Оренбургский государственный университет

Роль металл-лигандных форм микроэлементов при нарушениях углеводного обмена различного генеза

Проект № 22-25-00600

Руководитель — Нотова С.В.

Для реализации проекта была разработана методика с использованием высококалорийной диеты, которая позволила смоделировать ранние нарушения углеводного обмена у лабораторных животных. Установлено, что ранние нарушения углеводного обмена на фоне употребление высококалорийного рациона сопровождались значительными изменениями в концентрации химических элементов в сыворотке крови и печени. В опытной группе крыс линии Wistar в сыворотке крови отмечалось статистически значимое снижение уровня Fe, Cr, I, Zn, K, Ca и увеличение V. В опытной группе крыс линии SHR фиксировалась схожая картина элементного статуса. Наблюдалось статистически значимое снижение уровня I, Fe, Cr, B, Zn и увеличение Ca и Se. В опытной группе крыс линии Wistar в печени отмечалось статистически значимое увеличение уровня Ca, V, Cr, Fe, Co. В опытной группе крыс линии SHR отмечалось статистически значимое снижение уровня Se, Mg и увеличение K, Fe, Ca и Cr. В ходе корреляционного анализа между химическими элементами сыворотки крови и печени было установлена следующая закономерность – снижение ряда химических элементов в печени приводит к их увеличению в сыворотки крови и наоборот. Возможно, такая закономерность, связанная с обратным перераспределением некоторых химических элементов, объясняется защитным механизмом. Анализ активности антиоксидантных ферментов сыворотки крови и печени показал тенденцию к снижению активности всех изучаемых ферментов (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза) в опытных группах относительно контрольных. Корреляционный анализ между элементами сыворотки крови и показателями углеводного/липидного обмена и ферментами антиоксидантной системы выявил следующие закономерности. Для крыс линии Wistar наибольшее количество взаимосвязей с показателями углеводного/липидного обмена и ферментами антиоксидантной системы было установлено для Ca, K, Na, Cr, Fe, I, Zn и V, для группы SHR для Ca, Mg, Cr, Fe, I, Se, Mn и Zn. Обращает на себя тот фак, что у крыс линии Wistar фиксировалось снижение уровня Ca, а у крыс SHR – повышение, в то время как уровень Cr, Fe, I и Zn снижался в сыворотке крови животных обеих опытных групп. Анализ форм микроэлементов был выполнен посредством разделения сыворотки крови на фракции с последующим определением содержания металла в каждой фракции методом масс-спектрального анализа с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Для определения форм связывания элементов в сыворотке крови в качестве элемент-специфического детектора был использован ИСП-МС NexION 300D. Условия эксплуатации прибора были такими же, как и при определении общего содержания металлов в сыворотке крови. Разделение проводили с помощью системы для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) компании PerkinElmer (Series 200). Для разделения форм элементов использовали метод эксклюзионной хроматографии. Для оптимизации процесса разделения соединений сыворотки крови ВЭЖХ-система была оснащена хроматографическими колонками двух типов, что позволило улучшить степень разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений. Для разделения высокомолекулярных соединений была использована хроматографическая колонка Agilent Bio SEC-5 (7.8 × 300 mm) с размером пор 300 Å. Вторая колонка Agilent Bio SEC-5 (7.8 × 150 mm) с размером пор 130 Å применялась для деления низкомолекулярных компонентов. Установленный в ходе исследования дефицит цинка в сыворотке крови у животных опытных групп является фактором риска развития ожирения и диабета. Было выявлено четыре цинксодержащих фракций: α2-макроглобулин, альбумин, аминокислотные комплексы и низкомолекулярные формы цинка. Процентное соотношение фракций в контрольных группах обеих линий крыс было практически одинаковым и не имело статистически значимых различий. В опытной группе Wistar относительно контрольной группы происходило достоверное процентное увеличение альбуминовой фракции с 45% до 66% на фоне снижения аминокислотных комплексов и низкомолекулярных форм цинка, уровень α2-макроглобулин не претерпел значительных изменений. В опытной группе SHR наблюдалась иная картина, отмечалось снижение уровня альбуминовой фракции с 51% до 46% и аминокислотных комплексов с 26% до 6% на фоне увеличения а2-макроглобулина и низкомолекулярных фракций цинка. Изучение комплексообразования цинка имеет важное значение, поскольку различные формы данного микроэлемента вовлечены в разнообразные биохимические и физиологические процессы, включая транспорт Zn2+ в печень и другие органы; участие в процессах цитотоксичности и воспаления, дезактивации свободных радикалов и т.д. Таким образом, выявленные достоверные изменения распределения цинка по отдельным формам в сыворотке крови свидетельствует об изменении его метаболизма на фоне употребления высококалорийного рациона, при этом наибольшие фракционные сдвиги фиксировались у крыс линии SHR. Важно отметить тот факт, что изменение видообразования химических элементов в опытных группах происходило не только в случае, когда их концентрация выражено отличалась от значений контрольной группы; данное утверждение продемонстрировано на видообразовании меди. Во многих современных исследования отмечают увеличение концентрации уровня меди при избыточном весе и ожирении, однако в нашем исследовании общая концентрация меди в сыворотке крови у животных опытных групп не претерпела значительных изменений ни в сыворотке крови, ни в печени относительно контрольных групп, тем не менее произошло изменение соотношения ее фракций на фоне употребления высококалорийного рациона. Было выявлено четыре медьсодержащих фракций: транскупреин, церулоплазмин, альбумин и низкомолекулярные формы меди. В обеих опытных группах выявлена тенденция к увеличению уровня транскупреина на фоне снижения церулоплазмина и альбумина, отмечалась тенденция к увеличению уровня низкомолекулярных форм меди. Таким образом, оценка медных фракций в сыворотке крови позволила выявить наличия нарушений метаболизма данного металла при воздействии высококалорийного рациона на этапе, предшествующем достоверным изменениям общей концентрации в сыворотке крови. Данное обстоятельство с одной стороны свидетельствует о высоком потенциале оценки форм химических элементов в организме.