Тутельян В.А. и др. Селен в организме человека

Подождите немного. Документ загружается.

В.А. Тутельян, В.А. Княжев,

С.А. Хотимченко, Н.А. Голубкина,

Н.Е. Кушлинский, Я.А. Соколов

СЕЛЕН

В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

МЕТАБОЛИЗМ

АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА

РОЛЬ В КАНЦЕРОГЕНЕЗЕ

Издание одобрено и рекомендовано к печати

редащионно-издательским советом Президиума РАМН

Москва

Издательство РАМН

2002

ББК 51.230

Т91

ISBN 5-7901-0023-6

Рецензенты: акад. РАМН Ю.А. Рахманин,

проф. Б.П. Суханов

Т91 Тутельян В.А., Княжев В.А., Хотимченко С.А., Голубкина

Н.А., Кушлинский Н.Е., Соколов Я.А. Селен в организме

человека: метаболизм, антиоксидантные свойства, роль

в канцерогенезе. M.: Издательство РАМН, 2002. 224 с.

Монография представляет собой первый за последние десятиле-

тия опыт обобщения данных об общебиологических, токсических и

защитных свойствах селена. Подробно рассмотрены вопросы обеспе-

ченности этим микроэлементом в норме и при патологии, роль се-

лена в канцерогенезе и развитии кардиологических заболеваний, ме-

ханизмы его защитного действия в отношении факторов техногенно-

го загрязнения окружающей среды.

Книга адресована широкому кругу специалистов — биологов и ме-

диков, интересующихся проблемами гуморальной регуляции организма.

Содержание

Введение 5

Список сокращений Ю

Глава 1. Селен в природе

и живом организме 11

Селен

окружающей среде 11

Химические формы селена

живых тканях 17

Селенсодержащие белки 18

Метаболизм селена 30

Абсорбция селена 34

Распределение соединений селена

различных органах и тканях 38

Выведение селена из организма 40

Глава 2. Обеспеченность

селеном человека 46

Дефицит селена 46

Токсичность селена 54

Потребность человека

селене 58

Методы оценки

обеспеченности селеном 61

Обеспеченность селеном

населения мира 66

Обеспеченность селеном жителей России,

стран СНГ и Балтии 69

Пути коррекции недостаточности селена 85

ГЛАВА 1. СЕЛЕН В ПРИРОДЕ И ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ

Глава 3. Биологические

функции селена 88

Биологические функции и факторы

эндогенного регулирования 88

Взаимодействие селена

с антиоксидантами 92

Роль селена

возникновении

и развитии кардиологических заболеваний 97

Радиопротекторное действие селена 100

Влияние селена на биосинтез простагландинов 102

Влияние селена на репродукцию 104

Влияние селена на метаболизм

ксенобиотиков 106

Гомеостаз селена

при физической нагрузке 117

Биодоступность

соединений селена 121

Защитное действие селена

отношении тяжелых металлов 131

Взаимодействие селена

с другими химическими элементами 138

Эндогенное регулирование гуморального селена 146

Глава

Роль селена

при онкологических заболеваниях 157

Механизмы токсичности

и антиканцерогенное™ селена 157

Канцерогенное действие селена

опытах

на

животных 169

Цитотоксичность, мугагенность

и антимутагенность селена

in uitro и in

1>йю

172

Антиканцерогенное действие селена 176

Специфика накопления селена

при онкологических заболеваниях 180

Обеспеченность селеном и риск

онкологических заболеваний 186

Биологическое действие различных доз селена 195

Защитная роль селенсодержащих белков 199

Заключение 202

Приложения 204

Предметный указатель 219

Введение

Последние годы характеризуются резко возросшим вниманием к

проблемам питания со стороны представителей большинства отраслей

медицинской науки и практики. Это связано не только с пониманием

тех негативных последствий для здоровья, к которым приводят повсе-

местно выявляемые и широко распространенные среди детского и

взрослого населения нарушения структуры питания и пищевого стату-

са, но и с успехами биохимии, клеточной биологии, геномики, про-

теомики, метаболомики и других фундаментальных наук в расшиф-

ровке роли отдельных макро- и микронутриентов и минорных не-

пищевых биологически активных компонентов пищи как факторов

регуляции функциональной активности органов и систем и снижения

риска развития ряда заболеваний.

В ходе систематических крупномасштабных эпидемиологичес-

ких исследований, посвященных изучению состояния фактического

питания и здоровья населения в различных регионах России и мира,

во-первых, выявлен крайне низкий уровень энерготрат у населения

развитых стран, в том числе и России; во-вторых, определена структура

наиболее распространенных нарушений пищевого статуса, приводя-

щих к снижению уровня здоровья и способствующих развитию сердеч-

но-сосудистых, онкологических заболеваний, диабета и остеопороза.

Структура питания населения России, в том числе детского (осо-

бенно детей школьного возраста), характеризуется продолжающимся

снижением потребления наиболее ценных в биологическом отноше-

нии пищевых продуктов, таких как мясо и мясопродукты, молоко и

молочные продукты, рыба и рыбные продукты, яйца, растительное мас-

ло, фрукты и овощи. При этом существенно увеличивается потребле-

ние хлеба и хлебопродуктов, а также картофеля. Как следствие сложив-

шейся структуры питания на первый план выступают следующие нару-

ГЛАВА 1. СЕЛЕН В ПРИРОДЕ И ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ

шения пищевого статуса: дефицит животных белков, достигающий

15-20% от рекомендуемых величин, особенно в группах населения с

низкими доходами; дефицит полиненасыщенных жирных кислот на

фоне избыточного поступления животных жиров; выраженный дефи-

цит большинства витаминов, выявляющийся повсеместно более чем у

половины населения: у 70-100% — витамина С, у 60-80% — витаминов

группы В и фолиевой кислоты, у 40-60% — |3-каротина; очень серьез-

ной является проблема недостаточности ряда минеральных веществ и

микроэлементов, таких как кальций (особенно для лиц пожилого воз-

раста, что сопровождается развитием остеопороза и повышенной лом-

костью костей), железо (особенно для беременных женщин и детей

раннего возраста, что сопровождается развитием анемии), йод (особен-

но для детей до 17 лет в период интенсивного развития центральной

нервной системы, когда дефицит йода приводит к потере существен-

ной доли интеллектуальных способностей), фтор, селен, цинк; весьма

значителен в нашем рационе и дефицит пищевых волокон. При этом

не вызывает сомнений тот факт, что ведущим по степени негативно-

го влияния на здоровье населения в настоящее время является дефицит

так называемых микронутриентов — витаминов, микроэлементов, отдель-

ных полиненасыщенных жирных кислот и др., приводящий прежде все-

го к резкому снижению резистентности организма к неблагоприятным

факторам окружающей среды за счет нарушения функционирования сис-

тем антиоксидантной защиты и развития иммунодефицитных состояний.

Следует в то же время отметить, что в целом для населения Рос-

сии остается весьма актуальной проблема избыточной массы тела и

ожирения, которые выявляются у 55% взрослых людей старше 30 лет.

Анализ полученных данных позволил оценить сложившуюся си-

туацию в питании населения развитых стран как кризисную в отноше-

нии обеспеченности микронутриентами. В этих странах, как и у нас

в России, у большинства населения крайне, практически до минималь-

но возможного уровня, снижены энерготраты. Такое резкое снижение

энерготрат сопровождается столь же резким снижением и потребнос-

ти в энергии, а значит, и в пище как ее единственном источнике. В то

же время потребность в других жизненно важных пищевых веществах,

в частности, в микронутриентах, изменилась незначительно, а пище-

вая плотность рациона, т.е. насыщенность его полезными веществами,

практически не изменилась. Это и является объективной причиной, по

которой современный человек не может даже теоретически с адекват-

ным рационом из обычных натуральных продуктов получить микро-

нутриенты в необходимых количествах. Иными словами, дефицит ми-

кронутриентов запрограммирован.

Понимая под термином «здоровье» не только состояние, когда все

показатели укладываются в пределы нормы, но и наличие у организ-

ма на всех уровнях существенных резервных возможностей, обеспе-

ВВЕДЕНИЕ

чивающих адаптивные реакции, мы вынуждены констатировать, что в

настоящее время у большей части населения выявляются симптомы

недостаточной адаптации, или так называемой мальадаптации: сни-

жение неспецифической резистентности к неблагоприятным факто-

рам окружающей среды физической, химической и биологической при-

роды, иммунодефициты и др. Основной причиной мальадаптации яв-

ляется недостаточная обеспеченность организма прежде всего микро-

нутриентами и минорными биологически активными компонентами.

В настоящее время разработано и нашло широкое практическое

применение большое число биологически активных добавок к пище,

содержащих различные природные биологически активные соедине-

ния. Однако научное обоснование и доказательства эффективности и

безопасности их применения в большинстве случаев явно недостаточ-

ны или вовсе отсутствуют. Первостепенной задачей становится вы-

яснение механизмов, с помощью которых компоненты пищи могут

влиять на определенные функции организма (функции-мишени), и

выявление информативных маркеров для оценки их модулирующего

действия. К числу наиболее интенсивно изучаемых природных хемо-

превентивных соединений относятся микроэлементы, в том числе се-

лен, биофлавоноиды, пищевые индолы и изотиоцианаты, а также пи-

щевые волокна.

Современная концепция оптимального питания предусматривает

необходимость и обязательность полного обеспечения потребностей

организма не только в энергии, эссенциальных макро- и микронутри-

ентах, но и в целом ряде минорных непищевых компонентов пищи, пе-

речень и роль которых нельзя считать окончательно установленными.

Рекомендуя пациенту рациональную систему питания, врач по-

стоянно сталкивается с дилеммой: с одной стороны, необходимостью

ограничения объема потребляемой пищи с целью достижения соответ-

ствия между калорийностью рациона и энерготратами, а с другой —

значительного расширения ассортимента потребляемых пищевых про-

дуктов для ликвидации существующего дефицита микронутриентов.

Это в высшей степени сложная, но решаемая в современных условиях

проблема. Формула пищи XXI века — постоянное использование в ра-

ционе наряду с традиционными натуральными пищевыми продуктами

продуктов из генетически модифицированных источников (с улучшен-

ными потребительскими свойствами и повышенной пищевой ценно-

стью), продуктов с заданными свойствами (так называемых функцио-

нальных пищевых продуктов — обогащенных эссенциальными пище-

выми веществами и микронутриентами) и биологически активными

добавками к пище (концентратов микронутриентов и других минор-

ных непищевых биологически активных веществ).

К числу наиболее важных микронутриентов относится селен. В

истории исследований биологической роли селена можно выделить

ГЛАВА 1. СЕЛЕН В ПРИРОДЕ И ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ

два периода. Вначале интенсивно изучались токсические свойства се-

лена и специфические заболевания, связанные с селеновым токсико-

зом. Именно эти первые исследования определили на многие годы

отношение к селену как к высокотоксичному микроэлементу, вызы-

вающему развитие «щелочной болезни» у крупного рогатого скота и

возникновение врожденных уродств у человека. С 60-х годов XX века

с установлением антиоксидантных свойств селена его начали рассмат-

ривать как эссенциальный микроэлемент для человека и животных,

основными функциями которого являются разрушение гидроперекисей

и перекисей липидов и защита организма от оксидантного стресса. К

настоящему времени накоплено достаточно данных о том, что селен,

представляя собой один из самых токсичных элементов, в то же вре-

мя определяет активность целого ряда важнейших ферментов.

В широких эпидемиологических исследованиях удалось устано-

вить обратную корреляцию между обеспеченностью микроэлементом

и показателями смертности от кардиологических и ряда онкологичес-

ких заболеваний; имеются также данные, указывающие на то, что про-

должительность жизни в определенной степени определяется уровнем

потребления селена. В то же время до сих пор не определен оптималь-

ный уровень потребления селена, не разработаны методики оценки се-

ленового статуса организма в норме и при патологии, не до конца выяс-

нены механизмы биологического действия селена.

В настоящее время считается, что специфическая патология, свя-

занная с дефицитом селена, развивается у человека при поступлении

селена менее 19 мкг/сут для мужчин и 14 мкг/сут для женщин. Суще-

ствуют три подхода к определению физиологической потребности в

этом микроэлементе. Во-первых, за физиологический уровень потреб-

ления селена принимается величина, при которой активность глута-

тионпероксидазы-1 составляет 66% от ее максимальной активности,

что соответствует 40 мкг/сут. Другой подход основан на определении

того уровня потребления селена, при котором активность глутатион-

пероксидазы-1 достигает максимального уровня, что соответствует

70 мкг/сут для мужчин и 55 мкг/сут для женщин. Третий подход — оп-

ределение верхней границы безопасного потребления селена, он ос-

новывается на данных эпидемиологических исследований в регионах,

в которых рационы питания населения характеризуются высоким со-

держанием микроэлемента и при этом не выявляется каких-либо не-

благоприятных последствий для здоровья человека. В связи с этим

в последние годы появились рекомендации, согласно которым вели-

чина потребности в селене составляет 70-350 мкг/сут для мужчин и

55-350 мкг/сут для женщин.

Пожалуй, наиболее сложной является оценка антиканцерогенного

действия селена, возможности его применения с целью предотвраще-

ния возникновения и развития онкологических заболеваний, а также

ВВЕДЕНИЕ

для их лечения. Принимая во внимание исключительную роль селена

в формировании антиоксидантного статуса и его возможное антикан-

церогенное действие, Миннауки России (в настоящее время Минпром-

науки России) была разработана специальная государственная научно-

техническая программа «Оценка обеспеченности селеном детского и

взрослого населения различных регионов России и разработка систе-

мы применения препаратов селена для профилактики селеновой недо-

статочности и повышения резистентности населения к неблагоприят-

ным факторам окружающей среды» (Проект «Селена»), в реализации

которой принимали участие НИИ питания РАМН, Государственный

научный центр РФ — Институт биофизики и ряд других научно-иссле-

довательских учреждений страны. Исследования проводились в трех

основных направлениях:

• разработка метода определения селена, изучение его содержания

в пищевых продуктах отечественного происхождения и оценка

обеспеченности микроэлементом разных групп детского и взрос-

лого населения, проживающего в различных регионах России;

• изучение влияния различной обеспеченности селеном на устой-

чивость организма к воздействию неблагоприятных факторов ок-

ружающей среды физической, химической и биологической при-

роды;

• разработка технологии и получение отечественной биологичес-

ки активной добавки к пище, содержащей органическую форму

селена.

В настоящей монографии обобщены данные литературы и ре-

зультаты собственных исследований, полученные за последние 1О лет

в рамках реализации государственной научно-технической программы

Проект «Селена».

ГЛАВА 1. СЕЛЕН В ПРИРОДЕ И ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ

Список сокращений

ААФ — 2-ацетиламинофлуорен

АГГ — арилгидрокарбон гидроксилаза

АП — амидопирин

БАД — биологически активная добавка

ДМБА — 7,12-диметилбензантрацен

ДМПО — 5,5'-диметил-1-иирролин-1-оксид

ДОН — дезоксиниваленол

КБМЦ — карбоксиметилцеллюлоза

МДА — малоновый диальдегид

ОААФ — К-ацетильное производное М-оксиаминофлуорена

ОАФ — Ы-оксиаминофлуорен

ПЛ — пролактин

РД — референс-доза

СБ — селенсодержащие белки

СОД — супероксиддисмутаза

СТГ — соматотропный гормон

12-НРЕТЕ — Б-12-гидроперокси-5,8Д 1,14-эйкозатетраеновая кислота

GPX — глутатионпероксидаза

PHGPX — фосфолипид гидропероксид глутатионпероксидаза

GSH — восстановленный глутатион

ID — йодтирониндейодиназа

MetHb — метгемоглобии

N-HA — И-нитрозоамины

Ы-НДМА — ГЧ-нитрозодиметиламин

ГЧ-НДЗА — М-нитрозодиэтиламин

Sec — селеноцистеин

SelP — селенопротеин P

SelW — селенопротеин W

Se-Met — селенометионин

SPS — селенфосфатсинтетаза

TR — тиоредоксинредуктаза