Селен: антиоксидант, играющий важную роль в борьбе со старением

Старение характеризуется дисбалансом между повреждением, наносимым активными формами кислорода (АФК), и антиоксидантной защитой организма. Являясь важным питательным фактором, микроэлемент селен (Se) может реконструировать постепенные и спонтанные физиологические изменения, вызванные окислительным стрессом, потенциально приводя к профилактике заболеваний и здоровому старению. Селен участвует в улучшении антиоксидантной защиты, иммунных функций и метаболического гомеостаза. Недостаточный статус Se может снизить продолжительность жизни человека, ускоряя процесс старения или повышая уязвимость к различным нарушениям, включая дисфункцию иммунитета и риск развития рака. По материалам свежего (от 05.10.22) обзора, опубликованного в международном журнале Molecules (2022 Oct). В обзоре освещаются доступные исследования эффективной роли Se в механизмах старения и показаны потенциальные клинические последствия, связанные с его потреблением. Также обсуждаются основные источники органического Se и преимущества его наноформуляций.

Старение и микроэлемент селен (Se)

Старение является важным фактором риска развития многих возрастных заболеваний. Поскольку в глобальном масштабе наблюдается устойчивая тенденция к старению человеческого населения, число заболеваний, связанных со старением, также постепенно увеличивается. Патогенез различных нарушений здоровья, включая нейродегенеративные заболевания или рак, обусловлен накоплением активных форм кислорода (АФК), которые вызывают окислительный стресс и воспаление, которые являются основными факторами клеточного старения.

Как правило, старение характеризуется дисбалансом между повреждением, наносимым АФК, и антиоксидантной защитой организма. Свободные радикалы могут образовываться из-за воздействия загрязнителей окружающей среды, ионов металлов, радиации или побочных продуктов метаболизма лекарственных средств. Образование АФК и окислительное повреждение биомакромолекул (нуклеиновых кислот, липидов и белков) могут представлять собой подходящую среду для развития возрастных заболеваний.

Эндогенные защитные механизмы человеческого организма не могут обеспечить полную профилактику повреждений, нанесенных активными формами кислорода (АФК), и для этой цели особенно важны различные природные источники пищевых антиоксидантов. Антиоксидантные свойства многих полифенолов, витаминов и микроэлементов хорошо известны. Дефицит питательных микроэлементов, таких как витамины и минералы, может подавлять иммунитет и вызывать предрасположенность к инфекционным заболеваниям, раку, нейродегенерации, сердечно-сосудистым заболеваниям и гормональному дисбалансу. Природные антиоксиданты, как эффективные поглотители свободных радикалов, незаменимы для профилактики и лечения многих возрастных заболеваний.

Микроэлемент селен (Se) рассматривался как пищевая добавка для улучшения здоровья, поскольку он обладает ценными антиоксидантными свойствами. Он может реконструировать постепенные и спонтанные биохимические и физиологические изменения, потенциально приводящие к профилактике заболеваний и здоровому старению, поскольку он участвует в улучшении антиоксидантной защиты, иммунных функций и метаболического гомеостаза. Селен естественным образом содержится в воде, почве и пище. Аминокислоты, пептиды и ферменты считаются основными биологически важными органическими соединениями, содержащими Se. Селеноцистеин, замещенный S-to-Se вариант аминокислоты цистеина, является ключевым компонентом селенопротеинов. Таким образом, физиологический эффект Se в основном обусловлен его включением в селенопротеины.

Следует отметить, что у людей было обнаружено 25 селенопротеинов. Селенопротеины участвуют во многих метаболических и функциональных процессах, таких как старение, рак или инфекция. Таким образом, содержащий Se фермент глутатионпероксидаза может помочь снизить реакции свободных радикалов до допустимого уровня, подавляют окислительный стресс. Ученые сообщают, что дефицит Se может вызвать иммунную недостаточность, значительно повышая восприимчивость к патогенам или даже к раку. Например, полезные для здоровья функции селенопротеина К были доказаны на примере функционирования иммунной системы.

Согласно рекомендациям ВОЗ, ежедневное потребление Se взрослыми должно составлять 40-70 мкг / день в зависимости от пола и состояния организма (вес, статус беременности у женщин и т. д.). Тем не менее, среднее содержание Se в ежедневном рационе довольно часто не достигает этого уровня. Типичный уровень ежедневного потребления колеблется в пределах 30-50 мкг / день.

Неконтролируемое потребление продуктов, обогащенных Se, может привести к отравлению. Таким образом, Se можно рассматривать как микроэлемент, характеризующийся очень узким диапазоном концентраций в организме человека между дефицитным, оптимальным физиологическим и токсичным уровнями. Польза селена для организма человека чаще всего оценивается во время исследований его содержания в биологическом материале (кровь, плазма, моча, ткани) или активности глутатионпероксидазы. Нормальный диапазон для Se в плазме составляет около 120-160 нг/мЛ.

Дефицит селена, от которого страдает около миллиарда человек во всем мире, может существенно повлиять на здоровье. Во многих странах Se может быть недостаточно из-за его низкой концентрации в почвах и, соответственно, в растениях, которые растут на этом субстрате. Такие известные эндемические азиатские заболевания, как Кешан и Кашин–Бек (деформирующий остеохондроартроз), вызваны дефицитом Se. Следует отметить, что более 50% регионов Китая характеризуются дефицитом Se в почве.

Небольшое превышение содержания Se может привести к токсичности, поэтому его следует принимать осторожно. Последствия для здоровья возникают при недостатке или избытке Se в организме. В частности, дефицит селена приводит к:

• эндокринным и иммунным нарушениям;
• инфекциям;
• хроническому воспалению;
• нейродегенерации;
• сердечно-сосудистым заболеваниям и раку, что в конечном итоге негативно сказывается на продолжительности жизни.

Избыток Se может вызвать другое заболевание, называемое «селеноз». Клинические признаки селеноза: чесночный запах изо рта и диарея, облысение, шелушение ногтей, боли, раздражительность, озноб, тремор и неврологические нарушения. В крайних случаях селеноза могут наблюдаться изменения в печени, цирроз, поражения легких (отек) или смерть.

Основной формой Se, попадающей в организм человека, считается селенометионин. Стоит отметить, что органический селенометионин может вызывать токсичность при концентрациях, намного превышающих концентрации неорганического Se. Органический селен (в растениях), употребляемый в пищу, более полезен, чем его неорганическая форма.

Избыток этого элемента в виде пищевых добавок или в результате загрязнения окружающей среды может оказывать токсическое действие в виде заболеваний суставов и нарушений системы крови. Здоровье ногтей на ногах демонстрирует пищевой статус селена в эпидемиологических исследованиях более значимо, чем другие биомаркеры.

Поддержание хорошего уровня Se в сыворотке крови важно, поскольку это может повлиять на самовосприятие здоровья, физической активности и, следовательно, на качество жизни пожилых людей.

Роль Se в профилактике и лечении нарушений здоровья

В неизбежном процессе старения, предусмотренном природой, существует дисбаланс между антиоксидантной защитой и активными формами О₂ (АФК), необратимые изменения в обновлении митохондрий (энергетические «станции» в клетке) и истощение стволовых клеток. Эти нарушения тесно связаны с хроническим воспалением, которое сопровождает возрастные заболевания. Антиоксидантный статус пожилых людей можно оценить, измеряя уровни Se и витаминов (A и E) в крови. Уровни Se в сыворотке и плазме, активность глутатионпероксидазы и концентрации селенопротеина P обычно используются для определения статуса Se у людей.

Селен обладает антиоксидантным, иммуностимулирующим и противовоспалительным действием. Многие селенопротеины участвуют в регуляции антиоксидантной активности. Считается, что остаток селеноцистеина в селенопротеине К отвечает за его биологическую активность. Селенопротеины, такие как GPXs 1-4, эффективно детоксифицируют клеточные перекиси, которые защищают от АФК.

Как кофактор ферментов, участвующих в антиоксидантной защите, Se играет важную роль в регулировании различных воспалительных процессов в организме. Недостаточный уровень Se в организме связан с такими воспалительными заболеваниями кожи, как псориаз и атопический дерматит. Как правило, селен стимулирует увеличение выработки антител в иммунной системе. Оптимальный уровень Se в крови (115 -120 мкг/л, не ниже 108) может смягчить воспалительный процесс и уменьшить осложнения в легких, кишечнике и т. д. Учеными обнаружено, что Se усиливает заживляющие эффекты гидроксида кальция в противовоспалительной реакции в периапикальных тканях зубов, обеспечивает защитный эффект против окислительной токсичности, вызванной зубной амальгамой.

Дефицит Se оказывает негативное влияние на состояние врожденных и адаптивных иммунных реакций. Воздействие Se на иммунную систему является многоцелевым, т.е. модулирует активность нейтрофилов, макрофагов, естественных клеток-киллеров, а также Т- и В-лимфоцитов. Исследования последнего десятилетия показали, что оптимальные добавки Se могут быть использованы для эффективной поддержки иммунной системы при детской лейкемии. Достаточный уровень Se улучшал функции фагоцитоза в макрофагах и активность Т-клеток.

Дефицит Se связан не только с нарушением антиоксидантной защиты, но и с потоком кальция и сворачиванием белка в клетках. Можно сделать вывод, что добавки селена могут повысить иммунитет против рака или других заболеваний, создавая возможность для здорового долголетия.

Инфекции

Активные кислородные формы (АФК) часто вырабатываются в организме человека во время вирусных инфекций, и их избыток может вызвать окислительный стресс, являющийся одним из признаков клинических симптомов многих заболеваний. Среди основных питательных микроэлементов, участвующих в прогрессировании вирусной инфекции, Se играет важную роль в окислительно-восстановительном гомеостазе и антиоксидантной защите благодаря его включению в жизненно важные селенопротеины. Например, добавки Se положительно влияют на подавление вируса и восстановление Т-клеток у ВИЧ-инфицированных, больных туберкулезом. Как правило, они имеют более низкие показатели Se по сравнению со здоровыми людьми.

Уже несколько лет коронавирусная болезнь COVID₂₀₁₉ поражает миллионы людей и приводит к периодическим глобальным вспышкам пандемии. Дефицит Se был зафиксирован при нескольких заболеваниях, вызванных вирусами, включая и этот. Недавние исследования показали, что у пациентов с COVID₁₉ уровень железа (Fe), цинка (Zn) и Se в крови ниже. Добавки с селеном показывают свою эффективность в предотвращении прогрессирования заболевания (здесь не следует принимать информацию буквально, имеется много сопутствующих факторов и клинических проявлений, речь идет о существующей (выявленной) закономерности). Ученые выяснили, что коэнзим Q10 и Se могут снижать уровень окислительного стресса и воспаления у пациентов, инфицированных COVID₁₉. Препараты, содержащие Se, считаются важными регуляторами механизмов защиты от бушующей инфекции благодаря их противовоспалительным и иммуномодулирующим свойствам.

Устойчивость к антибиотикам и рак в настоящее время считаются двумя наиболее серьезными проблемами общественного здравоохранения, которые приводят к значительной смертности населения планеты из-за смерти по этим причинам более 1,5 миллионов человек в год. Это говорит о том, что антибиотики и доступные химиотерапевтические средства не обеспечивают эффективного лечения таких серьезных проблем со здоровьем.

Наночастицы Se продемонстрировали значительную антибактериальную активность в отношении бактерий с множественной лекарственной устойчивостью. Se-содержащий герметик устраняет образование биопленки в зубном налете, вызванное патогенными бактериями Streptococcus mutans, S. sanguinisи S. salivarius.

Нарушения эндокринной системы

Для правильного функционирования щитовидной железы требуется несколько элементов, в том числе Se, Zn и медь (Cu), в дополнение к йоду. Селен является одним из важных регуляторов метаболических процессов, и оптимальное потребление необходимо для поддержания гомеостаза. Уже идентифицировано 35 селенопротеинов, значительное их количество участвует в функционировании щитовидной железы. Дефицит селена имеет решающее значение для развития тиреоидита, других патологий. Серьезный дефицит Se в рационе во время беременности может привести к развитию аутоиммунного заболевания щитовидной железы.

Одной из важнейших ролей Se-ферментов является участие в синтезе гормонов щитовидной железы и, следовательно, в регулировании основного метаболизма во всех клетках и тканях организма. Введение Se в случае аутоиммунного тиреоидита снижает титры аутоиммунных антител и улучшает самочувствие пациентов.

Постоянный дефицит Se также может привести к бесплодию. Многие клинические исследования указывают на то, что дефицит селена приводит к ряду репродуктивных осложнений, таких как мужское и женское бесплодие, выкидыш, преждевременные роды и т.д.

Рак

В антиканцерогенном действии Se участвуют различные механизмы. Помимо заметных антиоксидантных эффектов, соединения, содержащие Se, могут поддерживать стабильность ДНК, регулировать воспалительные и иммунные реакции и подавлять токсичность тяжелых металлов. Таким образом, Se обладает противораковыми свойствами, особенно при профилактическом применении до начала заболевания или на ранней стадии его развития. Однако его передозировка может действовать как прооксидант, вызывающий гибель клеток. Как известно, противоопухолевый механизм Se связан с его значительной антиоксидантной способностью. В повышенных, но нелетальных дозах селен действует как прооксидант и подавляет рост раковых клеток без побочных эффектов на нормальные клетки.

Влияние селена на снижение смертности от всех причин и рака наблюдалось в 12-летнем исследовании, проведенном на 13 887 взрослых в США. 

Интоксикация

Селен является эффективным защитным средством для организма человека от различных загрязняющих веществ окружающей среды и побочных эффектов, связанных с лекарствами. Se и полифенол куркумин эффективны против токсикозов благодаря их выдающимся антиоксидантным свойствам. Многочисленные исследования показали, что многие продукты, содержащие Se, защищают организм человека от воздействия ртути (Hg). Это связано с высоким сродством между Se и Hg. В медицинской практике применяется практика соответствующего потребления Se и Zn, а также некоторых витаминов для снижения токсичности.

Роль селена в лечении патологий (при каких заболеваниях полезен Se)

Гиперлипидемия. Относится к феномену аномально высоких концентраций липидных продуктов и липопротеинов в крови. Это может быть вызвано в первую очередь генетическими и семейными факторами, но в большинстве случаев это вызвано другими нарушениями обмена веществ. Кроме того, обнаружено, что гиперлипидемия оказывает значительное неблагоприятное влияние на мужскую фертильность. Добавление неорганического селена или обогащенных селеном пробиотиков (эквивалентно 0,05 мкг / г Se) улучшает фертильность у людей.

Атеросклероз. Концентрация селена в плазме крови у пациентов, пораженных атеросклерозом, ниже по сравнению со здоровыми людьми. Обнаружено, что дефицит селена может быть связан со снижением артериальной функции у пациентов с более высокой вероятностью сосудистых инцидентов. Добавление селена в виде селеновых дрожжей (0,1 мг / кг) субсидирует сердечные ферменты, перекисное окисление липидов и воспаление, что указывает на то, что оно может улучшить работу миокарда, предотвращая окислительное повреждение. 

Гиперхолестеринемия. Обнаружено, что добавление селена (1 ppm) может снизить уровни АФК, вызванные диетой с высоким содержанием жиров, на 29% и подавлять сывороточную параоксоназу 1, но не ацетилгидролазу, активирующую фактор тромбоцитов, что указывает на его потенциал в ограничении осложнений гиперхолестеринемии. Также выявлено, что добавление селена улучшает нарушенную морфологию почек, вызванную гиперхолестеринемией. 

Активность селенопротеина GPX у пациентов с диабетом ниже, чем у здоровых субъектов, что связано с тромбозом и сердечно-сосудистыми осложнениями.

Гипергликемия (сахарный диабет 1). Селен полезен для пациентов с сахарным диабетом 1 типа, а также для лечения осложнений, связанных с гипергликемией. 

Гестационный диабет. Концентрацию селена в сыворотке крови у пациенток с гестационным диабетом значительно ниже. Селен может значительно снизить уровень глюкозы в плазме натощак, уровень инсулина в сыворотке и резистентность к инсулину.

Несмотря, на очевидную пользу Se для организма, он может быть токсичным.

Токсичность селена

Хотя регулярно появляется все больше доказательств полезной роли селена как для здоровых людей, так и для пациентов, необходимо обратить внимание на его токсичность, которая обусловлена передозировкой ежедневного потребления с пищей и водой. Поскольку селен может накапливаться в пищевой цепи, загрязнение селеном, особенно в водной среде, может привести к обогащению растений и рыб видами селена, таких как Se (IV), Se (VI) и селенометионин.

Эти виды селена могут вызывать прямую токсичность, что может быть связано с индукцией связанного с АФК окислительного стресса. Более того, водные организмы, подвергающиеся воздействию высоких доз селена, имеют высокий риск повреждения органов и мутации генома, что делает их небезопасными в качестве пищи для человека. В этом случае накопление селена в окружающей среде может привести к первичному риску (чрезмерное обогащение селеном) и вторичному риску (от неизвестной мутационной пищевой токсичности) для организма человека.

Хроническое воздействие селена из окружающей среды является фактором высокого риска для здоровья людей. Передозировка селена у людей может привести к развитию селеноза, хотя и довольно редко, и может вызвать боковой амиотрофический склероз. Механистически воздействие высоких доз селена на клетки может вызвать повышение уровня внутриклеточных АФК, которые считаются основным медиатором селен-индуцированной клеточной токсичности.

Увеличивающаяся окисляющая клеточная среда может вызвать повреждение ДНК и нестабильность генома, что приводит к инициации апоптоза клеток. Следовательно, токсичность селена, связанная с окислительным стрессом, может привести к нарушению иммунной функции, цитотоксичности, генотоксичности и канцерогенезу (онкология). Передозировка селена может привести к летальному исходу.

Роль Se в долголетии и возрастных расстройствах

Возрастные нарушения, такие как нейродегенерация, сердечно-сосудистые заболевания, иммунная дисфункция, образование морщин на коже и т. д., тесно связаны с дефицитом Se. Концентрация Se в плазме крови здоровых взрослых выше, чем у пожилых людей.

В недавней публикации предложена новую модель старения, согласно которой Se на низких уровнях может считаться гормональным химическим веществом, влияющим на продолжительность жизни и здоровья. (Ву М., Поррес Дж., Ченг В.Х. Селен, селенопротеины и возрастные расстройства. Биоакт. Пищевая диета. Интервьюер. Популяция старения. 2013: 227-239. doi: 10.1016 / B978-0-12-397155-5.00019-2).

Недостаточное потребление Zn и Se с пищей может вызывать когнитивные дисфункции у пожилых людей. Добавки с селеном эффективно восстанавливают когнитивные нарушения, связанные со старением. Несмотря на то, что селен имеет решающее значение для здоровья мозга, в то же время он может проявлять нейротоксичность, в зависимости от вида и дозы.

Уровень Se в организме у долгожителей поддерживается на адекватном питанию уровне, что свидетельствует о положительной связи между экспрессией селенопротеина и долголетием. Повышенный уровень АФК (активные кислородные формы) способствует развитию патологий — болезни Альцгеймера и Паркинсона, которые могут подавлять антиоксидантные селенопротеины. Селенопротеин p (SelP) необходим для нормального функционирования нейрональных клеток и защищает от Альцгеймеровской болезни.

Источники Se в рационе человека

Питательные факторы, такие как Se и омега-3 жирные кислоты в морской рыбе, имеют решающее значение для долголетия.

Органический селен из пищевых продуктов считается безопасным и эффективным источником для поддержания здоровья человека. Среди источников органического Se для человека мы находим продукты животного, растительного и грибного происхождения. Основными животными источниками селена являются красное мясо, птица, говяжья или овечья печень, морепродукты, яйца и молочные продукты. Основные виды продуктов, содержащих Se в сравнительно больших количествах:

• селеновые дрожжи (пивные дрожжи с селеном);
• яичный желток;
• чеснок;
• брокколи;
• бананы;
• творог;
• цельнозерновая пища;
• красное мясо;
• говяжья печень;
• лосось;
• креветки и другие.

Растения могут поглощать неорганический Se из почвы и преобразовывать его в органическую форму, такую как селенометионин или селеноцистеин, которые более доступны для животных и людей, чем неорганические. При потреблении человеком органический Se изменяется, соединяясь с аминокислотами и белками.

Брокколи, которая может накапливать Se во много раз больше, чем другие растения, связана со снижением риска некоторых видов рака. Потребление брокколи, обогащенной Se, привело к активации лейкоцитов человека и увеличению выработки цитокинов во время иммунного ответа. Следует отметить, что потребляемые овощи (чеснок, брокколи и т. л.) должны содержать метилированные формы органического Se, чтобы быть эффективными в профилактике рака (метилселениновая кислота может вызывать стресс в функционирующем эндоплазматическом ретикулуме путем модуляции мембранных селенопротеинов и активации апоптоза рака).

Выводы

Окислительное повреждение макромолекул в организме человека представляет собой подходящую среду для развития возрастных заболеваний. Микроэлемент Se в форме селенопротеинов улучшает антиоксидантную защиту, иммунные функции и метаболический гомеостаз. Дефицит селена затрагивает около миллиарда человек в мире и может оказать значительное неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

Органические соединения, содержащие Se, играют ключевую роль в поддержании здоровья стареющих людей. Питательные дозы селена могут эффективно стимулировать иммунную систему против инфекционных заболеваний или рака. Дефицит селена проявляется в некоторых заболеваниях, вызванных вирусами или патогенными бактериями.

Недостаточное потребление селена с пищей может вызвать когнитивные дисфункции и сердечную недостаточность у пожилых людей. Органический селен из продуктов животного, растительного или грибного происхождения считается безопасным и эффективным источником для поддержания здоровья человека. Стратегии биофортификации широко применяются для производства обогащенных Se съедобных растений и грибов. Наноразмерный Se обеспечивает повышенную биодоступность и контролируемое высвобождение в организме к месту действия.

Как правило, воздействие Se на здоровье зависит от дозы, и существует узкая граница между его основными уровнями и количествами, связанными с токсичностью. Селен обладает антиоксидантными свойствами на питательных уровнях и прооксидантными эффектами на сверхпитательных уровнях.

Список литературы:

1. Русу М., Физесан И., Власе Л., Попа Д.-С. Антиоксиданты при возрастных заболеваниях и стратегии борьбы со старением. Антиоксиданты. 2022.
2. Афанасьев И.Б. Свободнорадикальные механизмы процессов старения в физиологических условиях. Биогеронтология. 2005.
3. Ли Дж., Ку Н., Мин Д.Б. Активные формы кислорода, старение и антиоксидантные нутрицевтики. Компр. Rev. Food Sci. Food Saf. 2004.
4. Ландете Дж.М. Потребление природных антиоксидантов с пищей: витамины и полифенолы. Критический обзор пищевой науки. Nutr. 2013.