Гормонально-микроэлементный гомеостаз мальчиков с ожирением и задержкой полового развития

В.А. Попова, д.м.н., гл. научный сотрудник, врач-эндокринолог педиатрического отдела ¹

А.А. Кожин, д.м.н., профессор кафедры патологической физиологии²

Н.А. Друккер, д.б.н., доцент, гл. научный сотрудник отдела медико-биологических проблем в акушерстве, гинекологии и педиатрии¹

С.Н. Селютина, к.б.н., научный сотрудник отдела медико-биологических проблем в акушерстве, гинекологии и педиатрии¹

О.З. Пузикова, д.м.н., вед. научный сотрудник,врач-эндокринолог педиатрического отдела ¹

¹ФГБОУ ВО «Ростовский государственный медицинский университет»

²ФГБОУ ВО РостГМУ Минздрава России

Hormone-microelement homeostasis of boys with obesity and delayed sexual development

Popova V.A.¹ , Kozhin A.A.² , Drukker N.A.¹, Selyutina S.N.¹*, Puzikova O.Z.¹

¹Federal Staite Budget Establishment of High Education “Rostov State Medical University” of the Ministry of Health of the Russian Federation

²The Rostov State Medical University

_____________________________________________________________________________

Резюме

Результаты обследований мальчиков-подростков с различной степенью ожирения и задержкой полового развития (ЗПР) показали, что содержание гормонов (кисспептина, лептина, тестостерона, гонадотропинов и др.) коррелировало с уровнем эссенциальных и токсических химических элементов в моче (ХЭ). Обнаружены корреляции между концентрацией в моче цинка, селена и уровня лептина, кисспептина и тестостерона. Это указывает на этиологическую детерминанту микроэлементоза в формировании ЗПР при ожирении у мальчиков – возможно, эффект высокого содержания свинца в моче.

Ключевые слова: конституционально-экзогенное ожирение, мальчики-подростки, микроэлементы, половые гормоны.

Summary

The results of examinations of adolescent boys with varying degrees of obesity and delayed sexual development (DSD) showed that the content of hormones (kisspeptin, leptin, testosterone, gonadotropins, etc.) correlated with the level of essential and toxic chemical elements in urine (CE). Correlations between urine concentrations of zinc, selenium and levels of leptin, kisspeptin and testosterone were found. This points to the etiological determinant of microelementosis in the formation of DSD in obesity in boys – possibly the effect of high lead content in urine.

Key words: constitutional exogenous obesity, adolescent boys, microelements, sex hormones.

Цель работы: определение клинико-диагностической значимости исследований микроэлементно-гормонального гомеостаза при задержке полового развития (ЗПР) у мальчиков с избытком массы тела.

Увеличение процента мужского фактора в бесплодном браке обусловливает актуальность изучения репродуктивного здоровья у мальчиков–подростков с ожирением [1]. Цитируемые авторы показали, что функциональная задержка старта пубертата встречается в 9 раз чаще у мальчиков, чем у девочек. Механизмы, лежащие в основе нарушений на  ранних сроках онтогенеза, по мнению ряда авторов, во многом обусловлены десинхронизацией деятельности звеньев гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы, в реализации которой участвует лиганд-рецепторная система кисспептина [2].

Обнаружено, что этот гормон стимулирует секрецию Гн-РГ прямым влиянием на Гн-РГ содержащие нейроны, большинство из которых экспрессирует рецепторы Kiss 1r. Они выполняют роль трансмиттеров в передаче сигналов от эстрогенов и андрогенов. Кроме того, кисспептин осуществляет посредническую функцию между лептином и Гн-РГ секретирующим центром гипоталамуса, осуществляющим процесс прямой\обратной связи в пределах гонадной оси. Его показатели сигнализируют об энергетическом балансе в указанном центре. Система KISS-1/RISS1R контролирует секрецию гонадотропинов, сексуальную дифференцировку мозга, старт пубертата и активацию фертильности [3]. Кисспептин в тесном взаимодействии с лептином, рассматриваются как один из составляющих комплексов каскада регуляторных компонентов пубертата. Лептин воздействует на гипоталамус опосредовано через кисспептин, являясь модулятором кисспептиновой системы. Избыточно-положительный энергетический баланс ингибирует экскрецию mRNAKiss 1 гена. Лептин контролирует функцию нейропептидаY, дифференцирующий пищевое поведение, активируя прием пищи.

Избыточный уровень лептина в молодом возрасте индуцирует снижение гонадотропной функции гипоталамо-гипофизарной системы и, следовательно, задержку пубертата. Величины его концентрации являются маркером энергетики организма и характера метаболических изменений. Помимо указанных гормональных продуктов, в становлении пубертата, принимает участие эссенциальные химические элементы (ХЭ), дисбаланс которых приводит к дисфункции нейроэндокринной регуляции репродуктивного комплекса.

Микроэлементозы индуцируют возникновение, как дефицита, так и избытка массы тела, сопровождающихся целым рядом метаболических осложнений [4] в т.ч. аномалий полового развития. Токсичные ХЭ (свинец, кадмий и др.), являются физиологическими антагонистами важнейших эссенциальных ХЭ (цинк, селен, медь и др). Как было показано в наших исследованиях нарушения баланса указанных ХЭ сопровождается ЗПР и ожирением разной степени выраженности [5].

Уточнение роли кисспептина, лептина, микроэлементозов в процессах регуляции полового развития подростков и возникновении его аномалий представляет собой актуальную проблему клинической эндокринологии, раскрытие которой способствует расширению достаточно ограниченного круга терапевтических воздействий для коррекции ретенции пубертата. Палитра ХЭ в организме детерминирует секрецию либеринов и гормонов аденогипофиза. Последние наиболее опасны в эндемических территориях по определенным микроэлементам (МЭ), в условиях хронического оксидативного стресса, если не проводятся профилактические мероприятия еще в периконцепциональный период.

Таким образом, в подростковом периоде  следует уделять внимание предикторам репродуктивных расстройств, т.е. факторам, предрасполагающим к формированию тех или иных патологий в механизмах регуляции генеративной системы. Необходимы исследования коррелятивных связей между гормональными показателями и данными аналитических исследований по определению ХЭ в биосубстратах организма при его разных функциональных состояниях.

Материалы и методы исследований

При диспансерном осмотре школьников г. Ростова на Дону были отобраны мальчики-подростки 13-14 лет с конституционально-экзогенным ожирением (КЭО) 1-2 степени. Мальчиков разделили на 2 группы. Обследования подростков осуществляли при разрешении локального этического комитета и информированного согласия родителей. Первую группу составили 20 подростков, у которых не было вторичных признаков полового созревания – в возрасте 13 лет отсутствовал объем тестикул  равный 3-4мл. Во вторую группу входили 24 подростка с КЭО 2 степени в стадии 2-4 полового созревания по Таннеру. Группа сравнения состояла из 15 здоровых мальчиков аналогичного возраста с нормальной массой тела, находящихся во 2-4 стадии полового созревания. При обследовании школьников изучался семейный анамнез, характер пищевого поведения и физических нагрузок.

Вычислялся индекс массы тела (ИМТ). У детей 1-й группы обследовали мошоночную область (УЗИ), с целью исключения морфологических нарушений репродуктивной системы и определения размеров тестикул. Подростков с явлениями крипторхизма и гипогонадизма, в этиологии которых могли участвовать хромосомные мутации, в обследование не брали, как и мальчиков с эндокринными заболеваниями, способствующими формированию ЗПР (сахарный диабет, гипопитуитаризм, гипотиреоз и др.).  Установлено, что во время беременности матери не страдали поздними гестозами и другими осложнениями гестации и родов.

Перечень гормональных исследований включал определение в сыворотке крови уровней лютеинизирующего гормона (ЛГ), общего тестостерона (Т), инсулина, лептина, ингибина В, кисспептина методом иммуноферментного анализа (ИФА). Для оценки инсулинорезистентности (ИР) использовали индекс Caro, который в норме должен быть более 0,3. Биохимические исследования касались определения глюкозы, липидных фракций и выполнялись методами ИФА на анализаторе AliseiRadium, Италия. Кроме того, в утренней моче мальчиков-подростков определяли уровень концентрации МЭ — свинца (Pb), цинка (Zn), селена (Se), хрома (Cr), марганца(Mn) с помощью атомно-абсорбционного метода на анализаторе «Квант-Z ( ООО «Кортек», РФ).

Результаты биомедицинских исследований обрабатывали с помощью лицензионного пакета Statistica 6 в среде MeoCape 11.4.2 непараметрического корреляционного анализа по Спирмену. Достоверность показателей определена по коэффициенту Стьюдента (t). Различия считали достоверными при p<0,05.

Результаты и их обсуждение

При проведении антропометрических обследований было показано, что в 1-й группе у 60% детей распределение подкожно-жировой клетчатки было равномерным, у 10% был гиноидный тип ожирения, у 30%-андроидный. У мальчиков 2-й группы распределение подкожно-жировой клетчатки у всех имело равномерный характер. У 60% пациентов 1-й группы и 33,3% детей 2-й группы имело место повышение потливости ,гипергидратоз ладоней, стоп.

Вегетососудистая дистония в виде неустойчивого АД определялась у 80% пациентов 1-й группы и 41,6% подростков 2-й группы. При оценке состояния кожных покровов стрии были обнаружены у 40% детей 1-й группы и 25% подростков 2-й группы, acantosisnigracans- у 50% мальчиков 1-группы и 29,6% подростков 2-й группы. У 60% мальчиков 1-й группы была ложная гинекомастия и у 20,8%  во 2-й группе.

Анализ данных исследования углеводного обмена позволил установить, что у мальчиков 1-й группы уровень инсулина в крови натощак был несколько выше 19,9±3,3 мк МЕ\мл ,чем у подростков контрольной группы (11,5±2,2 мкМЕ/мл, Р=0,07). У мальчиков как 1-й, так и 2-й группы значение индекса Caro было снижено по сравнению с контролем (0,31±0,02,  0,35±0,03 и 0,4±0,09,соответственно,р = 0,02, р= 0,08). Тенденция к ИР возникает в результате модификации рецепторов инсулина, что обусловливает нарушение взаимодействия инсулина со своими рецепторами. Как известно, гиперинсулинемия усиливает синтез холестерина, липопротеинов низкой плотности и тормозит процесс липолиза, что ведет к развитию липотоксемии и ИР.

Для мальчиков обеих групп было характерным некоторое повышение уровня общего холестерина по сравнении с контролем (5,4±0,42 мМоль/л против 5,1±0,19 мМоль/л, р=0,06), а также достоверное повышение уровня холестерина, липопротеинов низкой плотности (до 3,8±0,35мМоль/л против 2,8±0,18 мМоль/л р =0,02) без существенных межгрупповых различий.

У мальчиков как 1-й так и 2-й группы уровень лептина был достоверно повышен по сравнению с контролем (18,8±3.1 нг/мл, 15,9±2,2 и 3,41±0,35 нг/мл соответственно, р=0,002). Избыточный уровень этого гормона в детском возрасте индуцирует снижение гонадотропной функции гипоталамуса-гипофиза и, следовательно, задержку пубертата (5).

Морфометрия тестикул указывала на их значительное уменьшение в 1-й группе по сравнению с контролем и 2-й группой ( 2,7±0.3, 13,5±3,1 и 10,6±2,5 мл соответственно). Обнаружено снижение уровня ЛГ и тестостерона у пациентов 1-й группы по сравнению с контролем и 2-й группой (табл 1).

Таблица 1

Гормональный профиль сыворотки крови мальчиков-подростков, прошедших диспансерное обследование

*значения, достоверно (р<0,05) отличающиеся от данных контрольной группы; **значения, достоверно (р<005) отличающиеся от данных 2-й группы.

Важная роль в половом созревании мужского организма принадлежит АМГ и ингибину В, уровень которого оказался достоверно сниженным. Уровень АМГ у мальчиков 1-й группы более чем в 2 раза превышал контрольные значения, что вероятно  обусловлено дефицитом андрогенов. При анализе корреляционных связей между гормонами была выявлена отрицательная зависимость между уровнем АМГ и тестостероном (R=-0,69, р=0,03). Высокая концентрация АМГ в крови при снижении уровня тестостерона указывала на ЗПР.

Уровень ингибина В у больных с ожирением 1-й группы был достоверно снижен по сравнению с контролем (р=0,044). Отмеченная тенденция может привести к нарушению фертильности в зрелом возрасте. Очевидно, что обследуемых подростков 1-й группы можно отнести к контингенту риска по возникновению аномалий фертильности, поскольку созревание сперматогенного эпителия нарушается уже в начале пубертатного периода.

Что касается содержания кисспептина в сыворотке крови обследуемых детей, то его значение в группе сравнения было значительно ниже и равнялось 10,6±1,1 нг/мл, а у мальчиков с ожирением в 1-й группе — 28,4±1,9 нг/мл.  Показатель кисспептина во 2-й группе мальчиков был также значительно выше значений в группе сравнения ( 19,2±1,4 нг/мл, р<0,05). Это свидетельствует о задержке активации системы «кисспептин-гипоталамус-гипофиз-гонады». Можно полагать, что имело место снижение чувствительности кисспептиновых рецепторов Kiss 1Rу мальчиков с ЗПР и ожирением.

Исследования Ю.И. Юхлиной с соавт. [3] подтверждают наши данне, показавшие, что при физиологических для возраста вариантах полового развития, кисспептиновый уровень был невысоким и не имел различий при разных стадиях пубертата (Таннер1-Таннер 4,5), в то время как при ЗПР имел тенденцию к повышению. Анализ концентрации МЭ в моче наблюдавшихся пациентов (табл. 2) выявил более высокое содержание Pb у подростков 1-й группы.

Таблица 2

Концентрация МЭ в моче мальчиков-подростков

*значения, достоверно (р<0,05) отличающиеся от данных контрольной группы; **значения, достоверно (р<005) отличающиеся от данных 2-й группы.

Повышенное содержание его могло быть обусловлено геохимическими особенностями среды в условиях проживания подростков, обилием транспорта в крупном промышленном городе. Известна патогенетическая роль повышенного содержания свинца в организме при ожирении, ИГ, нарушений толерантности к глюкозе и развития сахарного диабета 2-го типа путем прямой стимуляции печеночного глюкогенеза. Ранее нами указывалось на снижение уровня тестостерона и ингибина В у детей с повышенным содержанием Pb [5]. Известно, что повреждающее действие свинца происходит в следствие дизрегуляции сопряженной работы звеньев  гипоталамо-гипофизарно-тестикулярной оси.

В 1-й группе мальчиков зафиксирована обратная корреляционная связь  содержания Pb в моче с уровнем тестостерона (R= -0,59, p=0,042), а также прямая корреляция с уровнем АМГ (R=0,49, p=0,045 соответственно) при отсутствии существенной связи между этими показателями у обследуемых детей 2-й группы. При этом, низкая концентрация Zn, по сравнению не только с контрольной группой (р=0,022), но и 2-й группой (р=0,043), снижение уровня которого при ожирении, и положительная его динамика при нормализации массы тела, уже давно отмечалась рядом исследователей [6]. При этом установлена полиморфная метаболическая значимость свинца и важность его в физиологических процессах становления эндокринных функций.

Одной из гипотез, объясняющих благоприятное действие нормализации уровня Zn на лечение ожирения, является уменьшение лептинорезистентности. Нами выявлена обратная корреляционная связь между концентрацией Zn в моче и уровнем инсулина и лептина у мальчиков с ожирением по сравнению с контролем (R= -0,44 при  p= 0,041 и R=

-0,62 при р= 0,053 соответственно). Цинк концентрируясь в органах половой системы, стимулирует развитие вторичных половых признаков. Ограничение цинка даже у здоровых молодых людей сопровождается значительным уменьшением концентрации тестостерона в сыворотке крови. Лечение цинк-содержащими препаратами мужчин в течении 6 месяцев приводило к росту половых гормонов в крови.

Нами установлена прямая связь концентрации Zn в моче с уровнем тестостерона и обратная корреляция с уровнем АМГ в крови у подростков 1-й группы (R= 0,68 при p=0,032 и R=- 0,35 при  р=-0,072) при отсутствии существенной связи между этими показателями у обследуемых подростков из 2-й группы. Выявлено более низкое содержание селена (Se ) в моче обследуемых по сравнению с контролем (p=0,044). При этом установлена обратная корреляционная связь содержания Se в моче с уровнем инсулина и лептина в крови (R=- 0,48 при p= 0,051 и R=-0,45 при p=0,042, cоответственно).  Снижение уровня селена при ожирении у детей, не зависящее от пола и возраста, было также показано в результатах и других исследований [7]. Получены доказательства обратной корреляционной зависимости между уровнем Se и ИР.

Нами выявлена положительная корреляция между показателями  тестостерона сыворотки крови и селена в моче у обследуемых 1-й группы и отрицательная с уровнем АМГ (R=0,69 при p= 0,031 и R= -0,38 при p=0,066 cоответственно). В то же время, существенной связи между этими результатами у обследуемых мальчиков 2-й группы, не наблюдалось. Также определены положительные корреляции (R=+0,71 при p=0,032) между кисспептином, тестостероном и цинком, селеном у мальчиков группы сравнения, при снижении выраженности этой связи между указанными показателями у детей 1,2 групп (для 1-й R=+0,42, для 2-й R=+0,49).

Оптимальный уровень Zn и Se в эпителиальных клетках тестикул – основа развития мужской репродуктивной ткани. Указанные ХЭ являются составной частью белков-протекторов, предохраняющих сперматозоиды от окислительных процессов: селенопротеины mGPх4 и snGPх4, являющиеся структурными компонентами зрелых сперматозоидов. Этим подчеркивается  актуальность адекватного содержания данного микроэлемента в биосубстратах, особенно в период становления половых функций.

 Обнаружена существенная корреляционная связь между содержанием селена, цинка и показателями кисспептина, обеспечивающих физиологическую фертильность у людей. Данные гормоны осуществляют  регуляцию секреции гонадотропин рилизинг-фактора [8,9].

В 1 группе пациентов с ожирением выявлено более низкое содержание хрома в моче по сравнению с контролем (р=0,044), при этом значимой корреляции между уровнем Сr и показателями инсулина и лептина в крови не выявлено. Однако в других исследованиях показана связь ИР с уровнем Cr и продемонстрирован положительный эффект от включения в диету добавок Cr при лечении ожирения вследствие улучшения метаболических эффектов инсулина.

У мальчиков обеих групп фиксировали более низкое содержание Mn в моче по сравнению с контролем, достигающее степени достоверности в группе с ЗПР (р=0,045). Функция этого МЭ заключается в обмене липидов, обеспечении как мужского, так и женского РЗ. Дефицит Mn может возникнуть на фоне эмоциональных перегрузок (усиленный расход), неадекватного питания, а также в результате  накопления в организме его антагонистов, в частности — ванадия. Марганец является одним из антиоксидантных питательных продуктов, который входит в состав металлоферментов и играет роль в метаболизме углеводов, протеинов и липидов. Есть данные о связи марганца в крови с наличием ожирения и ЗПР, хотя убедительные патогенетические объяснения этому феномену до настоящего времени не предложены [10]. Было отмечено, что для подростков 1-й группы более характерны низкие концентрации Zn,Se,Cr,Mn при повышенном уровне Pb в моче, по сравнению с показателями не только группы контроля, но и 2-й группы. Установлено, что у детей 1-й группы микроэлементоз вносит патогенетический вклад в развитие ожирения и ЗПР. Патогенез этого процесса отличается этапным характером, по принципу «порочного круга». Микроэлементоз, возникший под влиянием экопатогенных воздействий, мог способствовать «поломке» метаболических реакций, компенсирующих нарушения углеводного и жирового обменов, приводя к активации лептина, потенцирующего негативное влияние дефицита Zn и Se. В то же время оптимальное содержание и соотношение МЭ, установленное у мальчиков 2-й группы, коррегирует, в определенных пределах, возможные девиации нейроэндокринной регуляции обмена веществ и гормональных функций.

Микроэлементный дисбаланс у мальчиков-подростков с КЭО может являться важным стимулирующим ЗПР фактором и, неблагоприятным прогностическим маркером возможного развития нарушений репродуктивной функции детей в более старшем возрасте. Следовательно, в алгоритм обследования у мальчиков с КЭО и нарушением темпов полового созревания следует, помимо изучения гормонального гомеостаза, внести определение микроэлементов. Ранняя диагностика микроэлементоза у детей с ожирением, позволит осуществить своевременную коррекцию дисбаланса МЭ, наряду с общепринятыми подходами к лечению КЭО, станет способствовать минимизации рисков развития репродуктивных расстройств в зрелом возрасте.

Заключение

Результатами комплексного исследования подчеркнута взаимосвязь между микроэлементозом и отклонениями в гормональном гомеостазе. Выявлены существенные коррелятивные связи концентрацией МЭ в моче и уровнем кисспептина, тестостерона, лептина в крови, наиболее значимые в группе детей с нарушением темпов  полового созревания. Предлагается модифицировать алгоритм этиологической диагностики ЗПР у мальчиков-подростков с ожирением, особенно в группах экологического риска.

Список литературы

1. Дедов И.И., Семичева Т.В., Петеркова В.А. Половое развитие детей: норма и патология. М.: Колорит студио 2002, 235с.

2. Никитина И.Л., Байрамов А.А., Ходулева Ю.А., Шабанов П.Д. Кисспептины в физиологии и патологии полового развития. Новые диагностические и терапевтические возможности.//Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2014,т.12, №4, с. 3-12.

3. Юхлина Ю.Н., Васильева Е.Ю., Нагорная И.И., Никитина И.Л. Потенциал диагностических и терапевтических возможностей при задержке пубертата и гипогонадотропном гипогонадизме у мальчиков. // Педиатрия, 2018, №2, с. С.78-82.

4. Попова В.А., Кожин А.А., Вербицкая О.Г.   Этиологическая диагностика алиментарного ожирения у подростков. // Врач, 2016, №12. С. 71-78.

5. Попова В.А., Кожин А.А., Пузикова О.З., Друккер Н.А. Микроэлементный дисбаланс как фактор, потенцирующий задержку полового развития у мальчиков подростков с конституционально-экзогенным ожирением. // Педиатрия, 2019, 1, с. 223-227.

6. Prasad A.   Zinc in humans: Health disorders and therapeutic effects. //Microelements in medicine.2014, v.15, №1, р.3-12.

7. Blazewich A.,Klatka M. Astel A., Dolivar W.    Serum and urinary selenium levels in obese children, cross sectional study// J. Trace Elem. Biol. Med. 2015, 29, P 116-122,

8. Ярмолинская М.И., Ганберли Н.Ф., Айламазян Э.К. Значение кисспептина в регуляции функции репродуктивной cистемы. // Ж, Акушерства и женских болезней. 2016; LXV (6); 4-18. DOI; 10,17816/JOWD 6564-18 / YarmolinskyaM.I, GanberliN, AilamazyanE,K, Znacheniekisshehtinavregulyaciifunrciireproduktivnoisistemy, ZhurnalakusherstvaIzhenskihboleznei, 2016, LХV (6); 4-18 DOI; 10.17816/ JOWD 6564-18 ( inRussia).

9. Jaysena C., Abbara A., Narayanswamy S. Direct comparison of the effects of intravenous kisspeptin-10, kisspeptin-54 and GnRH on gonadotropin secretion in healthy men. Hum. Reprod. 2015; 30 (8); 1934-1941. DOI; 10.1093 /rep/ DOV 143.

10. Попова В.А., КожинА.А., Мегидь Ю.И. Микроэлементозы и проблемы здоровья детей. // Педиатрия 2015, 95(6); 141-144.

Читайте в журнале «Медицинский алфавит» №5\2020