Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

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)

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

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.