Введение
На сегодняшний день распространенность недостаточности и дефицита витамина D в организме человека растет на глобальном уровне [1]. Последствия дефицита витамина D невозможно недооценить, так как его связывают с повышенным риском различных острых и хронических заболеваний и состояний, включая остеопороз, преэклампсию, детский кариес зубов, периодонтит, аутоиммунные нарушения, инфекционные и сердечно-сосудистые заболевания, отдельные виды рака, сахарный диабет 2-го типа, ожирение, неврологические расстройства, синдром раздраженного кишечника и прочее [2—4]. Архангельск находится в Арктической зоне Российской Федерации и характеризуется низким уровнем инсоляции и наличием контрастной фотопериодики с продолжительностью дня более 20 часов в летний период и менее 4 часов в зимний. Согласно данным литературы, одновременно с укорочением светового дня падает концентрация витамина D, и может возникать синдромокомплекс — сезонное аффективное расстройство, основы патогенеза которого включают в себя изменение циркадных ритмов, снижение обеспеченности витамином D, модификацию моноаминергических функций нейромедиаторов (дофамина, серотонина, норадреналина, адреналина). Недавние исследования показали, что витамин D играет важную роль в развитии депрессии [5], однако причинно-следственные связи достоверно не установлены.
Согласно единичным исследованиям, на уровень витамина D могут оказывать влияние сезон года, пол человека, его место жительства, диета, этническая принадлежность [6, 7]. Другие публикации свидетельствуют, что возраст, пол [8], место проживания [9] или географическая широта [10] не влияют на концентрацию витамина D в сыворотке крови. При этом чаще всего исследования проводили на основании различных выборок обследуемых: либо на группах людей с определенными заболеваниями, либо делались смешанные по полу, возрасту, этнической принадлежности выборки, либо это были одномоментные исследования, не позволяющие оценить сезонную вариабельность у какой-то одной выборки обследуемых [11]. В зарубежных источниках обнаружены работы по изучению взаимосвязи концентрации витамина D в сыворотке крови и наличия сезонных расстройств, однако при этом количественная оценка концентрации биогенных аминов не проводилась, и выводы строились только на основе различных психологических тестов [12—14].
Цель исследования — определить сезонную динамику концентраций витамина D и биогенных аминов в крови у практически здоровых мужчин и женщин трудоспособного возраста и установить имеющиеся особенности для дальнейшего использования в профилактической и клинической медицине.
Материал и методы
Дизайн исследования. Проведено аналитическое проспективное неконтролируемое исследование уровня 25-OH витамина D, дофамина, серотонина, адреналина, норадреналина в сыворотке и плазме крови у клинически здоровых 20 мужчин и 20 женщин г. Архангельска (64°32′24,4″с.ш.). Образцы крови собирали каждый сезон (март, июнь, сентябрь, декабрь) в течение года у одной и той же группы обследуемых. Годовой приход суммарной радиации в Архангельске составляет в среднем 2044 МДж/м2 [15], количество солнечных дней в году не более 70, что характеризует Архангельск как город с низкой инсоляцией.
Критерии включения: возраст от 25 до 44 лет, индекс массы тела от 18,5 до 25 кг/м2, отсутствие эндокринной патологии, проживание на севере европейской территории России на протяжении двух и более поколений. Все обследуемые на момент сдачи крови не имели в анамнезе обострения хронических заболеваний и перенесенной острой респираторной вирусной инфекции за 2—3 недели до исследования. По результатам лабораторного обследования испытуемые не являлись носителями антител к тиреопероксидазе и тиреоглобулину.
Сбор данных. Обследование волонтеров проводили при наличии информированного добровольного согласия в соответствии с этическими принципами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1964 г., ред. 2013 г.). Исследование одобрено комитетом по биомедицинской этике ФГБУН «ФИЦКИА УрО РАН» (выписка из протокола №1 от 15.03.2018, №3 от 09.02.2022, № 1 от 10.04.2023 заседания этического комитета ФГБУН «ФИЦКИА УрО РАН»). В ходе осмотра и беседы с испытуемыми проводили анкетирование, измерение уровня артериального давления, частоты сердечных сокращений, антропометрических показателей (рост, масса тела).
Методика определения уровня 25-OH витамина D и биогенных аминов. Забор крови осуществляли натощак из локтевой вены в пробирки типа Improvacuter с активатором свертывания и этилендиаминтетрауксусной кислотой в утренние часы (с 8:00 до 10:00) квалифицированным медицинским персоналом центра профессиональной диагностики ООО «Биолам», лаборатории «Гемотест». Кровь центрифугировали в течение 15—20 минут при 1500 об/мин. Собранную сыворотку и плазму расфасовывали в микропробирки и хранили в замороженном состоянии до момента проведения анализа.
Уровни показателей определяли методом иммуноферментного анализа (ИФА) in vitro на анализаторе иммунологическом Multiskan FC (Thermo Fisher Scientific (Shanghai) Instruments Co., Ltd., КНР). В сыворотке крови определяли уровни серотонина с помощью наборов реагентов (DRG Instruments GmbH, Германия). В плазме крови определяли уровни дофамина с применением наборов реагентов (Labor Diagnostika Nord GmbH & Co. KG, Германия), концентрацию 25-OH Витамина D, адреналина и норадреналина — с использованием тест-систем (DRG Instruments GmbH, Германия). Для данного исследования в соответствии с критериями Клинических рекомендаций Российской ассоциации эндокринологов (2016) использовали пороговые значения для оптимальной концентрации 25(OH) витамина D в крови равной более 30 нг/мл, недостаточность — концентрации 25(ОН) витамина D от 20 до 30 нг/мл, дефицит — менее 20 нг/мл [16].
Статистический анализ данных проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica 10.0 (StatSoft Inc., США), обладатель лицензии ФГБУН «ФИЦКИА УрО РАН»). Для проверки нормальности данных эндокринологического обследования использовали тест Шапиро—Уилка, по результатам которого применяли непараметрические методы анализа. Для оценки статистической значимости различий между несколькими связанными выборками применяли непараметрический дисперсионный анализ повторных измерений Фридмана с последующим попарным сравнением с помощью критерия Вилкоксона с поправкой Бонферрони, сравнение двух независимых выборок осуществляли с помощью U-критерия Манна—Уитни [17].
Результаты
Витамин D. Установлено, что значения медиан (Me) изучаемых показателей находятся в пределах физиологических норм, за исключением уровня витамина D в плазме крови у женщин в зимний период: у них зафиксирована недостаточная концентрация (25,71 нг/мл) витамина D (таблица). Однако диапазон колебаний (10—90 перцентилей) уровней витамина D во все периоды года у представителей обеих выборок смещен к низким значениям, соответствующим недостаточности и дефициту, при этом у женщин эта тенденция проявлена больше. Уровни 25-OH витамина D в плазме крови у женщин отличаются большей вариативностью и более широким перцентильным диапазоном (10—90%) (рис. 1). В весенний период у мужчин концентрация витамина D в плазме крови регистрировалась у нижней границы оптимума, при этом доля лиц с недостаточной концентрацией витамина D составляла 45% (рис. 2). В выборке женщин медиана его содержания была выше, но у 5% лиц прослеживался дефицит, а у 20% — недостаток витамина D. Летом медианы уровня витамина D у обоих полов были одинаковыми и держались на границе 40 нг/мл, после чего к осеннему периоду у мужчин началось увеличение концентрации витамина D, а у женщин — снижение, и уже у 35% лиц отмечались недостаточные его уровни. Статистически значимые различия концентрации витамина D у мужчин и женщин отмечены в осенний и зимний период с более высокими его значениями у мужчин. К зимнему сезону после осеннего пикового значения уровень витамина D в плазме крови в мужской выборке стал снижаться, при этом находясь выше отметки 30 нг/мл. Не было мужчин с недостаточным уровнем витамина D, в то время как более чем у 85% женщин отмечены недостаточные концентрации витамина D, из них у 25% выявлен дефицит витамина D.
Содержание витамина D, дофамина, серотонина, адреналина, норадреналина в крови у жителей г. Архангельска в различные сезоны года
Показатель | Март | Июнь | Сентябрь | Декабрь | p | ||||
Группа | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
Витамин D, нг/мл | 33,53 25,45; 47,93 | 37,68 22,90; 64,79 | 39,55 30,82; 54,64 | 39,39 23,49; 68,01 | 47,02 31,38; 54,74 | 36,50 25,56; 54,32 | 37,47 31,99; 48,53 | 25,71 13,59; 43,61 | p2—8=0,0004 p4—8=0,0004 p6—8=0,0004 p5—6=0,027 p7—8<0,001 |
Серотонин, 8—2170 нг/мл | 132,3 94,1; 239,4 | 225,9 109,1; 395,5 | 138,1 87,4; 349,4 | 159,7 116,1; 348,2 | 190,09 97,93; 308,21 | 153,9 63,6; 254,1 | 141,60 96,33; 238,32 | 132,6 76,5; 269,6 | p2—6=0,001 p2—8=0,002 p4—8=0,006 p1—2=0,007 |
Дофамин, <0,653, нмоль/л | 0,365 0,258; 0,523 | 0,424 0,118; 0,708 | 0,502 0,328; 0,690 | 0,578 0,311; 0,923 | 0,235 0,098; 0,448 | 0,298 0,085; 0,619 | 0,365 0,037; 0,620 | 0,325 0,089; 0,810 | p4—6=0,008 |
Адреналин, <0,546, нмоль/л | 0,036 0,0; 0,132 | 0,071 0,031; 0,127 | 0,095 0,02; 0,15 | 0,120 0,081; 0,189 | 0,010 0,0; 0,082 | 0,073 0,04; 0,115 | 0,036 0,0; 0,150 | 0,148 0,110; 0,281 | p2—4=0,005 p2—8<0,001 p4—6=0,0003 p6—8<0,001 p1—2=0,05 p3—4=0,003 p5—6, 7—8<0,001 |
Норадреналин <3,546, нмоль/л | 0,244 0,134; 0,404 | 0,128 0,0; 0,699 | 0,352 0,270; 0,500 | 0,433 0,097; 0,687 | 0,251 0,103; 0,460 | 0,617 0,332; 1,075 | 0,348 0,226; 0,516 | 1,96 0,838; 4,105 | p2—6=0,0001 p2—8=0,0001 p4—6=0,005 p4—8=0,0001 p6—8<0,001 p5—6<0,001 p7—8<0,001 |
Примечание. Данные представлены в виде Me (10%; 90%). p<0,008 с учетом поправки Бонферрони, полужирным шрифтом выделены статистически достоверные результаты.
Рис. 1. Диапазон колебаний уровней витамина D в плазме крови мужчин и женщин в зависимости от сезона года.
Рис. 2. Частота выявления различных уровней витамина D в плазме крови мужчин и женщин в зависимости от сезона года.
Серотонин. Сезонная динамика серотонина в сыворотке крови у мужчин соответствовала динамике уровня витамина D, у женщин такое ассоциативное изменение концентраций не отмечено (рис. 3). Концентрация серотонина в сыворотке крови у женщин в весенний период была практически в 2 раза выше, чем у мужчин (p=0,007), и с течением сезонов года его уровень снижался. У мужчин отмечался пик концентрации в осенний период одновременно с пиком уровня витамина D.
Рис. 3. Сезонная динамика средних концентраций витамина D и серотонина в крови мужчин и женщин.
Дофамин, норадреналин, адреналин. Годовое изменение содержания дофамина в крови у мужчин и женщин имело сходную динамику, но не было особых ассоциативных связей с сезонной динамикой витамина D, лишь при переходе на летний сезон уровни и витамина D, и дофамина увеличивались (см. таблицу).
Концентрация норадреналина в крови у мужчин в сентябре была в несколько раз ниже, чем у женщин (p<0,001), и при переходе от осени к зиме уровень его в женской выборке вырос в 15 раз (p<0,001).
Сезонная динамика адреналина в крови изменялась соответственно изменению уровня дофамина (рис. 4). В изменении концентраций дофамина, норадреналина и адреналина в плазме отмечены цикличные синусоидальные колебания от сезона к сезону, кроме резкого повышения уровня норадреналина у женщин в зимний период года с наличием минимальных значений витамина D.
Рис. 4. Сезонная динамика концентраций дофамина, норадреналина и адреналина в сыворотке крови мужчин и женщин.
Обсуждение
В женской выборке установлены низкие концентрации в плазме крови витамина D в зимний период, что может говорить об особенностях женского организма и снижении синтеза витамина D зимой [18, 19], а также установлены более широкие диапазоны колебаний его значений, что может свидетельствовать о большей приспособленности системы регуляции к воздействию внешних факторов. Исследователями обнаружено, что фактор фотопериодичности влияет на содержание жирорастворимых витаминов у женщин [19]. Резкий ожидаемый пик уровня витамина D в летний период у женщин не отмечается, в то время как у мужчин зарегистрирован осенний пик значений витамина D.
Таким образом, прогнозируемое осеннее снижение уровня витамина D в крови наблюдается у женского населения с минимальными его уровнями зимой, а у мужчин происходит смещение («запаздывание») на один сезон данного спада с наличием минимальных значений витамина D в весенний период. Таким образом, критическим по отношению к витамину D сезоном года для женской выборки является зимний период, характеризующийся низкими температурами и продолжительностью светового дня менее 4 часов. Для мужского населения критическим периодом по содержанию витамина D в крови является весна с увеличивающейся продолжительностью светового дня. Именно в эти периоды необходимо проводить лабораторный мониторинг уровня витамина D в крови для своевременного выявления и устранения дефицитных состояний и корректировки питания. Недостаточное потребление витамина D с пищей может компенсироваться дополнительным его потреблением в составе обогащенных этим витамином пищевых продуктов, биологически активных добавок (БАД) к пище или витаминно-минеральных комплексов (ВМК), подобранных специалистом. В дальнейшей работе планируется провести анализ содержания витамина D в крови и анкетных данных о питании в различные сезоны года и установить имеющиеся зависимости. Результаты исследований, проведенные в Ямало-Ненецком автономном округе, подтвердили наличие генетических особенностей у жителей этого региона и выявили статистически значимую связь аллеля A полиморфизма rs9939609 гена FTO с высоким содержанием насыщенных жирных кислот в рационе, характерную только для женщин [7]. У коренного населения Арктической зоны частота аллеля С rs2228570 гена VDR была выше, чем у пришлого: 71,1 и 50,0% соответственно, в то время как в европейской части России она составляет 57,8% [20]. Выявлено также, что содержание витамина D в крови всех обследованных носителей аллеля C в гомозиготном состоянии было статистически значимо ниже, чем у носителей генотипа TT, а дефицит выявлялся в 2,3 раза чаще. Указано, что такая особенность характерна для коренных жителей Ямало-Ненецкого автономного округа, в число которых входят в основном коренные малочисленные народы (ненцы, селькупы, ханты). В нашем исследовании принимали участие русские жители города Архангельска, а сообщения об установлении генетических особенностей полиморфизма генов русских жителей на данный момент не обнаружены. В связи с этим нет данных о наличии генетически детерминированного дефицита витамина D у жителей Архангельска.
Известны механизмы эпигенетического влияния уровня витамина D на серотонин путем изменения активности генов, регулирующих выработку фермента триптофангидроксилазы (TPH), под действием которого аминокислота триптофан гидроксилируется до 5-гидрокситриптофана [21, 22], либо воздействием на обратный захват серотонина и его метаболическое выведение [23]. Витамин D регулирует выработку биогенных аминов (дофамина, норадреналина, адреналина) с помощью рецепторов к витамину D в надпочечниках и модуляции выработки фермента тирозингидроксилазы, а также их деградацию путем модуляции экспрессии моноаминоксидазы-В [23, 24]. В нашем исследовании отмечается сезонная ассоциированная синхронная динамика концентраций витамина D и серотонина у мужчин, что может свидетельствовать о наличии влияния в условиях контрастной фотопериодики уровня витамина D на концентрацию серотонина в крови мужчин, возможно, посредством транскрипционной регуляции экспрессии гена TPH.
Выраженная синхронная динамика уровней витамина D, дофамина, норадреналина и адреналина не обнаружена, но в зимний период, характеризующийся минимальной продолжительностью светового дня и низкими температурами, у женщин отмечается высокий уровень норадреналина и адреналина на фоне низкой концентрации серотонина и недостаточности витамина D. При этом концентрация дофамина имеет средние значения, что свидетельствует о вероятном отсутствии в данном случае влияния витамина D на активность тирозингидроксилазы. Последующее превращение из дофамина в норадреналин регулирует фермент дофамин-β-гидроксилаза и, возможно, дефицит витамина D в условиях контрастной фотопериодики в женском организме оказывает воздействие на этот фермент, что необходимо изучить в дальнейшем. Полученные результаты могут являться базой для формирования рекомендаций, направленных на коррекцию дефицита/недостаточности витамина D у жителей Арктического региона России, с целью достижения желаемого статуса витамина D и предупреждения развития заболеваний и сезонных расстройств.
Выводы
1. Для мужчин критическим по содержанию в крови витамина D является весенний период года (март) с уровнем 33,53 нг/мл и частотой выявления недостаточного уровня витамина D 55%.
2. Обнаружен критический период года (декабрь) по содержанию витамина D в крови у женщин с уровнем витамина D 25,71 нг/мл и частотой выявления состояний недостаточности и дефицита витамина D 85%.
3. Максимальный уровень серотонина в сыворотке крови у женщин отмечается в период увеличения светового дня (март), а период минимальной светового дня (декабрь) характеризуется наиболее низким содержанием серотонина, при этом концентрации адреналина и норадреналина имеют противоположную направленность.
4. Пик содержания серотонина и витамина D в крови у мужчин установлен в период снижения продолжительности светового дня (сентябрь), при этом концентрации дофамина, норадреналина и адреналина в этот период были минимальными.
5. Годовая динамика уровня витамина D в крови синхронна с изменением концентрации серотонина у мужского населения.
6. В выборке женщин на фоне низкого содержания витамина D и серотонина в крови в период минимальной продолжительности светового дня (декабрь) отмечен высокий уровень норадреналина и адреналина.
Вклад авторов: концепция и дизайн исследования — Аликина В.А., Типисова Е.В.; сбор и обработка материала — Аликина В.А., Елфимова А.Э., Молодовская И.Н., Зябишева В.Н.; статистическая обработка — Аликина В.А.; написание текста — Аликина В.А.; научное редактирование — Типисова Е.В.
Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 23-25-10027 «Сезонная обеспеченность 25-OH витамином D и его влияние на концентрацию дофамина, серотонина, адреналина и норадреналина в крови жителей Арктической зоны Российской Федерации» (номер гос. регистрации 123051500115-6).
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.