Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются главной причиной смертности в мире и составляют 30% от общей смертности, или 17,5 млн. смертей в год. Показатели смертности от ССЗ неуклонно растут из года в год во всем мире. В России смертность от ССЗ составляет 903 случая на 100 тыс. населения. Одним из серьезных факторов риска развития ССЗ является избыточная масса тела [11, 22].
Результаты выборочных исследований, проведенных в России, позволяют предположить, что почти 40% трудоспособного населения страны имеет избыточную массу тела [27]. Доказано, что в основе повышения артериального давления, дислипидемии и инсулинрезистентности, ведущей к развитию сахарного диабета 2-го типа, лежат метаболические нарушения, закономерно наблюдающиеся у больных с избыточной массой тела и ожирением [18]. Известно, что патофизиологические пути возникновения избыточной массы тела и ожирения включает как генетические факторы, так и факторы окружающей среды (стрессы и др.), поведенческие нарушения (сидячий образ жизни и др.), пищевые привычки, что способствует развитию нарушений обмена, характерных для метаболического синдрома. В этой связи выделение метаболического синдрома в отдельную нозологическую единицу имеет большое клиническое значение. С одной стороны, это состояние является обратимым, т. к. при соответствующем лечении можно добиться исчезновения или снижения выраженности основных его проявлений, а с другой - оно предшествует возникновению таких болезней, как сахарного диабета (СД) 2-го типа, атеросклероза и др. [2].
Биоэлементы являются важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными и независимыми участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды [10, 12, 15]. Как известно, функциональные резервы организма представляют собой совокупность количественных и качественных интегральных характеристик основных физиологических систем. Нарушения в каком-либо звене метаболизма, будучи факторами внутренней среды организма, влияют на его функциональное состояние, характер адаптации, аналогично действующим факторам внешней среды. В настоящее время получены многочисленные дополнительные научные данные, подтверждающие взаимосвязь между неадекватной обеспеченностью организма человека макро - и микроэлементами и возникновением различных заболеваний [1, 5, 6, 8-10, 12].
Из всех доступных биологических сред человека волосы являются наиболее информативным материалом. В волосах происходит концентрирование микроэлементов, в отличие от крови, которая, в основном, выполняет в организме транспортную функцию. Прядь волос, отросшая за несколько недель или даже месяцев, фиксирует все изменения, происходящие в организме человека за этот период времени. Многие химические элементы входят в состав каждой клетки в виде ферментов, гормонов, витаминов и участвуют в десятках тысяч реакций, происходящих в организме. В отличие от многих органических веществ, они не синтезируются в организме, а поступают извне [4].
Цель: установить наличие взаимосвязи между избыточной массой тела и концентрацией химических элементов в волосах у населения Севера.
Материал и методы исследования. Обследовано 126 человек из числа взрослого некоренного населения г. Ханты-Мансийска. Все обследованные лица являлись пациентами Окружной клинической больницы г. Ханты-Мансийска. Из них 52 (41,2%) - мужчины и 74 (58,7%) - женщины. Средний возраст - 40,8±4,2 года. Согласно критериям диагностики МС Всероссийского научного общества кардиологов (2009 год), выделена группа пациентов с МС (72): 30 (41,7%) мужчин и 42 (58,3%) женщины [13]. Основным критерием отбора в данную группу являлось наличие у пациента центрального ожирения: обхват талии (ОТ) > 94 см у мужчин и > 80 см у женщин. Два дополнительных критерия: 1) гликемия натощак ≥ 6,1 ммоль/л; 2) триглицериды ≥1,7 ммоль/л; 3) концентрация липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) < 1,2 ммоль/л у женщин; 4) АД ≥ 130/95 мм. рт. ст.
В соответствии со статьями 30-34, 61 «Основ законодательства РФ об охране здоровья граждан» от 22.07.1993 г. №5487-1, ст.18,20-22,28,41 Конституции РФ, все обследуемые лица давали информационное добровольное согласие на выполнение диагностических исследований, и в соответствии с требованиями статьи 9 Федерального закона от 27.07.2006 «О персональных данных» №152-ФЗ - на обработку персональных данных.
Для изучения элементного статуса организма в качестве биосубстратов использовали образцы волос. Определение элементного состава волос проводилось методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС и ИСП-АЭС) на приборах Optima 200DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer, CША) в Центре Биотической Медицины (г. Москва) по методике, утвержденной МЗ РФ. Пробоподготовку и анализ образцов проводили в соответствии с требованиями МАГАТЭ, методическими рекомендациями МЗ СССР и ФЦГСЭН МЗ РФ [5]. В качестве стандартного образца волос использовали образец волос производства Шанхайского института ядерной физики АН КНР (Shanghai Institute of Nuclear Research Academia Sinica, China, P.O. Box 8204, Shanghai 201849). Показатели концентрации химических элементов в волосах сравнивали с референтными значениями, используемыми в качестве нормативов в ЦБМ [14]. В дальнейшем в таблицах приведены химические элементы, в содержании которых в волосах были выявлены достоверные межгрупповые различия.
Вместе с тем, трактовка результатов многоэлементного анализа как индивидуальных, так и групповых исследований представляет определённые трудности в связи с непараметрическим характером распределения результатов исследования. Поэтому в качестве дополнительных описательных характеристик использовали величины медиан (Ме), 25 и 75% - центильные значения.
Статистическая обработка полученного материала проводилась с применением общепринятых методик при помощи приложения «Excel» из программного пакета «Office XP» и STATISTICA 8.0., включая определение средней арифметической (M), ошибку средней арифметической (m). Однако трактовка результатов многоэлементного анализа волос как индивидуальных, так и групповых исследований представляет определенные трудности в связи с непараметрическим характером распределения результатов исследования. Поэтому в качестве дополнительных описательных характеристик использовали величины медиан (Ме), 25 и 75% - центильные значения. Оценку достоверности проводили по Манну-Уитни, используемую при непараметрическом распределения изучаемых параметров: за достоверные принимали различия при значениях р<0,05. Для определения тесноты и достоверности связи между параметрами применяли критерий ранговой корреляции Спирмена (rs), который является непараметрическим аналогом коэффициента Пирсона для интервальных и порядковых переменных, не подчиняющихся нормальному распределению.
Результаты исследования и их обсуждение. Оценка состояния обмена химических элементов в организме позволяет с достаточной точностью судить об эффективности работы его морфофизиологических систем и риске развития тех или иных патологических состояний, что дает возможность использовать такую оценку в качестве средств донозологической диагностики [7]. Определение содержания химических элементов в диагностических биосубстратах также позволяет проводить оценку уровня функциональных резервов индивида [4, 8].
В результате нашего исследования было установлено, что концентрация химических элементов в волосах обследуемых лиц находилась в диапазоне физиологически допустимых значений для здоровых лиц соответствующего возраста [14]. Однако были выявлены значительные межгрупповые и индивидуальные различия. Так, при анализе содержания в волосах химических элементов у лиц с избыточной и нормальной массой тела, статистически значимые различия были выявлены нами в отношении хрома (Cr), кадмия (Cd), магния (Mg), натрия (Na) и цинка (Zn) (табл. 1).
Таблица 1. Элементный состав волос взрослых лиц с избыточной и нормальной массой тела, проживающих в г. Ханты-Мансийске (мкг/г)
В табл. 2 показано, как были распределены обследованные нами лица по степени обеспеченности изучаемыми химическими элементами.
Таблица 2. Распределение обследованных лиц г. Ханты-Мансийска по степени обеспеченности хромом, кадмием, магнием, натрием, селеном и цинком (%)
Примечание: пациенты с метаболическим синдром / пациенты без метаболического синдрома.
Итак, у взрослых жителей северного региона, страдающих метаболическим синдромом, выявлено превышение концентрации Cg и Na в волосах на фоне достоверно худшей обеспеченности Cr, Mg и Zn по сравнению с пациентами, не имеющими метаболического синдрома.
Учитывая влияние данных химических элементов на жировой и углеводный обмен [9, 10, 12, 16] нами были изучены корреляционные связи между избыточной массой тела (ИМТ) и концентрацией этих химических элементов в волосах обследуемых лиц (табл. 3).
Таблица 3. Корреляционные связи между индексом массы тела и концентрацией химических элементов в волосах у лиц с метаболическим синдромом
Выявленная значительная корреляционная связь между ИМТ и концентрацией Cr в волосах (r=+0,614) подтверждает влияние Cr на липидный обмен и согласуется с результатами исследований С.В. Нотовой с соавт. [9]. Важнейшая биологическая роль микроэлемента Cr состоит в регуляции углеводного обмена и уровня глюкозы крови, поскольку хром является компонентом низкомолекулярного органического комплекса - «фактора толерантности к глюкозе» (Glucose Tolerance Factor, GTF). Он нормализует проницаемость клеточных мембран для глюкозы, процессы использования ее клетками и депонирования, и в этом плане функционирует совместно с инсулином. Предполагают, что они образуют комплекс, регулирующий уровень глюкозы в крови. Недостаток Cr формирует диабет второго типа. Хром влияет на липидный профиль сыворотки крови, на массу тела и количество жира в организме, увеличивает чувствительность клеточных рецепторов тканей к инсулину, облегчая их взаимодействие и уменьшая потребность организма в инсулине. Он способен усиливать действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим гормоном [19].
Наличие значительной отрицательной корреляционной связи между содержанием Mg (r=-0,584) и ИМТ, а также сильной отрицательной корреляционной связи между концентрацией Zn (r=-0,752) и ИМТ у лиц с метаболическим синдромом подтверждает концепцию о влиянии обеспеченности эссенциальными биоэлементами Mg и Zn на частоту встречаемости избыточной массы тела (табл. 2).
Известно, что Mg играет важную роль в углеводно-липидном обмене: является необходимым кофактором для лецитин-холестерол-ацетилтрансферазы и липопротеиновой липазы, которые снижают уровень триглицеридов (ТГ) и повышают уровень липопротеидов высокой плотности (ЛПВП). Кроме того, в исследованиях показано участие внутриклеточного Mg в процессах модуляции активности инсулина у больных СД 2 типа [24]. Установлено, Mg²+AТФ-аза контролирует биосинтез холестерина [25]. У больных СД 2 типа одновременное введение глюкозы и дексаметазона вызывает снижение Mg в мышцах и повышение уровня Na [21]. Важно отметить, что у пациентов с избыточной массой тела отмечено снижение уровня Mg в сыворотке крови по сравнению с контролем [24].
Цинк играет роль в метаболизме глюкозы, влияя на синтез инсулина в β-клетках поджелудочной железы. Известно, что Zn входит в состав инсулина. Показано статистически достоверное понижение уровня Zn в сыворотке крови при ожирении. Доказано влияние Zn на высвобождение свободных жирных кислот и глюкозы в жировой ткани. Этот элемент участвует в депонировании и стабилизации молекул инсулина, обеспечивает внутриклеточное депонирование и стабилизацию гормонов нейрогипофиза, участвует в формировании инсулинорезистентности [3, 10, 15].
Наличие положительной корреляционной связи между содержанием Na в волосах и ИМТ (r=0,438) и отрицательной взаимосвязи между содержанием Na и Mg в волосах (r=-0, 265) закономерно. Известно, что дефицит магния ведет к увеличению содержания натрия в клетке [17]. Исследованиями установлено, что высокая концентрация Na при снижении концентрации Mg могут указывать на избыточную продукцию альдостерона и потенциальную опасность развития синдрома артериальной гипертензии [23], являющуюся одним из предикторов метаболического синдрома и, соответственно, избыточной массы тела. Натрий - это основной внеклеточный элемент. В виде катиона Na+ участвует в поддержании гомеостаза: ионного равновесия, осмотического давления в жидкостях организма, водного обмена. Установлено, что при понижении количества Na в сыворотке крови уменьшается объем жидкости во внеклеточном пространстве, а при повышенном, соответственно, повышается.
Обнаружена значительная прямая взаимосвязь между ИМТ и содержанием Cd в биосубстрате (r=0,562). В то же время выявленная сильная отрицательная взаимосвязь между концентрацией в волосах жизненно важного микроэлемента Zn и токсичного химического элемента Cd (r=-0,815) подтверждает антагонистический характер взаимоотношений Zn и Cd и, соответственно, подавляющее влияние повышенных концентраций токсиканта Cd на содержание в организме человека эссенциального микроэлемента Zn. Известно, что Cd в больших количествах концентрируется в табачном дыме [15]. В этой связи активное или пассивное курение отрицательно сказывается на обеспеченности организма Zn и способствует развитию метаболических нарушений. Кроме того, на основе многочисленных исследований была обнаружена связь между Cd и артериальной гипертонией. Исследование мочи в группе больных артериальной гипертонией показало намного превышающее норму выведение ряда элементов, в первую очередь Cd, которого в 50 раз превышало экскрецию у здоровых людей. Также было показано, что введение хелатирующих агентов снижало кровяное давление у больных гипертонией людей [10].
Результаты нашего исследования полностью подтверждают влияние химических элементов на углеводно-липидный обмен и, соответственно, риск развития связанных с этим заболеваний сердечно-сосудистой системы и др. [20, 26, 28].
Таким образом, коррекция нарушений обмена макро - и микроэлементов может рассматриваться как один из вариантов профилактики и патогенетического лечения метаболического синдрома при помощи биологически активных добавок к пище и обогащенных данными биоэлементами продуктов питания.