УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2004, том 124, № 2, с. 157-168
УДК 616-092:612.015.11
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ, МЕТАБОЛИЗМ И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ СЕЛЕНА
© 2004 г. В. А. Барабой
Институт онкологии АМН Украины, Киев
Рассмотрены современные представления и данные литературы о биологической роли и функциях селена, который входит в состав многих белков, энзимов, прежде всего глутатионпероксидазы и других пероксидаз, а также действует в качестве свободного иона. По химическим свойствам близок к сере, но более активен, вытесняя серу из ее соединений. Основной механизм действия селена ан-тиоксидантный. Селен участвует в биосинтезе тиреоидных гормонов, обеспечивает подвижность спермы, является активным иммуномодулятором, более мощным антиоксидантом, чем витамины A, C, E, в-каротин, с которыми успешно взаимодействует in vivo, но отличается своей токсичностью. Селен является фактором биологической защиты ДНК, хромосом, биомембран, эндотелия сосудов, липопротеинов низкой плотности, важным алиментарным фактором предупреждения и торможения атеросклероза, ишемической болезни сердца, злокачественных новообразований. Дефицит селена -следствие алиментарной недостаточности, приобретает особенно широкое распространение в геохимических провинциях с низким содержанием элемента в горных породах, грунтах; способствует повышенной мутабильности вирусов.
Селен - необходимый биоэлемент, металл из VI группы таблицы Менделеева, наиболее близкий по химическим свойствам к неметаллу сере, но химически более активный; - БеИ группы обладают более высокой электрондонорной активностью, чем -БИ группы, за счет более низкого потенциала ионизации и меньшей энергии связи [116]. Поэтому -БеИ соединения эффективнее, чем тиоловые, дезактивируют свободные радикалы, пероксиды и электрофильные соединения, в том числе канцерогены, препятствуя метаболической активации последних.
В организме взрослого человека в норме содержится 15-20 мг селена, суточная потребность в нем составляет 50-200 мкг. Физиологическая концентрация селена в крови людей - 160-240, в плазме 70-150, в сыворотке 63-109, в моче 35-50 мкг/л [126]. Уровень селена в крови и плазме колеблется и без связи с его поступлением извне. Его содержание в волосах и ногтях зависит от формы и уровня пищевого селена, возраста, поступления серосодержащих аминокислот [1]. Глутатионпероксидазная активность - наиболее надежный показатель статуса селена у человека, характеризующий пищевые пределы его потребления. После достижения уровня насыщения активность фермента максимальна (например, в США, где диета богата селеном), и лишь снижение активности фермента является показателем ухудшения статуса селена [116]. Повышенное потребление тяжелых металлов, по-видимому, препятствует всасыванию и усвоению пищевого селена [116]. Уровень селена в ногтях у мужчин сильно варьирует (от 0.66 до 1.14 мкг/г [126]. Ре-
комендуемая доза пищевого селена - 55, максимально толерантная доза - 400 мкг/сут. [98]. При концентрации селена в крови людей ниже 45 мкг/л возрастает частота инсультов и других сердечно-сосудистых заболеваний и смертность от них; эпидемиологические исследования, однако, далеко не всегда подтверждают этот вывод [121]. Возможно, витамин Е и другие антиокси-данты (АО) способны частично компенсировать дефицит селена в защите от атеросклероза.
ДЕФИЦИТ СЕЛЕНА. ГИПОСЕЛЕНОЗЫ
Анализ картины дефицита селена, помимо своего прямого значения, во многом проливает свет на биологическую роль и функции этого микроэлемента. Селен поступает в организм по цепи почва-растения-пища. Его пищевой дефицит -следствие низкого содержания Бе в горных породах и почвах, особенно в вулканических регионах [40] (см. таблицу). Снижают поступление селена из растений кислая реакция почв, образование комплексов с железом и алюминием. Гипоселенозы, болезни дефицита селена описаны с 1950-х гг. [94]. Гипоселеноз развивается при поступлении менее 15-20 мкг селена в сутки. При этом наблюдается дозозависимое снижение активности глутатионпероксидазы (ГПО), активация свободно-радикального окисления (окислительный стресс), возрастает текучесть липидов плазматических и митохондриальных мембран, снижается активность ряда энзимов митохондрий [8].
У домашних животных гипоселенозы проявляются в виде некрозов печени у крыс, экссудатив-
Содержание селена в крови людей в различных странах [51]
Страны и регионы Содержание
мкМ нг/л
Азербайджан 1.39 110
Канада 2.31 182
Китай: зона высокого содержания
с токсичностью 40.52 3200
без токсичности 5.57 440
умеренное содержание 1.20 95
низкое без болезни 0.34 27
с болезнями Кешана 0.15 12
и Кашин-Бека
Египет 0.86 68
Финляндия 0.71 56
Гватемала 0.29 23
Новая Зеландия 0.86 68
Сенегал 1.11 88
Швеция 1.52 120
Великобритания 1974 г. 4.05 320
1986 г. 1.52 120
1991 г. 0.96 76
Украина 5.59 442
США: шт. Южная Дакота 3.24 256
шт. Огайо 1.98 157
Венесуэла:
зона высокого содержания 10.30 813
зона умеренного содержания 4.50 355
Заир: р-н Карава (школьники) 0.39 31
р-н Карава (кретины) 0.29 23
р-н Бусинга (взрослые) 0.60 47
р-н Киквит (взрослые) 2.49 197
ного диатеза у цыплят, беломышечной болезни у овец, крупного рогатого скота и лошадей [35, 94], атрофии поджелудочной железы у цыплят [123], нарушения роста, снижения бактерицидности нейтрофилов [79, 83], миопатии миокарда и скелетных мышц, поражения ягнят и телят [94]. Некрозы печени у крыс могут быть предотвращены пищевой добавкой селена [127]. Для предупреждения болезней домашнего скота применяется удобрение пастбищ соединениями селена [94], добавка неорганических солей селена в корм скота [120]. Добавка к рациону витамина Е способна предотвратить атрофию поджелудочной железы у цыплят [123] и смягчить иные проявления дефицита селена [53], что обусловлено синергизмом действия АО. При комбинированном дефиците витамина Е и селена сильно возрастает чувстви-
тельность мембран гепатоцитов крыс к перекис-ному окислению липидов; однако при этом имеет место частичная компенсация дефицита за счет увеличения на 40% количества убихинона в мембранах [86]. Комбинированный дефицит селена и витамина Е протекает у морских свинок при более тяжелых повреждениях конечностей, некрозах мышц (миопатия), снижении активности ГПО, активации креатинфосфокиназы и повышении продуктов пероксидного окисления Б2-изопростанов [55], чем некомбинированный дефицит. Селен защищает печень крыс от некроза, вызванного Е-авитаминозом [70].
У животных и человека дефицит селена сопровождается нарушением репродукции: спонтанными абортами [12, 110]; овцы, получавшие добавку селена, избегали абортов [54]. Гипоселеноз самцов влечет за собой структурные нарушения сперматозоидов: снижение и отсутствие подвижности, тенденцию к потере хвостика, т.е. уменьшение шансов на успешное оплодотворение [124]. Селен необходим для биосинтеза тестостерона, образования и нормального развития спермы [17]. Поражение мышцы сердца - кардиомиопа-тия (очаговые некрозы и лизис), кардиомегалия (расширение полостей и увеличение размеров сердца), называемое болезнью Кешана, эндемично для селенодефицитных регионов Китая, как и болезнь Кашин-Бека - деформирующий артрит [94], эндемическая остеоартропатия детей 5-13 лет, для которой характерна множественная дегенерация и некрозы гиалиновых хрящей [18]. Болезнь Кешана поражает, главным образом, детей и женщин в детородном возрасте; различают острую, подострую, хроническую и постоянную формы болезни. Если она уже возникла, терапевтический эффект селена слаб или отсутствует. Очевидно, этиология болезни Кешана не сводится лишь к дефициту селена; могут иметь значение также Е-дефицит, пищевая недостаточность белков, метионина. Но сезонные вариации заболеваемости говорят в пользу инфекционной природы, участия вируса Коксаки В4. Очевидно, окислительный стресс при Бе-дефиците способствует мутированию вируса Коксаки и повышает его вирулентность [70]. Дефицит селена у хозяина (мыши) превращает в результате мутации доброкачественный штамм вируса Коксаки В3 в вирулентную форму с развитием миокардита, подобного человеческому. Вирус, выделенный у больных мышей и введенный мышам, оптимальным по обеспеченности селеном, сохраняет кардиовиру-лентность (возникшая мутация необратима). Му-тантный вирус Коксаки В3-20 выделен из крови и тканей больных болезнью Кешана [16]. На мышах, генетически лишенных ГПО, показано, что этот энзим необходим для устранения окислительных повреждений РНК вирусного генома и предотвращает возникновение его кардиотоксич-
ных мутаций [15]. По-видимому, механизм повышенного мутирования вирусов в условиях Se-де-фицита имеет более общее значение: недостаток этого микроэлемента, пониженная активность ГПО способствуют вирулентности, распространению вирусов и прогрессии вызываемых ими инфекций [115], в частности, других РНК-вирусов -гепатита, гриппа, ВИЧ, полиовируса. Периодическое возникновение новых штаммов вируса гриппа в Se-дефицитных регионах Китая, дающих начало пандемиям, первичное появление у людей ВИЧ-инфекции в селенодефицитном Заире могут быть объяснены именно этим механизмом [16].
Селен - мощный ингибитор ВИЧ-репликации in vitro и критичный нутриент для больных СПИДом [99]. Прогрессирование ВИЧ - синоним растущей потери СД4 - хелперных Т-клеток. Более чем в 20 работах показано, что снижение СД4 параллельно снижению у больных уровня селена в плазме; селен плазмы - мощный фактор предотвращения ВИЧ-инфекции [74]. вИЧ-инфицированные люди с Se-дефицитом погибают в 30 раз чаще, чем обеспеченные селеном. Низкий уровень селена в плазме - более важный риск-фактор смертности, чем даже падение Т-хелпе-ров, в том числе у детей [27].
Se-дефицит ускоряет оборот допамина в пре-фронтальной коре крыс [29], ускоряет старение и развитие слабоумия у пожилых людей (при болезни Альцгеймера содержание селена в их мозгу составляет 60% от контроля [51]), оказывает негативное влияние на психоэмоциональное состояние людей: возрастает частота депрессий, тревожности, враждебности [41], а высокое потребление селена (226.5 мг/сут в течение 15 недель) существенно снизило общую частот
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.