Основная цель данной работы: выявить и проанализировать роль генетических и экологических факторов в развитии сахарного диабета, установить их комплексность.
Сахарный диабет, в своем эпидемическом масштабе, является не столько генетической судьбой, сколько следствием несоответствия между сформированным генотипом и современным образом жизни. Дальнейшие усилия должны быть сосредоточены на интеграции генетических данных в клиническую практику для реализации концепции рабочей профилактики, способной остановить глобальную пандемию диабета.
Abstract: This report draws the attention of the medical community to the combined genetic and environmental factors involved in the development of diabetes.
The primary objective of this study is to identify and analyze the role of genetic and environmental factors in the development of diabetes and to establish their complexity.
Diabetes mellitus, in its epidemic proportions, is not so much a genetic fate as a consequence of the mismatch between the established genotype and modern lifestyle. Future efforts should focus on integrating genetic data into clinical practice to implement the concept of effective prevention capable of halting the global diabetes pandemic.
Keywords: Diabetes mellitus, genetic factors, environmental factors, development risk, insulin, biochemical testing.
Актуальность темы носит комплексный характер:
- Научная актуальность:раскрытие механизмов взаимодействия генома и среды находится на переднем фоне биомедицинских исследований.
- Клиническая актуальность:понимание этих механизмов необходимо для ранней диагностики, определения типов сахарного диабета, прогнозирования развития, а самое главное для эффективной профилактики возникновения и развития заболевания.
- Социально-экономическая актуальность:борьба с глобальной пандемией диабета невозможна без выявления и коррекции управляемых факторов (экологических) у генетически предрасположенных лиц, что является наиболее реальной стратегией для систем здравоохранения.
Исследование генетических и экологических факторов развития сахарного диабета — это не просто академический интерес, а насущная необходимость для улучшения качества жизни миллионов людей во всем мире.
Гипотеза: возникновение сахарного диабета может быть связано с некоторыми наследственными генами, передающимися из одного поколения в другое и/или с воздействием на человека внешних экологических факторов (например, отсутствие физической активности, неправильное питание) и образа жизни (например, избыток стресса, жизнь в загрязненной окружающей среде). Развитие сахарного диабета (как 1-го, так и 2-го типа) является результатом сложного взаимодействия генетической предрасположенности и факторов окружающей среды. В соответствии с поставленной целью и сформулированной гипотезой были определены следующие задачи исследования:
- Провести системный анализ научной литературы для определения спектра ключевых генетических маркеров.
- Классифицировать и оценить влияние экологических факторов (образ жизни, окружающая среда). Проанализировать представления о механизмах взаимодействия генетической предрасположенности и факторов окружающей среды в патогенезе сахарного диабета.
- Оценить распространенность ведущих факторов риска (наследственность, ожирение, характер питания, стресс) при анализе пациентов с сахарным диабетом.
- Оценить вклад генетических и экологических факторов в риск развития заболевания, определить, какой из компонентов (наследственность или образ жизни) является доминирующим для разных типов диабета в изучаемом исследовании.
- На основе полученных данных разработать рекомендации по профилактике и ранней диагностике заболевания.
Объект исследования: этиология и патогенез сахарного диабета.
Предмет исследования: взаимодействие генетических и экологических факторов в развитии сахарного диабета 1 и 2 типа.
Введение. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (далее – ВОЗ) имеет место следующее определение сахарного диабета — это серьезное хроническое заболевание, которое развивается, когда поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина (это гормон, регулирующий содержание сахара в крови, или глюкозы), или когда организм не может эффективно использовать выработанный им инсулин. Современная наука всё же определяет сахарный диабет как заболевание, этиология которого основана на сложном взаимодействии генетической предрасположенности и факторов окружающей среды. При этом механизмы и характер этого взаимодействия принципиально различаются для двух основных типов заболевания.
- Сахарный диабет 1 типа традиционно рассматривается как аутоиммунное заболевание, при котором наследственная предрасположенность определяет индивидуальный риск, а факторы окружающей среды (вирусные инфекции, особенности диеты в раннем возрасте, гигиенические условия) выступают как запускающие процесс разрушения инсулин-продуцирующих бета-клеток поджелудочной железы.
- Сахарный диабет 2 типа, на долю которого приходится более 90% всех случаев, является наглядным примером «болезни цивилизации». Заболевание происходит под мощным влиянием экзогенных факторов: несбалансированного питания, приводящего к ожирению, хронического стресса и старения.
По данным Международной диабетической федерации [1], в 2021 году во всём мире диабетом страдали 537 миллионов человек в возрасте от 20 до 79 лет. Это составляет 10,5 % мирового населения в этой возрастной группе. По прогнозам, к 2045 году общее число взрослых с этим заболеванием увеличится до 787 миллионов (12,2 % мирового населения).
Изучение в совокупности генетических и экологических факторов развития сахарного диабета помогает бороться с ростом заболевания, тем самым повышая эффективность профилактических мероприятий.
Генетические маркеры сахарного диабета. Исследования выявили наличие на различных хромосомах многочисленных локусов, участвующих в наследственной передаче предрасположенности к сахарному диабету I типа (аутоиммунного), главным из которых является локус IDDM1. Его значимость рассмотрена в работе Чистякова Д.А. и Дедова И.И. [2]. Предрасположенность с высокой степенью риска к развитию СД 1 сочетается с гаплотипами DR3 и DR4. Предрасположенность с умеренной степенью риска сочетается с гаплотипами HLA: DR1, DR8, DR9, DR10. Предрасположенность с низкой степенью риска сочетается с гаплотипами DR2 и DR5. Относительно сахарного диабета II типа (полигенного) обнаружено около 20 генов, полиморфизмы в которых являются факторами риска возникновения генетического сахарного диабета данного типа, среди которых гены функции β-клеток и секреции инсулина; гены действия инсулина и инсулинорезистентности и иные генетические маркеры (ген ADIPOQ, ген HHEX, ген UCP2, который кодирует белок-регулятор).
Экологические факторы развития сахарного диабета. Экологические факторы развития сахарного диабета можно классифицировать по степени доказательности и оказания влияния. К высокому уровню доказательности относят модифицированные факторы образа жизни человека. К таким факторам относятся: питание (нерациональное, употребление кофе, чая, алкоголя); курение; отсутствие физической активности (неподвижный образ жизни).
| Фактор | Механизм влияния | Оценка влияния (Относительный риск) | Взаимодействие с генами |
| Ожирение и висцеральный жир | Инсулинорезистентность, хроническое воспаление | 50-80% случаев СД2. Ключевой драйвер эпидемии. | У носителей рисковых генов FTO и TCF7L2 ожирение многократно увеличивает риск по сравнению с носителями тех генов без ожирения |
| Отсутствие физической активности, неподвижный образ жизни | Снижение утилизации глюкозы мышцами, накопление висцерального жира. | Регулярная физическая активность (150 мин/нед) снижает риск на 30-40%. Сидячий образ жизни в разы увеличивает развитие диабета. В одном исследовании каждый час просмотра телевизора увеличивал риск развития диабета в течение 3,2 года на 3,4 %. | Физическая активность может ослабить влияние генетической предрасположенности (генетического риска). То есть, занятия спортом могут влиять на работу генов, регулирующих метаболизм, восстановление и адаптацию к физическим нагрузкам, и как следствие снизить влияние негативных генетических факторов |
| Питание | Избыток калорий, насыщенных жиров, трансжиров, рафинированных углеводов, дефицит клетчатки, содержание в пище или воде токсичных веществ, таких как нитритов, нитратов и нитрозаминов. | Диета с высоким гликемическим индексом. Высокое потребление клетчатки: снижение риска на 20-30%. Эпидемиологические исследования показывают, употребление более трёх чашек кофе в день, риск развития СД2 снижается на 10–15%. Риски, связанные с употреблением алкоголя, зависят от дозы | Ген-диета: У носителей гена TCF7L2 риск выше при низком потреблении клетчатки. Вариант GCKR модулирует влияние углеводов. |
| Курение | Окислительный стресс, воспаление, инсулинорезистентность. | Активное курение: ~10% случаев СД2. | Усиливает риск у лиц с генетической предрасположенностью к сердечно-сосудистым осложнениям. |
| Нарушение циркадных ритмов организма (недосып, нарушение сна) | Нарушения в выработке и контроле уровня кортизола, гормона, вырабатываемого корой надпочечников, лептина, мелатонина; повышение инсулинорезистентности. | Работа в ночную смену >10 лет. Недосып (<6 ч). Самый низкий риск развития диабета наблюдается при продолжительности сна 7–8 часов в сутки | Взаимодействие с полиморфизмами «часовых» генов. «Часовые» гены обеспечивают соответствие состояния организма суточным (циркадным) циклам изменений условий его существования. К таким генам относятся: CLOCK, BMAL1, PER, CRY |
Следует также отметить и некоторые специфические факторы, к которым относятся:
- Вирусные инфекции (энтеровирусы Коксаки В, ротавирус). Например, научно доказано, энтеровирусная инфекция, перенесённая во время беременности или на протяжении жизни ассоциирована с появлением островкового аутоиммунитета и СД1.
- Дефицит витамина D: Иммуномодулирующая роль. Витамин D имеет регулирующую функцию в секреции инсулина, выживании бета-клеток и потоке кальция в бета-клетках поджелудочной железы. Потребление витамина D на ранних этапах жизни снижает риск развития СД 1.
Материалы и методы. В соответствии с намеченной целью и поставленными задачами, применены теоретические и эмпирические методы исследования.
Подлежали исследованию собранные теоретические сведения, результаты диагностического исследования пациентов (8 человек), анализ собранных данных и сведений на предмет выявления наиболее значимых факторов при установлении диагноза «сахарный диабет».
Краткая характеристика пациентов
| Пациент (возраст, тип СД) | Продолжительность жизни с СД | Симптомы СД | Метод исследования (клиника) | Факторы возникновения и развития СД | Профилактика СД |
| Пациент 1 (65 лет, СД2) | 18 лет | Сильная жажда; Ощущение сухости во рту | Клинический анализ крови | Приобретенный | Принимает лекарственные препараты, соблюдает диету, имеет стабильную физическую активность |
| Пациент 2 (16 лет, СД1) | 5 лет | Сильная жажда; Ощущение сухости во рту;
Частая отдышка; Слабость; Аритмия; Потеря веса |
Обследование при госпитализации после жалоб на плохое самочувствие | Наследственный (имелась предрасположенность от 2 представителей 2 степени родства) | Контролирует питание (прием пищи в определенное время), меряет сахар, внутримышечно принимает препараты перед каждым приемом пищи |
| Пациент 3 (15 лет, СД1) | 13 лет | Сильная жажда; Ощущение сухости во рту; слабость | Пациент был в шаге от диабетической комы, по симптомам смогли определить заболевание и обратились к врачу | Приобретенный | Контролирует питание, пользуется инсулиновой помпой, принимает препараты |
| Пациент 4 (66 лет, СД2) | 2 года | Сильная жажда; ощущение сухости во рту; зуд | Клинический анализ крови | Наследственный (имелась предрасположенность у одного представителя 2 степени родства) | Контролирует питание, принимает препараты |
| Пациент 5
(87 лет, СД2) |
2 года | Симптомов не было | Клинический анализ крови | Приобретенный | Контролирует питание, принимает препараты |
| Пациент 6
(78 лет, СД2) |
2 года | Слабость | Клинический анализ крови | Приобретенный | Контролирует питание, принимает препараты |
| Пациент 7
(76 лет, СД2) |
20 лет | Ожирение, постоянная жажда, зуд, чувство голода, сбит режим сна | Клинический анализ крови | Приобретенный | Не контролирует питание (из-за чего ухудшается состояние), принимает препараты |
| Пациент 8
(89 лет, СД2) |
30 лет | Слабость, жажда, жар | Клинический анализ крови | Приобретенный | Контролирует питание, принимает препараты |
Результаты и обсуждения исследования.
Проанализировав данные пациентов и показатели их анализов, изучив теоретические сведения гипотеза подтверждена относительно того, что генетические и экологические факторы имеют между собой прямую неразрывную связь. В форме таблицы представлены результаты исследования.
| Пациент | Генетическая предрасположенность (факторы) | Общие симптомы | Экологические факторы |
| 1 | Нет | Сильная жажда; усталость | Малоподвижный образ жизни; стресс |
| 2 | Два представителя 2 степени родства с приобретенным СД 2 | Сильная жажда; усталость | Хронический стресс |
| 3 | Нет | Сильная жажда; усталость | Сильный стресс; перенесенная инфекционная болезнь |
| 4 | Есть | Сильная жажда; усталость | Малоподвижный образ жизни; проблемы со здоровьем; стресс |
| 5 | 2 года | Слабость | Малоподвижный образ жизни |
| 6 | 20 лет | Ожирение, постоянная жажда, зуд, чувство голода, сбит режим сна | Малоподвижный образ жизни, стресс |
| 7 | 30 лет | Слабость, жажда, жар | Малоподвижный образ жизни, стресс |
| 8 | 2 года | Слабость | Малоподвижный образ жизни |
В исследуемой популяции (пациенты 2,4) доминирующим компонентом риска развития при высокой степени наличия генетической предрасположенности (причем, не обязательно от родственников 1 степени родства) развитие сахарного диабета подкрепляется такими экологическими факторами, как хронический стресс и малоподвижный образ жизни. Генетическая предрасположенность модулирует индивидуальную восприимчивость к образу жизни, но не является ведущей причиной в общем.
Относительно пациентов 1,3, 5, 6, 7, 8 при отсутствии предрасположенности, движущим рычагом развития является малоподвижный образ жизни, стресс, а также безусловно развитие детерминировано генетической предрасположенностью.
Факторы окружающей среды (вирусные инфекции, стресс, неподвижный образ жизни), несомненно, играют роль триггеров, запускающих аутоиммунный процесс, а также самостоятельный популяционный вклад в развитие данного заболевания.
Заключение. Проведенное комплексное исследование генетических и экологических факторов развития сахарного диабета подтвердило гипотезу о том, что этиология заболевания представляет собой результат не простого суммирования, а сложного взаимодействия наследственной предрасположенности и факторов окружающей среды. Механизмы и доминирующие компоненты этого взаимодействия могут различаться для основных типов диабета, что имеет значение для разработки профилактических стратегий.
- Роль генетики:наследственная предрасположенность, определяемая как семейным анамнезом, создает индивидуальную восприимчивость.
- Роль среды:факторы окружающей среды (вирусные инфекции, стресс, малоподвижный образ жизни) выступают в качестве необходимых триггеров, запускающих аутоиммунный процесс у генетически предрасположенных лиц, а также могут выступать самостоятельным провоцирующим фактором, усиливающим риск возникновения и развития сахарного диабета.
Результаты исследования позволяют перейти от общих представлений к конкретным действиям:
- Для системы здравоохранения:обоснована необходимость перехода от всеобщего к скринингу на сахарный диабет, фокусируя ресурсы на группах максимального комбинированного риска (стресс/малоподвижный образ + отягощенная наследственность). Кроме того, актуально целенаправленное наблюдение за родственниками больных.
- Для профилактики:следует применять двухуровневую модель профилактических вмешательств. Первичная профилактика сахарного диабета должна быть агрессивной и нацеленной на коррекцию модифицируемых факторов риска (программы психологической помощи населению, повышения физической активности), особенно у лиц с высокой степенью риска.
- Для персонализированной медицины:исследование подтверждает, что будущее диабетологии лежит в области генетического профилирования риска с необходимостью разработки индивидуальных превентивных рекомендаций по образу жизни.
76.29.37 Эндокринология медицинская. Расстройства питания и нарушения обмена веществ
76.01.05 Материалы общего характера
References
1. https://diabetesatlas.org/Международная федерация диабета (International Diabetes Federation, IDF)2. Балаболкин М.И., Дедов И.И. Генетические аспекты сахарного диабета // Программные доклады по проблеме «Сахарный диабет в 21 веке», эндокринологический научный центр РАМН, Москва. - https://cyberleninka.ru/article/n/geneticheskie-aspekty-saharnogo-diabeta-1
3. Водолагин, М.В. Оценка влияния медико-социальных факторов на приверженность пациентов с сахарным диабетом к модификации образа жизни / М.В. Водолагин, Н.В. Эккерт, В.В. Козлов // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. – 2021. – Т.13(5). – С. 247-263.
4. Дедов И.И., Чистяков Д.А. Сахарный диабет. – 1999, 3(4), 52-56.
5. Зеленова О.В. Клинико-экономический анализ различных стратегий профилактики сахарного диабета 2 типа / О.В. Зеленова, М.Ф. Калашникова, Е.А. Крекнина и др. // Современные проблемы здравоохранения и медицинской статистики. – 2020. – Т. 3. – С. 275-295.
6. Каракушикова А.С., Шортанбаев А.А. Ассоциации антигенов системы HLA первого класса у больных сахарным диабетом 1-го типа. // Современные подходы к диагностике и лечению в медицине: иммунологические и биохимические методы исследования: Матер. II Респуб. науч.-практ. конф. —Алматы. — 2001. — С. 28-29
7. Климонтов В. В., Солдатова Г. С. Профилактика сахарного диабета. Новосибирск: РИЦ НГУ, 2014. 47 с.
8. Максимов А.Ю., Ширинкина А.С. Генетические факторы предрасположенности к сахарному диабету 2 типа // Вестник пфиц, Москва. – 2020.
9. Титович Е.В., Кураева Т.Л., Иванова О.Н., и др. Прогнозирование сахарного диабета 1 типа в семьях больных (проспективное 16-летние наблюдение). Акцент на будущее // Сахарный диабет. - 2014. - Т. 17. - №3. - C. 83-89
10. Хитарьян А.Г. Сахарный диабет 2 типа – симптомы и лечение // Сайт «Проболезни», Москва. – 2023.