144 Проблемы биологии и медицины, 2016, №3 (89)
УДК: 612.015.3.+616.441-008.6
ОБМЕН ГОМОЦИСТЕИНА, ЦИСТЕИНА И ОБРАЗОВАНИЕ ГИДРОГЕН СУЛЬФИДА ПРИ
ГИПЕР- И ГИПОТИРЕОЗЕ
В.М. НЕЧИПОРУК
1
, М.М. КОРДА
2
1 - Винницкий национальный медицинский университет им. М.И. Пирогова, Украина, г. Винница;
2 - Тернопольский Государственный медицинский университет им. И Я. Горбачевского,
Украина, г. Тернополь
ГИПЕР- ВА ГИПОТИРЕОЗДА ГОМОЦИСТЕИН, ЦИСТЕИН АЛМАШИНУВИ ВА
ГИДРОГЕН СУЛЬФИДНИНГ ПАЙДО БЎЛИШИ
В.М. НЕЧИПОРУК
1
, М.М. КОРДА
2
1 – М.И. Пирогов номидаги Винница миллий медицина университети, Украина, Винница;
2 – И Я. Горбачевский номидаги Тернополь Давлат медицина университети, Украина, Тернополь
METABOLISM OF HOMOCYSTEINE, CYSTEINE AND HYDROGEN SULPHIDE FORMATION
IN HYPER- AND HYPOTHYROIDISM
V.M. NECHIPORUK
1
, M.M. KORDA
2
1 - Vinnitsa National Medical University named after M.I. Pirogov, Ukraine, Vinnitsa;
2 - Ternopil State Medical University named after I.Ya. Gorbachevsky, Ukraine, Ternopol
Каламушларда гипертиреоз ёки гипотиреозни келтириб чиқариш учун ҳар куни меъда ичак
тракти орқали L-тироксин (200 мкг/сутка 1 кг тана вазнига) ёки мерказолил (10 мг/сутка 1 кг тана
вазнига) 14 ва 21 кун давомида берилди. Ҳайвонларга L-тироксин юборгандан сўнг қон зардобида
тироксин миқдори 83 ва 136% га ошди, тиреотропгармон (ТТГ) миқдори эса камайди (56 ва 76%).
Мерказолил юборилган каламушлар қон зардобида эркин тироксин миқдори 38 ва 62 % га камайди ва
ТТГ миқдори 59 ва 550% га ошди, бунда эркин трийодтиронин миқдори 66 ва 74% га камайди.
Экспериментал гипотиреоз қонда цистеин миқдорининг ошиши билан кечди (14 кунда 24% га ва 21
кунда 39% га). Мерказолил қўллагандан сўнг гомоцистеин миқдори ошди (98 ва 160%) ва гидроген
сульфид миқдори камайди (17 ва 24%). Шундай қилиб, олтингугурт сақловчи аминокислоталар
алмашинувининг бузилиши гипотиреоз билан оғриган беморларда кардиоваскуляр асоратлар
ривожланишида маълум патогенетик роль уйнаши мумкин.
Калит сўзлар:
гипертиреоз, гипотиреоз, гомоцистеин, цистеин, гидроген сульфид.
For hyperthyroidism and hypothyroidism modeling L-thyroxin (200 g/day per 1 kg of div weight) or
merkazolil (10 mg/day per 1 kg of div weight) were administered to rats intraperitoneally daily for 14 and
21 days. Administration of L-thyroxin resulted in the increase of serum free thyroxin concentration by 83
and 136%, at the same time the thyroid-stimulating hormone level was significantly decreased (by 56 and
76%). Merkazolil caused the decrease of serum free thyroxine level by 38 and 62% and increase of thyroid-
stimulating hormone by 59 and 550%, while the level of free triiodothyronine was decreased by 66 and 74%.
Experimental hypothyroidism was accompanied with the increase of cysteine level in blood (by 24% on 14-
th day and 39% on 21-st day). Merkazolil resulted also in the increase of homocysteine concentration (by 98
and 160%) and decrease of hydrogen sulphide level (by 17 and 24%). It has been concluded that disorders of
sulfur amino acids metabolism could play a pathogenic role in the development of cardiovascular complica-
tions in patients with hypothyroidism.
Keywords
:
hyperthyroidism, hypothyroidism, homocysteine, cysteine, нydrogen sulfide.
Актуальность проблемы
. Широкая био-
логическая роль серосодержащих аминокислот
объясняет тот факт, что генетические или при-
обретенные дефекты ферментов, которые регу-
лируют их обмен, ассоциируются с развитием
различных патологий, включая болезнь Альц-
геймера, злокачественные опухоли, болезни по-
чек и др. [10, 13]. Особое внимание уделяется в
последние годы обмену аминокислоты гомоци-
стеина. Повышение в крови концентрации гомо-
цистеина является серьезным фактором риска
развития ряда тяжелых заболеваний сердечно-
сосудистой системы [2]. Регуляция метаболизма
серосодержащих аминокислот осуществляется
на разных уровнях, в том числе и эндокринной
системой. Одними из самых важных гормонов,
регулирующих все виды метаболизма в орга-
низме, являются тиреоидиные гормоны. Оче-
видно, что гипер- или гипопродукция этих гор-
монов приведет и к нарушениям обмена серосо-
держащих аминокислот. На сегодня неисследо-
ванным является вопрос влияния тиреоидных
гормонов на метаболизм цистеина и гомоцисте-
ина, а также на образование гидроген сульфида в
организме.
Материалы и методы
.
Для исследований
использованы 58 беспородных крыс-самцов мас-
сой 150-180 г. Всех животных разделили на 5
В.М. Нечипорук, М.М. Корда
Биология ва тиббиёт муаммолари, 2016, №3 (89) 145
групп: 1-я – контроль (интактные крысы). Этой
группе животных энтерально вводили раствор
1% крахмала; 2-я – животные, у которых вызы-
вали гипертиреоз (ежедневно в течение 14 дней
вводили энтерально L-тироксин на 1% растворе
крахмала по 200 мкг/сутки на 1 кг массы); 3-я –
животные с гипертиреозом, которым L-тироксин
вводили в течение 21 дня по вышеуказанной
схеме; 4-я – животные, у которых вызывали ги-
потиреоз (ежедневно в течение 14 дней вводили
энтерально мерказолил на 1% растворе крахмала
по 10 мг/сутки на 1 кг массы); 5-я – животные с
гипотиреозом, которым вводили мерказолил в
течение 21 дня по вышеуказанной схеме. На 14-й
и 21-й день крыс декапитировали под легким
эфирным наркозом. Для исследований использо-
вали сыворотку крови. Для подтверждения со-
стояний гипер- и гипотиреоза в сыворотке крови
определяли содержание свободного тироксина,
свободного трийодтиронина и тиреотропного
гормона (ТТГ) иммуноферментным методом с
использованием наборов фирмы «Диагностиче-
ские системы» (Россия), в соответствии с ин-
струкциями фирмы-производителя. В сыворотке
крови определяли общее содержание гомоцисте-
ина иммуноферментным методом с использова-
нием набора фирмы «Axis-Shield» (Великобри-
тания), а также цистеина – по реакции с нингид-
риновым реактивом в кислой среде [6]. Содер-
жание гидроген сульфида в сыворотке крови
определяли по реакции образования тионина с
использованием
N,N-диметил-
п
-фенилендиа-
мина [1,3]. Опыты выполняли согласно прави-
лам гуманного отношения к экспериментальным
животным, утвержденных комитетом по биоэти-
ке Винницкого национального медицинского
университета им. М.И. Пирогова.
Результаты выражали как среднее+SEM с
10 экспериментов. Изменения P <0,05 рассмат-
ривались как статистически достоверны. Стати-
стический анализ выполняли, используя стан-
дартные статистические программы и критерий t
Стьюдента.
Результаты и обсуждение
. Ежедневное
введение животным по 200 мкг/кг L-тироксина в
течение 14-ти и 21-го дней вызывало состояние
постоянного гипертиреоза, что подтверждалось
увеличением в крови крыс 2-й и 3-й групп кон-
центрации свободного тироксина (на 14-й день -
на 83% (с 11,07±0,47 до 20,23±2,10 пмоль/л), на
21-й день – на 136% (с 11,07± 0,47 до 26,12±1,85
пмоль/л)) (рис. 1). При этом концентрация ТТГ
достоверно уменьшалась (на 14-й день - на 56%
(с 0,34±0,03 до 0,15±0,02 мМЕ/л), на 21-й день –
на 76% (с 0,34±0,03 до 0,08±0,01 мМЕ/л)) (рис.
2).
Концентрация свободного трийодтиронина
при введении L-тироксина имела только тенден-
цию к увеличению в оба термина эксперимента,
но при статистическом анализе изменения ока-
зались недостоверными (рис. 3). Для подавления
продукции тиреоидных гормонов использовали
препарат
мерказолил
(1-метил-2-
меркаптоимидазола), который блокирует фер-
мент пероксидазу, участвующей в йодировании
тиронина в щитовидной железе в трийодтиронин
и тетрайодтиронин. Как видно из рисунка 1, вве-
дение животным мерказолила в течение 14-ти
дней вызвало уменьшение содержания свобод-
ного тироксина в сыворотке крови на 38% (с
11,07±0,47 до 6,84±0,27 пмоль/л), дальнейшее
введение препарата в течение 21-го дня привело
к уменьшению свободного тироксина на 62% (с
11,07±0,47 до 4,25±0,42 пмоль/л).
0
5
10
15
20
25
30
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
п
м
о
л
ь
/л
*
*
*
*
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
м
М
О
/л
*
*
*
*
Рис. 1.
Содержание свободного тироксина
(пмоль/л) в сыворотке крови крыс с гипер- и
гипотиреозом. * – здесь и в следующих рисун-
ках изменения достоверны по сравнению с кон-
трольной группой (первая группа) животных.
Рис. 2.
Содержание тиреотропного гормона
(мМЕ/л) в сыворотке крови крыс с
гипер- и гипотиреозом.
Обмен гомоцистеина, цистеина и образование гидроген сульфида при гипер- и гипотиреозе
146 Проблемы биологии и медицины, 2016, №3 (89)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
п
м
о
л
ь
/л
*
*
Рис. 3.
Содержание свободного трийодтиронина (пмоль/л) в сыворотке крови крыс с
гипер- и гипотиреозом.
Ежедневное введение мерказола живот-
ным в течение 14-ти и 21-го дня привело к до-
стоверному увеличению уровня тиреотропного
гормона (на 59% (с 0,34±0,03 до 0,54±0,05 мМЕ /
л) и на 550% (с 0,34±0,03 до 2,21±0,16 мМЕ/л))
(рис. 2), в то же время уровень свободного
трийодтиронина уменьшился – на 14-й день на
66% (с 2,58±0,24 до 0,87±0,06 пмоль/л), а на 21-й
день – на 74% (с 2,58±0,24 до 0,67± 0,04 пмоль/л)
(рис. 3). Известно, что гомоцистеин метаболизи-
руется одним из двух путей – путем реметили-
рования или транссульфурирования. Путь транс-
сульфурирования гомоцистеина ведет к образо-
ванию цистеина. Нами установлено, что при ги-
потиреозе содержание цистеина увеличивалось
на 24% (с 111,5±6,61 до 138,49±7,55 мкмоль/л)
на 14-й день и на 39% (с 111,5±6,61 до
155,54±8,30 мкмоль/л) на 21-й день эксперимен-
та. В то же время, введение L-тироксина в тече-
ние 14-и и 21-го дня достоверного эффекта на
уровень цистеина в крови не произвел (рис. 4).
Подобные результаты были получены также M.
Wróbel. и др. [4], которые показали, что введение
мышам тироксина в дозе 100 мкг на 100 г массы
в течение 6 дней сопровождается незначитель-
ным усилением окислительного метаболизма
цистеина и активацией его путей утилизации.
По принципу обратной связи нагроможде-
ние цистеина при гипотиреозе, возможно, при-
водит к зафиксированному нами увеличению
содержания в крови гомоцистеина, который в
норме превращается в цистеин в двух реакциях.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
м
км
о
л
ь
/л
*
*
Рис. 4.
Содержание цистеина (мкмоль/л) в сыворотке крови крыс с гипер- и гипотиреозом.
0
5
10
15
20
25
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
м
км
о
л
ь
/л
*
*
*
*
Рис. 5.
Содержание гомоцистеина (мкмоль/л) в сыворотке крови крыс с гипер- и гипотиреозом.
В.М. Нечипорук, М.М. Корда
Биология ва тиббиёт муаммолари, 2016, №3 (89) 147
Данные, представленные на рисунке 5,
свидетельствуют, что введение мерказолила в
течение 14-и дней достоверно (на 98%) увеличи-
вало содержание гомоцистеина (с 8,53±0,39 до
16,91±1,12 мкмоль/л), а в течение 21-го дня – на
160% (с 8,53±0,39 до 22,20±1,39 мкмоль/л). По-
вышение содержания гомоцистеина в сыворотке
крови при гипотиреозе было также показано A.
Orzechowska-Pawilojc и др., 2009 [7]. Авторами
установлено увеличение уровня фолиевой кис-
лоты с одновременным снижением концентра-
ции цианокобаламина в крови женщин больных
гипотиреозом. Было показано, что концентрация
В
12
отрицательно коррелирует с уровнем гомо-
цистеина при гипотиреозе до и после замести-
тельной терапии тироксином. W. Ibrahim и др.
2011 [5] также показали, что моделирование ги-
потиреоза у крыс самцов, которое сопровожда-
лось снижением концентрации трийодтиронина
в крови, характеризуется достоверным повыше-
нием концентрации гомоцистеина и развитием
оксидативного стресса. Авторы сделали выводы,
что гипотиреоз у крыс-самцов может быть свя-
зан с развитием гипергомоцистеинемии, а введе-
ние фолиевой кислоты может предотвращать
развитие данных осложнений у животных. Как
на 14-й, так и на 21-й день после введения L-
тироксина уровень общего гомоцистеина в сы-
воротке крови достоверно снизился (на 19% (с
8,53±0,39 до 6,88±0,37 мкмоль/л) и 23% (с
8,53±0,39 до 6,53±0,45 мкмоль/л)) (рис. 5). По-
добные данные были получены также B.
Demirbas, M. Ozkaya, 2004, кторые показали, что
у пациентов с гипертиреозом наблюдалась низ-
кая концентрация общего гомоцистеина в плазме
крови, в тоже время уровни фолиевой кислоты,
рибофлавина и кобаламина были повышенные и
коррелировали с уровнем креатинина сыворотки
крови [11]. Десульфуризация цистеина ассоции-
руется с продукцией очень важной регуляторной
газовой молекулы – гидроген сульфида [12].
Гидроген сульфид способен вступать в много-
численные преобразования, в частности, связы-
ваться с SH-группами белков и низкомолекуляр-
ных тиолов, модифицируя их активность, может
взаимодействовать с сульфит-анионом, образуя
тиосульфат, или может быть подвергнут мети-
лированию с образованием метантиола под дей-
ствием фермента тиолметилтрансферазы [14]. На
сегодня известно, что гидроген сульфид играет
весьма значительную роль в регуляции сосуди-
стого тонуса и агрегации тромбоцитов, сократи-
мости миокарда, нейротрансмиссии, в воспали-
тельных процесах, секреции инсулина [8, 9, 15].
Вопрос влияния тиреоидных гормонов на про-
дукцию гидроген сульфида в организме на сего-
дня является неисследованными.
В наших экспериментах при введении L-
тироксина крысам уровень гидроген сульфида в
сыворотке правктически не изменялся в оба
строка эксперимента (рис. 6).
При применении мерказолила в течение
14-и дней содержание гидроген сульфида сни-
жалось на 17% (с 88,02±4,01 до 72,9±3,04
мкмоль/л)), а в течение 21-го дня - на 24% (с
88,02±4,01 до 66,9±4,39 мкмоль/л) (рис. 6). По-
скольку гидроген сульфид имеет ряд важных
физиологических функций, то такое уменьшение
его содержания при гипофункции щитовидной
железы может играть определенную роль в раз-
витии осложнений при гипотиреозе.
Выводы
. Угнетение функции щитовидной
железы сопровождается достоверным увеличе-
нием содержания гомоцистеина и цистеина в
крови с одновременным снижением уровня гид-
роген сульфида. Учитывая важную биологиче-
скую роль серосодержащих аминокислот и их
производных, такие изменения могут быть весо-
мым фактором риска возникновения кардиовас-
кулярных и других осложнений у пациентов с
гипотиреозом.
0
20
40
60
80
100
120
140
1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа 5-я группа
*
м
км
о
л
ь
/л
*
Рис. 6.
Концентрация гидроген сульфида (мкмоль/л) в сыворотке крови крыс с
гипер- и гипотиреозом.
Обмен гомоцистеина, цистеина и образование гидроген сульфида при гипер- и гипотиреозе
148 Проблемы биологии и медицины, 2016, №3 (89)
На сегодня практически неизвестно, какие
конкретно биохимические пути метаболизма го-
моцистеина и цистеина нарушаются при патоло-
гии щитовидной железы, поэтому данный во-
прос требует дальнейших исследований.
Литература
:
1.
Определение содержания гидроген сульфида
в сыворотке крови / В. Заичко, Н. А. Пентюк, Л.
А. Пентюк, А. В. Мельник // Вестник научных
исследований. – 2009. – № 1. – С. 29–32.
2.
Contributions of hyperhomocysteinemia to
atherosclerosis: Causal relationship and potential
mechanisms / J. Zhou, R. C. Austin. // Biofactors. –
2009. – Vol. 35, № 2. – P. 120–129.
3.
Dombkowski R. A. Hydrogen sulfide as an
endogenous regulator of vascular smooth muscle
tone in trout / R. A. Dombkowski, M. J. Russell, К.
R. Olson // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp.
Physiol. – 2004. – Vol. 286, № 4. – P. 678–685.
4.
Effects of thyroxine on L-cysteine desulfuration
in mouse liver / M. Wróbel, T. Ubuka, W. B. Yao
[et al.] // Acta Med Okayama. – 2000. – Vol. 54, №
1. – P. 9–14.
5.
Folic acid alleviates oxidative stress and
hyperhomocysteinemia involved in testicular
dysfunction of hypothyroid rats / W. Ibrahim, E.
Tousson, E. M. Ali [et al.] // Gen Comp Endocrinol.
– 2011. – Vol. 174, № 2. – P. 143–149.
6.
Gaitonde M. K. A spectrophotometric method
for the direct determination of сysteine in the
presence of other naturally occurring аmino acids /
M. K. Gaitonde // Biochem. J. – 1967. – Vol. 104,
№ 2. – Р. 627–633.
7.
Homocysteine, folate, and cobalamin levels in
hyperthyroid women before and after treatment / A.
Orzechowska-Pawilojc, M. Siekierska-Hellmann, A.
Syrenicz [et al.] // Endokrynol Pol. – 2009. – Vol.
60, № 6. – P. 443–448.
8.
Hydrogen sulfide and vascular relaxation / Y.
Sun, C. S. Tang, J. B. DU [et al.] Chin Med J
(Engl). – 2011. – Vol. 124, №22. – P.3816-3819.
9.
Interactions of multiple gas-transducing systems:
hallmarks and uncertainties of CO, NO, and H
2
S gas
biology / M. Kajimura, R. Fukuda, R. M. Bateman
[et al.] // Antioxid Redox Signal. 2010 – Vol. 13, №
2. – P. – P. 157–192.
10.
Nutritional and functional importance of
intestinal sulfur amino acid metabolism / A. K.
Shoveller, B. Stoll, R. O. Ball [et al.] // J. Nutr. –
2005. – Vol. 135, №7. – P.1609–1612.
11.
Plasma homocysteine levels in hyperthyroid
patients / B. Demirbas, M. Ozkaya, E. Cakal [et al.]
// Endocr J. – 2004. – Vol. 51, № 1. – Р. 121-125.
12.
Role of hydrogen sulfide in secondary neuronal
injury / J. F. Wang, Y. Li, J. N. Song [et al.] //
Neurochem. Int. – 2014. – Vol. 64. – P. 37–47.
13.
Sulfur containing amino acids and human disease
/ D.M. Townsend, K. D. Tew, H. Tapiero // Biomed.
Pharmacother. – 2004 – Vol. 58, №1. – P. 47–55.
14.
The role of endogenous H
2
S in cardiovascular
physiology / N. Skovgaard, A. Gouliaev, M. Aalling
[et al.] // Curr. Pharm. Biotechnol. – 2011. – Vol.
12, № 9. –P. 1385–1393.
15.
Y. K. Gupta Gaso-transmitter hydrogen sulphide:
potential new target in pharmacotherapy // Y. K.
Gupta, A. K. Dahiya, K. H. Reeta // Indian J Exp
Biol. 2010 – Vol. 48, № 11. – P.1069–1077.
ОБМЕН ГОМОЦИСТЕИНА, ЦИСТЕИНА И
ОБРАЗОВАНИЕ ГИДРОГЕН СУЛЬФИДА
ПРИ ГИПЕР- И ГИПОТИРЕОЗЕ
В.М. НЕЧИПОРУК, М.М. КОРДА
Для моделирования гипертиреоза и гипо-
тиреоза крысам ежедневно гастроэнтерально
вводили раствор L-тироксина или мерказолила в
течение 14-ти и 21-го дней. Введение животным
L-тироксина приводило к росту в сыворотке
концентрации свободного тироксина, при этом
уровень ТТГ достоверно уменьшался. Мерказо-
лил вызывал уменьшение содержания свободно-
го тироксина в сыворотке крови на 38 и 62% и
уровень свободного трийодтиронина уменьшал-
ся на 66 и 74%. Экспериментальный гипотиреоз
сопровождался увеличением уровня цистеина в
крови. Применение мерказолила приводило так-
же к увеличению концентрации гомоцистеина и
снижению уровня гидроген сульфида. Сделан
вывод, что нарушения обмена серосодержащих
аминокислот может играть определенную пато-
генетическую роль в развитии кардиоваскуляр-
ных осложнений у пациентов с гипотиреозом.
Ключевые слова
:
гипертиреоз, гипоти-
реоз, гомоцистеин, цистеин, гидроген сульфид.
