CC BY
97
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
АНАЛИЗ ВОСПАЛЕНИЯ КАК ПРИЧИНЫ РАЗВИТИЯ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ И
ИНСУЛИНОРЕЗИСТЕНТНОСТИ
A.B. ПАСЕЧНИК, В.А. ФРОЛОВ, А.Е. КУЗОВНИКОВ, А.Г. МАНГАСАРОВ, Е.Г. МОИСЕЕВА, A.A. ХОМЕНКО, Н.Г. ГВОЗДЬ, Н.Ф. ФАТХИ, М. ЛИНГТХЕН
Кафедра патологической физиологии РОДЯ. Москва. 117198. ул. Миклухо-Маклая, д. 8.
Медицинский факультет
В работе дается анализ экспериментальных данных и теоретическое обоснование концепции воспалительного генеза метаболических нарушений, лежащих в основе хронической неинфекционной патологии. Показано, что как в условиях локального субклинического воспаления, так и в условиях системной воспалительной реакции происходит развитие «типовых» форм дисбаланса обмена липопротеидов, глюкозы и инсулина, появление модифицированных атерогенных липопротеинов и гликозилированных белков. Синтез провоспали-тельного спектра цитокинов и активация кислородного метаболизма в макрофагах и нейтрофилах сопровождается развитием гипергликемии и инсулинорезистентности, «фиксирующих» системную гиперреактивность сердечно-сосудистой системы.
Ключевые слова: хроническая неинфекционная патология, сердечно-сосудистая система, воспаление, метаболический синдром, цитокины, макрофаги, нейтрофилы.
Биологический смысл воспаления заключается в системной метаболической реакции организма и отграничении патогенного раздражителя, его уничтожении и элиминации, после чего воспаление заканчивается репарацией и восстановлением гомеостаза. Однако нередко возникает ситуация, когда в силу различных причин патогенный раздражитель не подвергается уничтожению либо возникает полом в механизмах самой воспалительной реакции. По существу, персистенция субклинических воспалительных проявлений является элементом системной реакции защиты и приспособления организма к иммунодефицитным условиям второй половины XX века [3]. Вопросы патогенеза, механизмы развития и паттерн изменений при гипертонии с метаболическим компонентом, сахарном диабете, частое сочетание синдрома резистентности к инсулину с ишемической болезнью сердца позволили отнести гиперинсулинемию и гиперлипидемию к числу важнейших факторов риска возникновения атеросклероза [3]. Предполагается, что дислипидемия в виде «липидной триады» и нарушение толерантности к глюкозе являются ведущими компонентами так называемого «смертельного квартета» или «полиме-таболического синдрома», включающего также гипертензию, повышенную активность свертывающей системы крови и воспалительный профиль цитокинов [1]. Этот синдром определяет сложный характер патогенеза и клинического течения современных форм патологии с неоднородными изменениями состава липидов и липопротеинов в крови, содержанием в ней холестерина и триглицеридов, глюкозы и инсулина. В генезе метаболического синдрома, инсулиннезависимого сахарного диабета и атеросклероза выявлены общие патогенетические механизмы, в частности, близкие по характеру нарушения обмена ЛП, сочетающиеся с выраженной активацией воспалительных клеток крови [3]. Это свидетельствует о том, что инсулинорезистентность и проатерогенные нарушения обмена липидов имеют общие этиопатогенетические механизмы и являются взаимосвязанными процессами [2].
В наших предыдущих исследованиях показано, что к числу детерминирующих факторов, участвующих в возникновении как инсулинорезистентности, так и дислипопро-теинемии относится активация свободнорадикальных реакций с возникновением окси-дантного стресса. В связи с этим, для решения вопроса об этиологическом и патогенетическом единстве воспалительных маркеров, острофазовых ответов, проатерогенных изменений липидного и углеводного обменов, нами изучены и сопоставлены изменения оксидантного статуса, характер нарушений липидного спектра крови, показатели, отра-
жающие обмен глюкозы и чувствительность к инсулину, на моделях локального и системного воспалительного процесса.
В эксперименте на 30 кроликах локальное воспаление воспроизводили путем пятикратного введения лошадиной сыворотки (феномен Артюса-Сахарова),а системный воспалительный процесс моделировали путем внутривенного введения липополисахарида (ЛПС) грамотрицательных бактерий (препарат пирогенал), который применяли в течение 7 недель. Для оценки оксидантного статуса определяли респираторный взрыв ней-трофилов методом хемилюминесценции и активность циркулирующих моноцитов по внутриклеточному содержанию малонового диальдегида, показатели хемилюминесценции плазмы, содержание в ней малонового диальдегида, активность каталазы - одного из ключевых ферментов антиоксидантной защиты. В плазме определяли уровень общего холестерина и триглицеридов. Модифицированные атерогенные липопротеины в плазме выявлялись методом биотестирования с применением макрофагов мышей; увеличение содержания в них холестерина и триглицеридов после инкубации с исследованной плазмой рассматривали как показатель уровня в ней модифицированных липопротеинов. О состоянии углеводного обмена судили по уровню в плазме глюкозы, инсулина и глико-зилированного гемоглобина (НЬА1с); для оценки чувствительности к инсулину применяли нагрузку углеводами. Исследования проведены в исходном состоянии, через 2, 4, 6 и 7 недель после первого введения лошадиной сыворотки или пирогенала и затем через
5 недель после отмены препарата для сопоставления процессов в период восстановления.
Результаты и их обсуждение.
Полученные данные свидетельствуют о выраженной активации воспалительных клеток крови и однотипности изменений как после моделирования феномена Артюса-Сахарова, так и после введения пирогенала. Так, содержание малонового диальдегида в моноцитах возросло через 2 недели после первого введения препарата в среднем на 135 % (Р<0,01), через 4 недели - на 190 % (Р <0,001), через 6 нед. - на 300 % (Р<0,001) и оставалось значительно повышенным (на 255 %, Р<0,01) через 7 нед. Через 5 нед. после последнего введения препарата отмечено выраженное снижение активности моноцитов, и содержание в них малонового диальдегида уменьшилось на 30 % (Р<0,05) по сравнению с таковым через 6 нед. Примерно такая же динамика характеризовала изменения активности нейтрофилов - уже через 2 нед. после начала моделирования локального воспаления или введения пирогенала их спонтанная хемилюминесценции увеличилась почти в 8 раз (Р<0,001) и оставалась значительно повышенной в течение всего периода применения пирогенала. Через 5 нед. после его отмены спонтанная хемилюминесценция нейтрофилов уменьшилась ниже контрольного уровня. Индуцированная хемилюминесценция нейтрофилов также значительно (более чем в 10 раз) увеличилась через 2 нед. после первого введения пирогенала, затем стабилизировалась на уровне, в 8 раз превышающем исходный (Р<0,001), и нормализовалась в течение 5 нед. после отмены препарата.
Повышение активности воспалительных клеток крови сопровождалось возникновением оксидативного стресса, о чем свидетельствовало увеличение содержания в плазме продуктов перекисного окисления липидов. Показатель светосуммы индуцированной хемилюминесценции, отражающий содержание в плазме гидроперекисей липидов, увеличился через 2 нед. почти вдвое (Р<0,01), через 7 нед. - в 3 раза (Р<0,001); содержание малонового диальдегида в плазме увеличилось соответственно на 230 и 400 % (Р<0,001) и уменьшилось через 5 нед. после последнего введения препарата на 50 % (Р<0,001) относительно максимального значения.
Развитие локального и системного воспаления сопровождалось выраженным повышением атерогенности крови. Увеличение содержания холестерина в макрофагах мышей
после инкубирования с плазмой через 2 нед. на 230 % (Р<0,001), а через 7 нед. - практически в 10 раз свидетельствовало о выраженной и прогрессивно нарастающей модификации липопротеинов. В еще большей степени модифицировались липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП). Через 2 нед. содержание триглицеридов (ТГ) в макрофагах мышей после инкубирования с плазмой было увеличено в 2,5 раза (Р<0,01), через 6 нед. - в 10 раз, через 7 нед. - более чем в 24 раза (Р<0,001). О зависимости этих изменений от тяжести воспаления и оксидативного стресса свидетельствовало уменьшение накопления холестерина в макрофагах после инкубации с плазмой через 5 нед. после последнего введения пирогенала на 70 % (Р<0,001), триглицеридов - на 40 % (Р<0,01).
Следствием проатерогенных нарушений обмена липидов явилось возникновение ги-перхолестеринемии и гипертриглицеридемии. Содержание общего холестерина в плазме через 4 нед. было увеличено на 27 % (Р<0,05), через 7 нед. - на 80 % (Р<0,01). Еще более отчетливо возрастало содержание в крови триглицеридов: на 50 % через 4 нед. и на 140 % - через 7 нед (Р<0,001). Через 5 нед. после прекращения введения пирогенала уровень общего холестерина и триглицеридов в крови снижался даже ниже исходного, что также свидетельствовало о зависимости липидного метаболизма от наличия воспаления. Нарушения обмена липидов в условиях оксидативного стресса сочетались с выраженными изменениями обмена глюкозы. Уже через 2 нед. после первого введения антигена ее содержание в крови возросло достоверно, через 4 нед. было увеличено на 65% (Р<0,01), через 7 нед. - более чем в 2 раза превышало исходное (Р<0,001). Развитие гипергликемии сочеталось с повышением уровня в крови HbAlc, который достигал максимального значения уже через 2 нед. и превышал исходный более чем в 4 раза (Р<0,001). Несколько позже возникали нарушения толерантности к глюкозе: в течение 6 нед ее уровень в крови через 2 ч после нагрузки углеводами был снижен по сравнению с исходным, через 7 нед. - был на уровне исходного. Отмеченные нарушения обмена глюкозы в условиях оксидативного стресса, а также гиперинсулинемия практически нормализовались через 5 нед. после последнего введения антигена. Инсулин является регулятором метаболизма не только углеводов, но и липидов и липопротеинов. В частности, он относится к числу важнейших эндогенных активаторов липопротеинлипазы, а также является ингибитором гормоночувствительной липазы жировых клеток, что позволяет предположить, что сахарный диабет или его доклиническая форма - инсулинорезистентность и дислипопро-теинемия, являющаяся основой развития метаболического синдрома при гипертензии и атеросклерозе, а также провоспалительный уровень цитокинов - взаимосвязанные процессы, имеющие общие патогенетические механизмы.
В проведенных нами ранее исследованиях показано, что важнейшей причиной нарушений обмена липопротеинов является системный воспалительный процесс с возникновением оксидативного стресса [1,3]. В настоящей работе изучался вопрос о том, в какой степени эти факторы могут провоцировать развитие инсулинорезистентности во взаимосвязи с нарушениями обмена липидов.
Аналогичные данные получены в ряде других исследований, где показано, что изменения метаболизма ЛП при системном воспалении проявляются прежде всего возникновением гипертриглицеридемии (ГТЕ) вследствие усиленного образования ЛПОНП и замедления их клиренса. В частности, у пациентов с сероположительной реакцией к Helicobacter pylori [5] или Chlamydia pneumoniae [6] обнаружены выраженные изменения профиля липидов в крови с увеличением содержания триглицеридов и общего холестерина. При этом наблюдали четкую корреляцию между уровнем триглицеридов и содержанием в плазме белков острой фазы, различных провоспалительных цитокинов и адгезивных молекул [7]. Гиперлипидемия в условиях микробной инфекции явилась следствием угнетающего действия цитокинов, особенно фактора некроза опухоли (TNF-a), на активность липопротеинлипазы, что сопровождалось замедлением гидролиза триглицеридов и усиленной мобилизацией липидов из жировых депо. Параллельно TNF-a стимулировал продукцию липопротеинов в гепатоцитах. Аналогичное влияние оказывает цен-
тральный медиатор воспаления - интерлейкин-6 (ИЛ-6) [6,7]. Эндотоксин (ЛПС), ИЛ-1 и белки острой фазы воспаления снижают также активность печеночной липазы (ПЛ), ответственной за удаление триглицеридов из липопротеинов (ЛП) и хиломикронов (ХМ), вследствие чего эти частицы задерживаются в крови, способствуя возникновению ги-пертриглицеридемии [2,5]. Помимо этого, провоспалительные цитокины, прежде всего -ИЛ-6, активируют синтез холестерина в печени [6], что подтверждено в условиях культуры гепатоцитов [7]. ТЫР'-а повышает активность НМО-СоА-редуктазы- ключевого фермента внутриклеточного синтеза холестерина - почти в 2,5 раза, что сопровождается увеличением содержания холестерина в сыворотке на 25 %.
В последние годы сложилось представление о том, что увеличение содержания липидов в крови в условиях системной инфекции является стереотипной защитно-приспособительной реакцией, способствуя выживанию организма в условиях эндотоксемии [4,7]. В то же время, несмотря на защитный эффект гиперлипидемии в условиях воспаления, эта реакция имеет проатерогенную направленность, содействуя развитию метаболического паттерна при артериальной гипертензии и атеросклерозе. Изменения метаболизма липидов в острой фазе включают: гипертриглицеридемию, увеличение количества мелких плотных частиц липопротеинов, уменьшение содержания и изменение составу липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), снижение активности ферментов и уровня транспортных белков, связанных с ЛПВП и участвующих в их метаболизме (лецитинхо-линацилтрансферазы (ЛХАТ), белка, транспортирующего эфиры холестерина (БТЭХ), белка, транспортирующего фосфолипиды (БТФЛ)) [6], - то есть включают практически все основные факторы атерогенеза, совокупность которых характеризуется как «метаболический синдром X» [9].
В проведенном исследовании также установлено, что одним из проявлений нарушенного метаболизма липопротеинов при воспалении является их атерогенная модификация. Через 2 нед. содержание в плазме модифицированных липопротеинов было увеличено в 2,5 раза, через 7 нед. - в 10 раз. Важнейшим фактором атерогенной модификации липопротеинов крови в условиях воспаления было возникновение выраженного окси-дантного стресса. Активация циркулирующих моноцитов и нейтрофилов сопровождалась развитием свободнорадикальных реакций, увеличением содержания в плазме промежуточных и конечных продуктов перекисного окисления липидов - гидроперекисей и малонового диальдегида. Однако этот механизм не был единственным в атерогенной модификации липопротеинов. Накопление в плазме модифицированных липопротеинов явилось, в соответствии с данными литературы [2,8], следствием их перегрузки триглицеридами в результате угнетения ферментной активности, что сопровождалось конфор-мационными изменениями липопротеинов, потерей у них сродства к специфическим рецепторам гепатоцитов и появлением - к скевенджер-рецепторам макрофагов.
Развитие системного воспаления не ограничивалось проатерогенными изменениями содержания и качественного состава липидов и липопротеинов крови, но сочеталось с отчетливыми признаками инсулинорезистентности. Через 4 нед. после первого введения пирогенала отмечена выраженная гипергликемия, а уже через 7 нед. концентрация глюкозы в крови более чем в 2 раза превышала исходную. Это сочеталось с повышением концентрации в крови НЬА1с, которая через 2 нед. превышала исходную более чем в 4 раза, а через 7 нед. были выявлены признаки нарушения толерантности к глюкозе. Отмеченные изменения обмена углеводов практически нормализовались через 5 нед. после последнего введения антигена, что свидетельствовало об их прямой связи с системным воспалительным процессом.
Сочетание воспаления с нарушениями обмена углеводов было установлено в других исследованиях, в которых была найдена четкая корреляция показателей инсулинорезистентности с тремя основными маркерами воспаления - С-реактивным белком, фибриногеном и лейкоцитозом [4], а также между С-реактивным белком и показателями чувствительности к инсулину, его содержанием натощак, а также с уровнем гликемии. По-
вышение концентрации маркеров воспаления в крови установлено также у пациентов с инсулиннезависимым сахарным диабетом. На основании этих данных было высказано предположение, что хроническое воспаление является частью синдрома инсулинорези-стентности [3]. Полученные нами данные подтверждают точку зрения, что воспаление является триггером снижения чувствительности к инсулину [2]. Звеном, связывающим воспаление и нарушения обмена глюкозы, является, по-видимому, увеличение содержания в крови ИЛ-6 [5], способного активизировать систему «гипоталамус-гипофиз-надпочечники» с высвобождением ряда гормонов, прежде всего соматотропина, результатом чего являются возникновение резистентности к инсулину, развитие центрального ожирения и артериальной гипертензии.
Таким образом, в условиях субклинической формы воспаления возникают выраженные нарушения обмена липидов крови проатерогенной направленности, сочетающиеся с инсулинорезистентностью и гипергликемией, которые также рассматриваются как независимые факторы атерогенеза. В то же время вопрос о причинно-следственных отношениях между изменениями обмена липидов и углеводов при воспалении, а также
об их взаимозависимости еще остается открытым, так как и первичное нарушение обмена липидов с накоплением насыщенных жирных кислот способствует возникновению инсулинорезистентности, но также и первичная гипергликемия может сопровождаться нарушениями липидного обмена и индукцией паттерна провоспалительных цитокинов [8].
Литература
1. Долгушин ИИ.. Бухарин О.В. Нейтрофилы и гомеостаз. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001.
2. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меныцикова Е.Б. Окислительный стресс: биохимический и патофизиологический аспекты. - М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001.
3. Пасечник А.В., Фролов В.А., Моисеева Е.Г. и др. Анализ воспалительного процесса в параметрах функции нейтрофилов // Вестник РУДН. Сер. Медицина. 2001, №3. - С. 33-37.
4. Пасечник А.В. Артериальная гипертензия: альтернативный взгляд на природу событий. Материалы IV Российского научного форума «Традиции Российской кардиологии и новые технологии кардиологии XXI века». - М., 2002 - С. 297-300.
5. Пасечник А.В. Первичная артериальная гипертензия как хронический воспалительный процесс. Конференция «Артериальная гипертензия: Экспериментальные и клинические аспекты». Тезисы докладов. - СПб. 1995,- 70-71.
6. Curtiss L.K., Witztum J.L. Plasmas apolipoproteins А-I, A-II, B, С-I and E are glucosylated in hyperglycaemic diabetic subjects. Diabetes. 1985; 34: 452-461.
7. Hammoud Т., Tanguay T„ Bourassa J. Management of coronary artery disease: therapeutic options in patients with diabetes. J. Amer. Coll. Cardiology. 2000; 2(36): 355-365.
8. Hiramatsu K„ Arimori S. Increased superoxide production by mononuclear cells of patients with hypertriglyceridemia and diabetes. Diabetes. 1988; 37: 832-837.
9. Kennedy L„ Lyons T.J. Non-enzymatic glycosilation Brit. Med. Bull. 1989; 45: 174-190.
THE ANALYSIS OF AN INFLAMMATION AS THE CAUSES OF DEVELOPMENT OF METABOLIC DISTURBANCE AND INSULIN RESISTANCE.
A.V. PASECHNIK, V.A. FROLOV, A.E. KUZOVNIKOV, E.G. MOISEEVA,
A.A. HOMENKO, N.G. GVOZD, A.G. MANGASAROV, N.F. FATHI, M. LINGTHEN
Department of Pathological Physiology of RPFU. Moscow. 117198. Mikluho-Maklaya st„ 8.
Medical faculty
In the article the analysis of the experimental evidences and theoretical substantiation of the concept of an inflammatory genesis of metabolic disturbance basing a chronic non-infective pathology is given. It is shown, that both in conditions of a local subclinical inflammation, and in conditions of system inflammatory reacting there is a development of the «standard» forms of the unbalance of exchange of lipoproteins, glucose and insulin, appearance modified atherogenous lipoproteins and glycosilative proteins. The synthesis of the proinflammatory spectrum of cytokines and activation of an oxygen metabolism in macrophages and neutrophils is accompanied by development of a hyper-glycaemia and insulin resistance, «fixing» systemic hyperreactivity of a cardiovascular system.
Key words: chronic non-infective pathology, cardiovascular system, inflammation, metabolic syndrome, cytokines, macrophages, neutrophils.
