Молотов-Лучанский В.Б.

Карагандинская государственная медицинская академия, Казахстан

Инфракрасная спектроскопия плазмы крови больных с поражениями почек при сахарном диабете

 

Поражение почек при сахарном диабете (СД) представлено широким спектром, в котором наибольшее клиническое значение имеют диабетическая нефропатия (ДН), пиелонефрит и инфекция мочевыводящих путей, атеросклеротический нефросклероз, гипертонический нефросклероз. Эти изменения связаны в первую очередь с особенностями метаболических нарушений при СД с характерными микро-макроангиопатиями, склонностью к инфекционным осложнениям и повышенным риском сердечно-сосудистой патологии/1/.

Особенности поражения почек при СД могут быть обусловлены морфологическими изменениями возрастного характера, такими как склероз мелких почечных артерий и артериол (особенно эфферентных) с гиперперфузией мозгового слоя и уменьшением корковой фракции, фиброз интерстиция мозгового слоя, очаговый гломерулосклероз.

Установлено, что наряду с сосудистыми поражениями эндотелия клубочков захватывается в процесс мезангий и затем канальцы, однако сам механизм поражения канальцев, причины вовлечения мезангиального слоя интерстиция почек в болезнетворно-патологический процесс при СД еще не вполне ясен /2/. Высказывается ряд предположений о механизме изменения интерстиция в почках, связываемых с хронической гипергликемией, но не ясно до сих пор, почему при нормогликемии или при компенсации гипергликемии на длительное время, все-таки прогрессируют поражения почек /3/.

Так, у больных СД типа, даже при компенсации углеводного обмена до уровней, не превышающих допустимый по критериям ВОЗ, сохраняется рецидивирующее течение хронического пиелонефрита (ХПЛ), периодически возникают его атаки, он протекает торпидно и плохо поддается антибактериальной терапии /1/.

У таких пациентов ХПЛ зачастую приводит к вторичному сморщиванию почек и является одним из факторов, приводящих к хронической почечной недостаточности /4/.

Своевременная диагностика и изучение метаболических нарушений при этих заболеваниях позволят более эффективно проводить лечение и улучшат прогноз для больных. Одним из современных методов, позволяющих оценить широкий спектр изменений состава и свойств биологической жидкости, является инфракрасная (ИК) спектроскопия /5-8/.

Целью данной работы послужило изучение характеристик ИК-спектров плазмы крови больных с сахарным диабетом, хроническим пиелонефритом и диабетической нефропатией.

 

Материалы и методы.

В качестве объекта исследования использовалась кровь (25) больных с СД I типа, (22) больных с СД II типа, (15) больных с ДН, (20) больных с ХПЛ, (10) больных с сочетанием СД и ХПЛ и () больных с ХПЛ и ДН. В качестве контроля использовалась плазма крови 25 здоровых доноров

Регистрация ИК-спектров плазмы крови производилась ИК-спектрометре Specord совместно с Быйстро В.К..  Диапазоны регистрации 700-1800 см-1 и 2600-3400 см-1.

 

Результаты и обсуждение.

В спектрах контрольных образцов наблюдались пики и полосы поглощения на частотах 705-725, 920-970, 1040-1150, 1370-1430, 1480-1500, 1520-1700, 2830, 2910-2980 см-1.

В ИК-спектрах плазмы крови больных с обострением хронического пиелонефрита отмечалось увеличение полуширины полос поглощения 705-725 и 920-970 см-1, увеличение интенсивности поглощения в области 1400-1480 см-1, а также формирование в области амид 1 и амид 2 области с несколькими плохо дифференцирующимися пиками и полосами поглощения. В высокочастотной области отмечалось наличие характерных полос поглощения на частотах 2900-2950, 3090-3120, 3260-3400 см-1. Такие изменения характера поглощения инфракрасного излучения могут свидетельствовать об увеличении доли двойных связей С=С, а также об увеличении лабильности СН2 и СН3 групп в составе липидного компонента плазмы крови. Изменение характера поглощения в области амид 1 и амид 2, а также в области 3260-3400 см-1, свидетельствует о нарушении структуры азотсодержащих молекул плазмы крови. Учитывая соотношение масс азотсодержащих компонентов плазмы крови, а также распределение полос поглощения в указанной области, мы предполагаем, что эти изменения затрагивают в первую очередь белковые молекулы и приводят к повышению их агрегации.

В ИК-спектрах плазмы крови больных с сахарным диабетом I и II типов (рисунок 2) наблюдались отличия интенсивности и характера поглощения в области 1010-1130, 1130-1180, 1180–1250, 1260–1440, 1450-1480, 1550–1570, 2900-2950, 3100-3140, 3270-3390 см-1. Изменение интенсивности поглощения в области 1180–1250 и 1260–1440 см-1, может быть связано, с увеличением содержания в плазме крови больных этой группы веществ, богатых –ОН, С-О-С и С-ОН группами. В роли таких веществ могут выступать молекулы углеводов, о также комплексы углеводов с другими соединениями, например с белками (в результате неферментативного гликирования) или липидами (комплексы гликолипидов мембран лизированных клеток). Увеличение интенсивности полосы поглощения 1550-1570 см-1 может свидетельствовать об увеличении содержания групп NO2 в плазме крови больных этой группы. Это предположение частично подтверждается наличием полос поглощения в области 1350–1390 см-1, однако это может быть перекрытие поглощения области 1260–1440 см-1.

ИК спектры плазмы крови больных с сахарным диабетом I и II типов отличались друг от друга интенсивностью поглощения в области 1010-1130, 1180–1250, 1260–1440, 1450-1480 см-1. Так, для спектров плазмы крови больных с сахарным диабетом типа I характерна была большая интенсивность поглощения в области 1010-1130, 1180–1250 и 1130-1180 см-1, в то время как для спектров плазмы крови больных с сахарным диабетом типа II было более характерно увеличение поглощения в области 1450-1480. Такие различия характера поглощения инфракрасного излучения в плазме крови больных описываемых групп на наш взгляд связано с различием химического состава. Изменения поглощения, характерные для спектров плазмы крови больных сахарным диабетом типа I на наш взгляд обусловлены увеличение содержания более крупных молекул, содержащих большое количество гидроксильных групп и их комплексов с белками. Это предположение основано на том, что поглощение в указанных областях вызвано колебаниями растяжения и сгибания в плоскости, что более характерно для объемных и циклических молекул, например циклических углеводов и их комплексов с макромолекулами. В спектрах плазмы крови больных с сахарным диабетом II типа изменение характера поглощения позволяет предположить меньшую концентрацию –ОН групп, по сравнению со спектрами плазмы крови больных с сахарным диабетом I типа. В то же время, увеличение интенсивности поглощения в области 1450-1480 см-1, характерное для качания –СН3 группы, позволяет предположить увеличение содержания более простых соединений, содержащих предельные радикалы углеводородов и гидроксильные и кетоновые группы. На роль таких соединений в плазме крови могут претендовать интермедиаты углеводного обмена в частности молочная и пировиноградная кислоты.

ИК-спектры плазмы крови больных с диабетической нефропатией характеризовались сильным увеличением интенсивности поглощения в области 900-950, 1130-1190, 1360-1380, 1590-1650, 3280-3460 см-1. Поглощение в указанных областях спектра связано с колебаниями различных азотсодержащих групп в плазме крови. Такое увеличение содержания азота может быть связано либо с увеличением распада белков, что, однако не подтверждается характером поглощения в других областях спектра (нет уменьшения интенсивности в области амид 1 и амид 2), либо со снижением утилизации более низкомолекулярных азотсодержащих веществ.

ИК-спектры больных с хроническим пиелонефритом на фоне сахарного диабета характеризовались наличием изменений, характерных для спектров больных с сахарным диабетом I и II типов, но при этом несли ряд специфических отличий. Так, в спектрах плазмы крови больных этой группы отмечалась более высокая интенсивность поглощения в длинноволновой области на частотах 705-725 и 920-970 см-1, а также в области 3250–3400 см-1. Увеличение интенсивности поглощения в области 705-725 и 920-970 см-1 может быть обусловлено увеличением содержания непредельных углеводородных радикалов и двойных связей в углеводородных цепях. Увеличение интенсивности поглощения в области 3250-3400 см-1 характерно для увеличения групп свободных О-Н, не образующих большого количества водородных связей с другими группами. Увеличение содержания свободных групп О-Н наряду с увеличением количества непредельных углеводородов может свидетельствовать об увеличении интенсивности свободнорадикального окисления жирных кислот, характерного для синдрома воспаления.

ИК-спектры плазмы крови больных с хроническим пиелонефритом и диабетической нефропатией характеризовались увеличением интенсивности поглощения в области 1030-1160, 1180-1290, 1260-1440, 1590-1650, 3250-3460 см-1. Увеличение полуширины полосы поглощения в области 3250-3460 см-1 может быть обусловлено наложением полос поглощения 3250-3350 и 3280-3460 см-1, характерных для валентных колебаний О–Н и N–H групп. Такой характер изменения поглощения инфракрасного излучения может свидетельствовать о параллельном накоплении низкомолекулярных азотсодержащих веществ и сложных молекул, богатых гидроксильными группами. Увеличение интенсивности поглощении в области 1180-1290 см-1 может свидетельствовать об увеличении количества эфирных связей. На фоне увеличения количества гидроксильных групп такое изменение характера поглощения может вызывать, например, гликирование белков плазмы крови. В то же время, поглощение в области 3250-3350 см-1 более характерно для свободных ОН групп, например, для гидроксильных радикалов. Суммируя все изменения характера и интенсивности поглощения инфракрасного излучения в спектрах плазмы крови больных с хроническим пиелонефритом и диабетической нефропатией, можно заключить, что здесь наблюдаются основные изменения, характерные для спектров плазмы крови больных с сахарным диабетом, диабетической нефропатией, а также часть изменений, характерных для спектров плазмы крови больных с сочетанием сахарного диабета и хронического пиелонефрита.

Таким образом, анализ ИК-спектров позволил выявить ряд особенностей, свидетельствующих о специфическом изменении состава плазмы крови больных исследуемых групп. Изменения, характерные для спектров плазмы крови больных с обострением хронического пиелонефрита, могут свидетельствовать об усилении интенсивности перекисного окисления жирных кислот липидов и окислительной модификации белков плазмы крови, что является следствием развития и манифестации синдрома воспаления. Изменения, характерные для спектров плазмы крови больных с сахарным диабетом, отличались специфичными изменениями, зависящими от типа сахарного диабета и отражающими характерные особенности изменения метаболизма при данном заболевании. Отличия ИК-спектров больных с диабетической нефропатией свидетельствовали о накоплении низкомолекулярных азотсодержащих веществ, что косвенно может свидетельствовать о развитии почечной недостаточности. Особенности ИК-спектров плазмы крови больных с хроническим пиелонефритом на фоне сахарного диабета свидетельствуют о специфическом усилении накопления свободных кислородсодержащих радикалов, как следствие обострения процесса воспаления при повышенной концентрации доноров гидроксильных групп, то есть углеводов. Изменения поглощения в ИК-спектрах плазмы крови больных с сочетанием хронического пиелонефрита и диабетической нефропатии могут являться результатом наложения всех особенностей изменения метаболизма при каждом из манифестированных заболеваний.

Специфичность изменений, зарегистрированных в данной и более ранних работах /5/, позволяет рассматривать целесообразность применения метода ИК-спектроскопии дл изучения молекулярных изменений, происходящих в плазме крови больных с различными осложнениями СД.

 

Литература

1.    А.А. Давлатян. Лечение острого пиелонефрита у больных сахарным диабетом I типа //Терапевтический архив. - 1993-Т.65, № 10.- С. 35-39

2.                                    Мамедгасанов P.M., Рахмани С.А. Динамика перекисного окисления липидов у больных инсулиннезависимым типом сахарного диабета // Проблемы эндокринологии. - 1989. - № 1. - С. 19 -21.

3.                                    Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Основы общей патологии. Часть 1. - СПб: ЭЛБИ, 1999.- 624 с.

4.                                    Александровский А.Я. Молекулярные механизмы развития диабетических осложнений //Биохимия - 1998.- Т.63, вып. 11.- С. 1470 -1479

5.                 Клюев Д.А., Молотов-Лучанский В.Б., Ммуравлева Л.Е. Особенности ИК-спектров плазмы крови больных с сосудистыми осложнениями сахарного диабета типа II. // Материалы межвузовской научной конференции «Современные проблемы медицины и биологии», Караганда, 16 марта 2007 г., С. 32-34.

6.                 Характеристика мембран эритроцитов больных ишемической болезнью сердца, проживающих в районах Центрального Казахстана с различной радиоэкологической обстановкой по данным ИК-спектроскопии./ Омарова Р.А., Быйстро В.К., Сейсембеков Т.З.– Медицина и экология.– 1999.– №4.– С. 21-25.

7.                 Показатели инфракрасного спектра сыворотки крови при остром гаймороэтмоидите/ С.И. Тургунбаева.- Медицина и Экология. – 2005г.- №1.- с.71-73.

8.                 Верболович В.П. Инфракрасная спектроскопия биологических мембран. Алма-Ата. 1977.– 127с.