Медики о цинке

Необходимость цинка для человека была впервые доказана Прасадом в 1960-х годах. Среди основных клинических проявлений дефицита цинка - задержка роста, гипогонадизм, диаррея и повышенная предрасположенность к инфекционным заболеваниям. В течение последних двадцати пяти лет исследователи проявляли высокий интерес к изучению роли цинка в деятельности иммунной системы человека. Несмотря на то, что исследования механизмов действия цинка, в основном, проводили на животных моделях, к настоящему времени получены аналогичные результаты нескольких исследований на человеке. В данной работе была сделана попытка дать обзор всей имеющейся на сегодня информации и уяснить роль, которую цинк играет в нормальном развитии и деятельности иммунной системы.

 
Цинк и иммунная сопротивляемость к инфекционным заболеваниям в геронтологической практике: новые биологические средства.
Mocchegiani E et al.
Центр иммунологии, отделение «Нино Масера», Итальянские национальные исследовательсткие центры возрастных проблем (Италия)
e.mocchegiani@inrca.it

При тяжёлом поражении иммунной системы инфекционные заболевания могут привести к смертельному исходу. Цинк выполняет в организме каталитическую, структурную (в составе «пальцевых» цинк-содержащих белков) и регуляторную роли, посредством которых он участвует в обеспечении эффективного иммунного ответа. Снижение устойчивости к инфекционным заболеваниям в пожилом возрасте одновременно является является следствием дефицита цинка и нарушения клеточного иммунитета. 

Восполнение дефицита цинка в дозе, равной RDA, у больных пожилого возраста в течение одного или двух месяцев уменьшает заболеваемость инфекциями и постинфекционную смертность. В данной статье приводится обзор биохимических путей, которые могут способствовать повышению иммунной сопротивляемости к инфекциям при восполнении цинка в пожилом возрасте.
 
Роль цинка в связи с диабетом и повышенным окислительным статусом (оксидантной болезнью).
DiSilvestro RA
Кафедра управления питанием человека, Универститет штата Огайо (США).

С теоретической точки зрения, цинк может влиять на работу нескольких опосредованных антиоксидантных механизмов. В нашей лаборатории получены доказательства справедливости такого взгляда на крысах с лёгким дефицитом цинка. Это состояние снижает устойчивость крыс против химически-индуцированного окислительного повреждения печени; оно также приводит к интенсификации процессов перекисного окисления липидов. Основываясь на работе с крысами, в настоящее время мы исследуем гипотезу о том, что при выраженном окислительном стрессе у человека с одновременным умеренным дефицитом цинка восполнение последнего уменьшает степень повреждения тканей.  

 
Мы проверили эту гипотезу на группе женщин с диабетом второго типа, находящихся в постменопаузе. Трёхнедельный курс цинка (30 мг в день в форме хелата с глицином) позволил, с одной стороны, поднять изначально низкий уровень цинка в плазме крови у этих женщин до значений выше нормы. Одновременно повысилась плазматическая активность 5’-нуклеотидазы, хотя её уровень по-прежнему оставался ниже нормы. С другой стороны, не было получено изменений в тенденции к окислению липопротеинов, которое является основным маркёром окислительного стресса. 

 
Мы уже приступили к новому исследованию, в котором задействованы повышенные дозы цинка и длительность курса, ожидая получить нормализацию 5’-нуклеотидазы и липидных показателей окислислительного стресса. Кроме того, предполагается исследовать сочетанное действие цинка с витамином С – другим проблемным веществом у больных диабетом.
 
Функции и механизм действия цинк-содержащих металлоферментов.
McCall KA et al.
Медицинский центр Университета Дюка (Северная Каролина, США).

Цинк необходим для работы более 300 ферментов, среди которых есть представители всех шести классификационных групп. Цинк-связывающие сайты белковых молекул, как правило, представляют собой несколько деформированные тетраэдрические или тригональные бипирамиды, образующиеся из атомов серы, цистеина, азота, гистидина, кислорода (в составе остатков аспартата или глутамата), либо из комбинации этих вариантов. 

Цинк, входящий в состав белков, непосредственно участвует в каталитических процессах или же играет важную роль в поддержании структуры и устойчивости белковой молекулы. Во всех каталитических центрах йон цинка ведёт себя как кислота Льюиса. В нашей лаборатории мы исследуем механизмы молекулярного узнавания и катализа на цинк-свыязывающем сайте карбонилангидразы. 

Наши исследования показывают, что критическими факторами в отношении аффинитета цинк-связывающего сайта к йонам металлов, а также в отношении активности карбонилангидразы, являются химическая природа непосредственных лигандов и структура сетки водородных связей. Понимание механизма действия цинк-связывающих сайтов природных молекул позволит нам создавать цинк-связывающие белки де ново, а также переделывать цинк-связывающие сайты в уже существующих белках под другие йоны металлов. Последнее представляет интерес в плане разработки биосенсорных систем по обнаружению редких металлов.
 
Дефицит цинка у женщин и детей разного возраста.
Prasad AS
J Am Coll Nutr 1996 Apr 15:2 113-20


Дефицит цинка широко распространён и сильнее выражен в тех районах, где в пище преобладает растительный белок. Обусловленный дефицит цинка обнаруживается при многих патологических состояниях. Даже небольшой дефицит цинка в беременности приводит к увеличению материнской смертности, ненормальным вкусовым ощущениям, несвоевременным родам (чаще – задержкам), слабой родовой деятельности, возникновению атонических кровотечений и повышению риска для плода. Среди городской бедноты в США низкое поступление цинка в организм во время беременности ассоциируется с увеличенным риском преждевременных и крайне преждевременных родов. 

К развитию дефицита цинка у недоношенных детей приводят такие факторы, как его большие потери с калом, низкие запасы цинка в момент рождения, повышенная потребность в цинке в период быстрого роста. Младенцы, получавшие цинк в виде добавки, демонстрировали увеличение скорости линейного роста, и максимальные показатели моторного развития. 

Из многих развивающихся и развитых стран поступают сведения о том, что неадекватное поступление цинка вызывает незначительную или умеренную задержку в развитии у детей. В одной работе из Японии приводится динамика разных параметров развития у 21 ребёнка с диагнозом «дефицит цинка» при восполнении этого дефицита с помощью добавок к пище. Наблюдалось существенное увеличение усвоенной калорийности, скорости роста, сывороточного уровня цинка, а также уровня инсулиноподобного фактора роста –1 в плазме крови. 

 
Клинически дефицит цинка проявляется задержкой в развитии, гипогонадизмом у мужчин, нейросенсорными расстройствами, дисфункцией клеточного иммунитета и кожными изменениями. Дефицит цинка также приводит к нарушению пролиферции и созревания лимфоцитов. Существует более 300 цинк-зависимых ферментов. Цинк необходим для синтеза ДНК и белка, для деления клеток. Несколько сотен цинксодержащих нуклеопротеидов, вероятно, участвуют в генной экспрессии разного рода белков.

 
Проантиоксидантная активность цинка в активированных клетках эндотелия.
Hennig B et al.
J Am Coll Nutr 1999 Apr 18:2 152-8

Цель исследования:
Целью данного исследования была проверка гипотезы о том, что дефицит цинка в эндотелиальных клетках может усиливать воспалительный ответ, опосредованный липидами и цитокинами. Предполагалось также, что одним из механизмов такого ответа является усиление внутриклеточного окислительного стресса. Мы решили отследить молекулярно-биологические и биохимические изменения в эндотелии кровеносных сосудов, опосредованные окислительным стрессом, возникающие как в условиях дефицита цинка, так и его восполнения через рот. 

 
Методы: Чтобы проверить нашу гипотезу, мы взяли клетки лёгочной артерии свиньи, обеднённые цинком в результате культивирования в течение 8-ми дней в среде с добавлением 1% бычьей сыворотки. Культуру разделили на две части и перенесли на два дня в другую среду - соответственно, с цинком (10 мкМ) или без него. После этого, те и другие клетки подвергли действию фактора некроза опухоли-? (TNF-?, 500 МЕ/мл) или линолевой кислоты (90 мкМ). Оценивали несколько показателей: уровень окислительного стресса (методом DCF-флуоресценции); активацию ядерного фактора - ?B (NF- ?B), или уровень активаторного белка –1 (АР-1); а также продукцию провоспалительного интерлейкина-6 (ИЛ-6). 

 
Результаты: В цинк-дефицитных клетках после их обработки жирной кислотой и фактором некроза опухоли уровень окислительного стресса существенно увеличился. Этот прирост оказался несколько меньше в клетках, которые были выдержаны на цинк-содержащей среде. Было отмечено положительно регулирующее действие цинк-дефицита и обработки жирной кислотой на транскрипцию NF- ?B, которая чувствительна к окислительному стрессу. 

Эффект положительной регуляции, полученный при обработке клеток жирной кислотой, был существенно меньше у клеток, выдержанных в среде с цинком. Аналогичные результаты были получены для АР-1. Кроме того, в цинк-дефицитных клетах эндотелия после их обработки жирной кислотой и TNF-? увеличивалась продукция ИЛ-6. В клетах, выдержанных на цинке, эффект был менее выраженным. 

 
Дискуссия: Ранее полученные нами данные убедительно свидетельствуют, что цинк является жизненно-важным защитным фактором, обеспечивающим целостность эндотелия. Данные, полученные в этой работе, предполагают, что цинк может обладать антиатерогенным действием, подавляя воспалительный ответ эндотелия на действие окислителей. Это может способствовать пониманию механизмов атеросклероза.
 
Цинковый статус и уровни сывороточного тестостерона у здоровых взрослых людей.
Prasad AS et al.
Nutrition 1996 May 12:5 334-8

Дефицит цинка распространён по всему миру, включая США.. Тяжёлый и умеренный дефицит цинка у мужчин ассоциирован с гипогонадизмом. При этом, пока не было установлено, каково влияние на уровень сывороточного тестостерона лёгкого (пограничного) дефицита. С помощью кросс-секционного анализа мы изучили связь уровня сывороточного тестостерона с внутриклеточным уровнем цинка у 40 здоровых мужчин в возрасте от 20 до 80 лет. 

У четырёх здоровых мужчин (средний возраст 27,5+/- 0,5 лет) уровень сывороточного тестостерона измерялся как до, так и на фоне пограничного цинкодефицита, вызванного ограничением его алиментарного поступления. Также мы измеряли уровень тестостерона у 9 пожилых мужчин (средний возраст 64 +- 9 лет) с пограничным цинкодефицитом в течение 3-6 месяцев до и после кратковременного восполнения его глюконатом цинка per os (459 ммоль в день). 

В кросс-секционном исследовании уровень сывороточного тестостерона достоверно коррелировал с уровнем внутриклеточного цинка (цинк лимфоцитов – тестостерон сыворотки: r=0,43; p=0,006; цинк гранулоцитов – тестостерон сыворотки: r=0,30; p=0,03.) Ограничение алиментарного поступления цинка у здоровых молодых мужчин приводило к достоверному снижению уровня сывороточного тестостерона к 20-й неделе с начала ограничения (стартовый средний уровень 39,9+/-7,1 нмоль/л; уровень 20-й недели 10,6+/-3,6 нмоль/л; p=0,005).

 Восполнение цинкодефицита у погранично-дефицитных пожилых людей (без существенных патологий) в течение шести месяцев приводило к достоверному повышению уровня сывороточного тестостерона с 8,3+/-6,3 до 16,0+/-4,4 нмоль/л (p=0,02). Таким образом, мы пришли к заключению, что у здоровых мужчин цинк, вероятно, играет важную роль в регуляции сывороточного уровня тестостерона.
 
Микроэлементы у пациентов с раком головы и шеи: иммунные функции и цинковый статус.
Prasad AS et al.
Otolaryngol Head Neck Surg 1997 Jun 116:6 Pt 1 624-9

В этом исследовании мы оценивали цинковый статус, а также цинк-зависимые функции иммунной системы (продукция интерлейкинов -1? и -2 мононуклеарными клетками, литическая активность естественных киллеров) у взрослых пациентов с чешуйчатоклеточной карциномой носоглотки и гортани в момент постановки диагноза и до начала какого-либо лечения. 

Поскольку между йонами цинка, меди и железа существует важное взаимодействие, в этом исследовании, помимо уровней цинка, мы измеряли плазменные уровни меди и железа, а также полную железо-связывающую способность. 

 
Мы отобрали 30 пациентов с раком в основную группу, а также 21 пациента в группу контроля. На основе значений внутриклеточного уровня цинка мы определили лёгкий дефицит цинка у 53% раковых субъектов. Снижения плазменных уровней цинка у наших субъектов не наблюдалось. Мы провели унивариатный анализ результатов, сравнивая значения переменных параметров исследования в трёх группах (контроль/цинк-дефицитные раковые пациенты/раковые пациенты без дефицита), с использованием алгоритма сравнения Тьюки. 

В результате было установлено, что у цинк-дефицитных пациентов снижены продукция интерлейкина-2 и литическая активность естественных киллеров. Продукция интерлейкина-1 была увеличена (по данным метода ELISA), как у пациентов с дефицитом цинка, так и без него. Уровень цинка не различался между группами, хотя в обеих раковых группах наблюдалось снижение утилизации железа. Таким образом, можно заключить, что дефицит цинка, а также цинк-зависимые иммунные нарушения присутствуют более, чем у половины пациентов с раком шеи или головы в районе Детройта.
 
Цинковый статус при инфицировании вирусом иммунодефицита человека.
Baum MK et al.
Центр профилактики, Отделение психиатрии и медицины поведения Медицинского факультета Университета Майами (США).

Получено достаточное число доказательств важной роли цинка для иммунных процессов. Адекватный статус цинка необходим для нормального деления, созревания и дифференцировки Т-клеток, ответа лимфоцитов на митогенную стимуляцию, запрограммированной клеточной смерти клеток лимфоидного и миелоидного ростков, генной транскрипции и функции биомембран. Лимфоциты – только один из видов клеток, которые активируются цинком. 

Цинк является структурным элементом длинного ряда белков, нейропептидов, рецепторов к гормонам и полинуклеотидов. 

Среди наиболее известных цинк-зависимых гормонов/ферментов – медь/цинкзависимая супероксиддисмутаза (важный элемент системы антиоксидантной защиты), а также тимулин (клеточный гормональный фактор, необходимый для формирования Т-лимфоцитов). У человека и животных дефицит цинка приводит к быстрой атрофии тимуса, к нарушению клеточно-опосредованной кожной чувствительности и к лимфопении. В условиях цинкодефицита ослабляются первичный и вторичный гуморальные ответы, особенно если природа действующего антигена предполагает Т-клеточную поддержку (например, при контакте с гетерологичной красной кровью).

 В условиях дефицита цинка ослабляется генерация цитотоксичных Т-лимфоцитов в селезёнке и гуморальный ответ на иммунизацию. Цинк тормозит образование фактора неркоза опухоли, который у больных СПИДом участвует в развитии кахексии.
 
Антиоксидантные свойства цинка.
Powell SR.
Отделение гинекологии и акушерства, Госпиталь Университета Винтропа (штат Нью-Йорк, США)

Способность цинка сдерживать окислительные процессы признали уже много лет назад. В целом, можно разделить антиоксидантные механизмы на две группы – острого и хронического действия. Хроническая антиоксидантная защита предполагает постоянное (или длительное) присутствие цинка в организме, с последующей цинк-зависимой индукцией конечных антиоксидантов, таких как, например, металлотионины. Хронический алиментарный дефицит цинка, как правило, увеличивает чувствительность к некоторым вариантам окислительного стресса. 

Острая антиоксидантная защита включает два механизма: защиту белковых сульфгидрильных групп, а также уменьшение образования пероксирадикала из перекиси водорода, посредством антагонизма реакций с участием йонов активных переходных металлов, таких как медь и железо. 

Предполагают, что защита сульфгидрильных групп белковых молекул реализуется с участием трёх механизмов: 1) непосредственное связывание цинка с –SH; 2) непосредственное стерическое ингибирование в результате связывания цинка на сайте, близко расположенном к сульфгидрильной группе; 3) конформационные изменения в результате связывания цинка .

Открытие антагонизма окислительно-восстановительных, катализируемых переходными металлами, сайт-специфических реакций привело к возникновению теории, предполагающе возможное защитное действие цинка против повреждения клеток в результате специфического окисления (например, в постишемическом периоде). 

Таким образом, цинк уменьшает постишемическое повреждение в самых разных тканях и органах, в котором участвуют медь-зависимые механизмы. Несмотря на очевидные доказательства антиоксидантных свойств цинка, точные механизмы их реализации остаются неясными. Исследования этих механизмов, возможно, приведут к открытию новых функций цинка в системе антиоксидантной защиты и новых возможностей для его практического применения.

28266