Бронхиальная астма (БА) остается одной из актуальных проблем пульмонологии, однако вопросы патогенетической основы данного заболевания продолжают дискутироваться [1]. В последнее время большой интерес сфокусирован на изучении митохондриальной активности при развитии респираторной патологии [2, 3, 6]. Установлена триггерная роль митохондрий в запуске процессов свободнорадикального окисления, механизмов апоптоза, развитии гипоксии при заболеваниях органов дыхания [2, 4, 6]. Остается открытым вопрос о детерминирующих сигнальных механизмах, запускающих развитие митохондриальной дисфункции.
Одним из маркеров митохондриальной активности и жизнеобеспеченности клеток является мембранный потенциал митохондрий (МПМ) [4]. Считается, что включение этой органеллы в процесс программируемой клеточной гибели происходит после падения величины ее трансмембранного потенциала. Данный показатель снижается под влиянием самых разнообразных сигнальных стимулов (нарушения соотношения АДФ/АТФ, повышение уровня кальция в цитозоле, истощение глутатиона и др.). Увеличение проницаемости внешней и внутренней мембраны митохондрии является триггерным механизмом изменения МПМ. Следовательно, эффективное функционирование митохондрий связано с интегральной целостностью их структурных компонентов, важнейшими из которых являются жирные кислоты (ЖК). Основной пул ЖК преимущественно вовлечен в окислительные энергетические процессы и поддержание мембранного гомеостаза митохондрий, что способствует нормальному функционированию всей клетки в целом [2, 7]. Однако литературных данных недостаточно чтобы говорить о роли ЖК в индукции митохондриальной дисфункции при патологии органов дыхания.
Исходя из вышеизложенного целью работы явилось изучение модификации состава жирных кислот, мембранного потенциала митохондрий клеток крови у больных контролируемой и частично контролируемой БА; установление роли жирных кислот в индукции митохондриальной дисфункции при БА.
Материалы и методы исследования
В исследовании приняли участие 50 человек на условиях добровольного информированного согласия. Из них 20 пациентов с контролируемой бронхиальной астмой (первая группа), 10 больных с частично контролируемой БА (вторая группа), принимавших базисную терапию, в возрасте 23 – 57 лет (37,4 ± 2,36 лет). Диагноз БА выставляли согласно Глобальной стратегии лечения и профилактики БА (GINA 2011) [1]. В контрольную группу вошли 20 здоровых добровольцев в возрасте 23 – 55 лет (32,2 ± 8,2 лет), не курящих и никогда не куривших, без отягощенного аллергического анамнеза. Критериями исключения являлись наличие профессиональных заболеваний бронхолегочной системы, сердечно-сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь) и их осложнений, сахарного диабета, заболеваний щитовидной железы, острых патологических состояний и обострений хронических болезней.
Исследовали качественный и количественный состав ЖК мембран митохондрий в тромбоцитах. Митохондрии из клеток крови получали стандартным методом дифференциального центрифугирования в сахарозной среде. Анализ состава жирных кислот проводили методом газожидкостной хроматографии на газожидкостном хроматографе Shimadzu GC-2010 (Япония). Результаты выражали в процентах от общей суммы ЖК. Измерение мембранного потенциала митохондрий лейкоцитов производили с использованием реагента MitoProbe™ JC-1 Assay Kit (Life Technologies, USA). На проточном цитометре BD FACS CANTO II (BD Biosciences, USA) оценивали процентное содержание клеток со сниженным МПМ.
Статистическую обработку данных проводили в программе Statistica 6.0. Проверку нормальности распределения признаков проводили с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Количественные признаки представлялись в виде среднего значения (М), стандартной ошибки среднего (m). Критерий Стьюдента использовался после проверки соблюдения условий равенства дисперсий групп сравнения по критерию Левена. Корреляционный анализ проводили по методу Пирсона. В таблице представлены только статистически значимые связи. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез р = 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В составе ЖК мембран митохондрий обследованных групп выделено 39 индивидуальных жирных кислот насыщенных, моноеновых и полиненасыщенных, нормального и изостроения с длиной цепи от С12 до С24, как с четным так и нечетным числом углеродных атомов. В табл. 1 представлены наиболее значимые жирные кислоты мембран митохондрий тромбоцитов больных БА.
Показано, что у пациентов первой группы в мембране митохондрий происходит истощение основного пула насыщенных жирных кислот (НЖК). Так, содержание лауриновой (12:0) и миристиновой (14:0) кислот снижалось в 1,3 раза по сравнению с группой контроля. Уровень стеариновой кислоты (18:0) уменьшался в 1,26 раза (р < 0,001). На фоне падения доли НЖК выявлено увеличение доли моноеновых жирных кислот (МНЖ): пальмитоолеиновой (16:1n-7) на 43 % (р < 0,001) и олеиновой кислоты (18:1n-9) на 31 % (р < 0,001). Известно, что для митохондрий основным источником энергии и предпочтительными для окисления являются короткоцепочечные 6:0-10:0, среднецепочечные 12:0-14:0 и длинноцепочечная 16:0 насыщенные жирные кислоты [5]. При недостатке вышеперечисленных жирных кислот митохондрии в качестве субстрата для β-окисления начинают использовать моноеновые кислоты и глюкозу. Возможно, накопление моноеновых кислот в митохондриальной мембране при БА – это проявление компенсаторной реакции в ответ на снижение доли среднецепочечных насыщенных кислот, поскольку олеиновая, пальмитолеиновая кислоты являются следующими субстратами, которые митохондрии предпочитают окислять и для которых в митохондриях существуют все ферментные и транспортные системы [5]. Однако, снижение насыщенности митохондриальной мембраны всегда свидетельствует об энергодефиците клетки в целом [2].
Среди ПНЖК в мембране митохондрий пациентов первой группы отмечалось падение доли арахидоновой (20:4n-6) и эйкозапентаеновой (20:5n-3) кислот в 1,6 (р < 0,001) и 1,25 (р < 0,05) раза соответственно по сравнению с группой контроля. Уровень докозапентаеновой (22:5n-3) и докозатетраеновой (22:4n-6) кислот снижался у лиц с БА первой группы на 33 % (р < 0,001) и 42 % (р < 0,01) соответственно.
Таблица 1
Состав жирных кислот и мембранный потенциал мембран митохондрий клеток крови у пациентов с бронхиальной астмой (М ± m)
Показатель, % |
Контрольная группа, n = 20 |
Больные БА, n = 30 |
|
Первая группа (контролируемая БА), n = 20 |
Вторая группа (частично контролируемая БА), n = 10 |
||
Насыщенные жирные кислоты |
|||
12:0 |
0,56 ± 0,05 |
0,43 ± 0,03** |
|
14:0 |
2,90 ± 0,16 |
2,19 ± 0,10*** |
3,92 ± 0,22*** |
16:0 |
28,25 ± 0,75 |
29,08 ± 0,94 |
29,69 ± 0,54 |
18:0 |
18,71 ± 0,33 |
14,75 ± 0,74*** |
21,38 ± 0,15* |
20:0 |
0,69 ± 0,04 |
0,80 ± 0,04* |
0,74 ± 0,07 |
22:0 |
0,92 ± 0,07 |
0,50 ± 0,05*** |
0,49 ± 0,05*** |
Мононенасыщенные жирные кислоты |
|||
16:1n-9 |
1,65 ± 0,07 |
1,06 ± 0,10*** |
2,04 ± 0,24*** |
16:1n-7 |
1,68 ± 0,10 |
2,40 ± 0,15*** |
1,44 ± 0,11 |
18:1n-9 |
14,39 ± 0,43 |
18,82 ± 0,56*** |
18,89 ± 0,9*** |
18:1n-7 |
1,78 ± 0,07 |
1,65 ± 0,12 |
1,56 ± 0,13 |
Полиненасыщенные жирные кислоты семейства n-6 |
|||
18:2n-6 |
9,56 ± 0,72 |
9,37 ± 0,62 |
13,43 ± 1,26*** |
18:3n-6 |
0,36 ± 0,02 |
0,33 ± 0,01 |
0,35 ± 0,08 |
20:3n-6 |
0,62 ± 0,06 |
0,44 ± 0,14 |
|
20:4n-6 |
6,31 ± 0,44 |
3,87 ± 0,47*** |
2,56 ± 0,21*** |
22:4n-6 |
0,83 ± 0,09 |
0,48 ± 0,14** |
0,59 ± 0,13*** |
22:5n-6 |
0,24 ± 0,04 |
0,20 ± 0,06 |
0,10 ± 0,01*** |
Полиненасыщенные жирные кислоты семейства n-3 |
|||
18:3n-3 |
0,51 ± 0,04 |
0,53 ± 0,04 |
0,32 ± 0,03*** |
20:5n-3 |
0,80 ± 0,07 |
0,64 ± 0,06* |
0,31 ± 0,02*** |
22:5n-3 |
0,67 ± 0,06 |
0,45 ± 0,04*** |
0,26 ± 0,06*** |
22:6n-3 |
1,45 ± 0,13 |
1,45 ± 0,20 |
0,62 ± 0,06*** |
Мембранный потенциал митохондрий |
|||
МПМ |
5,20 % ± 0,07 |
13,00 ± 0,03 |
14,50 ± 0,01 |
Примечание: (*) – статистическая значимость различий относительно контрольной группы: * – р < 0,05; ** – р < 0,01; *** – р < 0,001.
Анализ модификации состава жирных кислот мембран митохондрий больных БА второй группы выявил увеличение доли 14:0, 18:0, 16:1n-9, как по сравнению с контрольной группой, так и относительно первой группы пациентов. Во второй группе больных БА, так же как и в первой группе показано снижение доли 22:0 и увеличение содержания 18:1n-9. Состав ПНЖК семейства n-6 у больных второй группы характеризовался уменьшением уровня 20:4n-6 (в 2,5 раза, р < 0,001), 22:4n-6 (1,4 раза, р < 0,001), 22:5n-6 (2,4 раза, р < 0,001). Исключение показано только для 18:2n-6, количество которой достоверно повышалось относительно группы контроля в 1,4 раза (р < 0,001). Аналогичная картина выявлена и в содержании ПНЖК семейства n-3 – это падение доли 18:3n-3, 20:5n-3, 22:5n-3, 22:6n-3, относительно пациентов контрольной и первой групп.
Полученные результаты свидетельствуют о модификации состава ЖК мембран митохондрий у больных БА не зависимо от тяжести течения. Однако выраженность и направленность этих изменений имела свои особенности. Так, при БА контролируемого течения в мембране митохондрий выявлено истощение уровня большинства насыщенных ЖК (12:0, 14:0, 18:0, 22:0) и некоторых полиненасыщенных ЖК (20:4n-6, 22:4n-6, 20:5n-3, 22:5n-3). Особенностью модификации состава ЖК мембран митохондрий тромбоцитов больных частично контролируемого течения БА стал выраженный дефицит ПНЖК в ряду n-3 и n-6 семейств на фоне накопления насыщенных (14:0, 18:0) и моноеновых (16:1n-9, 18:1n-9) кислот.
Одной из причин дефицита ПНЖК является интенсивное их расходование на синтез биологически активных медиаторов – эйкозаноидов, оказывающих мощный провоспалительный и бронхоконстрикторный эффект. Многочисленными исследованиями показано, что при БА гиперсекреция лейкотриена, тромбоксана и простагландина обуславливает уменьшение уровня их предшественников в цитомембране [7]. Нами впервые показано, что и мембрана митохондрий подвергается существенной реорганизации, что возможно, и обуславливает сложный механизм патогенеза БА. С утяжелением заболевания увеличение дефицита ПНЖК в мембране митохондрий является логичным явлением, поскольку при частично контролируемой БА усложняется фармакологический контроль за регуляцией иммунных механизмов, в том числе и синтезом эйкозаноидов.
Выявленное нарушение состава ЖК мембран митохондрий может обуславливать неспособность митохондрий поддерживать электрохимический градиент ионов водорода на внутренней мембране, с потерей способности эффективно осуществлять окислительное фосфорилирование, производство АТФ и сбалансированный митохондриальный Ca2+ ионный гомеостаз [5, 6].
Для подтверждения вышесказанного предположения о роли жирных кислот в нарушении энергетической функции клетки был исследован мембранный потенциал митохондрий и проведен корреляционный анализ между МПМ и составом ЖК митохондрий у больных БА.
Таблица 2
Корреляционные связи между жирными кислотами и мембранным потенциалом митохондрий
ЖК |
Контрольная группа |
Первая группа (контролируемая БА) |
Вторая группа (частично контролируемая БА) |
МПМ |
МПМ |
МПМ |
|
12:0 |
0,40 |
||
14:0 |
0,62 |
– 0,51 |
|
16:0 |
0,25 |
– 0,36 |
|
18:0 |
– 0,87 |
||
20:0 |
– 0,92 |
||
22:0 |
– 0,90 |
– 0,95 |
|
Среднее значение корреляционных связей НЖК |
0,58 |
0,46 |
0,81 |
16:1n-9 |
– 0,24 |
0,39 |
– 0,66 |
16:1n-7 |
0,36 |
– 0,91 |
|
18:1n-9 |
0,68 |
– 0,39 |
|
18:1n-7 |
– 0,37 |
0,37 |
0,60 |
Среднее значение корреляционных связей МЖК |
0,43 |
0,38 |
0,73 |
18:2n-6 |
– 0,54 |
0,95 |
|
18:3n-6 |
– 0,74 |
0,57 |
|
20:3n-6 |
0,43 |
||
20:4n-6 |
– 0,37 |
0,61 |
|
22:4n-6 |
|||
22:5n-6 |
0,59 |
||
Среднее значение корреляционных связей n-6 ПНЖК |
0,50 |
0,61 |
0,76 |
18:3n-3 |
0,43 |
– 0,79 |
|
20:5n-3 |
0,52 |
||
22:5n-3 |
0,41 |
||
22:6n-3 |
0,94 |
||
Среднее значение корреляционных связей n-3 ПНЖК |
0,44 |
0,64 |
0,94 |
Среднее значение корреляционных связей |
0,47 |
0,55 |
0,85 |
Оценка содержания лейкоцитов со сниженным МПМ в исследуемых группах выявила значительное повышение данного показателя у лиц с БА (табл. 1). В группе больных БА контролируемого течения доля клеток со сниженным МПМ составила 13 % (р < 0,001), что в 2,5 раза выше относительно контрольной группы (здоровые лица – 5,2 %). У пациентов второй группы значение МПМ было в 2,8 раза выше группы здоровых пациентов и составило 14,5 % (р < 0,001). Выявленное увеличение количества лейкоцитов со сниженным МПМ у лиц с БА независимо от тяжести течения свидетельствует об уменьшении энергообеспечения клетки, кислородном голодании и активации апоптотических механизмов клеток иммунной системы.
Анализ корреляционных взаимодействий между МПМ и ЖК представлен в табл. 2. У обследуемых контрольной группы наблюдалось равномерное распределение корреляционных взаимоотношений между МПМ и исследуемыми семействами ЖК (НЖК, МЖК, n-6 и n-3 ПНЖК), что подтверждается относительно однородными показателями среднего значения корреляционных связей (СЗКС). Выявленные данные свидетельствуют об одинаково значимом влиянии НЖК, МЖК, ПНЖК на энергетическую активность митохондрий. Баланс между НЖК, МНЖ, ПНЖК в липидном каркасе обеспечивает сохранение структурного состояния внутриклеточной мембраны и поддержание энергетической функции митохондрий.
При контролируемой БА происходит смещение равновесия в сторону усиления корреляционных взаимодействий между МПМ и ПНЖК (СЗКС n-6 ПНЖК/МПМ – 0,61; СЗКС n-3 ПНЖК/МПМ – 0,64). С утяжелением заболевания (частично контролируемая БА) количество связей между МПМ и показателями всех семейств ЖК увеличивается, а интенсивность этой интеграции усиливается. Усиление корреляционного взаимодействия между функциональными (МПМ) и структурными (ЖК) параметрами свидетельствует о повышении сопряжения с внутриклеточными процессами, функционировании митохондрий в условии сильного напряжения и нарушении гомеостаза. Приоритетную роль в нарушении энергетической функции клетки играют НЖК и n-3 ПНЖК. Формирующийся дисбаланс в соотношении ЖК в мембране митохондрий у больных БА, характеризующийся дефицитом большинства насыщенных и полиненасыщенных ЖК приводит к нарушению энергетической функции клетки, запуску апоптотических процессов.
Таким образом, полученные результаты исследования свидетельствуют о важной роли жирных кислот в развитии митохондриальной дисфункции в патогенезе БА. Выявленные изменения в структурно-функциональном состоянии митохондрий у лиц с БА свидетельствуют о нарушении энергетической активности, мембранной проницаемости и транспорта веществ, что является признаком формирования митохондриальной дисфункции.
Можно заключить, что характеристики и параметры митохондриального аппарата клетки представляют собой перспективный объект изучения, являющийся тонким показателем внешних и внутренних воздействий и изменений в организме.
Библиографическая ссылка
Денисенко Ю.К., Новгородцева Т.П., Виткина Т.И., Гвозденко Т.А., Антонюк М.В., Ходосова К.К. ЗНАЧЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ В РАЗВИТИИ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИИ ПРИ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 10-2. – С. 205-209;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10318 (дата обращения: 17.08.2024).