INFLUENCE OF HEREDITARY AND ENVIRONMENTAL FACTORS ON GAS COMPOSITION AND HEMOGLOBIN PROFILE OF BLOOD IN HEALTHY YOUNG MEN

Усманова С. Р.¹, Антипина Т.В.², Шамратова В. Г.³

¹Кандидат биологических наук, ММЦ "Профилактическая медицина", заведующая лабораторным отделением, Уфа, ²магистр 1 года обучения, биологический факультет, ³доктор биологических наук, профессор,

Башкирский государственный университет г. Уфа

ВЛИЯНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОГО И СРЕДОВЫХ ФАКТОРОВ НА ГАЗОВЫЙ СОСТАВ И ГЕМОГЛОБИНОВЫЙ ПРОФИЛЬ КРОВИ У ЗДОРОВЫХ ЮНОШЕЙ

Аннотация

Изучено влияние средовых (двигательная активность и курение) и наследственных (генотипы гена ангиотензин-превращающего фермента – АПФ) факторов на показатели газового состава и гемоглобинового профиля крови  здоровых юношей. Установлено, что физические нагрузки  в сочетании с курением по ряду показателей усугубляют отрицательное действие на кровь курения. Совместное влияние наследственного фактора и физической активности  проявляется в отношении  содержания в крови фетального гемоглобина, генотипов и курения – метгемоглобина.

Ключевые слова: ген АПФ, двигательная активность, курение, кислородтранспортная система.

Usmanova S.R.¹, Antipina T.V.², Shamratova V.D.³

¹PhD in Biology, MMC "Preventive Medicine", head of the laboratory department, Ufa, ²Master of the 1^st year of study, Faculty of Biology, ³PhD in Biology, Professor,

Bashkir State University, Ufa

INFLUENCE OF HEREDITARY AND ENVIRONMENTAL FACTORS ON GAS COMPOSITION AND HEMOGLOBIN PROFILE OF BLOOD IN HEALTHY YOUNG MEN

Abstract

The influence of environmental factors (motor activity and smoking) and hereditary (genotypes of the angiotensin-converting enzyme (ACE) gene) on the gas composition and hemoglobin profile of healthy young men was studied. It was found that physical loads combined with smoking in a number of indicators exacerbate the negative effect of smoking on the blood. The combined effect of the hereditary factor and physical activity is manifested in the content of fetal hemoglobin in the blood; genotypes and smoking – methemoglobin.

Keywords: ACE gene, motor activity, smoking, oxygen transport system.

Фактором, благоприятно влияющим на состояние кислородтранспортной системы и на здоровье человека в целом, является двигательная активность (ДА). Физические нагрузки снижают риск развития многих хронических заболеваний (сосудистые заболевания, сердечная недостаточность и др.) и создают условия для реализации улучшенных механизмов в адаптации к умственному труду, т.е. физическая нагрузка выступает в роли оптимизирующего фактора [5, С. 64], [10, C. 723]. Фактором, оказывающим  максимально отрицательное  воздействие на здоровье, является курение. В последнее время эта пагубная привычка формируется все в более юном возрасте и число курильщиков с каждым годом увеличивается [4, С. 312]. Несомненно, физические способности каждого индивида детерминируются генетическими факторами. К одному из маркеров показателей физических возможностей человека относят I/D полиморфизм гена ангиотензин-превращающего фермента (АПФ) [8, С. 23]. Учитывая, что фенотипические проявления гена могут модифицироваться под влиянием средовых факторов [6, С. 598], мы изучили взаимодействие генетических особенностей, двигательной активности и курения на примере показателей газового состава и гемоглобинового профиля крови  у здоровых юношей.

В исследовании участвовало 94 юноши 21-23-летнего возраста, среди них студенты факультета физической культуры БГПУ им. Акмуллы (г.Уфа) и студенты, обучающиеся на иных факультетах. Все студенты были признаны клинически здоровыми по результатам ежегодного медицинского осмотра и осведомлены о целях исследования. В результате анкетирования мы получили данные о физической активности студентов (время, потраченное на физические нагрузки за 7 дней) и сформировали две группы в соответствии с рекомендациями ВОЗ. Первую группу  с низкой двигательной активностью (НДА) составили студенты, которые, согласно данным анкет, ведут малоактивный образ жизни, т.е уделяют физической нагрузке менее 150 минут в неделю. Во вторую группу с высокой двигательной активностью (ВДА) вошли юноши - спортсмены, для которых физические нагрузки являются неотъемлемой частью их повседневной жизни, занимающиеся спортом более 150 – 300 минут в неделю. В каждой из групп (НДА и ВДА) испытуемых выделили подгруппы некурящих и курящих. В периферической крови юношей определяли показатели газового состава крови и гемоглобинового профиля (pO2, pCO2, HbO₂, HbCO, HbMet, FetHb, satO₂) на анализаторе Point of Care Testing.  Генетическое исследование проводилось на кафедре генетики БГПУ им. Акмуллы. Для генотипирования использовалась ДНК, выделенная из лимфоцитов периферически крови методом фенол-хлороформной экстракции. Методом полимеразной цепной реакции проводили анализ полиморфного локуса АСЕ на многоканальном амплификаторе фирмы «Терцик». Для оценки влияния наследственного и средовых факторов на газовый состав и гемоглобиновый профиль крови использовался  трехфакторный факторный дисперсионный анализ (Factorial ANOVA).

Результаты. Методом трехфакторного дисперсионного анализа, учитывающего влияние  наследственного (аллельные варианты I/D полиморфизма гена АСЕ) и средовых (курение и уровень двигательной активности)  факторов, установлено их раздельное и сочетанное воздействие на показатели газового состава и гемоглобинового профиля крови  здоровых юношей. Высокий уровень физических нагрузок оказывает достоверное (р 0,05), независимое от действия других изученных факторов,  влияние на величины pCO₂ и pO₂. Курение раздельно влияет на относительное содержание фракций гемоглобина HbO₂ и HbC. Совместное действие двух средовых факторов (ДА и курения) проявляется в отношении тех же показателей (pO₂, pCO₂, HbO₂, HbCO), а также - satO₂.

Как вытекает из рис. 1., если при НДА курение существенно не влияет  на уровень pO₂ крови, то при возрастании интенсивности физических нагрузок различия становятся ощутимыми. Поглощение кислорода легкими у спортсменов, потребляющих табак, заметно снижается. Представленные графики демонстрируют у некурящих спортсменов более высокий уровень pO₂, чем у юношей с низкой ДА. В то же время  у курящих юношей рост ДА при занятиях спортом не сопровождается адекватным повышением pO₂.

Рис.1 – Совместное влияние ДА и курения на рO2

 

Уменьшение поступления кислорода из легких в кровь сопровождается снижением степени насыщения им молекул гемоглобина. Из рис. 2 видно, что уровень HbO₂ существенно выше у некурящих спортсменов, чем у юношей с низкой ДА, противоположная картина наблюдается при курении.

Рис.2 – Совместное влияние ДА и курения на содержание HbO₂

 

Наиболее выраженные различия в группах курящих и некурящих юношей проявляются в отношении доли в крови HbCO (рис. 3).Здесь действие курения обнаруживается при любой ДА, но у спортсменов этот показатель многократно превышает физиологическую норму.

Рис. 3 – Совместное влияние ДА и курения на содержание HbCO

 

Очевидно, это обусловлено возрастанием вентиляционной функцией легких при занятиях спортом, проявляющееся увеличением в крови не только О₂, но и СО [2, С. 40]. Наибольший интерес представляют данные о сочетанном действии на показатели крови наследственных и средовых факторов. Согласно результатам трехфакторного дисперсионного анализа, генетический фактор раздельно, а также в сочетании с курением влияет на содержание MetHb, генотипы гена АПФ и уровень ДА - на относительное содержание фетального гемоглобина (FetHb). Как видно из рис. 4, у некурящих юношей с генотипом I/I уровень MetHb ниже, чем у юношей с генотипами D/D и I/D. У курящих юношей уровень MetHb у лиц всех изученных генотипов практически не различается.Известно, что MetHb вызывает резкое снижение кислородной емкости крови [7, С. 19]. Возможно, особенности энергетического метаболизма при генотипе I/I  [1, С. 87] в определенной степени способствует предотвращению окисления железа и  повышению доли в крови MetHb.

Рис. 4 – Совместное влияние курения и гена АПФ на содержание MetHb

 

Роль наследственного фактора отчетливо проявляется и в отношении фракции плодного гемоглобина. Из рис. 5 видно, что  при низкой ДА наиболее высокий показатель FetHb наблюдается у лиц с генотипом I/D. При возрастании интенсивности мышечных нагрузок уровень FetHb у юношей с генотипом I/I превышает этот показатель у  носителей аллели D. Известно, что синтез добавочных молекул фетального гемоглобина сверх установленного уровня, обладающего повышенным сродством к O₂ относится к ряду механизмов, способствующих улучшенной эффективности транспорта O₂ при возрастании потребностей в нем клеток.

Рис.5 – Совместное влияние ДА и гена АПФ на содержание FetHb

 

Концентрация в крови FetHb, как нами было показано ранее, при возрастании уровня ДА отрицательно коррелирует как с pO₂, так и SatO₂ [9, С. 38]. Синтез FetHb обеспечивает долговременную и стабильную адаптацию к кислородному дисбалансу. Очевидно, у лиц с генотипом I/I при повышенной в результате мышечной деятельности потребности клеток в кислороде  функционирование этого механизма может восстановить баланс между доставкой и потреблением O_2.

Список литературы / References

1. Ахметов И. И. Использование молекулярно-генетических методов для прогноза аэробных и анаэробных возможностей у спортсменов / И. И. Ахметов, Д. В. Попов, И. В. Астраненкова и др. // Физиология человека. Том 34. – 2008. - №3. – С. 86 – 91.
2. Ахметова Е. В. Образ жизни и здоровье студентов. – НН: НИСОЦ, 2003. – 113 с.
3. Василенко Д. В. Клинико-лабораторная интерпретация показателей карбокси метгемоглобина в крови у работников вредного производства / Д. В. Василенко, К. В. Боев и др. // Современная медицина: актуальные вопросы. – 2013. - №23. – С. 181 – 186.
4. Миняева В. А. Общественное здоровье и здравоохранение / В. А. Миняева, Н. И. Вишнякова. – М.: МЕДпресс-информ, 2012. – 656 с.
5. Молоканова Ю. П. Факторы, определяющие ритм сердечных сокращений у лиц юношеского возраста / Ю. П. Молоканова // Вестник МГУ. Естественные науки. – 2013. - №2. – С. 63 – 69.
6. Усманова С. Р. Адаптационные резервы кислородтранспортной системы крови в зависимости от средовых факторов и генотипа на примере гена ангиотензин-превращающего фермента (АПФ) / С. Р. Усманова, В. Г. Шамартова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. - №10. – С. 598 – 603.
7. Фаткуллин К. В. Клиническое значение и современные методологические аспекты определения уровня карбокси и метгемоглобина в крови / К. В. Фаткуллин, А. Ж. Гильманов, Д. В. Костюков // Практическая медицина. – 2014. - №3. – С. 17 – 21.
8. Федяков А. М. Анализ полиморфизма генов АСЕ и BDKRB₂ у спортсменов / А. М. Федяков, П. И. Лидов, Д. А. Гаврилов и др. // Вестник спортивной науки. – 2006. - №1. – С. 23 – 26.
9. Шамратова В. Г. Оценка функционирования кислородтранспортной системы крови у студентов / В. Г. Шамратова, Е. Е. Исаева, Ю. К. Крапивко // Вестник БашГУ. Том 12. – 2007. - №4. – С. 38 – 40.
10. Joanna Kruk Physical Activity and Healh / Kruk Joanna // Asian Pacific Journal of Cancer Prevention. – 2009.  – Vol.10. – P. 721 – 728.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Achmetov I. I. Ispolzovanie moleculyarno-geneticheskich metodov dlya prognoza aerobnich i anaerobnich vizmognostei u sportsmenov [Use of molecular genetic methods for predicting aerobic and anaerobic abilities in athletes] / I. I. Achmetov, D. V. Popov, I. V. Astranenkova and others // Fizioligiya cheloveka. Tom 34. [Human physiology. Volume 34]. – 2008. -№3. – P. 86 – 91.[in Russian]
2. Akhmetova E. V. Obraz zhizni i zdorov'ye studentov [The  way of life and health of students]. -NN: NISOTS. – 2003. – P. 113.
3. Vasilenko D. V. Kliniko-laboratornaya interpretatsiya pokazateley karboksi metgemoglobina v krovi u rabotnikov vrednogo proizvodstva [Clinico-laboratory interpretation of the parameters of carboxymethemoglobin in the blood of workers of harmful production] / D. V. Vasilenko, K. V. Boyev  and others // Sovremennaya meditsina: aktual'nyye voprosy [Modern medicine: current issues]. – 2013. - №23. – Р. 181 – 186.
4. Minyaeva V. A. Obshestvennoe zdorovie i zdravoochranenie [Public health and health servie] / V. A. Minyaeva, N. I. Vishnyakova. – Moscow.:MEDpress-inform, 2012. – 656 c.
5. Molocanova U. P. Factoty, opredelyaushie ritm cerdechnych cokrasheniy u liz unosheskogo visrasta [Factors determining the rhythm of cardiac contractions in adolescents] / U. P. Molokanova // Vestnik MGU. Estestvennye nauki [Journal of the MSU. Natural Sciences]. – 2013. - №2. – Р. 63 – 69.
6. Usmanova S. R. Adaptazionnye rezervy kislorodtransportnoy sistemy krovi v zavisimosti ot sredovych faktorov i genotipa na primere gena angiotenzin-prevrashaushego ferments (APF) [Adaptation reserves of the oxygen transportation system of blood depending on environmental factors and genotype on the example of the gene of the angiotensin-converting enzyme (ACE)] / S. R. Usmanova, V. G. Shamratova // Medgunarodnyi dgurnal prikladnych i fundamentalnych issledovaniy [International Journal of Applied and Fundamental Research]. – 2016. - №10. – С. 598 – 603.
7. Fatkullin K. V. Klinicheskoe znachenie i sovremennye metodologicheskie aspect opredeleniya urovnya karboksi i metgemoglobina v krovi [Clinical significance and modern methodological aspects of determining the level of carboxy and methemoglobin in the blood] / K. V. Fatkullin, A. G. Gilmanov, D. V. Kostukov // Prakticheskaya medizina [Practical medicine]. – 2014. - №3. – С. 17 – 21.
8. Fedyakov A. M. Analiz polimorfizma genov ASE i BDKRB2 u sportsmenov [Analysis of the polymorphism of the ACE and BDKRB2 genes in athletes] / A. M. Fedyakov, P. I. Lidov, D. A. Gavrilov  and others // Vestnik sportivnoy nauki [Journal of sports science]. – 2006. - №1. – P. 23 – 26.
9. Shamratova V. G. Ocenca funkcionirovaniya kislorodtransportnoy sistemy krovi u stutentov [Assessment of the functioning of the oxygen transport system of blood in students] / V. G. Shamratova, E. E. Usaeva, U. K. Krapivko // Vestnik BashGU. Tom 12 [Journal of the Bashkir University. Volume 12.]. – 2007. - №4. – Р. 38 – 40.
10. Joanna Kruk Physical Activity and Healh / Kruk Joanna // Asian Pacific Journal of Cancer Prevention. – 2009. – Vol.10. – P. 721 – 728.