THE PATHOGENIC MECHANISMS OF DERANGED FUNCTIONAL ACTIVITY OF CELL MEMBRANES IN PATIENTS WITH DIABETES MELLITUS TYPE I AND PRIMARILY DETECTED DIABETES MELLITUS TYPE II

Full Text

Сахарный диабет (СД) является одной из важнейших медико-социальных проблем вследствие высокой распространенности, ранней инвалидизации и сокращения продолжительности жизни больных. Изучение механизмов инсулиновой регуляции, этиологии и патогенеза СД, поиски новых методов лечения проводятся в мире очень широко и интенсивно. В последнее время главные задачи исследований — переход от диагностики диабета к его предсказанию, от лечения к предупреждению диабетических осложнений [1]. Результаты многих исследований, в частности испытания DCCT (The DiaControl and Complication Trial), свидетельствует о том, что одной из основных причин развития поздних сосудистых осложнений диабета является гипергликемия [1, 9]. Однако молекулярные механизмы, определяющие взаимосвязь между нарушением гомеостаза глюкозы и развитием диабетических ангиопатий, окончательно не ясны. Накапливается все больше данных о том, что повреждающее действие гипергликемии на сосудистую стенку опосредуется свободными радикалами. При этом установлено, что в механизмах повышения перекисного окисления липидов (ПОЛ) при диабете участвует не только гипергликемия, но и гипоинсулинемия [7, 10]. Между тем недостаточно изучены закономерности изменений свободнорадикальных процессов и особенно сти функционирования различных компонентов антиок-сидантной защиты (АОЗ) у больных СД. Целью исследования являлось изучение особенностей изменения функциональной активности мембран клеток крови у больных СД 1-го типа и впервые выявленным СД 2-го типа. Проведено комплексное исследование структурнофункционального статуса мембран на модели эритроцитов и особенностей нарушения глюкозоинсулинового гомеостаза у 42 пациентов с сахарным диабетом 1-го и 2-го типа. В контрольную группу были включены 20 практически здоровых доноров, не предъявлявших на момент обследования жалоб (мужчины и женщины в возрасте от 25 до 55 лет). Исследовали липидный состав сыворотки и мембран эритроцитов, степень переокисления липидов, утилизацию глюкозы эритроцитами, а также состояние ферментов АОЗ у 23 больных, страдающих СД 1-го типа, длительность которого варьировала от 1 года до 10 лет. Степень компенсации СД была определена с учетом содержания глюкозы в сыворотке крови утром натощак и концентрации гликированного гемоглобина (HbA1c). Компенсацию углеводного обмена у больных считали при показателе HbA1c ниже 7,0%. У 19 пациентов 40—65 лет был впервые выявлен СД 2-го типа (СД2). Показатели метаболизма глюкозы у них на момент первичного обращения за медицинской помощью указывали на декомпенсиро-ванное течение заболевания (средний уровень HbA1c 14,6%, суточная гликемия 16,26 ммоль/л, доза инсулина 0,95 Ед/кг). Больные СД 1 получали человеческий рекомбинантный инсулин в индивидуальной дозе по интенсифицированной схеме (от 0,35 до 1,66 Ед/кг). Данное исследование одобрено комитетом по этике РНИМУ Больные давали информированное согласие на участие в данном исследовании. Об интенсивности ПОЛ в выделенных плазматических мембранах эритроцитов судили по ранее описанному нами методу [4, 5], т. е. по содержанию гидроперекисей (ГП) и малонового диальдегида (МДА), используя цветную реакцию с тиобарбитуровой кислотой (ТБК) [14]. Содержание общего холестерина (ОХ), триглицеридов (ТГ), холестерина липопротеидов высокой плотности (ХС ЛПВП) в сыворотке крови определяли на автоанализаторе Airone 200 ферментным методом с помощью комбинированных диагностических наборов фирмы "Biocon" (Германия). Концентрацию ХС ЛПНП и ХС ЛПОНП оценивали по расчетным формулам W. T. Friedwald (1972), коэффициент атерогенности (КА) — по формуле А. Н. Климова (1999). Активность супер-оксиддисмутазы (СОД) и каталазы определяли с помощью наборов фирмы "Sigma", концентрацию восстановленного глутатиона (GSH) и окисленного глутатиона (GSSG) — по методу Hissin, Hilf (1976). Содержание лактата и АТФ крови определяли с помощью наборов фирмы "Boehringer", активность Na+, К+-АТФазы — по модифицированному методу [3]. Антиокислительную активность (АОА) оценивали с помощью метода Г. И. Клебанова и соавт. (1988). Результаты исследования обрабатывали с использованием критерия t Стьюдента. Данные исследований, представленные в табл. 1, свидетельствуют о том, что у больных СД 1 типа и с впервые выявленным СД 2 усилен синтез активных кислородных метаболитов в мембранах эритроцитов, на это указывает высокая концентрация переокисленных продуктов. Однако при этом АОА сыворотки по сравнению с контрольной группой повышается (p < 0,05). При анализе процессов свободнорадикального окисления липидов у больных СД 1-го типа, обнаружено достоверное повышение широкого спектра продуктов липопероксидации: ДК в 1,72 раза (p < 0,01), ГП в 1,48 раза (p < 0,05) и МДА в 1,25 раза (p < 0,01) по сравнению с контрольной группой. Активация процессов ПОЛ у больных СД 1-го типа, наблюдалась с Т аблица 1 Изменение метаболических показателей крови у больных СД 1 и впервые выявленным СД 2 (M ± т) Показатель Контрольная группа Больные СД 1 Больные с впервые выявленным СД 2 АОА, усл. ед. 13,98 ± 1,13 17,46 ± 0,92* 15,17 ± 1,2 МДА, мкмоль/л 1,86 ± 0,12 2,45 ± 0,12** 2,93 ± 0,12** СОД, усл. ед. 1,85 ± 0,02 1,5 ± 0,04* 1,2 ± 0,01** GSH, мкмоль/л 3,92 ± 0,11 2,58 ± 0,09* 2,03 ± 0,01** GSSG, мкмоль/л 1,75 ± 0,08 1,93 ± 0,08 2,16 ± 0,11* Активность Na+, К+-АТФазы, мкмоль P./ч · 1 мг белка 8,107 ± 0,04 4,032 ± 0,03** 3,61 ± 0,03** АТФ, мкмоль/л 621 ± 26,8 364,7 ± 17,6** 317,8 ± 17,9* Утилизация глюкозы эритроцитов, мкмоль (2 · 109) кл/ч 1,68 ± 0,05 0,91 ± 0,02* 0,87 ± 0,03* Примечание. *p < 0,05; **p < 0,01. одновременным увеличением содержания общих липидов в 1,36 раза относительно контрольной группы (p < 0,001). У больных СД 1 липопротеиновый спектр сыворотки крови характеризовался повышением концентрации ОХ и индекса атерогенности. При этом выраженность метаболических нарушений у пациентов с СД 1 зависела от длительности диабета, стадии компенсации углеводного обмена и наличия сосудистых осложнений: отмечено заметное повышение содержания ОХ у пациентов, у которых заболевание длилось более 5 лет или имелись сосудистые осложнения. У пациентов с впервые выявленным СД 2 обнаружены более выраженные и разнообразные отклонения показателей липидного обмена (см. табл. 1). Повышение содержания общего холестерина и триацилглицеридов в сыворотке крови сопровождалось снижением уровня ХС ЛПВП. Отмечалось снижение степени утилизации глюкозы эритроцитами и концентрации АТФ крови в 1,9 раза (p < 0,05) при резком возрастании уровня лактата до 2,83 ± 0,4 (при 1,14 ± 0,09 в контрольной группе, p < 0,05). Установлено также, что указанные изменения носят однонаправленный характер независимо от типа диабета, но более выражены при впервые выявленном диабете 2-го типа. Недостаток АТФ у диабетических больных связан, по-видимому, со снижением степени утилизации глюкозы клетками (г = 0,87, p < 0,05), нарушением фосфорилирования глюкозы и недостаточной наработкой АТФ. Достоверное повышение концентрации лактата, МДА и других ТБК-активных продуктов (p < 0,05) свидетельствует о наличии оксида-тивного стресса. Выявленное нами достоверное снижение активности мембраносвязанной K+, №+-АТФазы в эритроцитах может указывать на структурную модификацию липидного матрикса мембран и нарушение синтеза АТФ. В свою очередь дефицит АТФ в организме в связи с нарушением фосфорилирования углеводов, а также белков, по-видимому, может способствовать изменению свойств мембрано-рецепторного аппарата и приводить к гипоксии. Активация процессов ПОЛ у больных СД 1-го типа наблюдалась одновременно с увеличением содержания общих липидов в 1,36 раза относительно контрольной группы (p < 0,05), при впервые выявленном СД 2 концентрация общих липидов повышалась в 1,53 раза (p < 0,05). Анализ липидного спектра у больных позволил установить повышение показателей ОХ, ХС ЛПНП и ТГ по сравнению с референтными значениями независимо от типа диабета. Показатели ХС ЛПОНП и ХС ЛПВП у диабетических больных не отличались от соответствующих референтных показателей на липидограммах (табл. 2). При СД 1-го типа гиперлипопротеинемия, как правило, является вторичной, развивается вследствие абсолютной инсулиновой недостаточности, снижения активности липопротеинлипазы. У больных независимо от типа СД дислипопротеинемия является одной из ведущих причин развития инсулинорезистентности, раннего атеросклероза и формирования сосудистых осложнений. Об этом свидетельствуют исследования G. Boden и G. Shulman [8], которые описали внутриклеточные механизмы развития Таблица 2 Сравнение показателей липидного спектра у больных СД 1 и впервые выявленным СД 2 с референтными величинами Показатель Больные СД 1 (M ± m) Больные СД 2 (M ± m) Референтные величины ОХ, моль/л 5,88 ± 0,28 6,88 ± 0,08 3,40—5,20 ХС ЛПНП, ммоль/л 4,28 ± 0,35 4,88 ± 0,11 < 3,40 ХС ЛПОНП, ммоль/л 0,73 ± 0,14 0,86 ± 0,19 < 0,90 ХС ЛПВП, ммоль/л 1,67 ± 0,10 1,35 ± 0,10 > 1,00 ТГ, ммоль/л 1,98 ± 0,54 2,63 ± 0,54 0,40—1,80 КА, усл. ед. 2,78 ± 0,31 1,89 ± 0,31 < 3,50 инсулинорезистентности, обусловленные аккумуляцией липидов. Известно, что инсулинотропная активность жирных кислот повышается со степенью их насыщенности. Установлено также ингибирующее влияние повышенной концентрации липидов на функцию β-клеток поджелудочной железы [11]. Выраженная интенсификация свободнорадикальных реакций у больных диабетом приводит к повреждению липидных и белковых компонентов клеток, способствует образованию и накоплению высокотоксичных липоперекисных соединений, таких как ДК, ГП, МДА, усиливающих процессы дестабилизации клеточных мембран и субклеточных структур, и, следовательно, может оказывать негативное влияние на течение диабета. При сравнительном анализе показателей АОА установлено, что у больных СД 1-го типа достоверно повышалась общая АОА крови на 25% относительно контрольной группы (p < 0,05) (см. табл. 1), что свидетельствует о мобилизации защитных механизмов для нейтрализации свободных радикалов. По данным F. Mercuri и соавт. [12], общая способность плазмы крови связывать свободные радикалы позволяет получить более надежную информацию об антиоксидантной емкости, чем оценка активности каждого из присутствующих в ней антиоксидантов. Как следует из представленных в табл. 1 данных, у больных СД 1-го типа повышение активности липоперок-сидации сопровождается достоверным снижением восстановленного глутатиона в 1,13 раза относительно контрольной группы (p < 0,05), что может свидетельствовать о снижении внутриклеточных защитных механизмов против перекисей липидов. Известно, что все свои основные функции глутатион выполняет в восстановленной форме, выступая эффективной ловушкой радикалов [13]. У больных СД 1 типа также выявлено существенное снижение активности СОД в сравнении с контрольной группой (p < 0,05). СОД рассматривается в качестве фермента, выполняющего не только защитную, но и регуляторную функцию, являясь ключевым звеном системы регуляции стационарной концентрации супероксидного анион-радикала [2]. Существует мнение, что удаление супероксидного анион-радикала необходимо для защиты от окисления внутриклеточного глутатиона [6]. Можно предполагать, что полученные нами данные отражают общеприспособительные механизмы в развитии заболевания, которые способствуют адаптации к отрицательному влиянию активных форм кислорода. Следовательно, у диабетических больных по сравнению с контрольной группой наблюдается гиперактивация ПОЛ с включением разных механизмов АОЗ, как ферментативных, так и неферментативных. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее выраженная активация процессов ПОЛ с повышением концентрации ГП, ДК и МДА наблюдается у больных с впервые выявленным СД 2-го типа по сравнению как с больными СД 1-го типа, так и с контрольной группой. Выводы 1. В основе метаболической недостаточности у больных СД 1-го типа и впервые выявленным СД 2-го типа лежит угнетение аэробного синтеза АТФ вследствие активации гликолитических процессов, возрастание концентрации лактата и развитие ПОЛ. Увеличение концентрации метаболитов ПОЛ и повышение уровня лактата свидетельствуют о развитии оксидативно-го стресса, особенно выраженного при СД 2-го типа. Снижение степени утилизации глюкозы эритроцитами и ингибирование активности K+, №+-АТФазы указывают на снижение чувствительности клеток к инсулину. 2. СД у больных протекает с нарушением липидного обмена, активацией процессов липидной пероксидации, проявляющейся увеличением содержания как первичных, так и вторичных продуктов ПОЛ, изменением структурно-функциональных свойств эритроцитарной мембраны, а также нарушениями в системе АОЗ. Изменения изучаемых показателей зависят от типа диабета и длительности течения заболевания.

About the authors

N. P Mikayelyan

N.I. Pirogov Russian national research medical university

Email: ninmik@yandex.ru

V. V Potiyemkin

N.I. Pirogov Russian national research medical university

A. A Terentyev

N.I. Pirogov Russian national research medical university

I. O Kulayeva

N.I. Pirogov Russian national research medical university

Ye. Yu Frantzeva

N.I. Pirogov Russian national research medical university

References

Supplementary files