Окислительный стресс и ожирение у детей – роль биоэлементов

В настоящее время нет единого представления о состоянии биоэлементного статуса у детей и подростков, страдающих ожирением. В связи с этим нами выполнено обобщение имеющихся данных, находящихся в открытом доступе, и представлена информация о роли и содержании биоэлементов, участвующих в регуляции свободнорадикального гомеостаза, в генезе детского ожирения. В литературном обзоре описаны современные представления об ожирении как о метаболической патологии, рассмотрена многофакторность развития окислительного стресса при ожирении, в том числе у детей и подростков, раскрыта роль биоэлементов в регулировании свободнорадикального гомеостаза и показано, что они могут выступать в качестве кофакторов антиоксидантных ферментов и/или быть инициаторами окислительных реакций. Определены наиболее значимые биоэлементы, участвующие в регулировании свободнорадикальных процессов – медь, цинк, марганец, селен и железо. Анализ литературы показывает, что у детей и подростков с ожирением наблюдаются изменения в метаболизме основных биоэлементов, участвующих в регуляции редокс-гомеостаза. Содержание меди, цинка, селена, марганца и железа может варьировать в зависимости от половой принадлежности и возраста обследуемых, а также типа биоматериала.

1. Аметов А.С., Пашкова Е.Ю., Рамазанова З.Д., Дарсигова М.Н. Ожирение как неинфекционная эпидемия XXI века. Современные представления о патогенезе, рисках и подходах к фармакотерапии. Эндокринология: Новости. Мнения. Обучение. 2019;(2):57–66. doi: 10.24411/2304-9529-2019-12007

2. Darenskaya M.A., Kolesnikova L.I., Rychkova L.V., Kravtsova O.V., Semenova N.V., Kolesnikov S.I. Relationship between lipid metabolism state, lipid peroxidation and antioxidant defense system in girls with constitutional obesity. AIMS Molecular Science. 2021;8(2):117–126. doi: 10.3934/molsci.2021009

3. Мильнер Е.Б., Широков Д.А., Леонова И.А. Морбидное ожирение у подростков (научный обзор). Профилакт. и клин. мед. 2020;(1):42–50.

4. Бочарова О.В., Теплякова Е.Д. Ожирение у детей и подростков – проблема здравоохранения XXI века. Казан. мед. ж. 2020;101(3):381–388. doi: 10.17816/KMJ2020-381

5. Лесная А.С., Даренская М.А., Семенова Н.В., Колесникова Л.И. Новый аспект метаболических нарушений при ожирении: карбонильный стресс. Сиб. науч. мед. ж. 2023;43(6):24–33. doi: 10.18699/SSMJ20230603

6. Shkurat M.A., Mashkina E.V., Milyutina N.P., Shkurat T.P. The role of polymorphism of redox-sensitive genes in the mechanisms of oxidative stress in obesity and metabolic diseases. Ecological Genetics. 2023;21(3):261–287. doi: 10.17816/ecogen562714

7. Gutiérrez-Solis A.L., Garrido-Dzib A.G., Rochel-Pérez A., Magallón-Zertuche V., Chávez-Loría G., Medina-Vera I., Avila-Nava A. Oxidative stress biomarkers in Mexican subjects with overweight and obesity: a systematic review. Metab. Syndr. Relat. Disord. 2023;21(4):188–196. doi: 10.1089/met.2023.0001

8. Selvaraju V., Ayine P., Fadamiro M., Babu J.R., Brown M., Geetha T. Urinary biomarkers of inflammation and oxidative stress are elevated in obese children and correlate with a marker of endothelial dysfunction. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019;2019:9604740. doi: 10.1155/2019/9604740

9. Поварова О.В., Городецкая Е.А., Каленикова Е.И., Медведев О.С. Метаболические маркеры и окислительный стресс в патогенезе ожирения у детей. Рос. вестн. перинатол. и педиатрии. 2020;65(1):22–29. doi: 10.21508/1027-4065-2020-65-1-22-29

10. Кравченко С.Д., Козлова Н.М., Тирикова О.В. Методы оценки окислительного стресса в качестве потенциальных биомаркеров при НАЖБП. Междунар. научно-исслед. ж. 2022;(8):58–72. doi: 10.23670/IRJ.2022.122.86

11. Молдогазиева Н.Т., Мохосоев И.М., Мельникова Т.И., Завадский С.П., Кузьменко А.Н., Терентьев А.А. Двойственная природа активных форм кислорода, азота и галогенов: их эндогенные источники, взаимопревращения и способы нейтрализации. Успехи биол. химии. 2020;60:123–172.

12. Лысенко В.И. Оксидативный стресс как неспецифический фактор патогенеза органных повреждений (обзор литературы и собственных исследований). Мед. неотлож. состояний. 2020;16(1):24–35. doi: 10.22141/2224-0586.16.1.2020.196926

13. Аникин Д.А., Демко И.В., Соловьева И.А., Собко Е.А., Гордеева Н.В., Крапошина А.Ю. Место свободнорадикального окисления в патогенезе метаболического синдрома. Профилакт. мед. 2022;25(11):98–104. doi: 10.17116/profmed20222511198

14. Драпкина О.М., Самородская И.В., Старинская М.А., Ким О.Т., Неймарк А.Е. Ожирение: оценка и тактика ведения пациентов. М.: Силицея-Полиграф, 2021. 180 с.

15. Дронь А.Н., Карпова И.А., Чернова А.М. Эффекты половых стероидов на свободнорадикальное окисление липидов у женщин. Мед. наука и образ. Урала. 2013;14(1):177–180.

16. Никитина О.А., Даренская М.А., Рычкова Л.В., Семёнова Н.В., Бричагина А.С., Вотинева А.С., Колесникова Л.И. Особенности липидного обмена при идиопатическом ожирении у подростков различных этнических групп. Соврем. пробл. науки и образ. 2022;(3):87. doi:10.17513/spno.31696

17. Nussbaumerova B., Rosolova H. Obesity and dyslipidemia. Curr. Atheroscler. Rep. 2023;25(12):947– 955. doi: 10.1007/s11883-023-01167-2

18. Ланкин В.З., Тихазе А.К., Косач В.Я. Сравнительная окисляемость разных классов липопротеидов плазмы крови. Биохимия. 2022; 87(11):1659–1666. doi: 10.31857/S0320972522110112

19. Даренская М.А., Рычкова Л.В., Колесников С.И., Семенова Н.В., Никитина О.А., Бричагина А.С., Михалевич И.М., Колесникова Л.И. Определение наиболее информативных показателей биохимического статуса у юношей различной этнической принадлежности с ожирением с помощью дискриминантного анализа. Бюл. эксперим. биол. и мед. 2022;173(4):468–473. doi: 10.47056/0365-9615-2022-173-4-468-473

20. Хасанова Г.М., Агзамова Ш.А. Причины и патогенетические аспекты формирования ожирения у детей. Евразийское научное объединение. 2019;(6-3):204–207.

21. Darenskaya M.A., Rychkova L.V., Kolesnikov S.I., Kravtsova O.V., Semenova N.V., Brichagina A.S., Bliznyuk A., Yuzvak N., Rashidova M.A., Kolesnikova L.I. Oxidative stress index levels in Asian adolescents with exogenous-constitutional obesity. Int. J. Biomed. 2022;12(1):142–146. doi: 10.21103/Article12(1)_OA16

22. Луканина С.Н., Сахаров А.В., Просенко О.И., Жучаев К.В., Борисенко Е.А. Влияние окислительного стресса на элементный статус тканевых компартментов органов регуляции минерального гомеостаза. Учен. зап. Казан. гос. акад. вет. мед. им. Н.Э. Баумана. 2020;241(1):130– 138. doi: 10.31588/2413-4201-1883-241-1-130-138

23. Григорьев К.И., Харитонова Л.А., Григорьев А.И., Богомаз Л.В. Нутрициологические теории и практические решения к повышению здоровья детей и подростков. Эксперим. и клин. гастроэнтерол. 2023;(1):117–125. doi: 10.31146/1682-8658-ecg-209-1-117-125

24. Никитина О.А., Даренская М.А., Рычкова Л.В., Семёнова Н.В., Лесная А.С., Прохорова Ж.В., Колесникова Л.И. Антиоксидантный статус у подростков при идиопатическом ожирении. Соврем. пробл. науки и образ. 2023;(5):39–48. doi: 10.17513/spno.33006

25. Zheng M., Liu Y., Zhang G., Yang Z., Xu W., Chen Q. The applications and mechanisms of superoxide dismutase in medicine, food, and cosmetics. Antioxidants. 2023;12(9):1675. doi: 10.3390/antiox12091675

26. Saxena P., Selvaraj K., Khare S.K., Chaudhary N. Superoxide dismutase as multipotent therapeutic antioxidant enzyme: Role in human diseases. Biotechnol. Lett. 2022;44(1):1–22. doi: 10.1007/s10529-021-03200-3

27. Islam M.N., Rauf A., Fahad F.I., Emran T.B., Mitra S., Olatunde A., Shariati M.A., Rebezov M., Rengasamy K.R.R., Mubarak M.S. Superoxide dismutase: an updated review on its health benefits and industrial applications. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2022;62(26):7282– 7300. doi: 10.1080/10408398.2021.1913400

28. Рыспекова Н.Н., Нурмухамбетов А.Н., Балабекова М.К., Аканов А.А. Металлотионеины и их роль в адаптации к действию повреждающих факторов (обзор литературы). Вестн. КазНМУ. 2014;(1):298–303.

29. Ахмеджанова З.И., Жиемуратова Г.К., Данилова Е.А., Каримов Д.А. Макрои микроэлементы в жизнедеятельноcти организма и их взаимосвязь с иммунной системой (обзор литературы). Журнал теоретической и клинической медицины. 2020;(1):16–21.

30. Бричагина А.С., Семёнова Н.В., Мадаева И.М. Система глутатиона при нарушениях сна (обзор литературы). Acta Biomed. Sci. 2020;5(6):133–143. doi: 10.29413/ABS.2020-5.6.15

31. Рыбакова Л.П., Алексанян Л.Р., Капустин С.И., Бессмельцев С.С. Окислительно-антиокислительная система организма человека, роль в развитии патологического процесса и его коррекции (обзор литературы). Вест. гематол. 2022;18(4):26–37.

32. Sies H., Klotz L.O., Sharov V.S., Assmann A., Briviba K. Protection against peroxynitrite by selenoproteins. Z. Naturforsch. C. J. Biosci. 1998;53(3-4):228– 232. doi: 10.1515/znc-1998-3-412

33. Бубнова Н.В., Тимофеева Н.Ю., Кострова О.Ю., Стручко Г.Ю., Котёлкина А.А., Самакина Е.С. Биологическая роль селена (обзор литературы). Acta Medica Eurasica. 2023;(2):114– 123. doi: 10.47026/2413-4864-2023-2-114-123

34. Тасакова О.С., Голубцова Н.Н., Гунин А.Г. Биологическая роль тиоредоксин-опосредованной внутриклеточной сигнализации при физиологическом старении (обзор литературы). Acta Medica Eurasica. 2023;(1):139–146. doi: 10.47026/2413-4864-2023-1-139-146

35. Reeves M.A., Hoffmann P.R. The human selenoproteome: recent insights into functions and regulation. Cell. Mol. Life Sci. 2009;66(15):2457–2478. doi: 10.1007/s00018-009-0032-4

36. Roman M., Jitaru P., Barbante C. Selenium biochemistry and its role for human health. Metallomics. 2014;6(1):25–54. doi: 10.1039/c3mt00185g

37. Handy D.E., Joseph J., Loscalzo J. Selenium, a micronutrient that modulates cardiovascular health via redox enzymology. Nutrients. 2021;13(9):3238. doi: 10.3390/nu13093238

38. Galasso M., Gambino S., Romanelli M.G., Donadelli M., Scupoli M.T. Browsing the oldest antioxidant enzyme: catalase and its multiple regulation in cancer. Free Radic. Biol. Med. 2021;172:264–272. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2021.06.010

39. Vlasova I.I. Peroxidase activity of human hemoproteins: keeping the fire under control. Molecules. 2018;23(10):2561. doi: 10.3390/molecules23102561

40. Kawabata T. Iron-induced oxidative stress in human diseases. Cells. 2022;11(14):2152. doi: 10.3390/cells11142152

41. Zimmerman M.T., Bayse C.A., Ramoutar R.R., Brumaghim J.L. Sulfur and selenium antioxidants: challenging radical scavenging mechanisms and developing structure-activity relationships based on metal binding. J. Inorg. Biochem. 2015;145:30–40. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2014.12.020

42. Glade M.J., Meguid M.M. A glance at…antioxidant and antiinflammatory properties of dietary cobalt. Nutrition. 2018;46:62–66. doi: 10.1016/j.nut.2017.08.009

43. Даренская М.А., Рычкова Л.В., Колесников С.И., Кравцова О.В., Семенова Н.В., Бричагина А.С., Колесникова Л.И. Изменения в системе липопероксидации при базовой терапии экзогенноконституционального ожирения у подростков разного пола. Вопр. дет. диетол. 2022;20(1):5–11. doi: 10.20953/1727-5784-2022-1-5-11

44. Vivek S.M., Dayal D., Khaiwal R., Bharti B., Bhalla A., Singh S., Kaur H., Attri S.V. Low serum copper and zinc concentrations in North Indian children with overweight and obesity. Pediatr. Endocrinol. Diabetes Metab. 2020;26(2):79–83. doi: 10.5114/pedm.2020.95627

45. Петрухина Е.А., Николаева Н.А., Акопян А.А. Микроэлементный состав организма у детей при ожирении. Бюл. мед. интернет-конф. 2021;11(3):50.

46. Tascilar M.E., Ozgen I.T., Abaci A., Serdar M., Aykut O. Trace elements in obese Turkish children. Biol. Trace Elem. Res. 2011;143(1):188–195. doi: 10.1007/s12011-010-8878-8

47. Castillo-Valenzuela O., Duarte L., Arredondo M., Iñiguez G., Villarroel L., Pérez-Bravo F. Childhood obesity and plasma micronutrient deficit of chilean children between 4 and 14 years old. Nutrients. 2023;15(7):1707. doi: 10.3390/nu15071707

48. Fan Y., Zhang C., Bu J. Relationship between selected serum metallic elements and obesity in children and adolescent in the U.S. Nutrients. 2017;9(2):104. doi: 10.3390/nu9020104

49. Grabeklis A.R., Skalny A.V., Ajsuvakova O.P., Skalnaya A.A., Mazaletskaya A.L., Klochkova S.V., Chang S.J.S., Nikitjuk D.B., Skalnaya M.G., Tinkov A.A. A search for similar patterns in hair trace element and mineral content in children with down’s syndrome, obesity, and growth delay. Biol. Trace Elem. Res. 2020;196(2):607–617. doi: 10.1007/s12011-019-01938-6

50. Шарипова М.М., Ивкина М.В., Архангельская А.Н., Гуревич К.Г. Роль микроэлементов в развитии эндокринной патологии. Экол. человека. 2022;(11):753–760. doi: 10.17816/humeco72102

51. Cayir A., Doneray H., Kurt N., Orbak Z., Kaya A., Turan M.I., Yildirim A. Thyroid functions and trace elements in pediatric patients with exogenous obesity. Biol. Trace Elem. Res. 2014;157(2):95–100. doi: 10.1007/s12011-013-9880-8

52. Escobedo-Monge M.F., Torres-Hinojal M.C., Barrado E., Escobedo-Monge M.A., Marugán-Miguelsanz J.M. Zinc nutritional status in a series of children with chronic diseases: a cross-sectional study. Nutrients. 2021;13(4):1121. doi: 10.3390/nu13041121

53. González-Domínguez Á., Millán-Martínez M., Domínguez-Riscart J., Lechuga-Sancho A.M., González-Domínguez R. Metal homeostasis and exposure in distinct phenotypic subtypes of insulin resistance among children with obesity. Nutrients. 2023;15(10):2347. doi: 10.3390/nu15102347

54. Nasab H., Rajabi S., Eghbalian M., Malakootian M., Hashemi M., Mahmoudi-Moghaddam H. Association of As, Pb, Cr, and Zn urinary heavy metals levels with predictive indicators of cardiovascular disease and obesity in children and adolescents. Chemosphere. 2022;294:133664. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.133664

55. Fontenelle L.C., Cardoso de Araújo D.S., da Cunha Soares T., Clímaco Cruz K.J., Henriques G.S., Marreiro D.D.N. Nutritional status of selenium in overweight and obesity: a systematic review and meta-analysis. Clin. Nutr. 2022;41(4):862–884. doi: 10.1016/j.clnu.2022.02.007

56. Błażewicz A., Szymańska I., Dolliver W., Suchocki P., Turło J., Makarewicz A., Skórzyńska-Dziduszko K. Are obese patients with autism spectrum disorder more likely to be selenium deficient? Research findings on preand post-pubertal children. Nutrients. 2020;12(11):3581. doi: 10.3390/nu12113581

57. Fontenelle L.C., de Paiva Sousa M., Dos Santos L.R., Cardoso B.E.P., de Sousa T.G.V., da Cunha Soares T., de Sousa Melo S.R., Morais J.B.S., da Silva Dias T.M., de Oliveira F.E., … do Nascimento Marreiro D. Relationship between selenium nutritional status and markers of low-grade chronic inflammation in obese women. Biol. Trace Elem. Res. 2023;201(2):663– 676. doi: 10.1007/s12011-022-03209-3

58. Zhu Y., He B., Xiao Y., Chen Y. Iron metabolism and its association with dyslipidemia risk in childrenand adolescents: a cross-sectional study. Lipids Health Dis. 2019;18(1):50. doi: 10.1186/s12944-019-0985-8

59. Doğan G., Andiran N., Çelik N., Uysal S. Iron parameters, pro-hepcidin and soluble transferrin receptor levels in obese children. Minerva Pediatr. 2020;72(3):175–181. doi: 10.23736/S0026-4946.16.04273-0

60. Giannini C., Polidori N., Saltarelli M.A., Chiarelli F., Basilico R., Mohn A. Increased hepcidin levels and non-alcoholic fatty liver disease in obese prepubertal children: a further piece to the complex puzzle of metabolic derangements. J. Pediatr. Endocrinol. Metab. 2021;35(1):39–47. doi: 10.1515/jpem-2021-0070

61. Suárez-Ortegón M.F., Echeverri I., Prats-Puig A., Bassols J., Carreras-Badosa G., López-Bermejo A., Fernández-Real J.M. Iron status and metabolically unhealthy obesity in prepubertal children. Obesity (Silver Spring). 2019;27(4):636–644. doi: 10.1002/oby.22425

62. Wei S., Zhang W., Wang C., Cao Y., Li L. Increased hepcidin expression in adipose tissue as a primary cause of obesity-related inhibition of iron absorption. J. Biol. Regul. Homeost. Agents. 2019;33(4):1135–1141.

63. Aka S., Kilercik M., Arapoglu M., Semiz S. The hepcidin and 25-OH-vitamin D levels in obese children as a potential mediator of the iron status. Clin. Lab. 2021;67(5):1154. doi: 10.7754/Clin.Lab.2020.200813

64. Ortíz Pérez M., Vázquez López M.A., Ibáñez Alcalde M., Galera Martínez R., Martín González M., Lendínez Molinos F., Bonillo Perales A. Relationship between obesity and iron deficiency in healthy adolescents. Child. Obes. 2020;16(6):440–447. doi: 10.1089/chi.2019.0276

65. Лесная А.С., Даренская М.А., Рычкова Л.В., Семёнова Н.В., Никитина О.А., Гребенкина Л.А., Кравцова О.В., Прохорова Ж.В., Колесникова Л.И. Гендерные особенности биоэлементного статуса у подростков с ожирением, проживающих в Сибирском регионе. Вопр. дет. диетол. 2023;21(5):81–87. doi: 10.20953/1727-5784-2023-5-81-87

66. Лесная А.С., Семёнова Н.В., Даренская М.А., Рычкова Л.В., Балжирова Д.В., Колесникова Л.И. К вопросу о нитрозативном стрессе у подростков с экзогенно-конституциональным ожирением. Вопр. дет. диетол. 2023;21(6):85–90. doi: 10.20953/1727-5784-2023-6-85-90