Роль свободнорадикальных и метаболических процессов в патогенезе сахарного диабета I типа

Монография

Институт фундаментальной биологии и биотехнологии

РОЛЬ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ  
И МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  
В ПАТОГЕНЕЗЕ САХАРНОГО 
ДИАБЕТА I ТИПА

Рассмотрены современные данные о роли метаболических и перекисных процессов в патогенезе сахарного диабета I типа. Представлены результаты 
исследований метаболического статуса лимфоцитов, состояния перекисных процессов и активности 
антиоксидантной системы в клетках и плазме крови у 
детей и подростков в зависимости от продолжительности, стадии компенсации заболевания и развития 
осложнений.

Роль свободнорадикальных и метаболических процессов  
в патогенезе сахарного диабета I типа

9 785763 824605

ISBN 978-5-7638-2460-5

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ МЕДИЦИНСКИХ НАУК
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
МЕДИЦИНСКИХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА

РОЛЬ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ  
И МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  
В ПАТОГЕНЕЗЕ САХАРНОГО ДИАБЕТА  
I ТИПА

Монография

Красноярск
СФУ 
2012

УДК 611.43
ББК 54.151.6,23
     Р68

Рецензенты:
С.В. Смирнова, доктор медицинских наук, профессор;
Л.М. Куртасова, доктор медицинских наук, профессор

Авторы:
А.А. Савченко, Н.М. Титова, Т.Н. Субботина, Ф.А. Гершкорон,  
В.Т. Манчук, Е.В. Альбрант

Р68 
Роль свободнорадикальных и метаболических процессов в 
патогенезе сахарного диабета I типа: монография [Текст] /  
А.А. Савченко, Н.М. Титова, Т.Н. Субботина, Ф.А. Гершкорон, 
В.Т. Манчук, Е.В. Альбрант. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 
2012. – 269 с.

ISBN 978-5-7638-2460-5

Рассмотрены современные данные о роли метаболических и перекисных 
процессов в патогенезе сахарного диабета I типа. Представлены результаты 
исследований метаболического статуса лимфоцитов, состояния перекисных процессов и активности антиоксидантной системы в клетках и плазме 
крови у детей и подростков в зависимости от продолжительности, стадии 
компенсации заболевания и развития осложнений.
Книга предназначена ученым, занимающимся исследованием патогенеза сахарного диабета I типа, врачам-эндокринологам, студентам и аспирантам вузов биологического и медицинского профиля.

УДК 611.43
ББК 54.151.6,23

ISBN 978-5-7638-2460-5 
© Сибирский федеральный университет, 2012

Оглавление

Список сокращений ............................................................................................5
Введение .................................................................................................................7

ГЛАВА 1. Молекулярно-клеточные механизмы этиопатогенеза 
инсулинзависимого сахарного диабета I типа (обзор литературы) ...............10
1.1. Этиология и патогенез инсулинзависимого сахарного диабета I 
типа ...............................................................................................................10
1.2. Значение аутоиммунных процессов в развитии инсулинзависимого сахарного диабета I типа ..................................................................16
1.3. Взаимосвязь между функцией метаболизма лимфоцитов в норме и при аутоиммунных заболеваниях ...................................................26

ГЛАВА 2. Механизмы нарушения обменных процессов при ИЗСД ......39
2.1. Синтез и секреция инсулина .....................................................................39
2.2. Транспорт глюкозы в ткани в норме и при диабете ...............................42
2.3. Нарушение обмена углеводов, липидов и белков при диабете ............48
2.4. Гипергликемия как фактор развития осложнений сахарного 
диабета .........................................................................................................53

ГЛАВА 3. Механизмы свободнорадикальных процессов и их роль 
в развитии и осложнении ИЗСД .....................................................................59
3.1. Активные формы кислорода: характеристика и механизмы образования .....................................................................................................60
3.2. Свободнорадикальное окисление липидов, белков и углеводов 
при диабете ..................................................................................................65
3.3. Система антиоксидантной защиты организма .......................................73

ГЛАВА 4. Характеристика метаболических процессов лимфоцитов крови у детей с инсулинзависимым сахарным диабетом 
I типа ....................................................................................................................91
4.1. Активность окислительно-восстановительных ферментов в 
лимфоцитах крови у детей и подростков с сахарным диабетом 
I типа ............................................................................................................98
4.2. Особенности уровней активности ферментов в лимфоцитах 
крови у детей с впервые выявленным инсулинзависимым сахарным диабетом ...................................................................................... 116
4.3. Зависимость активности оксидоредуктаз и НЭ в лимфоцитах 
крови от длительности заболевания ......................................................124

4.4. Зависимость активности НАД(Ф)- и ФАД-зависимых дегидрогеназ в лимфоцитах от наличия осложнений у детей с сахарным 
диабетом I типа .........................................................................................138
4.5. Зависимость метаболического статуса лимфоцитов крови больных сахарным диабетом I типа от степени компенсации ...................148

ГЛАВА 5. Особенности состояния системы глутатиона и перекисное окисление липидов в лимфоцитах крови при сахарном 
диабете I типа ...................................................................................................157
5.1. Состояние системы глутатиона и процессов перекисного окисления липидов в лимфоцитах крови больных сахарным диабетом I типа ...................................................................................................158
5.2. Зависимость состояния системы глутатиона и процессов перекисного окисления липидов лимфоцитов от длительности сахарного диабета I типа .............................................................................163
5.3. Зависимость состояния системы глутатиона и процессов перекисного окисления липидов лимфоцитов крови больных сахарным диабетом I типа от степени компенсации .....................................165

ГЛАВА 6. Про- и антиоксидантный статус эритроцитов и плазмы крови у детей с сахарным диабетом I типа .........................................168
6.1. Оценка процессов перекисного окисления липидов у детей и 
подростков с сахарным диабетом I типа ...............................................168
6.2. Состояние эритроцитарных мембран у детей и подростков с сахарным диабетом I типа .......................................................................... 176
6.3. Содержание восстановленного глутатиона и активность ферментов его метаболизма в эритроцитах у детей и подростков с 
сахарным диабетом I типа .......................................................................184
6.4. Активность супероксиддисмутазы и каталазы в эритроцитах у 
детей и подростков с сахарным диабетом I типа .................................196
6.5. Содержание церулоплазмина в плазме крови у детей и подростков с сахарным диабетом I типа .............................................................203
6.6. Содержание аскорбиновой кислоты и её метаболитов в эритроцитах у детей и подростков с сахарным диабетом I типа ...................207
6.7. Интегральная характеристика уровня перекисных процессов и 
системы антиоксидантов в крови у детей и подростков с ИЗСД ....... 215

Заключение .......................................................................................................220
Библиографический список ..........................................................................225

Список сокращений

АДФ 
 аденозиндифосфат
АИТ 
 аутоиммунный тиреоидит
АК 
 восстановленная аскорбиновая кислота
АОС 
 антиоксидантная система
АПК 
 антигенпрезентирующая клетка
АТФ 
 аденозинтрифосфат
АФК 
 активные формы кислорода
Г3ФДГ 
 глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (НАД-зависимая)
Г6ФДГ 
 глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
ГSH 
 глутатион восстановленный
ГSSГ 
 глутатион окисленный
ГSТ 
 глутатион-S-трансфераза
ГПЛ 
 гидроперекиси липидов
ГПО 
 глутатионпероксидаза
ГР 
 глутатионредуктаза
ДАК 
 дегидроаскорбиновая кислота
ДК 
 диеновые конъюгаты
ДКГК 
 дикетогулоновая кислота
ДНК 
 дезоксинуклеиновая кислота
ДТЗ 
 диффузный токсический зоб
ИЗСД 
 инсулинзависимый сахарный диабет
ИПС 
 индекс прооксидантного статуса клетки
КоQ 
 коэнзим Q
КоА 
 коэнзим А
КТ 
 каталаза
ЛДГ 
 лактатдегидрогеназа
МДА 
 малоновый диальдегид
МДГ 
 малатдегидрогеназа
НАД+ 
 никотинамиддинуклеотид окисленный
НАДГДГ 
 НАД-зависимая глутаматдегидрогеназа
НАДН 
 никотинамиддинуклеотид восстановленный
НАДН-ГДГ 
 НАДН-зависимая реакция глутаматдегидрогеназы
НАДН-ЛДГ 
 НАДН-зависимая реакция ЛДГ (анаэробная)
НАДН-МДГ 
 НАДН-зависимая реакция МДГ
НАДФ+ 
 никотинамиддинуклеотидфосфат окисленный
НАДФГДГ 
 НАДФ-зависимая глутаматдегидрогеназа
НАДФМДГ 
 НАДФ-зависимая декарбоксилирующая малатдегидрогеназа (малик-фермент)
НАДФН 
 никотинамиддинуклеотидфосфат восстановленный

НАДФН-ГДГ 
 НАДФН-зависимая реакция глутаматдегидрогеназы
НЭ 
 неспецифическая эстераза
ОВИ 
 окислительно-восстановительный индекс
ОС 
 окислительный стресс
ПДГК 
 пируватдегидрогеназный комплекс
ПНЖК 
 полиненасыщенные жирные кислоты
ПОЛ 
 перекисное окисление липидов
ПФП 
 пентозофосфатный путь
ПЭМ 
 проницаемость эритроцитарных мембран
РНК 
 рибоксинуклеиновая кислота
СД 
 сахарный диабет
СДГ 
 сукцинатдегидрогеназа
СЖК 
 свободные жирные кислоты
СОД 
 супероксиддисмутаза
СР 
 свободные радикалы
СРО 
 свободнорадикальное окисление
ССЭ 
 сорбционная способность эритроцитарных мембран
Т3 
 трийодтиронин
ТТГ 
 тиреотропный гормон
ФАД 
 флавинадениндинуклеотид
ФМН 
 флавинмононуклеотид
ЦП 
 церулоплазмин
αГФДГ 
 глицерол-3-фосфатдегидрогеназы (ФАД-зависимая)
АВТМА 
 антитела к микросомальной фракции тиреоцитов
FT4 
 свободный тироксин
Hb 
 гемоглобин
HbA1c 
 гликозилированный гемоглобин
IFN-γ 
 γ-интерферон
IL-1, 2, 6, 12 
 интерлейкины-1, 2, 6, 12
MHC 
 главный комплекс гистосовместимости
NO 
 оксид азота
Th0-лимфоциты 
 Т-лимфоциты-хелперы 0 типа
Th1-лимфоциты 
 Т-лимфоциты-хелперы 1 типа
Th2-лимфоциты 
 Т-лимфоциты-хелперы 2 типа
TNF-α 
 фактор некроза опухоли-α

Введение

Сахарный диабет I типа, или инсулинзависимый сахарный 
диабет (ИЗСД) является одним из наиболее распространенных эндокринных заболеваний в детском возрасте с ранним развитием 
осложнений, приводящих в последующем к инвалидизации больных. В Российской Федерации по данным обращаемости насчитывается более 2 млн больных сахарным диабетом, из которых около 300 
тыс. страдают инсулинзависимым сахарным диабетом (в том числе 
дети). По данным литературы, в настоящее время во всем мире насчитывается 170 млн больных, к 2030 г. их количество удвоится (Дедов И. И. с соавт., 1998; Древаль А. В. с соавт., 1999; Adeghate E. et al., 
2006; Tripathi B. K., Srivastava A. K., 2006; Brem H., Tomic-Canic M., 
2007; Rane K. et al., 2011).
Сахарный диабет – одна из основных медико-социальных проблем современной медицины. Особенно часто сахарный диабет выявляется у детей. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый 
в терапии ИЗСД, продолжительность жизни таких больных ниже 
среднепопуляционной и значительно увеличена смертность среди 
лиц молодого возраста. В нашей стране дети с момента установления 
диагноза получают юридический статус пожизненной инвалидности (как мера социальной помощи этой категории больных). Сахарный диабет относится к числу заболеваний, которые из-за широкой 
распространенности и наличия осложнений представляет реальную 
угрозу для экономики многих стран мира. Это ведет к повышению 
затрат на оказание медицинской помощи данной категории больных 
(Hanninen A., Harrison L. C., 2004; Adeghate E. et al., 2006; Tripathi 
B.K., Srivastava A.K., 2006; Jahansouz C. et al., 2011).
Диабет приводит к ранней инвалидизации и летальности, которые обусловлены поздними сосудистыми осложнениями: микроангиопатиями (ретинопатия и нефропатия), макроангиопатиями 
(инфаркт миокарда, инсульт, гангрена нижних конечностей) и нейропатиями. Сахарный диабет – частая причина слепоты и смерти от 
уремии.
Несмотря на сложность патогенеза поздних осложнений ИЗСД, 
основное место в их инициации и прогрессировании принадлежит 
хронической гипергликемии. Однако изучение распространенности 

Введение

и частоты поздних осложнений сахарного диабета показывает, что 
не у всех больных, даже при наличии в течение длительного времени 
плохой компенсации, развиваются сосудистые осложнения. Это указывает на то, что, помимо гипергликемии, в развитии осложнений 
участвуют различные генетические или иммунологические факторы (Балаболкин М.И., 2000; Sia C., 2005; Sia C., Weinem M., 2005; 
Brem H., Tomic-Canic M., 2007; Байбурина Г.Г., 2011; Rohana A.G. et 
al., 2011; Skyler J.S., 2011).
Для детей с ИЗСД не существует альтернативы лечению инсулином. Чем ранее ИЗСД диагностирован и начата заместительная 
терапия инсулином, тем больше сохраняется функционирующих 
β-клеток поджелудочной железы и более гладко проходит первый 
период лечения.
В последние годы накапливается все больше сведений о ключевой роли иммунной системы в развитии многих патологических 
процессов, в том числе и ИЗСД. Диабет часто сочетается с другими 
заболеваниями аутоиммунной природы, при которых доказано наличие аутоантител (аутоиммунный тиреоидит, диффузный токсический зоб, пернициозная анемия, Аддисонова болезнь и др.), что свидетельствует о срыве иммунитета у этих больных. У 7–10 % больных 
с аутоиммунными заболеваниями щитовидной железы развивается 
ИЗСД, что в 30–50 раз чаще, чем в здоровой популяции (Балаболкин 
М.И., 2000; Вартанян Н.Л. с соавт., 2000; Lopez E.R. et al., 2004; Van 
de Linde P. et al., 2007; You S. et al., 2007; Fröhlich-Reiterer E. E. et al., 
2011).
Известно, что иммунная система, является одной из гомеостатических структур организма и участвует во всех адаптационных 
реакциях (Хаитов Р.М., 2000; Рабсон А. с соавт., 2006; Chinen J. et al., 
2006; Ярилин А.А., 2010). При этом лимфоциты (как основные эффекторы иммунитета) не только определяют резистентность организма, 
но и выделяют биологически активные вещества, влияющие как на 
реактивность самой иммунной системы, так и на другие органы и 
системы организма (Хаитов Р.М., 2000; Reinhardt R.L. et al., 2006; Xin 
J. et al., 2007; Ярилин А.А., 2010). Кроме того, клетки иммунной системы имеют богатый набор рецепторов, что делает их высокочувствительными к разнообразным изменениям гомеостаза организма 
(Klecha A.J. et al., 2006; Lanzavecchia A., Sallusto F., 2007; Vallochi 
A.L. et al., 2007; You S. et al., 2007; Krüger K. et al., 2011; Meylan F. 
et al., 2011). Можно считать доказанным, что нормальное функцио

Введение

нирование лимфоцитов происходит только при соответствующем 
уровне внутриклеточных метаболических реакций (Frauwirth K.A., 
Thompson C.B., 2004; Куртасова Л.М. с соавт., 2006; Савченко А.А. с 
соавт., 2006; Капустина Т.А. с соавт., 2007; Куртасова Л.М. с соавт., 
2010).
Кроме того, ИЗСД на первых этапах развития характеризуется 
повышенным окислительным стрессом с гиперактивацией прооксидантных и угнетением антиоксидантных механизмов. Одной из 
основных причин поздних осложнений диабета является гипергликемия (Brownlee М., 1992; The Diabetes Control…, 1993; Туракулов 
Р.И. с соавт., 1999; Балаболкин М.И., Клебанова Е.М., 2000).
Хроническая гипергликемия через повышение скорости аутоокисления глюкозы увеличивает образование свободных радикалов, 
стимулирует процессы перекисного окисления липидов, приводит к 
избыточному образованию гликозилированных белков, а повышенная активность полиолового пути обмена глюкозы способствует истощению запасов НАДФН.
Состояние эритроцитарных мембран может служить естественной моделью для оценки тяжести патологического процесса при 
ИЗСД, поскольку доказана высокая корреляция между изменениями 
свойств мембраны эритроцитов и клеточных мембран других органов (Черницкий Е.А., Воробей А.В., 1981; Ивков В.Г., Берестовский 
Г.Н., 1982; Кагава Я., 1985; Дороховских Я.А., 1998; Колосова М.В., с 
соавт., 2000).
Таким образом, исследование метаболического статуса лимфоцитов и состояния свободнорадикальных и антиоксидантных процессов в эритроцитах в разные фазы заболевания может иметь важное прогностическое значение для больных ИЗСД и будет способствовать познанию патогенетических процессов заболевания.

ГЛАВА 1

Молекулярно-клеточные механизмы  
этиопатогенеза инсулинзависимого  
сахарного диабета I типа (обзор литературы)

ИЗСД является органоспецифическим аутоиммунным заболеванием с прогрессирующим повреждением β-клеток поджелудочной 
железы и снижением секреции инсулина. Заболевание манифестирует при разрушении примерно 80 % β-клеток поджелудочной железы. При этом возникает состояние абсолютного дефицита инсулина, 
вследствие которого организм теряет свою способность к утилизации углеводов как энергетического материала (Балаболкин М.И., 
2000; Вартанян Н.Л. с соавт., 2000; Adeghate E. et al., 2006; Brem H., 
Tomic-Canic M., 2007; Заводник И.Б. с соавт., 2011).
Диабет у детей и подростков характеризуется тяжелым течением и, как правило, острым началом заболевания (Дедов И.И. с соавт., 
2005; Яновская Э.Ю. с соавт., 2005; Cochran J.B. et al., 2006; Tripathi B.K., 
Srivastava A.K., 2006; Куликова Н.Г., Байтокова Р.Р., 2011). От времени появления первых признаков заболевания (жажда, похудание, выделение 
большого количества мочи, общая слабость, сухость кожи) до развития 
тяжелого состояния и значительных нарушений обмена веществ проходит обычно 2–4 недели. Детям, больным сахарным диабетом, требуется 
обязательное лечение инсулином и постоянный лечебный контроль.
Утвержденная в 1985 г. Всемирной организацией здравоохранения и принятая во всем мире современная классификация сахарного 
диабета явилась важным этапом в процессе изучения эпидемиологии, 
этиологии, патогенеза осложнений и лечения этого заболевания.

1.1. Этиология и патогенез инсулинзависимого  
сахарного диабета I типа

В последние десятилетия наметилась явная тенденция к росту 
заболеваемости сахарным диабетом вообще и инсулинзависимым в 

Молекулярно-клеточные механизмы этиопатогенеза инсулинзависимого сахарного 
диабета I типа (обзор литературы)

частности. Ежегодно в мире регистрируется более 609 000 случаев 
вновь выявленного сахарного диабета, из которых 3–4 % приходится 
на инсулинзависимый тип (Дедов И.И. с соавт., 1998; Древаль А.В. с 
соавт., 1999; Балаболкин М.И., 2000; Adeghate E. et al., 2006; Skyler 
J.S., 2011). Каждые 15 лет число больных сахарным диабетом удваивается. Не находит объяснения достоверный факт сезонных колебаний заболеваемости ИЗСД. Так, абсолютно в любых географических широтах просматривается следующая закономерность: минимум случаев вновь выявленного ИЗСД приходится на весну и лето, 
и максимум – на осень и зиму. Отмечено, что через 1–2 года после 
эпидемии эпидемического паротита увеличивается число впервые 
выявленных случаев диабета у детей, а у некоторых больных уже в 
период заболевания эпидемическим паротитом могут появляться нарушения углеводного обмена вплоть до диабета и даже с кетоацидозом. Врожденная краснуха и вирусный гепатит нередко предшествуют развитию инсулинзависимого диабета. Вирусная инфекция ведет 
к поражению поджелудочной железы в виде инсулита, лимфоидной 
инфильтрации с последующей деструкцией островков Лангерганса. 
Возможно, что вирусная инфекция оказывает повреждающее действие на мембрану β-клеток, приводя к ее деструкции или изменяя 
антигенные свойства мембраны, и “включает” механизмы, осуществляющие аутоиммунные реакции, вызывая повреждение β-клеток и 
инсулиновую недостаточность (Adeghate E. et al., 2006; Roivainen M., 
2006; Saliba F. et al., 2007; Kobayashi T. et al., 2011).
Учитывая важную роль вирусной инфекции в иммунопатогенезе ИЗСД, многие исследователи склонны связывать эту закономерность с большей частотой вирусных заболеваний в осенне-зимнее 
время года. Оппоненты этой точки зрения считают, что вирусная инфекция, которой ребенок переболел в осенне-зимнее время, не может 
быть триггером ИЗСД, развившегося вскоре после инфекции, так 
как известно, что инсулит, независимо от вызвавшей его причины, 
протекает, как минимум, несколько месяцев или лет. Считается, что 
вирусная инфекция в данном случае выступает в роли не триггера 
аутоиммунитета, а фактора, ускоряющего клиническую манифестацию латентно протекающего инсулита (Baltar J. et al., 2005; Sezer S. 
et al., 2006; Kobayashi T. et al., 2011). Более того, исследованиями Н.С. 
Асфандияровой с соавт. (2006) доказано, что с развитием сахарного 
диабета ассоциируется пролонгированный клеточный иммунитет 
на вирусные антигены (корь и/или паротит). Конкордантность отве