина. Вероятно, повышение общей концентрации катионов цинка в плазме крови больных сахарным диабетом направлено на компенсацию дефицита лабильного цинка, возникающего за счет сдвига равновесия в сторону связывания катионов белками крови, но в обследованной нами группе больных не достигает своей цели.
Рецензенты:
Мустафина О.Е., д.б.н. профессор, заведующая лабораторией физиологической генетики Института биохимии и генетики УНЦ РАН, г. Уфа;
Хазиев Ф.Х., д.б.н., главный научный сотрудник Института биологии УНЦ РАН, г. Уфа.
Работа поступила в редакцию 08.02.2013.