Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила, что 15 млн детей и подростков Европейского региона планеты имеют ожирение, и к 2025 г. прогнозируется повышение этого показателя до 70 млн в группе детей до 5 лет [1]. Полагают, данная ситуация — результат технического прогресса и индустриализации, которые повлияли на биологический облик современного человека, отразившись не только на соматическом здоровье нынешнего поколения, но и на репродуктивном благополучии [2]. Так как замечено, что параллельно с ростом детского ожирения в последние десятилетия стал наблюдаться рост случаев нарушения пубертата и значительный рост бесплодия, в частности мужского фактора, чего ранее не отмечалось [3]. Одной из причин увеличения доли мужского бесплодия в общей структуре факторов инфертильности называют задержку полового развития (ЗПР) на фоне детского ожирения. Научные данные свидетельствуют, что у девочек ожирение тоже нарушает пубертат, но, в отличие от мальчиков, приводит к преждевременной активации функции репродуктивной оси [4][5]. Вот почему у мальчиков в 9 раз чаще, чем у девочек, встречается функциональная задержка старта пубертата [6][7].

Принято считать, что в основе этих нарушений лежит десинхронизация деятельности звеньев гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы, в реализации функции которой участвует лиганд-рецепторная система кисспептина [8]. Роль посредника между лептином и гонадотропин-рилизинг гормональным секретирующим центром гипоталамуса выполняет кисспептин, регулируя прямую и обратную связь в пределах гонадной оси. Лептин же, не только гормон жировой ткани и модулятор пищевого поведения, но и один из основных гормональных участников биохимического регуляторного каскада пубертата. Известно, что его избыток в юном возрасте тормозит гонадотропную функцию гипоталамо-гипофизарной системы и, соответственно, способствует задержке пубертата [9].

Наряду с нейроэндокринным менеджментом, процессами полового созревания управляют эссенциальные химические элементы (ЭХЭ). Причем дисбаланс последних приводит к сбою нейроэндокринной регуляции репродуктивной системы [10]. Целый ряд исследований, в том числе наши, указывают на определенную взаимозависимость ЭХЭ с группой токсических химических элементов (ТХЭ) и отмечают особый характер соотношения этих ХЭ у мальчиков-подростков с задержкой полового развития (ЗПР) на фоне ожирения. В частности, у них в моче определяется высокий уровень такого ТХЭ, как свинец [11][12]. Показано, что особый тип микроэлементоза может индуцировать возникновение как дефицита, так и избытка массы тела, способствуя целому ряду метаболических осложнений. ТХЭ (свинец, кадмий и др.), по сути, являются физиологическими антагонистами важнейших ЭХЭ (цинк, селен, медь и др.). Определенная палитра ХЭ в организме детерминирует секрецию люлиберинов и гормонов аденогипофиза, что доказывает их значимость в организации работы репродуктивной оси. В ряде территорий, эндемичных по избытку некоторых ТХЭ, присутствие хронического оксидантного стресса в организме может стать дополнительным, чрезвычайно опасным триггером для нарушения здоровья, особенно ребенка в период полового созревания [10][13].

Изучение особенностей соотношения уровня лептина и ряда токсических и эссенциальных химических микроэлементов в биологических средах у мальчиков-подростков 13–14 лет с ожирением и ЗПР.

Место проведения. Научно-исследовательский институт акушерства и педиатрии ФГБOУ ВО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России, Ростов-на-Дону (НИИАП РостГМУ).

Время исследования. Период с марта 2015-го по сентябрь 2019 гг.

Популяция: подростки школьного возраста, обследуемые в рамках диспансеризации школьников г. Ростова-на-Дону.

В исследование включены 59 подростков 13–14 лет, из которых сформированы три группы: две основные (1-я и 2-я группы), с конституционально-экзогенным ожирением (КЭО) 1–2 степени и одна — сравнения (3-я группа), с нормальной массой тела. Первая группа — 20 подростков без вторичных признаков полового созревания (объем тестикул менее 3–4 мл); вторая группа — 24 подростка с 2–4 стадией полового созревания по Таннеру и третья группа — 15 мальчиков без отклонений в половом созревании (2–4 стадия полового созревания по Таннеру). В ходе исследования ни один участник не выбыл из группы и не было зарегистрировано ни одного нежелательного явления после инвазивных вмешательств с целью забора биологического материала.

Критерии включения: возраст от 13 до 14 лет; конституционально-экзогенное ожирение (КЭО) 1–2-й степени без вторичных признаков полового созревания (отсутствовал объем тестикул, равный 3–4 мл); с вторичными признаками полового созревания (2–4 стадии по Таннеру) и здоровые мальчики без отклонений в массе тела и половом развитии (2–4 стадии по Таннеру).

Критерии невключения: дети и подростки других возрастов; врожденные и приобретенные пороки развития, включая хромосомные и генетические заболевания; крипторхизм; гипогонадизм; другие эндокринные заболеваниями (сахарный диабет, гипопитуитаризм, гипотиреоз и т.д.).

Критерии прекращения участия в исследовании: отказ от участия в исследовании.

Сплошной способ формирования выборки.

Одноцентровое, интервенционное, одномоментное (поперечное), одновыборочное, неконтролируемое, сравнительное исследование.

С целью получения искомых данных вначале проведена оценка антропометрических показателей и некоторых физиологических особенностей организма подростков, затем проводилось гормонально-микроэлементное исследование биологических сред, полученных в утренние часы (сыворотка периферической крови и моча).

Степень полового развития оценивалась согласно стадиям полового развития по Таннеру. Объем тестикул определялся методом УЗИ, ожирение выставлялось на основании расчета индекса массы тела (ИМТ) по формуле Кетле (отношение веса в килограммах к росту в квадрате, выраженному в метрах, кг/м²). Согласно федеральным клиническим рекомендациям «Оценка физического развития детей и подростков» (2017 г.), с учетом рекомендаций ВОЗ (2011 г.), ожирение у детей и подростков от 0 до 19 лет определяли как ИМТ, равный или более +2,0 SDS ИМТ. Степени ожирения оценивались как I — SDS ИМТ 2,0–2,5; II — SDS ИМТ 2,6–3,0; III — SDS ИМТ 3,1–3,9. Критерии невключения устанавливали на основании документального подтверждения возраста (свидетельство о рождении или паспорт), диагнозов в истории болезни ребенка о наличии хромосомных, генетических или других эндокринных заболеваний, подтвержденных результатами клинико-лабораторных и инструментальных исследований, а также общего осмотра (в частности, крипторхизм).

Микроэлементный (МЭ) состав утренней мочи (свинец (Рb), цинк (Zn), селен (Se), хром (Cr) и марганец (Mn)) устанавливался абсорбционным методом, анализатором «Квант -Z» (ООО «Кортекс», Россия), в мкг/л. Сывороточный уровень гормонов (лептин (нг/мл), фолликулостимулирующий и лютеинизирующий гормон (в МЕ/л), тестостерон (нмоль/л)) определялся методом иммуноферментного анализа.

Статистическую обработку полученных данных и их значимость проводили с помощью лицензионного пакета Statistica 6.0, расчет критерия Уилкоксона для независимых выборок с поправкой на множественную проверку гипотез (поправка Бонферрони). Значимость различий определялась при р=0,05.

На все проводимые обследования было получено письменное согласие родителей или другого официального представителя и разрешение локального этического комитета. Исследование было одобрено на заседании этического комитета НИИАП РостГМУ от 16 января 2015 г. (протокол №2).

На первом этапе исследования были оценены антропометрические данные и ряд физиологических особенностей организма подростков групп сравнения. Установлено, что у мальчиков-подростков 1-й группы в основном преобладал равномерный тип распределения подкожно-жировой клетчатки (ПЖК) — 59,8%, у 10,5% — гиноидный тип и в 29,7% — андроидный.

Во 2-й группе в 100% распределение ПЖК равномерное. В группах с ожирением отмечался гипергидроз ладоней и стоп (в 1 — 60,0% и 2 — 33,3%) и ложная гинекомастия (в 1 — 59,7% и 2 — 20,8%). SDS ИМТ в 3 группе был достоверно ниже относительно показателей основных групп. Объем яичек в 1 группе был значимо меньше относительно 2 и 3-й групп (таблица 1).

На втором этапе проводилось гормонально-микроэлементное исследование биологических сред (сыворотка крови и моча).

Оценка особенностей гормонального фона (таблица 2) показала наибольшие значения лептина, на уровне тенденции, у мальчиков-подростков с ожирением в 1-й и 2-й группах и наименьшие — в группе контроля. Уровни гонадотропинов были наименьшими в 1-й группе и наибольшими в 3-й группе. Значимые различия получены с контрольной группой в 1-й группе по уровню ФСГ и ЛГ, а во 2-й — только по уровню ФСГ. Содержание общего тестостерона имело аналогичное распределение с уровнями гонадотропинов. Достоверность отличий установлена относительно контрольной группы в 1-й и 2-й группах.

При анализе микроэлементного состава мочи у исследуемых мальчиков проведена оценка уровня как ЭХЭ, так и ТХЭ. Из группы ТХЭ изучалась концентрация свинца, а в группе ЭХЭ — цинк, селен, марганец и хром (таблица 3). Содержание свинца было статистически значимо выше в 1-й группе относительно пациентов 2-й группы и группы контроля. Причем у мальчиков с ЗПР абсолютные значения уровней свинца в моче были максимальными. Между тем другая тенденция установлена в содержании ЭХЭ. У мальчиков с ожирением обнаружено достоверно более низкое содержание цинка в сравнении с группой контроля, и минимальные его уровни отмечены в 1-й группе. Другие ЭХЭ тоже были снижены у пациентов с ожирением относительно группы контроля. Статистически значимое снижение селена и хрома выявлено у подростков 1-й группы к группе контроля. У мальчиков основных групп определено более низкое содержание марганца, нежели у подростков с нормальным ИМТ и физиологическими темпами пубертата. Однако статистическая значимость имелась только в группе с ожирением и ЗПР, а во 2-й группе — отличия на уровне тенденции.

Набор участников для исследования проводился только в федеральном учреждении.

Механизмы пубертата у девочек и мальчиков различны. Для девочек одним из необходимых триггеров полового созревания считается определенный объем жировой ткани. Ввиду того, что именно в жировой ткани происходит ароматизация андрогенов в эстрогены, так как она является дополнительным пулом эстрогенов на периферии и участником процесса запуска пульс-секреции люлиберина и циклической секреции гонадотропинов в центральной нервной системе. А вот для мальчиков, напротив, избыток жировой ткани и, следовательно, эстрогенов в пубертате ингибирует андрогенные стимулы на органы мишени [3]. Лептин имеет прямую корреляцию с объемом жировых масс в организме человека, и наши данные подтверждают эту зависимость и не только, так как максимальные концентрации лептина в группе с ЗПР являются косвенным подтверждением ретенции лептина на гипоталамо-гипофизарно-гонадную ось и, как следствие, половое развитие [8][9].

Результаты микроэлементной эндосреды у мальчиков установили определенный сдвиг в содержании токсических и эссенциальных МЭ в случае присутствия у подростка ожирения. Вектор смещен в сторону преобладания уровней ТХЭ, в частности свинца, и снижения ЭХЭ — цинк, селен, хром и марганец. Причем у мальчиков с ЗПР наблюдались максимальные концентрации свинца в моче. По нашему мнению, этому может быть несколько возможных объяснений. Прежде всего, результат техногенного загрязнения атмосферы способствует высокому содержанию этого ТХЭ в организме детей, проживающих на загрязненной территории. В основном кумуляция свинца происходит в жировой ткани, которая как «щит», защищая другие органы и ткани от негативного влияния тяжелых металлов, адсорбирует их в себе, соответственно, уровни свинца будут преобладать у детей с ее избытком [10][14]. Еще в литературе описываются свойства свинца напрямую стимулировать гены печеночного глюконеогенеза и в высоких концентрациях вызывать нарушение углеводного обмена, вплоть до сахарного диабета 2 типа, и дислипидемию, способствуя формированию ожирения [15][16]. Помимо прочего, для ожирения характерен повышенный оксидативный стресс, и детский организм не является исключением, а состояние тканевой гипоксии способствует нарушению перфузии и кумуляции тяжелых металлов в тканях и клетках организма. Избыточные концентрации свинца в организме ребенка, страдающего ожирением, в период полового созревания крайне негативно сказываются на синхронности работы звеньев гипоталамо-гипофизарно-тестикулярной оси, так как свинец обладает прямым и опосредованным повреждающим действием на различные звенья этой функциональной системы [17], и это подтверждают результаты нашего исследования. В группе детей с ожирением и без вторичных половых признаков определены значимо низкие концентрации тестостерона и гонадотропинов в отличие от групп сравнения, где имело место нормальное становление вторичных половых признаков.

Рассуждая о цинке, известно его положительное влияние на репродуктивную систему. Он обладает способностью накапливаться в половых органах и стимулировать развитие вторичных половых признаков. В связи с чем дефицит этого ЭХЭ в период полового созревания может приводить к задержке пубертата. Зная о влиянии низких концентраций цинка на формирование лептинорезистентности и гиперлептинемии [18], наши результаты согласуются и подтверждают роль дефицита цинка в процессах девиации метаболизма и прогрессии ожирения у мальчиков-подростков.

Как и цинк, селен ответственен за развитие функционального слоя мужских половых гонад, защиту сперматозоидов от окислительного стресса, в связи с чем становится понятно, почему у мальчиков-подростков с ЗПР уровень данного ЭХЭ снижен [13]. Olechnowicz J. с соавт. (2017 г.) в своем исследовании тоже показали, что концентрация селена снижена у пациентов с ожирением, независимо от возраста и пола [19], и имеет обратную связь с инсулинорезистентностью.

Если же говорить о влиянии хрома на репродуктивную ось и метаболизм, то указывается, что его дефицит, который наблюдался у мальчиков-подростков с ожирением и в нашем исследовании, способствует нарушению репродуктивной функции у мужчин, толерантности к глюкозе, инсулинорезистентности и ожирению. С другой стороны, употребление высокоуглеводистой пищи приводит к снижению уровня хрома. То есть формируется «замкнутый круг»: инсулинорезистентность и гиперинсулинизм, нарушение толерантности к глюкозе, при недостатке хрома, которые вызывают изменение пищевого поведения по типу переедания и, как следствие, сбой липогенеза и ожирение, что еще больше усугубляет дефицит этого МЭ, так как препятствует накоплению хрома в организме [20].

Марганец — важный элемент, участвующий в синтезе и активации многих ферментов, а также в регуляции метаболизма глюкозы и липидов у людей. Он один из необходимых компонентов супероксиддисмутазы, отвечающей в основном за улавливание активных форм кислорода при окислительном стрессе митохондрий. И как дефицит, так и интоксикация Mn связаны с неблагоприятными метаболическими и психоневрологическими эффектами. Mn всасывается через желудочно-кишечный тракт и быстро концентрируется в органах, богатых митохондриями, такими как печень, поджелудочная железа и гипофиз [10][11]. Такой вариант микроэлементоза у мальчиков-подростков с ожирением, возможно, указывает на присутствие в их организме избытка продуктов окисления на фоне тормозящих влияний в центральных отделах репродуктивной оси, что в случае более выраженного дефицита Мn, который установлен нами в 1 группе, предрасполагает к ЗПР.

Суммируя полученные результаты и известные мнения о гормонально-микроэлементной изменчивости в организме мальчиков-подростков в период пубертата, установленные особенности уровня лептина, как важного коррелята липидного и углеводного обмена [2][9], и определенное соотношение ряда токсических и эссенциальных микроэлементов может внести определенный вклад в патогенез задержки полового развития у мальчиков с ожирением. Возникающая диссоциация микроэлементов в результате экзо- и эндогенных воздействий, по-видимому, может вызвать нарушение метаболизма, сдвиги углеводного и липидного обмена, тем самым активируя лептин и резистентность рецепторной системы к нему, избыточные количества свободных фракций которого, в свою очередь, отрицательно сказываются на гомеостазе микроэлементов [10][14].

Таким образом, определение уровня лептина и ряда химических микроэлементов, таких как свинец, цинк, селен, хром и марганец, может использоваться в качестве прогностической и диагностической панели возможного отклонения пубертата у мальчиков-подростков с КЭО. В случае же имеющейся ЗПР определение этих биологических маркеров позволит наиболее оптимально определить лечебную стратегию, максимально эффективно восстановить морфофункциональный сдвиг и минимизировать риски репродуктивных расстройств для здоровья в дальнейшем.

Как таковых явных ограничений в проведенном исследовании нет. Однако, возможно, могут быть какие-то смещения результатов. Нами не брался в учет национальный или расовый фактор. Не стоит исключать, что исследование проведено на небольшой выборке мальчиков-подростков в одном учреждении, то есть его следует отнести к одноцентровому пилотному исследованию с оценкой «случай-контроль». Ну и, конечно же, не проводился сравнительный межтерриториальный анализ. Исследованная группа подростков проживает в пределах Ростовской области, в одной экологической нише, имеющей определенную схожую долю распределения микроэлементов в окружающей среде.

Мы планируем продолжить эту работу по изучению особенностей и влияния на метаболические процессы и половое развитие мальчиков-подростков гормонально-микроэлементного состава внутренней биологической среды с учетом устранения перечисленных факторов, которые не были введены в данное пилотное исследование.

Результаты нашего исследования показали, что в организме мальчиков подростков с ожирением и ЗПР имеется избыток лептина, накопление тяжелых металлов и дефицит эссенциальных микроэлементов. Полагаем, что такой биохимический фон будет способствовать прогрессированию окислительного стресса, приводя к тканевой гипоксии, нарушая функциональную активность репродуктивной оси, на что указывает низкое содержание тестостерона и гонадотропных гормонов. Менее выраженные сдвиги в уровне лептина и микроэлементов у мальчиков-подростков с ожирением, но без признаков ЗПР, определяет сбой в нейроэндокринной регуляции, и не оказывает влияние на половое развитие. Напротив, гомеостаз гормонально-микроэлементного состава биологических сред организма мальчиков контрольной группы без отклонений в метаболизме и половом созревании обеспечивает гармоничное их развитие. Следовательно, микроэлементный дисбаланс у мальчиков-подростков с КЭО является очень важным и одним из решающих факторов, стимулирующих задержку полового развития.

Источники финансирования. Исследование проведено в рамках выполнения государственного задания.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.

Благодарности. Коллектив авторов выражает благодарность Дышековой Оксане Викторовне за помощь в переводе оригинальных статей на английском и немецком языках, заведующей отделением клинико-диагностической лаборатории НИИАП РостГМУ за помощь в проведении лабораторных исследований.