Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Биоэлементы в процессах обмена веществ. 15
1.2. Обмен железа и железодефицитные состояния у детей 23
1.3. Особенности метаболизма кальция и последствия его дефицита в детском организме
1.4. Метаболические изменения при йоддефицитных состояний у детей
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Дизайн исследования 48
2.2. Биохимические методы исследования 52
2.3. Клинико-гематологические исследования 57
2.4. Инструментальные и другие методы исследования 57
2.5. Статистическая обработка результатов 60
Глава 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение
3.1. Биохимический статус и интенсивность процессов свободно- радикального окисления у школьников младших классов 62
3.2. Метаболические признаки элементной обеспеченности железом детей препубертатного возраста, проживающих в городской и сельской местности 73
3.3. Состояние фосфорно-кальциевого обмена и метаболизма костной ткани 82
3.4. Распространенность дефицита йода и функциональное состояние щитовидной железы у школьников младших классов 91
3.5. Эффективность групповой профилактики дефицита кальция и йода. 103
Глава 4. Заключение 124
Выводы 146
Практические рекомендации 148
Список сокращений 149
Список литературы 151
- Обмен железа и железодефицитные состояния у детей
- Метаболические изменения при йоддефицитных состояний у детей
- Клинико-гематологические исследования
- Метаболические признаки элементной обеспеченности железом детей препубертатного возраста, проживающих в городской и сельской местности
Введение к работе
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности
В условиях выраженного демографического спада, переживаемого Россией, сохранение и укрепления здоровья детского населения является важной задачей общества и приоритетным направлением государственной политики (Баранов А.А. Педиатрия. – 2012. – т. 91, №3. – С. 9-14).
На территории многих регионов России отмечается недостаток или избыток биоэлементов, приводящие на фоне общих факторов здоровья детей к формированию донозологических и патологических состояний в силу особенностей обмена растущего организма, несовершенных адаптационных возможностей, снижения резистентности и сопротивляемости. Фактор элементной обеспеченности является одним из ведущих компонентов, определяющих здоровье детского населения (Кучма В.Р. Росс. педиатрический журнал. 2007. №1. С. 53-57; Детское питание: Руководство для врачей. Под ред. Тутельяна В.А. М.: ООО «Мед. ин-форм. агентство». 2009. 952с. Онищенко Г.Г. Вопросы питания. 2009. №1. С. 16-21; Сетко Н.П. Гигиена и санитария. 2009. №4. С. 45-47.; Вестник РГМУ. 2011. №1. С. 9-14; Баранов А.А. Педиатрия. 2012. №4. С. 45-47).
Недостаточно изученным аспектом данной проблемы является состояние истиной нутриентной обеспеченности детей эссенциальными биоэлементами во взаимосвязи с отдельными специфическими видами обмена веществ. Оценка особенностей метаболических изменений, составляющих основу патохимических механизмов биоэлементной недостаточности и предшествующих возникновению клинических проявлений, является чрезвычайно важным аспектом, включающим своевременную диагностику пограничных состояний на доклиническом уровне, назначение селективной корригирующей терапии и диагностический мониторинг ее эффективности. Ликвидация дефицита биоэлементов снижает общую заболеваемость и продолжительность заболевания (Шарухо Г.В. Мед. наука и образование Урала. 2010. №2. С. 104-106; Онищенко Г.Г. Мед. наука и образование Урала. 2011. №1. С. 138-142).
Среди элементзависимых заболеваний наиболее распространенными у детей являются железодефицитная анемия и эндемический зоб (Спиричев В.Б. Витамины, витаминоподобные и минеральные вещества. Справочник. М.: МЦФЭР. 2004. 240с; Дедов И.И. Дефицит йода – угроза здоровью и развитию детей России. Пути решения проблемы (национальный доклад). М. 2006. 43с; Детское питание: Руководство для врачей. Под ред. Тутельяна В.А. М.: ООО «Мед. информ. агентство». 2009. 952 с.).
Эндемический зоб и дефицит йода разной степени тяжести обнаруживаются практически на всей территории России (Дедов И.И. Йоддефицитные состояния у детей России. М.: Медицина. 2003. 223с.; Трошина Е.А. Проблемы эндокринологии. 2011. №1. С. 60-65). Своевременное выявление и проведение комплекса лечебно-профилактических мероприятий, коррекция функциональных нарушений в препубертатном периоде позволяет предотвратить формирование зоба, задержку полового и физического развития в пубертате (Фадеев, В.В. Заболевания щитовидной железы в регионе легкого йодного дефицита: эпидемиология, диагностика, и лечение. М.: Изд. дом «Видар - М». 2005. 240с.; Трошина Е.А.
Клиническая и экспериментальная тиреоидология, 2009. №2. С. 34-40; Белякова М.А. Сибирский мед. журнал. 2010. №1. С. 100-102).
Несмотря на глубокую изученность этиологии и патогенеза, достаточно
широкие возможности диагностики, профилактики и лечения, железодефицитные
состояния продолжают оставаться распространенными в мире. У детей 5-14 лет
его частота достигает до 82% (Колосова Н.Г.
). Изменения, возникающие вследствие дефици
та железа, приводят к нарушениям со стороны различных систем детского орга
низма: снижается толерантность к физическим нагрузкам, когнитивное, психо
эмоциональное и двигательное развитие, интеллектуальный потенциал, возраста
ет инфекционная заболеваемость (Коровина Н.А.
; Lozof B. Semin.Pediatr. vol. 2006.13 (3). P.
158-165; .J. Nutr vol.2011. 141(4). P. 7405-7465. Cortese S.. Med. Hypetheses. vol
2008/. 70(6)/ P. 1128-1132; Chang S. Pediatrics. vol. 2011/ 127(4). P. 927-933; Chen
M.N. www biomedcentral. Com/1471-244X/13/161).
Недостаточно изученными остаются молекулярные механизмы развития патологии костной системы растущего организма. Несвоевременная диагностика нарушений метаболизма костной ткани приводит к формированию необратимых изменений со стороны скелета, сколиозу, ювенальному остеопорозу и служит морфологической основой для костно-мышечных заболеваний впоследствии (Шеплягина Л.А. Росс. педиатр. журнал. 2003. №3. С. 16-22; Костная прочность у детей известные и неизвестные факты. М. 2010. 16с). Имеются региональные, этнические и возрастные изменения достижения пика костной массы (Моисеева Т.Ю. автореф дисс. … д-ра мед. наук М. 2004. 39 с;. Лесняк, О.М. Остеопороз и остеопатии. 2011. №2. С. 3-6).
Широкомасштабные исследования детей от 3 до 15 лет, проведенные в России за период 2004-2009 гг., свидетельствуют о снижении костной прочности у 13,6% обследованных (Шеплягина Л.А. Костная прочность у детей: известные и неизвестные факты. М. 2010. 16 с.). Особый вклад в ухудшении состояния костной ткани вносит дефицит кальция и нарушения кальций-фосфорного обмена.
Анализ литературных данных подтверждает необходимость поиска, систематизации и апробации биохимических признаков элемент-зависимых патологических изменений для диагностики преморбидных состояний до появления клинических признаков.
Цель исследования. Характеристика элемент-зависимых звеньев обмена веществ, отражающих обеспеченность железом, кальцием и йодом детей препубертатного возраста, и метаболическая оценка эффективности групповой профилактики дефицита кальция и йода.
Задачи исследования
-
Изучить биохимический статус и интенсивность свободно-радикального окисления у детей препубертатного возраста южного региона Республики Башкортостан.
-
Изучить метаболические признаки элементной обеспеченности железом и распространенность дефицита железа среди городских и сельских школьников младших классов.
-
Определить у детей уровень биохимических маркеров обмена костной ткани и костную прочность.
-
Охарактеризовать тиреоидный статус детей препубертатного возраста региона.
5. Оценить эффективность групповой профилактики элементной
недостаточности кальция и йода на обмен костной ткани и тиреоидный статус
детей.
Методология и методы исследования. В работе представлены результаты обследования в 2011-2012 гг. 180 школьников 2-3 классов (8-9 лет) гимназии № 1, МБОУ СОШ № 5 г. Мелеуза и МБОУ СОШ села Зирган Мелеузовского района, находящихся на юге Республике Башкортостан. Обязательным критерием в исследовании было письменно подтвержденное добровольное информированное согласие ребенка и устное согласие ребенка. При сборе, обработке и хранении информации на всех этапах работы соблюдались принципы конфиденциальности.
Для достижения цели и решения поставленных задач использовались следующие методы биохимические, клинико-лабораторные, физиологические, гигиенические, ультразвуковые, иммуноферментный анализ, статистические.
Исследования проводились в два этапа в начале учебного года (первая половина сентября) и в конце учебного года (последняя декада мая). Для оценки групповой профилактики элементной недостаточности кальция и йода обследуемые учащиеся были разделены на группы: первую группу составили дети г. Ме-леуза, получавшие в течении года согласно программе «Школьное молоко» цельное молоко, вторую – городские школьники, получавшие йодированное молоко, третью – учащиеся сельской общеобразовательной школы, получавшие цельное молоко, четвертую – сельские дети, получавшие йодированное молоко.
Йодированное и нейодированное молоко, производимое Мелеузовским молочным комбинатом, школьники младших классов получали дополнительно во время школьного завтрака по 200 мл (стакан) 3 раза в неделю. Йодированное цельное молоко (торговое название «Фитомол») производится на комбинате по оригинальной технологии с использованием йодсодержащей биологически активной добавке к пище «Фитойод», разработанной в научно-исследовательской лаборатории «Пищевые технологии» филиала ФГОУ ВПО «Московский государственный университет технологии и управления им. К.Г. Разумовского» в г. Ме-леузе (патент РФ №2255377 от 10.12.2005г.). «Фитойод» разрешен для использования в пищевой промышленности на территории РФ (свидетельство о госрегистрации №77.99.23.3.У.141149.12.06 от 04.12.2005г.). Молоко «Фитомол» изготавливается в соответствии с ТУ 9191-001-48859312-05 Федерального агентства «ЦСМ Республики Башкортостан». 100 мл «Фитомола» содержит 30 мкг йода в биодоступной форме, обеспечивает пролонгированное всасывание йода.
Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора. Достоверность полученных результатов, обоснованность выводов и практических рекомендаций базируются на достаточном числе наблюдений, использовании современных методов, аппаратуры и наборов реагентов, статистической обработке материалов исследования.
Основные материалы диссертационной работы доложены на научно-практической конференции с международным участием «Илизаровские чтения» (г. Курган, 2012); IV Российской научно-практической конференции «Здоровье человека в ХХI веке» (г. Казань, 2012); Российской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы медицинской биохимии и клинической лабораторной диагностики», посвященной памяти академика АН РТ проф. Д.М. Зубаирова (г. Казань, 2013); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал» (г. Мелеуз, 2013); VII Международной научно-практической конференции молодых ученых-медиков (г. Курск, 2013); на совместном заседании кафедры биологической химии ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России и научно-исследовательской лаборатории «Пищевые технологии» филиала ГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе (г. Уфа, 2014), VI Российской научно-практической конференции, посвященной 200-летию образования Казанского государственного медицинского университета «Здоровье человека в XXI веке» (г. Казань, 2014).
Личное участие диссертанта в получении научных результатов,
изложенных в диссертации, выразилось в проведении научно-информационного
поиска, составлении плана, анализа и обобщения данных литературы, постановки
цели и задач исследования, выбора методов, сборе материала, проведении
биохимических исследований. Диссертант принимал участие в проведении
соматометрических измерений, ультразвуковых исследований, расчета
потребления биоэлементов. Автором проведена статистическая обработка и оценка результатов, их анализ, оформление публикаций, подготовка диссертационной работы.
Положения, выносимые на защиту
1 Анализ биохимических и гематологических параметров демонстрирует, что среди детей препубертатного возраста южного региона Башкирии дефицит желез не носит распространённый характер.
-
Уровень показателей фосфорно-кальциевого обмена и биохимических маркеров ремоделирования костной ткани соответствуют физиологическим возрастным колебаниям. Частота снижения костной прочности у школьников младших классов связана с недостаточной обеспеченностью кальцием и витамином Д.
-
Результаты метаболической оценки обеспеченности микронутриентами свидетельствуют о необходимости индивидуальной и групповой профилактики среди детей дефицита железа, кальция, йода, витамина Д и эффективности профилактики недостаточности кальция и йода в рамках программы «Школьное молоко» использованием йодированного и нейодированного молока.
Научная новизна. Установлено, что у детей препубертатного возраста (8-9 лет), проживающих в городе, отмечается усиление прооксидантной активности и механизмов антиоксидантной защиты по сравнению со сверстниками сельской местности. Впервые показано отсутствие в южном регионе Башкирии распро-
страненного дефицита железа, но наличие напряженной адаптации организма к снижению запасов этого элемента. Установлено, что медиана концентрации в сыворотке крови маркеров костного ремоделирования – С-концевых телопептидов типа 1 и активность щелочной фосфатазы, а также уровень кальцийурии находятся в пределах возрастных физиологических колебаний. Костная прочность детей в среднем по Z–критерию существенно не отличается от российских референтных величин. Однако, обнаруживается более высокая частота снижения костной прочности по лучевой и большеберцовой кости на уровне менее М -1SD, составляя среди мальчиков 16,9%, девочек – 21,9%. Отмечается некоторое снижение концентрации в сыворотке крови кальция у городских школьников по сравнению с сельскими. Выявлено, что основной причиной снижения костной прочности является недостаточное обеспечение организма кальцием и витамином Д: рекомендуемое суточное количество кальция употребляют лишь 11% детей; среди городских детей у 72% дефицит, у 27,65% недостаточность витамина Д, у сельских 37,65% и 62,5% соответственно. Уровень паратиреоидного гормона у городских школьников выше, чем у сельских детей.
Южный регион Башкирии характеризуется высокой распространенностью йоддефицитного состояния среди детского населения, что отражается в объеме щитовидной железы, уровне йодированных гормонов и йодурии. Установлено, что тяжелой и умеренной степенью недостаточности йода страдают в городе около трети, а на селе более половины детей. Функциональное состояние щитовидной железы при этом соответствует дизтиреоидному, у одной трети детей выявляется функциональное напряжение железы, как адаптационная реакция на йоддефицит.
Показано, что групповая профилактика дефицита кальция в течение учебного года среди школьников младших классов путем использования молока по программе «Школьное молоко» способствовало повышению содержания кальция в сыворотке крови, улучшению показателей костного метаболизма и костной прочности. По Z-критерию частота снижения костной прочности на уровне менее М -1SD уменьшилась более, чем в 2,5 раза. Доля детей с содержанием кальция в рационе фактического питания минимальной физиологической потребности увеличилась в 4 раза.
Впервые выявлена эффективность использования для групповой
профилактики дефицита йода йодированного молока. Установлено, что
применение йодированного молока по программе «Школьное молоко»
способствует достижению физиологического уровня медианы йодурии (>100
мкг/л), ликвидации тяжелой и резкому снижению умеренной недостаточности
йода, улучшению показателей объёма щитовидной железы и его
функционального состояния, оцениваемого по уровню в крови тиреотропного гормона, концентрации общего и свободного тироксина и трийодтиронина, тиреоглобулина.
Теоретическая и практическая значимость работы. Приведенные в работе систематизированные данные позволяют оценить элементную обеспеченность железом, кальцием и йодом школьников младшего возраста и уровень распространенности дефицита этих биоэлементов среди детского населения региона.
Результаты исследования показывают высокую эффективность использования биохимических маркеров для мониторинга элементной обеспеченности при по-пуляционных исследованиях.
Обоснована и апробирована модель сочетанной профилактики
метаболического дефицита кальция и йода, которая может быть использована врачами-педиатрами и другими специалистами в детских организованных коллективах, а также при принятии управленческих решений по увеличению производства и потребления обогащенных пищевых продуктов. Установлена необходимость индивидуальной и групповой профилактики среди детей юга Башкирии дефицита железа, кальция и йода, а также витамина Д. Это позволяет корректировать целевые региональные программы в группах риска в части профилактики заболеваний, обусловленных нутриентной недостаточностью данных элементов.
Подтверждена эффективность региональной программы «Школьное молоко» для снижения дефицита потребления кальция. Показан положительный эффект групповой профилактики йоддефицита с применением цельного йодированного молока, содержащего 30 мкг йода на 100 мл, изготавливаемого по оригинальной методике производителя путем использования биологически активной добавки к пище «Фитойод», разрешенного для применения в пищевой промышленности на территории Российской Федерации. Эти данные определяют возможное направление эффективности использования молока и молочных продуктов для снижения элементной недостаточности среди различных групп населения.
Внедрение результатов исследования в практику. Основные положения диссертационного исследования используются в научных исследованиях и в учебном процессе Филиала государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе, научно-практической деятельности ООО «Технопарк МГТУ», научных исследованиях кафедры биологической химии государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. Йод-содержащие цельное молоко «Фитомол» продолжает применяться для групповой профилактики йодной недостаточности детей младшего школьного возраста г. Мелеуза и Мелеузовского района.
Публикации. Соискатель имеет 14 опубликованных работ, из них по теме диссертации опубликовано 14 научных работ, общим объёмом 3,1 печатных листа, в том числе 4 статьи в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций. Соискателем опубликовано 9 работ в материалах всероссийских и международных конференций, 1 статья в региональном издании.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит рисунков 27, таблиц 33 и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы результа-
Обмен железа и железодефицитные состояния у детей
Из всех видов анемий железодефицитная анемия является самой распространенной, составляя примерно 90% от всех анемий в детском возрасте. Примерно от 2 до 3,5 млрд. человек имеют дефицит железа, около половины из которых страдают от его последствий — железодефицитной анемией [181,205,226,230]. В России наблюдается неуклонный рост заболеваемости анемией детей и подростков. В возрасте 0-14 лет в 1992 г. заболеваемость анемиями составила 452 случая на 100000 детского населения, а в 2002 г. - 1821,8 случая. У подростков (15-18 лет) в 1992 г. составила 102,8 случая на 100000 детского населения, а в 2002 г. — 591,5 случая [172]. Распространенность анемии у детей в возрасте от 0 до 4 лет в развитых странах выявлялась у 20,1%, в развивающихся странах — у 39%, у детей в возрасте от 5 до 14 лет — соответственно 5,9% и 48% [172]. В России показатель распространенности железодефицитной анемии колеблется от 10-15% в Москве и Московской области до 20-43% в Кемеровской области и городах Уральского региона [5,63].
Железо — эссенциальный элемент. В организме железо распределено неравномерно. В организме человека более 70 белков, в структуре которых имеется железо. Однако около 2/3 железа (58%) находится в гемоглобине эритроцитов, примерно 8% — в миоглобине. На долю транспортных белков, переносящих железо, приходится около 1%. Тканевые запасы железа (около 1/3 железа) находятся в двух формах — в виде ферритина ( 70%) и гемосидерина ( 30%).
Биологическая ценность железа определяется разнообразием его функций и незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах – дыхании, кроветворении, окислительно-восстановительных и иммунологических реакциях. Железо необходимо для связывания и транспорта кислорода гемоглобином и миоглобином, является важнейшим кофактором энзимов в электронно-транспортной цепи митохондрий, в цикле трикарбоновых кислот, в синтезе ДНК. Белки, содержащие железо необходимы для регуляции свободно-радикальных процессов, для метаболизма холестерина, катехоламинов, тирозина, коллагена, продукции интерлейкинов, некоторых субпопуляций Т-лимфоцитов и качества иммунного ответа на бактериальную и вирусную инфекцию и др. В то же время в ионизированном двухвалентном состоянии этот элемент является индуктором свободно-радикальных процессов, провоцирует таким путем нарушения структуры ДНК и биологических мембран, инициирует процессы мутагенеза и канцерогенеза [53]. Участие специализированных молекул для абсорбции Fe из пищи, его всасывания, транспорта и депонирования защищает ткани от свободного железа.
У здорового человека метаболизм железа представляет замкнутый круг, поскольку в процессе разрушения старых эритроцитов макрофагами происходит утилизация железа и повторное использование для построения железосодержащих протеинов. Физиологические потери элемента со слущенным эпителием желудочно-кишечного тракта и с биологическими жидкостями составляет около 1 мг/сут, которые и должны восполняться у взрослого человека поступлением Fe с пищей. Незначительная часть железа теряется с потом и клетками эпидермиса, а у женщин также с менструальной кровью и грудным молоком. Однако нормы потребления железа значительно выше, составляя 4-18 мг/сут, так как в физиологических условиях всасывается лишь 6-20% элемента, поступающего с пищей (рисунок 3). Рекомендуемые нормы потребления железа зависит от возраста и пола: у женщин выше, чем у мужчин, у детей в возрасте 0-3 месяца – 4 мг/сут, 4-6 месяцев – 7 мг/сут, 7 месяцев-6 лет – 10 мг/сут, препубертатного возраста – 12 мг/сут, у юношей – 15 мг/сут, у девушек – 18 мг/сут [132,155,199]. Fe2+ всасывание 6-20% Сыворотка (трансферрин) Моча Поступление Fe с пищей (Fe2+/Fe3+, 10-18 мг/сут) Аскорбино-вая кислота Печень (желчь) Выведение с калом Fe-содержащие белки Рисунок 3 - Обмен железа в организме человека [по 173] Всасывание железа происходит в верхних отделах тонкого кишечника. Железо в пище находится в окисленной форме (Fe3+) и входит в состав солей органических кислот и белков. У взрослого человека всасывается примерно 10% железа с пищи, у детей несколько больше. В кислой среде желудка железо высвобождается из пищи. Под влиянием аскорбиновой кислоты, цистеина происходит восстановление до Fe2+ и с помощью переносчика двухвалентных металлов поступает в клетку. Фосфаты, фитаты, кальций, пищевые волокна, полифенолы образуют нерастворимые комплексы и снижают всасывание, а аминокислоты, сахара и аскорбиновая кислота образуют хелаты железа, что повышает всасывание. Под действием феррокиназы Fe2+ в слизистой оболочке окисляется в Fe3+ и связывается с апоферритином с образованием ферритина. Ферритин клеток слизистой является временной резервной формой железа. Поступление железа из них в кровь зависит от скорости синтеза в клетках апоферритина. Если потребность в железе снижена, скорость синтеза апоферритина повышается. От излишков железа освобождает постоянное слущивание клеток слизистой оболочки в просвет кишечника. При недостатке железа в организме синтез апоферритина в энтероцитах резко снижается [162]. Ферритин состоит из тяжелых и легких цепей, составляющих 24 протомера, с молекулярной массой 500000 Д. Имеет полую сферу, внутри которой может содержаться до 4500 ионов Fe3+ в виде гидроксифосфата. Высвобождается железо из ферритина через каналы, пронизывающие белковую оболочку его молекулы.
В слизистой оболочке железо высвобождается из комплекса с ферритином и поступает в плазму с участием переносчика двухвалентных металлов (ДМТ 1), где под действием феррооксидазы (церулоплазмина) превращается в Fe3+, которое связывается с трансферрином (галотрансферрином). Этот специфический транспортер железа – гликопротеин с молекулярной массой 79500 Д связывает 1 или 2 атома железа. В физиологических условиях трансферрин может быть насыщен железом на 20-50%, в среднем на 33% . Трансферрин переносит Fe3+ в клетки, содержащие специфические рецепторы к этому белку (TfR). Трансферрин связывается с TfR на поверхности плазматической мембраны. Образовавшийся комплекс располагается на выстланных клатрином углублениях, которые инвагинируются внутрь клетки, инициируя эндоцитоз. Процесс эндоцитоза ТfR регулируется мембранным белком HFE. Далее формируется специализированная эндосома. В ней с участием протонной помпы происходит окисление содержимого. Это приводит к изменению конформации трансферрина и обуславливает высвобождение железа. При помощи специфического белка, для экспорта железа – ферропортина и DMT 1 железо покидает эндосому и выходит в цитоплазму, где используется для синтеза гемма, железосодержащих ферментов или накапливается в виде ферритина и гемосидерина. Апоферритин с TfR возвращается на клеточную поверхность, где в нейтральной среде происходит их диссоциация и цикл повторяется [177]. Содержание железа в клетках определяется соотношением скоростей его поступления, использования, и депонирования, контролируется двумя механизмами: скоростью поступления железа в неэритроидные клетки, зависящим от количества TfR на их мембране; депонированием его избытка ферритином и гемосидерином. Синтез апоферитина и рецепторов трансферрина регулируется на уровне трансляции и зависит от содержания железа в клетке. Информационная РНК TfR на нетранслируемом 3 -конце и мРНК апоферритина на нетранслируемом 5 -конце имеют шпильчатые петли — железочувствительные элементы (IRE-iron response element). Эти участки взаимодействуют с регуляторными IRE-связующим белком. При низкой концентрации железа IRE-связывающий белок соединяется с IRE мРНК апоферритина и препятствует присоединению факторов инициации трансляции, что приводит к снижению в клетке содержания апоферритина. Одновременно IRE-связывающий белок взаимодействует с IRE мРНК рецептора трансферрина и ингибирует её разрушение рибонуклеазой, что приводит к увеличению количества TfR и усилению поступления железа в клетку. При повышении содержания железа в клетке образуется комплекс Fe-IRE-связывающий белок, происходит окисление SH-групп активного центра белка, который не взаимодействует с IRE соответствующих иРНК. Это приводит к дестабилизации мРНК TfR, снижению трансферринового рецептора и ограничению поступления железа в клетку. Одновременно ускоряется трансляция апоферритина и накопление ферритина [23].
Трансферриновые рецепторы обнаруживаются в большинстве клеток, но особенно много их содержат клетки печени, селезенки и костного мозга, депонирующие железо [21]. Ферритин является источником легко мобилизуемого источника железа. Если количество железа в клетках превышает возможности ферритинового депо, железо начинает откладываться в белковой части молекулы ферритина, которая начинает агрегироваться с образованием нерастворимого комплекса — гемосидерина. Гемосидерин имеет более высокую концентрацию железа, но освобождает его медленнее, чем ферритин.
Метаболические изменения при йоддефицитных состояний у детей
Функция щитовидной железы регулируется ТТГ, влияющим на фолликулярные клетки ЩЖ с участием как мессенджера цАМФ. Регуляция секреции ТТГ находится под двойным контролем тиротропина релизинг гормоном гипоталамуса (ТРГ) и тиреоидных гормонов. Способность тиреотрофов передней доли гипофиза отвечать на ТРГ увеличением секреции ТТГ по механизму отрицательной связи контролируется тиреоидными гормонами путем непосредственного действия на ядерные рецепторы [190]. Ингибирующим эффектом на секрецию ТТГ обладает и соматостатин, и дофамин, и глюкокортикоиды (при высоком уровне). Щитовидная железа в некоторой степени способна и к ауторегуляции при изменении концентрации в ней йодидов [41]. Механизм действия тиреоидных гормонов основан на связывании с ядерным рецептором с последующим изменением транскрипции специфических иРНК. Рецепторы тиреоидных гормонов прочно связаны с кислыми негистоновыми белками. Они принадлежат к семейству внутриклеточных рецепторов стероидов-тиреоидных гормонов-ретиноидов. Рецепторы подразделяются на - и -формы и способны связывать элемент, чувствительный к тиреоидным гормонам (ТЧЭ), взаимодействующий со специфической последовательностью ДНК в промоторной части соответствующих генов [10,117].
Метаболические эффекты йодтиронинов разнообразны. Влияние на термогенез и регуляцию температуры связано с действием на энергетический обмен. Тиреоидные гормоны экспрессируют продукцию рассопрягающих белков (ИСР), преимущественно ИСР-3 в скелетных мышцах и миокарде, вызывая разобщение в митохондриях окисление и фосфорилирование с усилением продукции тепла [41]. При гипотиреозе может наблюдаться лёгкая гипотермия.
Влияние на белковый обмен отражается возрастанием как анаболических, так и катаболических процессов. В физиологических концентрациях преобладает стимулирующий эффект синтеза белков. Установлено регулирующее влияние на экспрессию генов более 100 белков, включая структурные белки митохондрий, эндоплазматического ретикулума, миофибрилл, ферменты и др.. Однако при избытке тиреоидных гормонов наблюдается отрицательный азотистый баланс, потеря массы тела, атрофия мышц и др. [78,191], связанные с преобладанием деградации белков. При недостаточности тиреоидных гормонов снижается белковый синтез, но еще более снижается и белковый катаболизм, развивается диссоциация соотношения белков плазмы крови, печени, межклеточного матрикса, соединительной, хрящевой и костной тканей, формируются в интерцеллюлярных пространствах гипергидративные структуры [191]. Тиреоидные гормоны, вероятно, усиливают эффекты адреналина в отношении стимуляции гликогенолиза и глюконеогенеза, потенцируют действие инсулина на утилизацию глюкозы в тканях. При гипертиреозе развивается гипергликемия [191]. Тироксин оказывает регулирующий эффект и на ключевые ферменты метаболизма холестерина, усиливая как его синтез, так и деградацию, стимулирует липолиз в адипоцитах, активируя липопротеинлипазу. При гипертиреозе преобладает катаболическая направленность липидного обмена со снижением запасов жира. Недостаточность тиреоидных гормонов характеризуется снижением утилизации липидов, уровни холестерина, ЛПНП и триацилглицеролов в плазме крови возрастает в связи с отменой репрессорного действия Т3 на экспрессию гена Апо-В100-протеина, угнетением липопротеинлипазы и 7-холестеролгидроксилазы. Влияние гипотиреоза на липидный обмен связан частично и с изменением чувствительности адипоцитов к катехоламинам [41,78,168,191]. Влияние Т4 и Т3 на течение метаболических процессов в различных органах и тканях обусловливает их действием на активность иммунных реакций, репродуктивную функцию, рост и развитие организма [16,103,162,117,151,179,191]. Эта функция связана и с их влиянием на состояние соматотропин-соматомединовой оси. Так, установлено, что гипотиреоз сопровождается уменьшением чувствительности соматотрофов аденогипофиза к таким стимулам, как гипогликемия, образование в печени инсулиноподобного фактора роста 1 и его основного связующего белка плазмы БСИФР-3 [85]. Исследования, посвященные оптимальным показателям содержания йода в пище, позволили установить нормативы его потребления в сутки (ВОЗ, 2001) [85]: - дети дошкольного возраста (от 0 до 59 месяцев) – 90 мкг; - дети школьного возраста (от 6 до 12 лет) – 120 мкг; - взрослые (старше 12 лет) – 150 мкг; - беременные и в период грудного вскармливания – 200 мкг. Дефицит поступления йода вызывает перестройку функции щитовидной железы: снижается синтез Т3 и Т4, что по принципу обратной связи приводит к активации секреции ТТГ. При этом происходит некоторая адаптация к йоддефициту – активируются механизмы захвата йода щитовидной железой и этапы внутритиреоидного метаболизма, включая ускорение реутилизации эндогенного йода, преимущественного синтеза более активного Т3, конверсию Т4 и Т3 в крови и тканях, увеличение массы железы за счет гипертрофии и гиперплазии органа с образованием зоба. Если дефицит йода сохраняется, компенсаторные возможности железы истощаются, и формируется субклинический или явный гипотиреоз [10].
Клинические проявления йоддефицитных заболеваний разнообразны. Дефицит тиреоидных гормонов у плода может привести к повышению перинатальной смертности; врожденным порокам развития; необратимому снижению умственного развития, плоть до кретинизма. В раннем детском возрасте – могут наблюдаться увеличение младенческой смертности, снижение умственного развития, неонатальные гипотиреоз и зоб. В детском и подростковом возрасте могут быть следующие проявления йодной недостаточности: эндемический зоб; субклинический (ювенильный) гипотиреоз; нарушения умственного, физического и полового развития; снижение умственной и физической работоспособности; высокая заболеваемость и склонность к хроническим заболеваниям [19,24,42,49,65,131,148,188]. По данным ВОЗ, в районах с тяжелой йодной недостаточностью у 1-10% населения встречается кретинизм, у 5-30% – неврологические нарушения и умственная отсталость, у 30-70% - снижение умственных способностей [10,45]. В детском и подростковом возрасте клинически выраженные формы гипотиреоза встречаются редко, среди них в йоддефицитных регионах отмечена высокая (10-36%) распространенность субклинического гипотиреоза [131]. Внешне такие дети незначительно отличаются от здоровых и для выявления гипотиреоза необходимо проведение специальных исследований [65,179].
Современный диагностический комплекс оценки функционального состояния щитовидной железы включает пальпаторное и ультразвуковое исследование объема щитовидной железы, определение концентрации йода в моче, уровня тиреоидных гормонов (общего и свободного), ТТГ в крови, антител к белкам ткани щитовидной железы, при необходимости – проведение пункционной биопсии и др. Таким образом, изучение обмена биоэлементов, заболеваний, вызванных недостатком, избыточным поступлением или дисбалансом различных макро- и микроэлементов привлекают большое внимание. Это обусловлено их участием в различных биохимических процессах. Особое значение микроэлементозы имеют в детском возрасте, в условиях растущего и развивающегося организма. Проблема дефицита эссенциальных элементов и интоксикации малыми дозами токсичных микроэлементов зачастую недооценивается врачами, вследствие чего недостаточное внимание уделяется различным факторам, служащим причиной возникновения микроэлементозами. Сохраняется необходимость постоянного мониторирования и систематического исследования различных возрастных групп для принятия мер по массовой, групповой и индивидуальной профилактике, эффективной коррекции элемент - зависимых биохимических изменений на стадии преморбидных состояний.
Клинико-гематологические исследования
Ультразвуковая денситометрия3. Костная прочность отражает суммацию двух основных характеристик: минеральную плотность костной ткани МПТК) и структурно — метаболическое качество кости. Эти характеристики связаны с состоянием микроархитектоники кости, накоплением повреждений, уровнем микроциркуляции и особенностями течения метаболических процессов [264]. Определение костной прочности и диагностика остеопенических состояний проводится на основании определения стандартных отклонений по Т-критерию и Z-критерию. При оценке Т-критерия производится определение выраженности отклонения от нормальной пиковой массы, или от типичного значения МПТК в определенном участке скелета, который достигает максимума в соответствующем возрасте. Для разных отделов скелета этот возраст колеблется в пределах 20-35 лет. Z-критерий – это результат сравнения МПТК на данном участке кости с среднестатистической плотностью, согласно физиологического возраста обследуемого [264]. Наиболее полную оценку качества костной ткани дает компьютерная микротомография. Она характеризует такие параметры костной структуры, как число трабекул, кортикальная толщина, трабекулярная толщина, сепарация трабекул, а также ряд показателей плотности костной ткани (кортикальная плотность, трабекулярная плотность, отношение трабекулярного костного объема к общему костному объему [248].
Широкое распространение получило исследование МПТК методом дихроматической рентгеновской абсорбциометрии (ДЕХА), позволяющий с высокой точностью измерить минеральную костную массу и плотность.
В последнее годы активно развивается ультразвуковая остеоденситометрия, которая не сопровождается лучевой нагрузкой. Скорость распространения и рассеивания ультразвуковой волны в кости отражает плотность, жесткость и эластичность ткани. Количественная костная ультрасонометрия рассматривается как скрининговый метод, являющийся наиболее безопасным и доступным для выявления остеопенического синдрома, позволяющий определить группу риска в отношении перелома костей, характеризовать состояние кости растущего детского организма [50,77,202,207,209]. Исследование костной прочности в наших исследованиях было проведено на двух участках скелета детей — нижней трети лучевой кости и середине диафиза большеберцовой кости по скорости прохождения ультразвуковой волны (Speed of Sound – SOS, м/с) на приборе «Omnisens 7000» фирмы Sunlight Medical Ltd Израиль, осуществляющей перерасчет полученных результатов и по Z-критерию согласно общеевропейской детской программы базы данных. Числовым выражением состояния костной ткани SOS является количество стандартных отклонений (SD). Колебания Z-критерия в размахе 1,0 SD соответствует физиологической норме. Снижение Z критерия от -1,1 до -2,5 SD характеризует уменьшение костной массы с умеренным риском малоинтенсивных переломов, уровень Z критерия -2,6 SD и менее констатирует значительное снижение костной прочности с высоким риском возникновения переломов. Ультразвуковое исследование (УЗИ) объема щитовидной железы4. Для определения исходного состояния йодного дефицита и эффективности мероприятий по ликвидации его последствий изучают клинические параметры, в частности частоту зоба по данным пальпаторного и ультразвукового исследований щитовидной железы, и биохимические – концентрацию ТТГ и тиреоглобулина, содержание йода в моче. Экспертами ВОЗ предложена современная классификация зоба [55]. степень 0 – зоба нет; степень I – размеры долей больше дистальной фаланги большого пальца, зоб пальпируется, но не виден; степень II – зоб пальпируется и виден на глаз. Однако пальпация не является вполне надежным методом определения размеров щитовидной железы (ЩЖ). Ошибки могут достигать 14% и выше. По данным пальпации трудно оценить динамику изменений размеров щитовидной железы на фоне проводимой йодной профилактики. В этой связи, для обследования детей было применено ультразвуковое исследование (УЗИ) объема щитовидной железы с использованием аппарата «Sono Scapе» с датчиком 5,0 МГц с измерением длины, ширины и толщины каждой доли. Тиреоидный объем доли рассчитывали по формуле: Объем (мл) = ширина х длина х толщина х 0,479, где 0,479 – коэффициент поправки на эллипсоидность. Объем железы равен сумме объемов правой и левой долей. При этом объем перешейка не учитывали. Показано, что объем ЩЖ не отличается у представителей различных этнических групп при условии достаточного потребления йода и питания. У детей объем щитовидной железы существенно зависит от возраста, пола и более коррелирует с ростом, чем с весом.
При оценке объема щитовидной железы применяли стандартные нормативы тиреоидного объема, предложенные Международным комитетом по контролю йоддефецитных заболеваний (МКК ЙДЗ) [213]. Измерение физического развития обследуемых школьников (рост, вес, окружность грудной клетки) осуществляли с использованием стандартных измерительных приборов по унифицированным методикам в первой половине дня. Измерение длины тела проводили с помощью станкового ростомера с точностью до 0,5 см, массы тела – на электронных весах с точностью до 0,1 кг. Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета программ Statistica 6,0 for Window ХР, с использованием методов параметрической и непараметрической статистики. При соответствии распределения признака закону нормального распределения определяли арифметическую среднюю (М) и стандартную ошибку средней арифметической (m). При асимметричном распределении признака использовали методы непараметрической статистики: определяли медиану (Ме), интерквартильный интервал (25-й и 75-й перцентили), максимальные и минимальные значения. Достоверность межгрупповых различий средних величин оценивали параметрическими методами с расчетом ошибки репрезентативности и t-критерию Стьюдента и по непараметрическому U-критерию Манна-Уитни. Взаимосвязь двух количественных признаков характеризовали с помощью корреляционного анализа по Спирмену (Rs). Для оценки различий категорий переменных использовали 2. Различия считали статистически значимыми при Р 0,05 [39].
Метаболические признаки элементной обеспеченности железом детей препубертатного возраста, проживающих в городской и сельской местности
Рекомендуемая норма потребления железа для детей препубертатного возраста составляет 12 мг/сут. Вместе с тем, более важное значение для диагностики развития дефицита железа имеет определение ряда гематологических и биохимических показателей. Среди гематологических показателей используется исследование числа эритроцитов и ретикулоцитов, концентрации гемоглобина (Нв) в периферической крови, цветного показателя, среднего объема эритроцитов (MCV), среднего содержания гемоглобина в эритроците (MCH), средней концентрации гемоглобина в эритроците (MCHC) и показателя распределения эритроцитов по объему (RDW). Из биохимических показателей по рекомендации комиссии ВОЗ необходимо определять уровни железа, ферритина, растворимого трансферринового рецептора (рТфР) в сыворотке крови. Примечание: в скобках указаны пределы колебаний В рационе школьников младших классов отмечается дефицит железа. При этом содержание микроэлемента в рационе фактического питания сельских школьников статистически значимо ниже, чем городских ( 0,0001).
Анализ содержания гемоглобина выявил более низкое его содержание как у мальчиков, так и у девочек у сельских ребят (Р=0,0014 и Р=0,0053 соответственно). И пределы колебания хромопротеина у городских детей выражен в меньшей степени, чем у сельских.
При этом, среди школьников города низкий уровень Нв был установлен в одном случае у мальчиков (2,7%). Среди сельских детей низкий уровень Нв был обнаружен у 3 мальчиков (6,25%) и у 2 девочек (4,44%), или в 5,37% случаев в целом, в то время как у городских детей в целом – в 1,15% случаев.
Сниженного содержания эритроцитов менее возрастных физиологических пределов ни у сельских, ни у городских детей не было выявлено. Однако, содержание эритроцитов у детей, проживающих на селе, было ниже, чем у городских – среди мальчиков на уровне тенденции, среди девочек статистически значимо (Р=0,0254).
Изучение значений эритроцитарных индексов выявило статистически выраженное снижение среднего объема эритроцитов у сельских школьников по сравнению с городскими, в то время как существенных различий в показателях среднего содержания Нв в эритроците и средней концентрации гемоглобина в эритроците между детьми сельской и городских школ не было установлено. Тем не менее, среди городских школьников наблюдалось снижение MCV в 12,64% случаев (в 15,79% среди мальчиков, а 9,8% среди девочек), снижение MCH в 11,49% случаев (в 13,16% среди мальчиков, в 11,49% случаев среди девочек) и снижение МСНС в 1,15% случаев (у одного мальчика до 312 г/л при норме 320-370 г/л). У сельских школьников снижение значений MCV было установлено у 8,6% (10,42% среди мальчиков, 6,67% среди девочек), значений MCH – у 10,75% (14,58% среди мальчиков и 6,67% среди девочек), а снижение MCHC не было обнаружено ни у одного ребенка. Сочетанное снижение MCV и MCH среди городских детей было у 9,2% (7,89% среди мальчиков и 10,0% среди девочек) и у 6,45% среди сельских.
Результаты гематологических исследований позволяют предположить, что у более, чем 10% школьников младших классов (8-9 лет) имеется скрытый дефицит железа, диагностика которого сложная задача, поскольку отсутствуют клинические симптомы патологии. Для уточнения данного предположения было проведено изучение уровня биохимических маркеров, характеризующих элементную обеспеченность населения железом [284]. При этом были проведены определения не только сывороточного ферритина и растворимого рецептора к трансферрину, но и уровней сывороточного железа и эритропоэтина. Полученные данные были сопоставлены с нормами, предлагаемыми справочной литературой [67,217]. Медиана содержания сывороточного железа (таблица 8) у обследованных детей в городе и на селе находится в пределах референтных величин. Однако у 7,5% школьников в городе и 12,6% на селе уровень железа был ниже 9,0 мкмоль/л, а у 12,5% в городе и у 15% на селе сывороточная концентрация железа была выше 21,5 мкмоль/л. В целом медиана сывороточного железа у городских детей выше, чем у сельских (Р=0,0036).
Важнейшими индикаторами железодефицитных тенденций являются уровни сывороточного ферритина и растворимого трансферринового рецептора, определение которых рекомендовано ВОЗ для мониторинга статуса железа среди населения. Содержание ферритина в сыворотке менее 15 мкг/л у лиц старше 5 лет характеризует истощение запасов железа в организме. Уровень этого белка более 200 мкг/л у мужчин и 150 мкг/л у женщин отражает острый риск перегрузки железом [284]. Однако ферритин является позитивным острофазовым белком, в результате чего его концентрация при инфекции и воспалении увеличивается и в связи с этим более не отражает величину запасов железа [283]. Трансферриновый рецептор в отличие от ферритина не увеличивается в ответ на воспаление, поэтому сочетание определения этих маркеров позволяет более четко мониторировать распространенность дефицита железа.
В наших исследованиях помимо СОЭ для исключения влияния воспалительной реакции или какой-либо инфекции у обследованных детей было определено и содержание высокочувствительного С-реактивного белка. Уровень С-реактивного белка (Ме [25%;75%]) у городских школьников составил 1,07 [0,36;2,47] мкг/л, у сельских – 0,85 [0,42;2,46] мкг/л. Результаты исследования трансферринового рецептора и ферритина у детей с уровнем С-реактивного белка более 8 мг/л нами были исключены из выборки. Таких школьников среди городских было 8,75% и 9,67% среди сельских.
Уровень сывороточного ферритина как у сельских, так и у городских детей находится в пределах физиологических колебаний нормы (таблица 9). При этом у школьников села концентрация ферритина статистически значимо ниже, чем города (Р=0,0078). Содержание сывороточного ферритина менее 15 мкг/л у детей, проживающих в городе, было выявлено у 6,25%, а на селе – у 8,05%. Превышение верхней границы нормы ( 140 мкг/л) было обнаружено лишь у одного городского ребенка (189,8 мкг/л). Вероятно, это было связано с дополнительным периодическим потреблением гематогена (согласно анкете по питанию). Более высокий уровень, чем верхний предел колебаний референтных величин ферритина сыворотки у сельских детей не был установлен. В целом, при анализе сывороточного ферритина популяционно значимый уровень наличия легкого дефицита железа ( 20% обследованных) у детей 8-9 лет ни в городской, ни в сельской группе не выявлен.
Анализ результатов определения растворимого рецептора к трансферрину показывает, что медиана проб детей и в городе, и на селе находятся в пределах нормативных колебаний – в городе 2,01 [1,56;2,16] мкг/л и на селе 1,89 [1,46;2,00 мкг/л]. Важность этих данных связана с тем, что при исследовании рТфР имеют значения пробы выше нормативных пределов, отражающие стадию компенсированного дефицита железа. Выше референтных величин уровень рТфР, у детей с. Зирган наблюдался в 8,14%, у школьников в г. Мелеуз – в 8,75% случаях. Между показателями рТфР, выявлено отсутствие значимых различий. Важность определения растворимых рецепторов к трасферрину состоит в уточнении ситуации по латентному дефициту железа. По частоте проб рТфР 2,5 мкг/мл (компенсаторное увеличение рецепторов к трансферрину на фоне латентного дефицита железа) различий показателей в группах сельский и городских детей пубертатного возраста не выявлено. Вместе с тем она отражает адаптационную стадию напряжения к изменению степени запасов железа в детском организме. Согласно рекомендациям ВОЗ [283], процент значений ферритина в сыворотке ниже предельных менее 20% (в наших исследованиях 7,5% в городе и 12,6% среди сельских детей) и процент значений трансферринового рецептора выше предельных менее 10% в обследованиях населения интерпретируется как «дефицит железа не распространен», а если процент значений ферритина ниже предельных менее 20%, как в наших исследованиях, и процент рТфР выше предельных 10% и более интерпретируется как «дефицит железа распространен».
Таким образом, анализ результатов исследования сывороточного ферритина и растворимого трансферринового рецептора в группах обследованных детей можно расценивать как отсутствие распространенного дефицита железа. Чувствительным маркером, реагирующим на развитие анемии, является концентрация эритропоэтина в сыворотке крови. В таблице 10 приведены данные определения в группах сельских и городских школьников младших классов эритропоэтина. Медиана уровня эритропоэтина в обеих группах обследованных детей находилась в пределах референтных величин. В то же время, в двух случаях среди сельских ребят (2,15%) была установлена высокая концентрация эритропоэтина (76,94 мМЕ/мл и 32,16 мМЕ/мл). В одном случае, повышение эритропоэтина выявилось среди детей г. Мелеуза (32,28 мМЕ/мл), что составило 1,15%. Важно, что повышение концентрации эритропоэтина у этих детей сопровождалось повышением рТфР, низкими уровнями сывороточного железа, Нв и ферритина, характеризуя развитие легкой формы железодефицитной анемии, исходя из классификации критерия анемии по содержанию Нв [181,182].
