Лаборатория биологической и неорганической химии

  Лаборатория биологической и неорганической химии в виде группы биохимических и функциональных методов исследования (1978г.), а в последующем - группы физиологии и адаптации человека (1983г.) стояла у истоков создания в Архангельске в 1978 г. Филиала Института морфологии человека АМН СССР и руководили ею к.б.н. Ардашев А.А. (1978-1984 гг) и к.б.н. Данилова Р.И. (1984-1988 гг).

В 1988 г. при преобразовании филиала в Отдел экологической эндокринологии Института физиологии Коми Научного Центра УрО АН СССР, группа была переименована в группу метаболических процессов. В 1990 г. Отдел был преобразован в Филиал Института физиологии КНЦ УрО РАН и с 1991г. группа переименована в группу биохимии и сохранилась при дальнейших преобразованиях в Отдел экологической физиологии человека Института физиологии Коми НЦ УрО РАН (1998г.). Лаборатория биологической и неорганической химии на базе группы биохимии была создана при реорганизации Отдела в Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН (2000г.), и сохранилась при преобразовании в ИФПА ФИЦКИА РАН (2016 г.).

Руководителем биохимического направления с 1988 г. по 1999 г. был д.м.н., профессор Бойко Е.Р., с 2000 г. по 2003 г. - д.м.н. Дегтева Г.Н., д.х.н. Боголицын К.Н. и д.б.н. Данилова Р.И., а с 2003 г. - д.б.н. Бичкаева Ф.А.

Научным направлением лаборатории является профессиональная биохимия, изучение особенностей содержания ключевых метаболитов обмена углеводов, белков и липидов и регулирующих звеньев этих процессов (ферменты, биогенные амины, катехоламины, биоэлементы, жиро- и водорастворимые витамины) у местного, коренного и пришлого населения арктических и приарктических территорий. Биохимические показатели определяются с учетом возрастных, половых, профессиональных различий, этнической принадлежности, стажа проживания на Севере, фотопериодики, географической широты, климатических и фактического питания обследованных лиц.

В настоящий момент в лаборатории используются спектрофотометрические, хроматографические, флюорометрические методы анализа и проводится определение более 100 биохимических параметров, в разной степени сложности.

Основные научные направления лаборатории:

1. Медико-биологическое обоснование разработки новых перспективных средств и методов жизнеобеспечения и управления адаптационными метаболическими реакциями организма человека в экстремальных условиях Севера.
2. Резервные возможности и компенсаторные механизмы эндокринной регуляции метаболических процессов у человека на Севере.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований лаборатории

• Выявлен избыток в крови у практически здоровых северян (особенно в приарктическом регионе) насыщенных жирных кислот и недостаток эссенциальных моно- и полиненасыщенных жирных кислот, мембраностабилизирующих фосфолипидов (фосфатидилхолин, фосфатидидэтаноламин) и жирорастворимых витаминов (А, Е), которые с одной стороны снижают антиатерогенную и антиоксидантную защиту организма (повышение содержания общего и этерифицированного холестерина, липопротеинов низкой плотности, аполипопротеина-В и снижение липопротеинов высокой плотности, аполипопротеина-А и токоферола), изменяют инсулинорезистентность с увеличением уровня глюкозы в крови, с другой стороны, являясь структурными компонентами клеточных мембран, влияют на их проницаемость и эластичность.
• При проведении сравнительного анализа показателей биогенных аминов и катехоламинов у взрослого населения Севера (приарктические (ПР) и арктические регион (АР), буферная зона (БЗ) – территории, расположенные между ПР и АР) у жителей АР (у 50% лиц) выявлено низкое содержание серотонина в крови относительно ПР (у 44.3%) региона и БЗ (у 38%). Вместе с тем, во всех регионах аномально высокие концентрации серотонина были у 19,3, 39,0 и 37,11%, соответственно АР, ПР и БЗ.
• У жителей ПР выявлено достоверно высокое содержание гистамина в крови, частота встречаемости аномально высоких значений составила 33%, а в АР и БЗ 15,2% и 13,8% соответственно.
• У жителей БЗ по сравнению с ПР и АР отмечена высокая активность симпато-адреналовой системы, что характеризуется увеличением экскреции адреналина, норадреналина. Наибольшая частота встречаемости высоких концентраций в содержании адреналина и норадреналина зарегистрирована в БЗ у 63,6% лиц и АР у 67% лиц по сравнению с ПР у 55,5% лиц.
• При оценке физического развития детей Севера России в возрасте 10–17 лет установлено, что в ПР нормальное физическое развитие имели 54%, а в АР – 46% обследованных детей. При этом дефицит массы тела наблюдался в 30% и в 25% случаев, избыток массы тела в 4% и в 1,8% и низкий рост в 12% и в 28% случаев соответственно в ПР и АР регионах. Как в ПР, так и АР отклонения от нормы в росте и весе у девочек по сравнению с мальчиками значимых различий не выявлено (56% и 54% соответственно в ПР и 44% и 48%) случаев в АР).
• При сопоставлении возраста и стадий полового развития установлено, что в одних и тех же возрастных периодах в пределах 1 года обследованные дети находились на разных стадиях полового созревания. 41% девочек ПР и 23 % АР 15-18 лет находились на 4 стадии, а 59% и 77% соответственно в ПР и АР – на 5 стадии, 92% мальчиков ПР на 4 стадии, а в АР на данной стадии лишь 28% обследованных, а остальные 9% (ПР) и 71,74% (АР) – на 5 стадии. Сопоставление других возрастных периодов показывает, что у детей АР в сравнении с ПР имеется задержка полового созревания на 1-2 года. Вместе с тем, при сравнении детей Севера с аналогичными данными по Московской области выявлено, что на 4 стадии в возрасте 15-18 лет находились лишь 10% подростков, а остальные 90% – уже на 5 стадии.
• При сопоставлении возраста и стадий полового развития установлено, что в одних и тех же возрастных периодах в пределах 1 года обследованные дети находились на разных стадиях полового созревания. 41% девочек ПР и 23 % АР 15-18 лет находились на 4 стадии, а 59% и 77% соответственно в ПР и АР – на 5 стадии, 92% мальчиков ПР на 4 стадии, а в АР на данной стадии лишь 28% обследованных, а остальные 9% (ПР) и 71,74% (АР) – на 5 стадии. Сопоставление других возрастных периодов показывает, что у детей АР в сравнении с ПР имеется задержка полового созревания на 1-2 года. Вместе с тем, при сравнении детей Севера с аналогичными данными по Московской области выявлено, что на 4 стадии в возрасте 15-18 лет находились лишь 10% подростков, а остальные 90% – уже на 5 стадии.
• В ПР регионе 61-62о с.ш. наибольшее количество лиц с дефицитным состоянием витамина А установлено в младшей возрастной группе (8-12 лет), более выражено у лиц женского пола. В ПР регионе 64-65о с.ш. высокий удельный вес лиц с низким уровнем ретинола выявлен в старшей возрастной группе (16-18 лет), более выражено у лиц мужского пола. В АР регионе 69-70о с.ш. низкое содержание витамина А наблюдается в младшей возрастной группе (8-12 лет), более выражено у лиц мужского пола. Аборигенное население детей и подростков Севера по сравнению с местными, пришлыми жителями и более южными территориями ПР характеризовалось значительно меньшей долей лиц с пониженной обеспеченностью организма ретинолом и токоферолом.
• У детей и подростков Севера, проживающих в разных географических широтах, выявлено существенное снижение обеспеченности витаминами А и Е в определенные периоды года: ПР (на широте 61-62о и 64-65о с.ш.) – в период подъёма светового дня; АР (на 69-70о с.ш.) – в период минимального светового дня, что отражает сезонные адаптивные трансформации обмена веществ в организме человека.
• У девочек АР в начале полового созревания и до появления менархе (от 1 до 3 СПР) установлено снижение активности этерификации холестерина на фоне высоких концентраций общего холестерина, липопротеинов низкой плотности, триглицеридов и низких уровней липопротеинов высокой плотности. У девочек ПР в период появления вторичных половых признаков (от 2 до 4 СПР) происходят изменения липидного обмена, но менее выраженные по сравнению с девочками СВ. Вместе с тем, на 2 СПР у девочек АР и на 3 СПР у девочек ПР изменения метаболитов липидного обмена происходят синхронно: установлен рост уровней ОХ, СХ, ЭХ, ЛПНП, КЭ на фоне снижения СЖК, ЛПВП. На 5 СПР фенотипические различия сглаживаются, у девочек обоих регионов отмечаются низкие концентрации СХ, ТГ, ЛПНП и более высокие уровни ЛПВП, ЭХ и СЖК на фоне постоянно высокого уровня ОХ у девочек АР на протяжении всего периода полового созревания.
• Характер перераспределения жирных кислот в сыворотке крови обусловлен повышением насыщенных ЖК в крови: у девочек АР с 1-й по 3-й стадии, у мальчиков – с 1-й по 2-й стадии, а у девочек ПР региона – с 1-й по 2-й, у мальчиков – на 1-й и 3-й стадии. Достоверное увеличение суммарного содержания мононенасыщенных и полиненасыщенных ЖК у детей АР обоих полов можно рассматривать как компенсаторный механизм, направленный на мобилизацию энергетического обмена клеток. Длительно сохраняющееся увеличение фракций сывороточного холестерина у детей АР региона свидетельствует об участии ЖК в окислительно-восстановительных процессах и их существенном вкладе в антирадикальную защиту.

 

Основные результаты прикладных исследований

Материал от абортированных плодов северянок с разными сроками беременности (областная клиническая больница, Архангельск) (Исп.: к.б.н., доц. Коновалова С.Г. и д.б.н. Бичкаева Ф.А.)

• Впервые изучено 114 аутопсий плодов и новорожденных. Материал был сгруппирован в три группы: к I группе были отнесены плоды 13-19 нед. гестации, что соответствует раннефетальному периоду, II группу составили плоды 20-27 нед. – среднефетальный период, к III группе отнесены плоды 28-40 нед. – позднефетальный (перинатальный). Прерывание беременности в ранние сроки проводилось по медицинским показаниям (ВПР плода не совместимые с жизнью): индуцированный выкидыш или самопроизвольный выкидыш. В позднефетальный период индуцированные роды антенотально либо интранатально погибшим плодом. Причинами смерти плодов и новорожденных на первой неделе внеутробной жизни были отдельные состояния, возникающие в перинатальном периоде, и врожденные аномалии развития. Возраст умерших брался из медицинской документации (истории родов и истории развития новорожденных).
• В раннефетальном периоде по сравнению со среднеширотными данными выявлено превалирование массы плодов в 1,5 раза (250,0 гр) и в 1.83 раза (135 гр) относительно данных Севера (Суханов С.Г. с соавт., 1996); в среднефетальном периоде – в 1,5 раза меньше и в 1,43 раз выше, соответственно относительно среднеширотных данных и Севера; а в позднефетальном периоде практически не отличалась от литературных данных (2400 гр), но сравнению с данными Севера выше в 1,25 раза (1984,57 гр).
• С увеличением срока гестации процент лиц с избыточной массой снижался (100%, 24% и 16%), а с недостатком массы увеличивался – 0%, 55% и 44%. Следовательно, масса плодов увеличивалась с нарастанием срока гестации в 1,89 раза в среднефетальном по сравнению с раннефетальным и в 3,45 раза в позднефетальном. Так же отмечалось увеличение длины плода в 1,5 и в 1,4 раза.
• При анализе гомеостаза глюкозы в аутопсийном материале (мышцы, мозг, печень, плацента) независимо от срока гестации установлены высокие концентрации глюкозы. Причем в печени и плаценте в среднефетальном (13-19 нед) и позднефетальном (28-40 нед) периодах были отмечены значимо высокие уровни ГЛЮ относительно раннефетального периода (13-19 нед), а в мышцах – в позднефетальном периоде.