COMPARATIVE ANALYSIS OF THE CONTENT OF ESSENTIAL TRACE ELEMENTS IN THE BLOOD SERUM OF HEALTHY PEOPLE AND THOSE INFECTED WITH CORONAVIRUS INFECTION

Различные формы инфекционной патологии являются многофазовым процессом изменения иммунологической резистентности и других биофизических и метаболических нарушений, инициирующих рост и размножение инфекционного агента в организме человека. Однако вопрос о том, что вызывает полом механизмов регуляции иммунного цикла, а также снижение функциональной активности факторов защиты, является открытым. Не исключено, что значимую роль в снижении иммунологической реактивности играют микроэлементозы [1].   

К микроэлементам  относится обширная группа химических веществ (металлов и неметаллов), которые присутствуют в организме человека или животных в чрезвычайно низких концентрациях (в микрограммах на 1 г тканей), но участвуют в ряде метаболических и физиологических процессах. При этом влияние микроэлементов может быть сопряженным и взаимозависимым: избыток одного микроэлемента может вызвать дефицит другого и привести к развитию серьёзных нарушений в организме [2], [3], в том числе, к  оксидативному стрессу [4], [5], [6].

Наибольший интерес представляют эссенциальные микроэлементы, т.е. необходимые для нормальной жизнедеятельности и являющиеся компонентами пищи (Zn, Cu, Mn, Se, Ge, Mo, Co). Их дефицит или избыток приводит к развитию патологических симптомов   и возникновению специфических структурных и функциональных нарушений  [7], [8].

Микроэлементозы выступают предикторами эндокринных нарушений, роль которых в патогенезе  иммунологической недостаточности  не вызывает сомнений [5], [9], [10]. Так, дефицит марганца приводит к гормональным сбоям в системе регуляции углеводного обмена и оксидативному стрессу [5]. По данным [11], [12], [13],  дефицит цинка  приводит к нарушению иммунного статуса и гормональным сбоям, влияет на фертильность.   С большинством тяжелых металлов в организме цинк находится в антагонистических отношениях [14]. Таким образом, изучение содержания микроэлементов в организме человека и влияния микроэлементов на физиологические процессы представляет многоаспектную научную проблему, которая затрагивает и восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

Цель  исследования: изучение содержания некоторых эссенциальных микроэлементов (Zn, Cu, Mn, Se, Ge, Mo, Co) у больных, госпитализированных в инфекционное отделение с диагнозом «коронавирусная инфекция», в сравнении  со здоровыми лицами.

Были обследованы две группы лиц: здоровые - 45 человек, в возрасте от 26 до 48 лет, 21 женщина и 24 мужчины; и больные, госпитализированные в инфекционное отделение  с диагнозом «коронавирусная инфекция», 101 чел., в возрасте 34-60 лет, 50 женщин и 51 мужчина. Микроэлементы определялись  в сыворотке крови здоровых (1 группа) и больных (2 группа). 

Определение микроэлементов (Zn, Cu, Mn, Se, Ge, Mo, Co) в сыворотке крови проведено с помощью атомно-абсорбционного метода, на атомно-абсорбционном спектрофотометре "Unicam - 939" (Англия), чувст­вительность которого по изучаемым микроэлементам составляет 10-5 мг/л. Содержание макро- и микроэлементов в сыворотке выражалось соответственно в г/л и мг/л. Обработка данных проводилась в стандартной статистической программе Excel. Для оценки достоверности различий 2-х выборок использовался параметрический t-критерий Стьюдента. Предварительно проводилась оценка нормальности распределения признаков по критерию Колмогорова-Смирнова.

Содержание отдельных микроэлементов в сыворотке крови здоровых лиц  (1 группа, контрольная), по сравнению с людьми, заболевшими коронавирусной инфекцией (2 группа), приведены в табл. 1 - 7.

Границы нормативного содержания цинка составляют  0,51-1,1 мкмоль/л [2]. Содержание цинка (Zn) в сыворотке крови   у здоровых и заболевших представлено в табл. 1. 

Полученные «средние» уровни Zn в сыворотке крови в обеих группах обследованных лиц ниже нормативных значений.  У больных содержание Zn, находившееся в границах нормативных значений, было тестировано в 35% случаев наблюдения, а ниже нормы – в 65% случаев. Поддержание «среднего» уровня цинка в пределах нормы у больных, по всей вероятности, связано с активным участием данного микроэлемента в регулировании свободнорадикальных реакций и клеточной защите от повреждения метаболитами кислорода (АКМ), так как Zn является активным центром цитозольного фермента супероксиддисму­тазы (Cu/Zn-СОД) и выступает в качестве антиоксиданта [15], [16], [11].  Вероятно, у больных  сывороточные запасы цинка играют  антиоксидантную роль, и цинк участвует в борьбе с   окислительным стрессом.  

Содержание меди (Cu) в сыворотке крови   у здоровых и больных  представлены в табл. 2. У больных отмечается увеличение уровня меди почти в 1,5 раза в сравнении с контрольной группой. 

Медь принимает участие в активации ферментативных антиоксидантов (Cu/Zn зависимой супероксиддисмутазы) [17], [18].  

Содержание марганца (Mn) в сыворотке крови   у больных и здоровых показано в табл. 3. При этом гипомарганцемия была обнаружена у 75% больных. Возможно, это связано с перераспределением марганца в ткани, поскольку Mn на начальных этапах иммунной защиты играет роль посредника между активностью воспаления и антиоксидантными системами. Марганец входит в состав ключевого фермента, осуществляющего защиту клетки от активированных кислородных метаболитов – Mn-содержащую супероксиддисмутазу (СОД). С участием Mn происходит блокирование протеинкиназы-А и торможение внутриклеточной системы мессенджеров, что усиливает борьбу с вирусами [5], [7].

Содержание селена (Se) в сыворотке крови и   у здоровых и больных показано в табл. 4.  Несмотря на то, что в крови больных фиксируется нижняя граница нормы селена, его содержание почти в 4 раза меньше, чем у здоровых. Функции селена в организме многообразны, в том числе, по поддержанию иммунной защиты и антиоксидантной активности, его иммуномодулирующего и иммуноактивирующего эффекта [15], [19], [20]. Дефицит селена повышает вирулентность РНК-содержащих вирусов различных видов. Вместе с тем дефицит селена может быть спровоцирован длительным приемом лекарственных препаратов, дефицитом магния и марганца.

Содержание германия (Ge) в сыворотке крови у здоровых и больных показано в табл. 5. У больных содержание Ge в среднем не дотягивает до нижней границы нормы, тогда как у здоровых содержание этого микроэлемента укладывается в нормальный диапазон. Ge принимает участие в иммунных процессах, усиливая естественную киллерную активность и индукцию интерферона. Поэтому здесь есть два варианта объяснения снижения содержания Ge в сыворотке крови заболевших: это может быть его усиленное расходование с целью ингибирования размножения вирусов, или, напротив, дефицит Ge вызвал снижение иммунного фона [1], [21].

Содержание молибдена (Mo) в сыворотке крови у здоровых и больных  показано в табл. 6. Выявлено, что   содержание Mo у больных и здоровых также достоверно различается. Обусловлена предрасположенность к заболеванию дефицитом этого микроэлемента, или в процессе иммунной защиты идет перераспределение его из сыворотки крови в ткани, пока неясно [1]. 

Содержание кобальта (Co) в сыворотке крови у здоровых и больных  показано в табл. 7. Несмотря на то, что содержание Co в сыворотке крови больных не выходит за нормативные показатели, наблюдается существенная разница почти в 5 раз  с показателями в контрольной группе здоровых. Учитывая отрицательную роль Co в отношении иммунных процессов, не исключено, что его повышенное содержание, в сочетании с дисбалансом других микроэлементов, ослабляет организм, усиливая вирулентность инфекционного агента  [10].

В настоящее время нет чёткого понимания того, как именно происходит взаимодействие между собой содержания тех или иных микроэлементов.  Биологические механизмы взаимодействия между этими факторами и риском развития иммунодефицитных состояний сложны и продолжают интенсивно изучаться. Вместе с тем оксидативный стресс  провоцируется микроэлементозами [15]. Показано влияние хронического оксидативного стресса на уровни секреции эндогенных  стероидов и метаболических гормонов, на чувствительность к инсулину и развитие хронического воспаления,  связь оксидативного стресса с гиперметилированием ДНК, уменьшением длины теломер, снижением иммунной функции и нарушением баланса кишечного микробиома [15], [6], [1].  Микроэлементный дисбаланс запускает  за собой каскад патологических реакций: нарушается биосинтез и метаболизм половых гормонов; активируется субклиническое хроническое слабовыраженное воспаление и явление окислительного стресса; изменяются физиологические превращения адипокинов; нарушается межклеточный гомеостаз и возникают нарушения на клеточном и микрососудистом уровне, изменяется эпителиально-мезенхимальное взаимодействие и развивается стресс эндоплазматического ретикулума; нарушается миграция клеток-предшественников; нарушаются циркадные ритмы; активируются дополнительные важные факторы, такие как кишечный микробиом  [1], [20], [22], [10].

Влияние микроэлементов на ряд биохимическим, иммунологических, антиоксидантных и других систем организма, которые прямо или опосредованно принимают участие в механизмах противовирусной защиты, неоднозначно. К тому же, взаимодействие микро- и макроэлементов, различные формулы их дисбаланса также недостаточно изучены. Не вызывает сомнения, что микроэлементный статус имеет большое значение для нормального функционирования организма. Отсутствие коррекции микроэлементного статуса приводит к хроническому оксидативному стрессу, что чревато последствиями в виде развития тяжёлых иммунодефицитных состояний [1], [15],  [20]. 

Известно, что цинк необходим для стабилизации структуры ДНК, РНК и рибосом и незаменим  на многих ключевых этапах вирусной инфекции. В иммунном ответе цинку принадлежит важная биологическая роль: он способен индуцировать апоптоз в CD4+, CD8+, TCRlo и CD3lo тимоцитах   и ингибировать активность каспазы-3,  при дефиците Zn резко снижается и активность тимидинкиназы, функциональная активность лимфоцитов зависит от Zn-зависимой нуклеозидфосфорилазы, катионы Zn повышают продукцию гамма-интерферона и способствуют высвобождению ИЛ-2 [22], [23], [12], [16]. В настоящий момент Zn обнаружен более чем в двухстах металлоферментах, участвующих в различных метаболических процессах [11].

Cu принимает активное участие в широком спектре биохимических реакций в качестве важной составляющей электрон-переносящих протеинов, катализирующих реакции окисления органических субстратов молекулярным кислородом [5], [4], [24].  Усвоение и обмен Cu тесно связаны с содержанием других макро- и микроэлементов. Установлено, что существует физиологический антагонизм между медью, с одной стороны, и   марганцем, цинком, кальцием – с другой [7].

Марганец (Mn), жизненноважный МЭ, дефицит которого у человека впервые был описан E.A. Doisey в семидесятых годах XX века как Mn-зависимый диабет [3].   В биохимических процессах он выступает  как компонент молекул ферментов и способен вмешиваться в иммунологические механизмы, ускорять процесс транскрипции путем активации РНК-нуклеотидил­трансферазы, влиять на обмен фосфолипидов клеточных мембран  [5], [24]. Mn   стимулировать синтез интерферонов и  через повышение продукции этих цитокинов, активировать естественную киллерную активность [1]. 

Важная биологическая роль эссенциальных микроэлементов в функционировании систем организма, в том числе, в снижении резистентности к инфекционным агентам, вследствие нарушения иммунной защиты, не вызывает сомнения. Дисбаланс  микроэлементов достоверно более значимо выражен у лиц, заболевших коронавирусной инфекцией. Мы далеки от мысли считать микроэлементный дисбаланс главным этиологическим фактором иммунодефицитных состояний и фактором повышения риска инфекционной патологии, однако, при наличии других сопутствующих патологий, при   индивидуальной особой чувствительности к тому или иному микроэлементу, микроэлементоз может сыграть провоцирующую роль в восприимчивости к тому или иному патогенному вирусу.

Микроэлементозы, возникновение которых зависит не только от полноценного питания, но и от места географического проживания, могут играть  немаловажную роль в иммунодефицитных состояниях, и их содержанию в организме следует уделять пристальное внимание.