Нарушение глюкозо-инсулинового гомеостаза у женщин репродуктивного возраста с метаболическим синдромом

ТЕРАПИЯ

Нарушение глюкозо-инсулинового гомеостаза у женщин репродуктивного возраста с метаболическим синдромом

Н.П.Микаелян1, А.Г.Максина2, А.В.Микаелян3, C.В.Новикова3, С.Д.Михайлова1

1Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И.Пирогова, НИЛ патологии сердечно-сосудистой системы, Москва (зав. лабораторией - проф. С.Д.Михайлова);

2Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И.Пирогова, кафедра медицинской и биологической физики педиатрического факультета, Москва (зав. кафедрой - А.Я.Потапенко);

3Московский областной НИИ акушерства и гинекологии

Изучены состояние клеточных мембран и артериальное давление у женщин репродуктивного возраста с метаболическим синдромом, сопровождающимся ожирением и сахарным диабетом 2 типа. Установлено, что нарушению глюкозо-инсулинового гомеостаза сопутствуют гиперхолестеринемия, артериальная гипертензия, окислительный стресс, структурные нарушения мембран эритроцитов, а также изменения структуры мембранно-связанных белков. Это является основанием для назначения адекватной терапии, направленной не только на нормализацию артериального давления, но и на устранение метаболических нарушений.

Ключевые слова: метаболический синдром, сахарный диабет, инсулинорезистентность, ожирение, артериальная гипертензия

Disorder of the glucose-insulin homeostasis in women of reproductive age with metabolic syndrome

N.P.Mikaelyan1, A.G.Maxina2, A.V.Mikaelyan3, S.V.Novikova3, S.D.Michailova1

1N.I.Pirogov Russian National Research Medical University,

Research Laboratory of Cardiovascular System Pathology, Moscow

(Head of the Laboratory - Prof. S.D.Mikhailova);

2N.I.Pirogov Russian National Research Medical University,

Department of Medical and Biological Physics of Pediatric Faculty, Moscow

(Head of the Department - A.Ya.Potapenko);

3Moscow Regional Research Institute of Obstetrics and Gynecology

The state of cell membranes and blood pressure in women of reproductive age with metabolic syndrome, accompanied by obesity and type 2 diabetes was under study. It was established that the disorder of the glucose-insulin homeostasis was accompanied by hypercholesterolimea, hypertention, increased oxidative stress, structural abnormalities of erythrocyte membranes, as well as changes in the structure of membrane-bound proteins. This is the basis for the administration of an adequate therapy aimed not only to normalize blood pressure, but also to eliminate metabolic disorders. Key words: metabolic syndrome, diabetes mellitus, insulin-resistance, obesity, arterial hypertension

В индустриальных странах распространенность метаболического синдрома (МС) среди населения старше 30 лет составляет, по данным различных авторов, 10-20% [1-3].

Для корреспонденции:

Микаелян Нина Погосовна, доктор биологических наук,

главный научный сотрудник НИЛ патологии сердечно-сосудистой системы

Российского национального исследовательского медицинского

университета им. Н.И.Пирогова

Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1

Телефон: (495) 434-6574

E-mail: ninmik@yandex.ru

Статья поступила 17.02.2011 г., принята к печати 14.09.2011 г.

При МС повышен риск развития прежде всего сахарного диабета 2 типа (СД2) и сердечно-сосудистых заболеваний: артериальной гипертензии (АГ), атеросклероза и ИБС.

Исследованиями последних лет доказана роль инсули-норезистентности в патогенезе ожирения, АГ, атеросклероза и СД2 [4-6]. Наличие единого патогенетического механизма позволило й.Яеауеп в 1988 г. определить МС как ассоциацию абдоминального типа ожирения, нарушенной толерантности к углеводам, или СД2, дислипиде-мии, АГ. Нарушение толерантности к глюкозе (НТГ), развитие гипергликемии могут быть обусловлены как сниже-

нием чувствительности и количества рецепторов к инсулину, так и нарушением пострецепторного механизма действия инсулина [7, 8]. Возникающая гиперинсулинемия при этом способствует развитию АГ вследствие активации симпатической нервной системы, увеличения реаб-сорбции натрия, стимуляции факторов клеточного роста [9]. Вместе с тем АГ может сама способствовать развитию инсулинорезистентности, так как возрастание активности симпатической нервной системы вызывает понижение объемного кровотока в капиллярах скелетной мускулатуры в результате их вазоконстрикции, что увеличивает пути диффузии глюкозы в клетки [2, 3]. Известно также, что метаболические нарушения, сопряженные с инсулинорезистентностью, способны приводить к поражению органов-мишеней и повышать риск развития сердечно-сосудистых осложнений в большей степени, чем АГ и дислипидемия [9]. Однако следует отметить, что данное состояние является обратимым, т.е. при соответствующем лечении можно добиться практически полного исчезновения всех симптомов [3, 10, 11] .

Целью данного исследования было изучение обменных нарушений и артериальной гипертензии, ассоциированных с инсулинорезистентностью, у больных при метаболическом синдроме.

Пациенты и методы

У 158 женщин репродуктивного возраста (78 женщин с МС, 15 - с ожирением без МС, 35 - с СД2 и 30 женщин контрольной группы без ожирения, МС и СД2) проводили комплексное исследование липидного состава сыворотки и мембран клеток крови, процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной активности (АОА) сыворотки крови, чувствительности клеток к инсулину, состояния мембранно-связанных белков, а также количества белков, выполняющих антиоксидантные функции.

В группе пациенток с СД2 длительность диабета варьировала от 1 мес до 5 лет, при этом 19 женщин страдали данным заболеванием менее 3 лет, а 16 - более 3 лет. Показатели метаболизма глюкозы в группе с длительностью СД2 более 3 лет указывали на декомпенсированное течение заболевания (показатель НЬА1с выше 7% у пациенток с СД2 расценивали как декомпенсацию углеводного обмена). К моменту исследования диабетические нарушения у больных c СД2 в группе с длительностью заболевания менее 3 лет были компенсированы диетой и сахароснижа-ющими препаратами.

Общеклиническое и биохимическое исследования включали расчет индекса массы тела, оценку систолического и диастолического артериального давления (АД), пульса, углеводного и липидного обмена. В нашем исследовании мы использовали критерии диагностики МС, рекомендованные группой ATP III Всемирной организации здравоохранения и разработанные экспертами Национального института здоровья США [10]. Согласно классификации ATP III, МС диагностируют при наличии любых 3 и более из 5 симптомов: абдоминально-висцерального ожирения (окружность талии более 88 см), инсулинорезистентности/гиперинсулинемии, дислипидемии, НТГ, АГ.

Обязательными компонентами МС мы считали абдоминально-висцеральное ожирение, АГ и наличие инсулиноре-зистентности/гиперинсулинемии. Для характеристики последнего компонента использовали показатели базального инсулина и соотношения глюкоза/инсулин натощак. Уровень базального инсулина более 25,0 мкед/мл в обследованных группах свидетельствовал о гиперинсулинемии. Для выявления инсулинорезистентности рассчитывали индекс CARO -соотношение глюкоза/инсулин натощак. Данный показатель в значении менее 6 усл. ед. подтверждал наличие инсулинорезистентности. У большинства женщин с МС и СД2 окружность талии была более 88 см, что свидетельствовало об избыточном накоплении жира в абдоминальной (подкожной и висцеральной) области.

Об интенсивности ПОЛ в выделенных плазматических мембранах эритроцитов судили по ранее описанному нами методу [7, 8, 12] - содержанию гидроперекисей (ГП) и малонового диальдегида (МДА), используя цветную реакцию с тиобарбитуровой кислотой [13]. Инсулинсвязывающую активность клеток определяли радиоиммунным методом [2, 8, 14]. Содержание общего холестерина, триглицеридов, холестерина ЛПВП в сыворотке крови определяли на автоматическом анализаторе ферментным методом с помощью комбинированных диагностических наборов. Концентрацию холестерина ЛПНП и ЛПОНП оценивали по расчетным формулам W.T.Friedwald (1972), коэффициент атерогенности -по формуле А.Н.Климова (1999).

Количество белков-антиоксидантов - церулоплазмина (ЦП) и апотрансферрина (апоТР) - определяли методами ЭПР-спектроскопии и хемилюминисценции. Структурные свойства мембран эритроцитов оценивали по изменению микровязкости (S) и гидрофобности (h), экспонированию белков. На спектрофлюориметре проводили измерение собственной флюоресценции теней эритроцитов и флюоресценции зондов, находящихся в мембранах эритроцитов.

Результаты исследования обрабатывали методами вариационной статистики с помощью f-критерия Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение

При МС отмечали увеличение концентрации всех продуктов ПОЛ как в сыворотке крови, так и в мембранах эритроцитов, при этом наибольшая концентрация была у больных с СД2 в стадии декомпенсации (табл. 1). Выявлена взаимосвязь между соотношением глюкоза/инсулин натощак и систолическим АД (г = 0,71, p < 0,05), МДА и параметрами упорядоченности (г = 0,64, p < 0,01) и гидрофобности (г = -0,52). Содержание ГП в эритроцитах коррелирует с микровязкостью мембран (г = 0,67, p < 0,05).

Показатели белков-антиоксидантов ЦП и ТР, имеющих в своем составе Cu и Fe, у женщин при ожирении с МС и СД2 значительно отличаются от аналогичных параметров контрольной группы (табл. 2). Наиболее низкое содержание ЦП в сыворотке крови выявляли при СД2 (по сравнению с контрольной группой) (p < 0,05). О снижении содержания ЦП свидетельствовало также уменьшение как среднего показателя (p < 0,05), так и его индивидуальных значений (пределы колебания - от 2,2 до 2,9 отн. ед.) Белок апоТР, присоединив железо, превращается в ТР, который перено-

Н.П.Микаелян и др. / Вестник РГМУ, 2011, №5, с. 10-13

Таблица 1. Изменение некоторых показателей свободноради-

кального окисления у больных с СД2

Показатель Фаза декомпенсации Фаза компенсации

НЬДю, % 8,1 ± 0,03 7,1 ± 0,18*

Си^п-СОД, ед/г НЬ 4288± 162 9665 ± 459*

ГП, ед/г НЬ 4,1 ± 0,17 5,4 ± 0,33*

МДА в ЛПНП, нмоль/мг белка 9,5 ± 0,90 5,0 ± 0,58*

ГП в ЛПНП, мкмоль/мг белка 199 ± 12,5 138 ± 11,6*

Глюкоза/инсулин, усл. ед. 4,3 ± 0,4 7,2 ± 0,3

Систолическое АД, мм рт. ст. 156 ± 3,1 117 ± 4,9*

Диастолическое АД, мм рт. ст. 87 ± 2,3 73 ± 2,6

Пульс, уд/мин 81,2 ± 0,87 76,7 ± 1,01*

*достоверно по сравнению с исходными данными (до лечения) (р < 0,05).

Таблица 2. Содержание церулоплазмина и трансферрина в

сыворотке крови у женщин с инсулинорезистентностью

Показатели Контрольная Ожирение группа МС СД2

ЦП, отн. ед. 3,62 ± 0,05 2,67 ± 0,12* 2,87 ± 0,07* 2,3 ± 0,08*

ТР, отн. ед. 2,25 ± 0,10 2,53 ± 0,11 1,27 ± 0,08* 2,95 ± 0,12

ЦП/ТР 1,6 ± 0,07 1,05 ± 0,10 2,10 ± 0,07* 0,78 ± 0,09

*достоверно по сравнению с контрольной группой (р < 0,05).

сит железо в клетку. Наиболее высокие показатели ТР были отмечены у больных с СД2, следовательно, у данной группы низкая антиокислительная активность крови. Об этом же свидетельствовал и низкий коэффициент ЦП/ТР (р < 0,05). Таким образом, высокие значения показателей продуктов ПОЛ в крови у обследуемых групп больных связаны, очевидно, со снижением концентрации ЦП и ТР, выполняющих в организме антиоксидантную роль. При этом заметных изменений в свойствах липидного матрикса отмечено не было.

При ожирении с МС у больных содержание ЦП резко снижается в сыворотке крови и в эритроцитах (р < 0,02). Низкие значения коэффициента ЦП/ТР, очевидно, связаны с повышением концентрации ТР, так как дефицит железа в организме увеличивает синтез ТР и его поступление в кровоток. Этот процесс носит компенсаторный характер.

У женщин с ожирением были выявлены изменения липидного и фосфолипидного состава цитоплазматических мембран клеток крови. При СД2 на фоне ожирения у женщин помимо указанных изменений отмечали склонность к нарастанию содержания свободного холестерина и фос-фатидилэтаноламина (ФТЭА) по сравнению с контрольной группой и с группой пациенток с ожирением без СД2. Отмечали также склонность к увеличению содержания в цитоплазматических мембранах эритроцитов атерогенных фракций липидов, достоверное снижение уровня а-ЛП при значительном повышении уровня р-ЛП. В составе фосфолипидных мембран клеток достоверно увеличилась концентрация сфингомиелина и снизилась концентрация ФТЭА (р < 0,01).

При СД2 в фазе компенсации была отмечена склонность к нарастанию содержания свободного холестерина, а при ожирении без признаков СД - также ФТЭА по сравнению с контрольной группой. При развитии у женщин с ожирением МС и СД2 эта тенденция сохранялась на фоне уменьшения относительного содержания фосфатидилхолина. Наряду с этим отмечена склонность к увеличению содержания атерогенных фракций липидов в сыворотке крови. Это свидетельствовало о наличии у женщин с ожирением, сопровождающимся СД2, и с МС склонности к увеличению жесткости мембран [13], что могло способствовать разви-

тию сердечно-сосудистых осложнений. При достижении компенсации углеводного обмена у больных с СД2 в крови было выявлено достоверное снижение уровня НЬА.

У всех женщин с МС и СД2 выявлены нарушения структурных параметров мембран эритроцитов при исследовании методом ЭПР-спектроскопии. Отмечено увеличение микровязкости мембран эритроцитов у всех больных с МС по сравнению с контрольной группой (р < 0,01). Особенно резкое увеличение выявлено в поверхностных слоях мембран, о чем свидетельствовало преимущественное увеличение параметра Б. Результаты проведенного нами анализа взаимосвязи метаболических показателей и параметров структуры мембран эритроцитов при ожирении с МС и СД2 подтверждают роль обменных нарушений в повреждении клеточных мембран, так как отмечена положительная корреляция параметров микровязкости с уровнем общего холестерина (г = 0,61), триглицеридов (г = 0,78), постпрандиальной глюкозы (г = 0,73).

Во всех группах инсулинсвязывающая активность в мембранах эритроцитов снижалась, особенно значительно при СД2 (на 52%, р < 0,01).

У женщин с МС было отмечено значительное увеличение микровязкости липидов мембран по сравнению как с контрольной группой (р < 0,01), так и с группой женщин с ожирением без МС (р < 0,05). Микровязкость в группе пациенток с МС существенно возрастала как в поверхностных фосфо-липидах, так и в центре мембранного бислоя, что свидетельствовало о более выраженных изменениях в структуре клеточной мембраны при МС [3, 5, 6].

При изучении количества и степени доступности тиоло-вых групп белков с помощью спин-меченого йодацетамида нами отмечены изменения в топографии мембранной поверхности эритроцитов как у пациенток с ожирением, так и у женщин с МС и СД2 на фоне ожирения, сопутствующих метаболических нарушений (дислипидемии, гиперхолесте-ринемии, НТГ и др.) и хронической АГ. Однако в группе пациенток с МС и СД2 на фоне ожирения эти изменения носили наиболее выраженный характер, т.е. резко снижалась доступность тиолового реагента и обнаруживалось наличие только одного типа поверхностных БН-групп.

Известно, что при нарушении гидрофобных взаимодействий тиоловых групп белков с липидами белки меняют свою форму и ориентацию в мембране. Следовательно, в результате развития дислипидемии, гипергликемического синдрома и АГ у больных с МС без СД2 и при его наличии может меняться не только количественный и качественный состав липидов, но и конфигурация мембранных белков. Эти же изменения могут лежать в основе нарушений гормон-рецепторных взаимодействий, способствовать ингибирова-нию ферментов антиоксидантной защиты, утилизации глюкозы эритроцитами и, следовательно, формированию инсу-линорезистентности [6].

Активация свободнорадикальных реакций ПОЛ у больных с МС и СД2 приводила к снижению утилизации глюкозы в мембранах эритроцитов (р < 0,05). Например, у женщин с СД2 содержание МДА возрастало в 1,8 раза, ГП в - 1,5 раза, у пациенток с МС значительно снижалась активность проти-воокислительных систем как в сыворотке крови, так и в мембранах эритроцитов (р < 0,05) (табл. 3). Достоверное

Таблица 3. Изменение некоторых показателей антиоксидантной защиты и утилизации глюкозы эритроцитами у различных групп

больных

Группа АОА, % Cu^n-ССД, ед/мг Hb Каталаза, ед/мг Hb Глутатион-пероксидаза, Утилизация глюкозы эритроцитами,

ед/мг Hb мкмоль (2 х 109) кл/ч

Контрольная группа 56,7 ± 2,3 1380±31 622 ± 2,8 48,6 ± 0,6 1,68 ± 0,05

Ожирение 41,7 ± 2,4* 923 ± 29* 510 ± 4,3* 46,0 ± 0,6 0,93 ± 0,04*

МС 42,1 ± 1,9 840 ± 21* 493 ± 3,8* 46,1 ± 0,7 0,91 ± 0,02*

СД2 39,9 ± 1,1* 752 ± 23* 490 ± 3,9* 40,3 ± 0,57 0,87 ± 0,03*

*достоверно по сравнению с контрольной группой (р < 0,05).

снижение инсулинсвязывающей активности и утилизации глюкозы мембранами эритроцитов в этих группах свидетельствовало также о наличии инсулинорезистентности. Резко выраженная гипергликемия, т.е. значительное снижение утилизации глюкозы, а также уменьшение активности ферментов антиоксидантной защиты при высокой степени пероксидации липидов были наиболее выражены в группе больных с СД2.

Следовательно, у женщин с ожирением, сопровождающимся СД2, и с МС отмечены качественно однотипные нарушения липидного, липопротеидного и углеводного обмена (повышение уровня общего холестерина, триглицеридов, ЛПНП, ЛПОНП, постпрандиальной глюкозы и др.). Метаболический синдром, обусловленный дисбалансом в системе ПОЛ-АОА, сопровождался высокой концентрацией переокисленных липопродуктов, таких как МДА, ГП и др., и снижением параметров антиоксидантных систем, особенно в мембранах эритроцитов [снижение АОА до 39,9 ± 1,1% при 56,7 ± 2,3% в контрольной группе (p < 0,05)], что свидетельствовало о наличии у этих больных выраженного окислительного стресса.

Заключение

У женщин с ожирением, сопровождающимся метаболическим синдромом с сахарным диабетом 2 типа или без него, развиваются структурно-функциональные нарушения мембран эритроцитов: увеличение микровязкости липидного бислоя и изменение структуры мембранно-связанных белков, коррелирующие с показателями глюкозо-инсулино-вого гомеостаза и уровнем перекисного окисления липидов, а также с выраженной артериальной гипертензией. При метаболическом синдроме, сопровождающемся сахарным диабетом 2 типа, эти изменения носят более выраженный и менее обратимый характер, что является основанием для назначения адекватной терапии, направленной на ликвидацию окислительного стресса и других метаболических дефектов в мембрано-рецепторном аппарате клеток крови, а также на лечение артериальной гипертензии, развивающейся вследствие нарушения инсулинзависимой вазодила-тации в условиях гиперинсулинемии, т.е. в результате блокады вазодилатирующего эффекта инсулина.

Литература

1. Despres I.P. The insulin resistance-dyslipidemic syndrome of visceral obesity effect on patients risk // Obes. Res. 1998. №6. Suppl. 1. Р.8-17.

2. Koch R., Sharma A.M. Obesity and cardiovascular hemodynamic function // Curr. Hypertens. Rep. 1999. №1. P.127-130.

3. Reaven G.H. Metabolic syndrome: pathophysiology and implications for management of cardiovascular disease // Circulation. 2001. V.106. P.286-288.

4. Балаболкин М.И., Клебанова Е.М. Роль инсулинорезистентности в патогенезе сахарного диабета типа 2 // Тер. архив. 2003. №1. С.72-77.

5. Зимин Ю.В. Артериальная гипертония при сахарном диабете: особенности патогенеза и лечения (обзор) // Тер. архив. 1998. №10. С.15-20.

6. Goran M.I., Bergman R.N., Cruz M.L. et al. Insulin resistance and associated compensatory responses in African-American and Hispanic children // Diabetes Care. 2002. V.25. P.2184-2190.

7. Максина А.Г., Микаелян Н.П., Дайняк Б.А., Князев Ю.А. Регистрация методом спинового зонда изменения поверхностного потенциала мембран эритроцитов крови больных инсулинзависимым сахарным диабетом // Биофизика. 1994. Т.39. Вып.33. С.475-478.

8. Микаелян Н.П., Князев Ю.А., Петрухин В.А. и др. Гестационный сахарный диабет: аспекты метаболизма // Вестн. РГМУ. 2006. №5 (52). С.16-20.

9. Бутрова С.А. Синдром инсулинорезистентности при абдоминальном ожирении // Леч. врач. 1999. №7. С.32-36.

10. Чазова И.Е., Мычка В.Б. Метаболический синдром. М., 2004.

11. Jacob S., Machan R. et al. Association of increased intramycellular lipid content with insulin resistance in lean non-diabetic offspring of type 2 diabetic subjects // Diabetes. 1999. №4. P.113-119.

12. Федотова Е.А., Троицкая С.Ю., Микаелян Н.П. и др. Клинико-метаболическая характеристика сахарного диабета 2 типа и ожирения у женщин детородного возраста // Актуальные вопросы эндокринологии: Тез. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. Пермь, 2000. С.67.

13. Ланкин В.З., Тихазе А.К., Беленков Ю.Н. Свободнорадикальные процессы при заболеваниях сердечно-сосудистой системы // Кардиология. 2004. Т.44. №2. С.72-81.

14. Saydah S.H., Miret M., Sung J. et al. Postchallenge hyperglycemia and mortality in a national sample of U.S. adults // Diabetes Care. 2001. V.24. P.1397-1402.

Информация об авторах:

Максина Александра Генриховна, доктор биологических наук,

профессор кафедры медицинской и биологической физики педиатрического

факультета Российского национального исследовательского медицинского

университета им. Н.И.Пирогова

Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1

Телефон: (495) 434-8464

E-mail: alexandra@land.ru

Микаелян Артур Владимирович, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник Московского областного НиИ акушерства и гинекологии Адрес: 101000, Москва, ул. Покровка, 22A Телефон: (495): 924-9105 E-mail: titihogagu@mail.ru

Новикова Светлана Викторовна, кандидат медицинских наук,

заведующая II акушерской клиникой

Московского областного НИИ акушерства и гинекологии

Адрес: 101000, Москва, ул. Покровка, 22A

Телефон: (495) 923-7066

E-mail: sv_novikova@list.ru

Михайлова София Давидовна, доктор медицинских наук,

профессор, заведующая НИЛ патологии сердечно-сосудистой системы

Российского национального исследовательского медицинского

университета им. Н.И.Пирогова

Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1

Телефон: (495) 434-2188

E-mail: labcvs@rsmu.ru