Comprehensive assessment of certain trace elements, hormones and enzymes in patients with exogenous-constitutional obesity in predicting transition to metabolic syndrome

Full Text

Актуальность. Особое внимание медицинского сообщества к ожирению вполне объяснимо. Как известно, ожирение — один из значимых факторов риска развития и прогрессирования ишемической болезни сердца, артериальной гипертензии, сахарного диабета 2-го типа, заболеваний печени, почек, репродуктивной системы, онкологической патологии и др. [1, 2]. На сегодняшний день доказано, что андроидный (абдоминальный) тип отличается прогрессирующим течением, высоким риском развития метаболического синдрома с последующим поражением жизненно важных органов («недоброкачественное» ожирение, или «метаболически нездоровое» ожирение) [3, 4]. Быстрое прогрессирование абдоминального ожирения в метаболический синдром обусловлено высокой плотностью β-адренорецепторов, рецепторов глюкокортикоидов и андрогенов, локализованных в жировой ткани висцеральной области, которая имеет обильные иннервацию и кровоснабжение, что определяет её высокую метаболическую активность [5].

Современные представления о патогенезе большинства системных заболеваний, таких как ожирение, подразумевают наличие сложных механизмов взаимодействия внешних и внутренних факторов, каскадные механизмы нарушений и многоуровневую регуляцию наиболее значимых функций организма. Изучение проблемы предусматривает комплексный анализ данных, начиная с субклеточных структур и до оценки функционирования на уровне целостного организма [6].

На наш взгляд, один из важнейших аспектов проблемы ожирения — изучение связи этого заболевания с микроэлементными и ферментными нарушениями. По мнению некоторых учёных, недостаток отдельных микроэлементов (Fe, Se, Сr, I, Zn, Cu и др.) способствует формированию метаболического синдрома и имеет не меньшее значение, чем окисление липидов свободными радикалами. Особенно, если учесть тот факт, что в пищевом рационе современного человека присутствует дефицит микроэлементов из-за низкого их содержания в почве и сельскохозяйственных продуктах, а также значительна их потеря при термической обработке пищевых продуктов [6].

Будучи важнейшими катализаторами биохимических реакций, микроэлементы способствуют росту и развитию организма, обмену веществ, адаптации к окружающей среде [7]. Их содержание в организме отражает состояние морфофизиологических систем и бывает предиктором развития той или иной патологии. Эти данные можно использовать в ранней диагностике некоторых болезней, в частности заболеваний, которые связаны с метаболическими нарушениями [8].

В некоторых исследованиях рассматривают перспективы использования оценки микроэлементного состава в донозологической диагностике ряда заболеваний [9, 10]. Определение содержания химических элементов в биологических субстратах некоторые исследователи использовали даже в оценке уровня функциональных резервов организма [6]. И это направление, несомненно, перспективно, поскольку любые изменения, которые мы видим на макроскопическом уровне, на микроскопическом начинаются значительно раньше [6].

При планировании представленного исследования особое внимание мы обратили на микроэлементы хром (Cr), цинк (Zn) и медь (Сu), поскольку именно они принимают наиболее активное участие в формировании метаболических расстройств. Cr участвует в регуляции углеводного и жирового обмена, нормализуя проницаемость клеточных мембран для глюкозы и снижая уровень сывороточного холестерина [11]. Также Cr обладает антиоксидантной активностью [12]. Zn включён в состав более 80 ферментов, регулирующих активность более 200 ферментных систем и биологически активных веществ, принимающих участие в синтезе и распаде углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот, в том числе фермента цинк-­зависимой супероксиддисмутазы. Zn участвует в регуляции инсулиновой секреции непосредственно в β-клетках поджелудочной железы [6]. Cu, помимо активного учас­тия в работе ферментных систем, тесно связан с маркёрами воспаления, что позволяет на субклеточном уровне выявлять признаки, характерные для агрессивных форм рака щитовидной железы, а также прогнозировать развитие сосудистых нарушений. Все перечисленные микроэлементы обеспечивают защиту организма от оксидативного стресса [13–18].

Именно эти микроэлементы были выбраны при изучении метаболических параметров ранних стадий метаболического синдрома и прогнозировании его формирования у пациентов с ожирением.

Цель — изучение микроэлементного статуса (по хрому, цинку и меди), гормональной активности (инсулин, лептин) у женщин, страдающих экзогенно-конституциональным ожирением (ЭКО), в зависимости от типа и степени тяжести ожирения и оценка перспективы использования этих показателей в ранней диагностике метаболического синдрома.

Материал и методы исследования. Было проведено одномоментное поперечное исследование, в которое были включены 288 женщин фертильного возраста (от 20 до 45 лет) с ЭКО и 38 женщин с нормальной массой тела, подписавших информированное согласие на участие в исследовании. Все пациентки были жительницами крупного промышленного центра, выполняли работу, не связанную с тяжёлым физическим трудом, имели хорошие и удовлетворительные бытовые условия. Все были заинтересованы в получении результата от лечения ожирения.

Работу проводили на клинической базе НУЗ «Отделенческая клиническая больница станции Казань ОАО РЖД». Исследование проведено в период с 08.09.2016 по 04.05.2020.

Пациентки были распределены на три группы: с абдоминальным типом ЭКО (ЭКО-АТ) — 116 человек (средний возраст 35,1±4,48 года), с гиноидным типом (ЭКО-ГТ) — 172 человека (средний возраст 33,4±6,11 года), группу контроля — 38 здоровых женщин, сопоставимых по возрасту (средний возраст 35,22±4,17 года), различий между группами не было (р ˃0,05). В исследуемые группы включали пациенток с индексом массы тела (ИМТ) выше 30 кг/м² (в среднем 32,3±4,2 кг/м²). В группу контроля включали пациенток в возрасте 26–44 лет, не имеющих избыточного веса (ИМТ — 27,1±3,2 кг/м²; р <0,05).

Критерии включения: критерий 1 — женщины, возраст от 20 до 45 лет, критерий 2 — сохранение регулярного менструального цикла, критерий 3 — наличие информированного согласия пациентки.

Критерии исключения: вторичные формы ожирения, менопауза, соматические заболевания с осложнённым течением и проявлениями функциональной недостаточности, острая патология, психические расстройства.

Для отбора пациенток в исследование использовали метод простой случайной выборки. Поскольку критерием отбора пациенток с ожирением в исследование был возраст от 20 до 45 лет, сравниваемые группы были сопоставимы по возрасту: первая — ЭКО-АТ, вторая — ЭКО-ГТ. Минимальный объём выборки был рассчитан по формуле:

N=2×(Z_α/2+Z_β)2/(d/SD²),

где N — рассчитываемый объём выборки; Z_α/2 и Z_β — значения нормального распределения при вероятности Z_α/2 и Z_β соответственно; d — клинически значимая разность групповых средний значений; SD — среднеквадратическое отклонение.

При заданном уровне значимости (0,05), мощности критерия (0,80) и d=0,5 минимальный объём выборки (N) должен был составлять не менее 63 пациенток для одной группы [19].

Исследование одноцентровое, одномоментное, кроссекционное.

Методы диагностики включали исследование показателей углеводно-липидного спектра крови с определением базальной гликемии, триглицеридемии, уровня общего холестерина, холестерина липопротеидов высокой плотности, холестерина липопротеидов низкой плотности. Иммунореактивный инсулин и лептин определяли иммуноферментным методом с использованием реактивов фирмы Diagnostic System Laboratories (США). Активность каталазы исследовали по количеству разложившейся под влиянием каталазы перекиси водорода (Королюк М.А.), активность пероксидазы — по методу фотометрической регистрации понижения концентрации индигокармина (Попов Т., Нейковская Л., 1971).

Исследование содержания металлов (Cu, Zn, Cr) в сыворотке крови проводили методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе AAnalyst 400 (Perkin Elmer, США).

Фенотип ожирения определяли по индексу висцерального ожирения (ИВО) — показателю «функции висцеральной жировой ткани» и чувствительности к инсулину. ИВО не позволяет диагностировать осложнения ожирения или сопутствующую патологию, но предполагает оценку кардиометаболического риска (предрасположенности) для пациентов с ожирением. ­Полученный показатель оценивают в зависимости от половой принадлежности и возрастной группы [19, 20]. Расчёт показателя ИВО проводили по формуле:

ИВО=ОТ/36,58+1,89×ИМТ×ТГ/0,81×1,52/ЛПВП,

где ИВО — индекс висцерального ожирения; ОТ — окружность талии; ИМТ — индекс массы тела; ТГ — триглицериды; ЛПВП — липопротеиды высокой плотности.

ИВО=1 для здоровых пациентов. Критериями кардиометаболического риска были приняты значения ИВО у женщин <30 лет — 2,52; 30–42 лет — 2,23; 42–45 лет — 1,92 [21].

Степень тяжести ожирения определяли в соответствии с классификацией по ИМТ (Всемирная организация здравоохранения, 1997) [14].

ИМТ определяли по формуле:

ИМТ=m/h², где m — масса тела (кг); h — рост (м).

Индекс инсулинорезистентности (HOMA-IR — от англ. homeostasis model assessment of insulin resistance) рассчитывали по формуле:

HOMA-IR = инсулин (мкЕД/мл) × глюкоза плазмы (ммоль/л) / 22,5.

Статистическую обработку результатов исследования осуществляли с помощью пакета статистических программ Statistica 10.0 for Windows (StatSoft Inc.). Распределение признака в выборке проводили по тесту Шапиро–­Уилка. При правильном распределении данные представлены в виде M±σ (среднее значение ± стандартное отклонение). Правильное распределение было характерно для показателей микроэлементов в группах с различной степенью тяжести ожирения (табл. 1). При «скошенных» распределениях данные представляли в виде медианы (Me) (отмечено во всех группах показателей при распределении по типу ожирения, табл. 2). По этой причине статистическую значимость связи между значениями показателей концентрации цинка, хрома, меди с некоторыми антропометрическими (ИМТ, окружность талии/окружность бёдер), биохимическими показателями и ферментами оценивали с помощью непараметрического R-критерия Спирмена (поскольку в этом случае распределение может быть не обязательно нормальным). Различия считали значимыми при уровне p <0,05.

Таблица 1. Метаболические показатели пациенток в зависимости от типа ожирения (Me)

Примечание: для статистического анализа использован критерий инверсий — p <0,05; p <0,01; различия считали значимыми при уровне p <0,05; p_1–2 — различия между группами ЭКО-АТ и ЭКО-ГТ; p_1–3 — различия между пациентками с ЭКО-АТ и группой здоровых; p_2–3 — различия между пациентками с ЭКО-ГТ и группой здоровых. ­ЭКО-АТ — экзогенно-конституциональное ожирение андроидного типа; ЭКО-ГТ — экзогенно-конституциональное ожирение гиноидного типа; НОМА-IR (от англ. homeostasis model assessment of insulin resistance) — индекс инсулинорезистентности.

Таблица 2. Корреляционная связь микроэлементов с морфологическими критериями ожирения, показателями углеводного и жирового обмена и активностью ферментных систем согласно коэффициенту Спирмена

Примечание: для оценки силы корреляционной связи применяют шкалу Чеддока: слабая — от 0,1 до 0,3; умеренная — от 0,3 до 0,5; заметная — от 0,5 до 0,7; высокая — от 0,7 до 0,9; весьма высокая (сильная) — от 0,9 до 1,0.

Исследование одобрено этическим комитетом Казанской государственной медицинской академии — филиала ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России 08.09.2016 (протокол №2-09).

Результаты. Полученные данные анализировали по трём группам показателей — состояние углеводного обмена, состояние жирового обмена, тканевая активность ферментных систем и микроэлементный состав крови.

При сравнении полученных данных у пациенток с различными типами ожирения было выявлено, что тип ожирения ассоциирован с показателями углеводно-жирового обмена и микроэлементного статуса. При этом отмечены значительные метаболические сдвиги в группе пациенток с ЭКО-АТ, в том числе увеличение содержания глюкозы и триглицеридов при сниженном уровне холестерина липопротеидов высокой плотности и повышенном уровне холестерина липопротеидов низкой плотности (см. табл. 2). В группе пациенток с ЭКО-АТ выявлены более высокие уровни инсулина и лептина не только по сравнению с группой контроля, но и по сравнению с пациентками группы ЭКО-ГТ. И, соответственно, аналогичные изменения выявлены со стороны НОМА-IR.

Обнаружена более низкая концентрация хрома и цинка в сыворотке крови у пациенток с ожирением по сравнению с контролем (p <0,01), причём в группе ЭКО-АТ показатель концентрации цинка был достоверно ниже, чем в группе ЭКО-ГТ (p <0,05), при тенденции к снижению концентрации хрома. Также у пациенток с ожирением зарегистрирована ­более высокая концентрация меди, чем в группе контроля, в первую очередь в группе ЭКО-АТ (p <0,01; см. табл. 1).

Несмотря на относительную однородность группы, мы оценили корреляционную связь по исследуемым микроэлементам с возрастом, типом ожирения, ИМТ (табл. 3).

Таблица 3. Метаболические показатели пациенток в зависимости от степени ожирения (M±σ)

Примечание: для статистического анализа использован критерий инверсий; p <0,05; p <0,01; p₁ — различия между пациентками с ЭКО-АТ и ЭКО-ГТ; p₂ — различия между пациентками с ЭКО-АТ и группой здоровых; p₃ — различия между пациентками с ЭКО-ГТ и группой здоровых; ЭКО-АТ — экзогенно-конституциональное ожирение андроидного типа; ЭКО-ГТ — экзогенно-конституциональное ожирение гиноидного типа.

Высокую корреляцию выявили по уровню меди с типом ожирения (r=0,98) и доле содержания жира в организме (r=0,74), уровнем гликемии (r=0,85), инсулина (r=0,75) и лептина (r=0,74). Не менее значимая связь показателя содержания меди отмечена с уровнем основных показателей липидного обмена — с уровнем триглицеридов (r=0,97), холестерина (r=0,88) и активностью ферментных систем (см. табл. 3).

Также был проведён анализ с распределением пациенток в группы по степени ожирения: I степени — 116 человек, II степени — 112 женщин, III степени — 60 человек. Однако по этому критерию (количество пациенток с различной степенью ожирения) распределение в группах оказалось неравномерным. При распределении пациенток по степени ожирения в группе с ЭКО-АТ и ожирением I степени оказались 39 (33,6%) человек, с ожирением II степени — 42 (36,2%) женщины, с ожирением III степени — 35 (30,2%) человек. В группе пациенток с ЭКО-ГТ с ожирением I степени были 77 человек (44,7%, р <0,05), с ожирением II степени — 70 женщин (40,8%, р <0,05), с III степенью — 25 человек (14,5%, р <0,05). По этой причине анализ связи между степенью выраженности ожирения и исследуемыми показателями проведён также с учётом не только степени, но и типа ожирения (см. табл. 1).

Отмечено, что с увеличением степени ожирения увеличивалось и содержание меди в сыворотке крови. В группах с различным типом ожирения показатель концентрации меди достоверно был выше показателя у здоровых (p <0,01; см. табл. 1).

У пациенток с ЭКО-АТ отмечено прогрессирующее снижение значений показателя цинка (см. табл. 1), однако у пациенток с ЭКО-ГТ мы наблюдали противоположное явление — уровень цинка с увеличением степени ожирения напротив повышался. Содержание меди у пациенток с ожирением в обеих группах было повышено, причём, начиная со II степени ожирения, достоверно выше, чем в группе контроля. Уровень хрома был значительно снижен у всех пациенток с ожирением независимо от типа и степени (см. табл. 1).

Обсуждение. В результате проведённого исследования мы проанализировали данные по содержанию микроэлементов и выявили различия в значениях показателей меди, цинка и хрома у пациенток с различным типом и степенью тяжести ожирения.

В нашем исследовании практически по всем показателям выявлена корреляционная связь, что подтверждает достаточно раннее проявление нарушения микроэлементного состава крови у пациентов с ожирением. Пока сложно сказать, приводит дисбаланс микроэлементов к формированию инсулинорезистентности и оксидативного стресса или бывает следствием этих процессов, но нами выявлена заметная связь между показателями инсулина и лептина с уровнями цинка и хрома. А связь инсулина и лептина с уровнем меди оказалась высокой. Также высокая связь у показателей цинка и меди с уровнем гликемии. Таким образом, значение определения микроэлементов в ранней диагностике и прогнозировании развития инсулинорезистентности и метаболического синдрома, несомненно, требует дальнейшего изучения.

Показатели обменных процессов также оказались зависимыми от степени ожирения, по мере увеличения которой выявлено ухудшение показателей углеводно-жирового обмена — тенденция к увеличению средних значений концентрации глюкозы, триглицеридов, холестерина липопротеидов высокой плотности и липопротеидов низкой плотности. Прогрессивно увеличивалось содержание инсулина и лептина, причём при ожирении II и III степени тип ожирения уже имел минимальное значение в повышении этих показателей. Содержание цинка, меди и хрома в группах ЭКО-АТ и ЭКО-ГТ (всех степеней ожирения) достоверно отличалось от показателей группы здоровых женщин (p <0,01).

Мы ожидали обнаружить связь между некоторыми микроэлементами и значениями лабораторных показателей, характеризующих состояние углеводного и жирового обмена, поскольку в научных публикациях разных авторов встречаются данные по влиянию дефицита отдельных микроэлементов, в том числе Сr, Zn, Cu, в формировании метаболического синдрома [6–9]. В некоторых исследованиях отмечено, что по микроэлементному составу в организме можно прогнозировать нарушение углеводного обмена. Известно, что высокий уровень железа (Fe) в крови коррелирует с гипергликемией и сахарным диабетом 2-го типа, а высокий уровень магния (Mg), кальция (Ca) и цинка (Zn) ассоциирован с развитием метаболического синдрома [1–6]. Есть работы, авторы которых рекомендуют использовать назначение Ca и Zn для нормализации нарушений углеводного обмена [7, 8].

В нашем исследовании у пациенток с ожирением отмечено снижение уровня цинка, более выраженное у женщин с ЭКО-АТ, и дефицит Zn прогрессировал с увеличением степени ожирения: при II степени — 0,85±0,007 мг/л (в группе контроля 0,98±0,008 мг/л), при III степени — 0,77±0,006 мг/л. А учитывая высокую корреляцию уровня цинка у пациенток этой группы с типом ожирения (по критерию окружность талии/окружность бёдер; r=1,0), уровнем гликемии (r=0,74), триглицеридов (r=0,90) и общего холестерина (r=0,77), дальнейшие исследования должны быть направлены на более детальное изучение влияния прогрессирующего снижения уровня цинка на риск формирования и других компонентов метаболического синдрома. Тем более что в группе пациенток с ЭКО-ГТ, хотя и зарегистрировано снижение уровня цинка, но значительно в меньшей степени, чем у пациенток с ЭКО-АТ. А с увеличением степени ожирения наоборот была отмечена тенденция к повышению уровня цинка, возможно, компенсаторному, поскольку именно цинк входит в состав более 80 ферментных систем, регулирующих синтез и распад углеводов, жиров и белков [11, 13], что свидетельствует о лучшей сохранности механизмов метаболической регуляции у пациентов с ЭКО-ГТ.

Снижение уровня хрома зафиксировано у пациенток обеих исследуемых групп (ЭКО-АТ и ЭКО-ГТ), и очень значительное по сравнению с контролем, что свидетельствует о снижении толерантности к глюкозе, а также нарушении проницаемости клеточных мембран, дислипидемии и снижении антиоксидантной защиты [8, 9]. Уровень хрома оказался в корреляционной зависимости средней силы как от показателей углеводного и липидного обмена, так и от показателей, характеризующих активность ферментных систем (каталаза, пероксидаза). И тот факт, что нам не удалось выявить зависимости от типа или степени тяжести ожирения, подтверждает большое влияние оксидативного стресса на сам факт формирования заболевания. И без устранения этого фактора рассчитывать на эффективное лечение вряд ли возможно.

У пациенток с ожирением отмечен более высокий уровень содержания меди в крови по сравнению с контролем, причём максимальная выраженность была у пациенток с ЭКО-АТ III степени.

Полученные данные позволили выявить корреляцию между уровнем исследованных микроэлементов, а также формированием и прогрессированием метаболического синдрома, в частности с дефицитом цинка, хрома и избытком меди. Выявленные ассоциации этих нарушений с типом и степенью тяжести ожирения позволяют определить направление дальнейших исследований на оптимизацию лечебной тактики с учётом микроэлементного дефицита у пациентов с различным типом и степенью ожирения и использования средств выравнивания микроэлементного баланса для достижения максимального клинического эффекта.

Поскольку исследование было наблюдательным, а выборка достаточно большой, пациентки имели некоторые отличия в получаемой терапии, и динамика показателей могла бы оказаться в зависимости от этого факта, но поскольку в представленной статье обсуждаются вопросы, больше связанные с первичной диагностикой (на момент взятия под наблюдение) и прогнозированием на основании этих данных, результаты обследования представлены полностью. Все отклонения от Bias находились в пределах ±SD. Дальнейшие исследования будут связаны с оценкой эффективности лечения ожирения с включением микроэлементной коррекции.

Выводы

1. В процессе исследования выявлено повышение концентрации меди у пациенток с ожирением, особенно в группе с абдоминальным типом экзогенно-конституционального ожирения при ожирении выше II степени. Обнаружено снижение уровней цинка и хрома, прогрессирующее с увеличением степени ожирения.

2. Выявление повышенных значений уровня меди и снижения показателей концентрации хрома и цинка — неблагоприятный признак у пациентов с ожирением, свидетельствующий о глубоких нарушениях метаболических процессов и формировании метаболического синдрома.

Участие авторов. Т.В.Н. — дизайн исследования, получение и анализ данных, написание статьи, одобрение финальной версии и согласие нести ответственность за все аспекты работы; И.А.К. — концепция и дизайн исследования, анализ данных, написание статьи, одобрение финальной версии и согласие нести ответственность за все аспекты работы.
Источник финансирования. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

About the authors

T V Nikishova

Author for correspondence.
Email: ntv116@mail.ru
Russian Federation, Kazan, Russia

I A Kurnikova

Email: ntv116@mail.ru
Russian Federation, г. Москва, Россия

References

Supplementary files