Физиология человека, 2021, T. 47, № 6, стр. 95-99
Динамика обмена липидов у испытателей в ходе 120-суточной изоляции в гермообъеме
Е. А. Маркина 1, О. А. Журавлева 1, Д. С. Кузичкин 1, А. В. Поляков 1, А. А. Маркин 1, *, Л. В. Вострикова 1, И. В. Заболотская 1, В. И. Логинов 1
1 ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН
Москва, Россия
* E-mail: andre_markine@mail.ru
Поступила в редакцию 18.06.2020
После доработки 13.01.2021
Принята к публикации 23.06.2021
Аннотация
В международном эксперименте со 120-суточной изоляцией в гермообъеме “SIRIUS 19”, проведенном на базе экспериментального комплекса ГНЦ РФ ИМБП РАН (г. Москва), обследовали экипаж, состоящий из шести человек обоего пола в возрасте от 27 до 43 лет. В сыворотке крови испытателей определяли уровень общего холестерина, холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), триглицеридов, аполипопротеинов А1 и В, а также неэстерифицированных (свободных) жирных кислот (НЭЖК). Рассчитывали концентрацию холестерина липопротеидов низкой (ЛПНП) и очень низкой (ЛПОНП) плотности, величины индекса атерогенности (ИА), АпоВ/АпоА1 и ЛПВП-отношений. Особенностью данного эксперимента явилась профилактическая программа, включавшая в себя циклы ежедневных физических нагрузок различной интенсивности, а также регулярные физнагрузочные тесты, проводимые на протяжении всего экспериментального воздействия. В связи с этим отсутствовали достоверные изменения концентрации холестерина и его ЛПОНП-фракции, а содержание липопротеинов А1 и В находилось на низком уровне. Вследствие действия регулярных и интенсивных физических нагрузок, на длительное время активировался процесс липолиза как дополнительный путь энергосинтеза, что характеризовалось резким, за верхнюю границу референтного диапазона, увеличением содержания в крови НЭЖК и привело к изменениям синтеза холестерина в печени, выразившимся в перераспределении состава его фракций. Учитывая результаты данного исследования, необходима оптимизация профилактических физических нагрузок в последующих экспериментах.
Формирование неблагоприятных сдвигов показателей липидного обмена, высокая степень риска атерогенеза и развития повреждений интимы сосудов в ходе длительных космических полетов (КП) являются актуальной проблемой космической медицины на протяжении десятилетий. Достаточно отметить, что сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти российских космонавтов [1].
Показано прогрессивное увеличение концентрации холестерина (ХС) в крови космонавтов основных экспедиций на орбитальный комплекс “Мир”, сопровождавшееся снижением уровня холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) [2]. У некоторых космонавтов при полетах на МКС отмечалось более чем двукратное повышение концентрации холестерина относительно верхней границы нормы [3]. После длительных полетов у членов экипажей орбитальных станций “Салют 6” и “Салют 7” повышалось содержание холестерина, триглицеридов, холестерина липопротеидов низкой (ЛПНП) и очень низкой плотности (ЛПОНП), возрастало значение индекса атерогенности (ИА), а также отношения холестерин/фосфолипиды [4].
Современное состояние медицинских технологий не позволяет осуществить всестороннее исследование липидного обмена непосредственно в ходе экспедиции, в связи с чем получить представление о его особенностях при полетах большой продолжительности возможно пока только в наземных аналоговых экспериментах.
Эксперименты с изоляцией в гермообъеме являются моделью КП, в которой можно воспроизвести действие на организм человека практически всех его факторов за исключением невесомости [5].
При изоляции продолжительностью до 135 сут были обнаружены изменения холестеринового обмена, характерные для КП – повышение содержание холестерина в крови и перераспределение его фракций в сторону преобладания атерогенных форм. Однако следует подчеркнуть, что в ходе 240-суточной изоляции в гермообъеме таких изменений обнаружено не было [6]. В этой связи следует отметить, что риск атерогенеза характеризуют не только содержание в крови холестерина и его липопротеидных фракций – холестерина ЛПВП, ЛПНП и очень низкой ЛПОНП плотности, но и баланс всех форм липопротеидов [7]. Ведущую роль играют липиды, влияющие на синтез и распределение липопротеидов, в первую очередь, аполипопротеины А1 (АпоА1) и В (АпоВ). Их соотношение указывает на риск развития атерогенных изменений вне зависимости от содержания липидов, связанных с холестерином, в том числе и тогда, когда их уровень находится в норме [8, 9]. Анализ липопротеинов позволяет выявлять липидно-липопротеиновый дисбаланс, что дает возможность оценить риск атерогенеза в случаях, когда использование традиционных показателей холестеринового обмена неэффективно [10]. Так, в ходе эксперимента с 17-суточной изоляцией в гермообъеме при практически неизменном уровне величин “базовых” параметров холестеринового обмена (холестерин, холестерин ЛПВП и ЛПНП, индекс атерогенности, отношение фосфолипиды/холестерин), уже в первую неделю воздействия наблюдалось повышение в крови показателей, характеризующих изменения в составе спектра липопротеидов, определяющих развитие атерогенеза. Увеличивалось содержание АпоВ, повышалось значение индекса АпоВ/АпоА1, что указывало на развитие начальных сдвигов атерогенной направленности [11].
Увеличение содержания неэстерифицированных (свободных) жирных кислот (НЭЖК) в печени приводит к нарушению метаболизма холестерина, результатом чего является образование гиператерогенных плотных частиц ЛПНП-холестерина при резком снижении уровня холестерина ЛПВП [10]. Таким образом, наличие информации о состоянии липидного обмена в дополнение к данным об уровне холестерина и его фракций, позволяет достоверно оценить риск атерогенеза у обследуемых.
Цель работы – исследование показателей липидного обмена, оказывающих влияние на синтез и распределение фракций холестерина в динамике эксперимента со 120-суточной изоляцией в гермообъеме.
МЕТОДИКА
В эксперименте со 120-суточной изоляцией в гермообъеме “SIRIUS 19”, проведенном в рамках международного проекта “SIRIUS” на базе наземного экспериментального комплекса ГНЦ РФ – ИМБП РАН (г. Москва), обследовали экипаж, состоящий из шести человек обоего пола в возрасте от 27 до 43 лет. Основанием для объединения мужчин и женщин в одну группу явилось отсутствие гендерных различий по значениям референтных диапазонов всех исследуемых показателей за исключением АпоА1 и АпоВ. Однако разница по последним не превышает 10% [12].
Особенностью данного эксперимента явилась профилактическая программа, включавшая в себя циклы ежедневных физических нагрузок различной интенсивности, продолжительностью около месяца, с шестидневным перерывом между циклами. Регулярно проводили физнагрузочные тесты с использованием велоэргометра и бегущей дорожки. Кроме того, дважды моделировали нештатные ситуации, состоявшие в 24-часовой депривации сна у всех членов экипажа.
Венозную кровь отбирали утром, натощак, за 28 сут до начала эксперимента, на 37, 63, 120 сут изоляции, а также на 7 и 14 сут периода восстановления (ПВ). Точки взятия были подобраны так, чтобы с момента последней физической нагрузки или нештатной ситуации проходило не менее 3–5 дней. В сыворотке крови определяли уровень общего холестерина, холестерина ЛПВП, АпоА1 и АпоВ, триглицеридов и НЭЖК. Концентрацию холестерина ЛПНП, холестерина ЛПОНП, величины индекса атерогенности (ИА), АпоВ/ АпоА1 и ЛПВП-отношения рассчитывали по общепринятым формулам [13]. Измерения проводили на биохимическом анализаторе “Targa BT 3000” (Biotecnica Instruments, Италия), используя наборы реагентов фирмы “DiaSys” (Германия). Статистическую обработку полученных данных проводили методами вариационной статистики с применением пакета прикладных программ Statistica for Windows (США) с помощью t-критерия Стьюдента. Исключение отдельных значений, не входящих в генеральную совокупность выборки, производили по критерию Dixon [14].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследования представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Показатели холестеринового обмена у испытателей в динамике эксперимента со 120-суточной изоляцией в гермообъеме (M ± m, n = 6)
| Показатель | Фон | 37 с | 63 с | 120 с | +7 с | +14 с |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ХС | 4.87 ± 0.28 | 4.67 ± 0.17 | 4.53 ± 0.31 | 5.04 ± 0.16 | 4.97 ± 0.17 | 4.70 ± 0.22 |
| ХС ЛПВП | 1.69 ± 0.11 | 1.53 ± 0.07 | 1.20 ± 0.06* | 1.19 ± 0.06* | 1.41 ± 0.04* | 1.48 ± 0.03 |
| ХС ЛПНП | 2.83 ± 0.23 | 2.86 ± 0.14 | 3.05 ± 0.32 | 3.58 ± 0.16* | 3.36 ± 0.16 | 2.94 ± 0.19 |
| ХС ЛПОНП | 0.240 ± 0.030(5) | 0.280 ± 0.030 | 0.282 ± 0.035 | 0.240 ± 0.020(5) | 0.210 ± 0.020 | 0.270 ± 0.010 |
| ИА | 1.97 ± 0.32 | 2.07 ± 0.13 | 2.86 ± 0.36 | 3.32 ± 0.29*,! | 2.53 ± 0.09 | 2.17 ± 0.10 |
| ЛПВП-отн. | 0.620 ± 0.068 | 0.540 ± 0.030 | 0.417 ± 0.055* | 0.340 ± 0.030* | 0.420 ± 0.020* | 0.510 ± 0.030 |
| ТГ | 0.528 ± 0.066(5)! | 0.620 ± 0.060 | 0.621 ± 0.076 | 0.520 ± 0.050(5)! | 0.450 ± 0.040! | 0.600 ± 0.030 |
| НЭЖК | 380 ± 9(5) | 808 ± 145*,! | 621 ± 73*,! | 529 ± 57* | 405 ± 30 | 288 ± 43 |
| АпоА1 | 1.72 ± 0.10 | 1.65 ± 0.08 | 1.46 ± 0.05* | 1.59 ± 0.05 | 1.45 ± 0.04* | 1.46 ± 0.04* |
| АпоВ | 0.744 ± 0.078 | 0.660 ± 0.040 | 0.504 ± 0.012(5)* | 0.600 ± 0.020(5) | 0.640 ± 0.050 | 0.610 ± 0.050 |
| В/А1 | 0.380 ± 0.027(5) | 0.410 ± 0.030 | 0.342 ± 0.006(5) | 0.370 ± 0.010(5) | 0.450 ± 0.040 | 0.420 ± 0.040 |
В фоновом периоде наблюдалось снижение за пределы физиологической нормы (табл. 2) концентрации триглицеридов, что объясняется алиментарными причинами.
Таблица 2.
Границы референтных диапазонов исследованных биохимических показателей
| Показатель | Референтный диапазон |
|---|---|
| ХС, ммоль/л | 2.8–5.2 |
| ХС ЛПВП, ммоль/л | >0.91 |
| ХС ЛПНП, ммоль/л | <4.0 |
| ЛПВП-отн. | >0.28 |
| ИА | 2.2–3.0 |
| ТГ, ммоль/л | 0.55–2.30 |
| НЭЖК, мкмоль/л | 100–600 |
| АпоА1, г/л | 1.1–1.7 |
| АпоВ, г/л | 0.80–1.55 |
| АпоВ/АпоА1 | 0.1–0.9 |
Во все сроки обследования концентрация холестерина и холестерина ЛПОНП не отличалась достоверно от фонового уровня. При этом уровень холестерина ЛПВП достоверно понизился на 63 и 120 сут изоляции примерно на треть и оставался пониженным к 7 сут ПВ внутри диапазона физиологической нормы. Причиной этого могло служить резкое повышение концентрации НЭЖК во все сроки изоляции, с 37 по 120 сут, на 213, 163 и 139% соответственно. Как упоминалось ранее, увеличение содержания НЭЖК в крови приводит к нарушению метаболизма холестерина в печени и снижению уровня холестерина ЛПВП [10].
Снижение содержания холестерина ЛПВП нашло отражение в достоверном уменьшении величины ЛПВП-отношения в те же сроки в диапазоне 45–32%, но в пределах референтных величин. На 120 сут изоляции значимо, на 26%, повысился уровень холестерина ЛПНП при достоверно, на 30%, сниженном содержании холестерина ЛПВП, что привело к значимому увеличению значения ИА на 26% и выходу его абсолютной величины за границы физиологической нормы.
На фоне изменений показателей холестеринового обмена, содержание АпоА1 достоверно снизилось на 15% к 63 сут изоляции и на эту же величину в периоде восстановления. Однако, в связи с тем, что уровень АпоВ также имел тенденцию к снижению во все сроки обследования, величина соотношения АпоВ/АпоА1 достоверно не отличалась от фоновых значений.
Несмотря на то, что изменения некоторых показателей холестеринового обмена в данном эксперименте напоминают таковые в предыдущих исследованиях [15], причины их возникновения совершенно различны. В ранее проведенных экспериментах сдвиги холестеринового обмена возникали вследствие развития гиподинамии. В данном исследовании, в связи с реализацией программы ежедневных профилактических физических нагрузок и регулярным проведением физнагрузочных тестов, гиподинамия, по всей вероятности, не развивалась. Более того, вследствие высокой интенсивности физических тренировок наблюдались признаки включения липолиза как резервного пути энергосинтеза в организме. Субстраты липолиза являются своеобразными липидными аналогами гликолиза и гликогенолиза [16]. Так, триглицериды аналогичны гликогену, а НЭЖК, как продукт расщепления триглицеридов, является своеобразным липидным аналогом глюкозы, используемым для синтеза аденозинтрифосфата (АТФ) в реакциях β-окисления.
В эксперименте “SIRIUS 19” к концу воздействия и на 7 сут ПВ отмечалось снижение за границу референтного интервала среднего значения концентрации триглицеридов после резкого достоверного повышения уровня НЭЖК, в том числе за пределы диапазона физиологической нормы на 37 и 63 сут, что может быть связано с усиленным расщеплением триглицеридов как начального субстрата реакций липолиза. Стабильно высокие концентрации НЭЖК в крови, по всей видимости, привели к нарушению синтеза холестерина в печени и перераспределению состава его фракций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Особенностью эксперимента явилась профилактическая программа, включавшая в себя циклы ежедневных физических нагрузок различной интенсивности, а также регулярные физнагрузочные тесты, проводимые на протяжении всего экспериментального воздействия. Этим объясняется различие в характере изменений показателей липидного обмена, наблюдаемых в данном эксперименте от сдвигов, наблюдавшихся в проведенных ранее аналогичных исследованиях. Отсутствовали достоверные изменения холестеринового обмена атерогенной направленности – концентрации холестерина, и его атерогенных ЛПНП (за исключением одного срока обследования) и ЛПОНП–фракций, не менялись, достоверно снижались уровни липопротеинов А1 и В, при этом отношение АпоА1/АпоВ оставалось неизменным. С середины срока изоляции наблюдалось достоверное снижение концентрации холестерина ЛПВП, однако связанное не с развитием гиподинамии, как в предыдущих экспериментах, а скорее всего, обусловленное воздействием на его синтез в печени метаболитов липолиза.
В ходе изоляции, вследствие действия регулярных и интенсивных физических нагрузок, на длительное время активировался процесс липолиза, дополнительного пути энергосинтеза, что сопровождалось к концу изоляции и вплоть до седьмых суток периода восстановления, снижением за границы физиологической нормы средних величин концентрации триглицеридов – источника свободных жирных кислот. Их концентрация в крови характеризовалась значимым резким, за верхнюю границу референтного диапазона в первой половине эксперимента, увеличением, что привело к изменениям синтеза холестерина ЛПВП в печени.
Учитывая результаты данного исследования, становится очевидной необходимость оптимизации профилактических физических нагрузок в последующих экспериментах.
Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены комиссией по биомедицинской этике Института медико-биологических проблем РАН (Москва).
Информированное согласие. Каждый участник исследования представил добровольное письменное информированное согласие, подписанное им после разъяснения ему потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.
Финансирование работы. Работа финансировалась за счет темы РАН № 65.1 и контракта № TXS0146584 от 03.09.2018 г. с Wylelaboratories (США).
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.
Список литературы
Ushakov I.B., Bryleva M.S., Voronkov Y.I. et al. A cohort mortality study among soviet and Russian cosmonauts, 1961–2014 // Aerosp. Med. Hum. Perform. 2017. V. 88. № 12. P. 1060.
Markin A., Strogonova L., Balashov O. et al. The Dynamics of Blood Biochemical Parameters in Cosmonauts During Long-term Space Flights // Acta Astronautica. 1998. V. 42. № 1–8. P. 247.
Ничипорук И.А., Моруков Б.В. Исследование биохимических показателей в ходе длительных космических полетов на Международной космической станции / Международная космическая станция. Российский сегмент. Космическая биология и медицина. Воронеж: Научная книга, 2011. Т. 2. 228 с.
Ушаков А.С., Попова И.А. Обмен веществ / Человек в космическом полете. М.: Наука, 1997. Т. 3. Кн. 1. Гл. 8. С. 328.
Stuster J. Analogue prototypes for Lunar and Mars exploration // Aviat. Space Environ. Med. 2005. V. 76. № 6. Suppl. P. B78.
Маркин А.А., Журавлева О.А., Вострикова Л.В. и др. Особенности обмена веществ у испытателей различных групп в эксперименте с длительной изоляцией SFINCSS-99 / Модельный эксперимент с длительной изоляцией: проблемы и достижения. М.: ИМБП, 2001. С. 422.
Панин Л.Е. Обмен липопротеинов и атеросклероз // Бюллетень СО РАМН. 2006. № 2. С. 15.
Steffen B.T., Guan W., Remaley A.T. et al. Apolipoprotein B is associated with carotid atherosclerosis progression independent of individual cholesterol measures in a 9-year prospective study of Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis participants // J. Clin. Lipidol. 2017. V. 11. № 5. P. 1181.
Ефременко Ю.Р., Королева Е.Ф., Горшкова Т.Н. Показатели липидного обмена и свободнорадикального окисления при метаболическом синдроме // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 2. С. 183.
Вельков В.В. Предикторы. Новые возможности для диагностики потенциально фатальных патологий и оценки рисков их осложнений. М.: Lomonosoff Print, 2009. 34 с.
Маркина Е.А., Журавлева О.А., Кузичкин Д.С. и др. Исследование показателей холестеринового обмена в эксперименте с 17-суточной изоляцией в гермообъекте “SIRIUS 17” // Физиология человека. 2019. Т. 45. № 4. С. 90. Markina E.A., Zhuravleva O.A., Kuzichkin D.S. et al. Dynamics of lipid metabolism in volunteers during short-term isolation in a hermetic chamber // Human Physiology. 2019. V. 45. № 4. P. 421.
Мухамедиева Л.Н., Маркина Е.А., Журавлева О.А. и др. Особенности холестеринового обмена у мужчин и женщин в условиях длительного моделированного космического полета // Международный научно-исследовательский журн. 2018. № 1. С. 61.
Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. М.: МЕД пресс-информ, 2009. 896 с.
Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976. 598 с.
Маркин А.А., Журавлева О.А., Моруков Б.В. и др. Гомеостатические реакции организма человека при воздействии условий 105-суточной изоляции // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2010. Т. 44. № 4. С. 31.
Кишкун А.А. Руководство по лабораторным методам диагностики. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. 760 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Физиология человека
Пн.-пт.: 10.00-19.00