Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Gastroenterology" Том 51, №2, 2017

Back to issue

Topicality of identification of free fatty acids pattern in biologic substrates in the diagnosis of gastroenterological diseases

Authors: Діденко В.І., Кленіна І.А., Бабій С.О., Карачинова В.А.
ДУ «Інститут гастроентерології НАМН України», м. Дніпро, Україна

Categories: Gastroenterology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

У статті розглянуто роль вільних жирних кислот у патогенезі метаболічних і гастроентерологічних захворювань. Обґрунтовано доцільність використання методу газової хроматографії для визначення жирнокислотного складу біологічних рідин (сироватка крові, сеча, кал тощо). Показано, що вільні жирні кислоти беруть участь у формуванні структурних компонентів клітин, енергетичному гомеостазі й виконують роль сигнальних молекул або їх попередників, тому порушення регуляції метаболізму жирних кислот може призвести до системного порушення дії інсуліну, а також обміну глюкози в жировій тканині, м’язах і печінці. При різних патологічних станах відбувається збільшення окремих фракцій ліпідного спектра, що відмічається раніше, ніж зміна активності ферментів чи діагностичних маркерів білкового походження. Так, коротколанцюгові жирні кислоти можуть бути використані для встановлення синдрому надлишкового бактеріального росту в кишечнику. Зростання фракції поліненасичених жирних кислот може активізувати процеси запалення, імунні реакції, гіперкоагуляцію крові, підвищувати активність процесів перекисного окиснення ліпідів. Також маркерами запальних процесів можуть бути арахідонова (С20:4), додеканоїнова (С12:0) і лінолева (С18:3) вільні жирні кислоти. Окрім збільшення вмісту жирних кислот у біологічних рідинах, має значення їх дефіцит, що неможливо визначити за допомогою стандартних лабораторних методів. Доведеним фактом є те, що дефіцит ессенціальних жирних кислот може бути однією з причин формування метаболічного синдрому, неалкогольної жирової хвороби печінки та інших захворювань, пов’язаних з обміном речовин. Отже, хроматографія на сьогодні є єдиним методом, що дозволяє визначити жирнокислотний склад. Перевагою методу газової хроматографії є швидкість виконання і висока чутливість методу, завдяки чому можливо виявити найменші концентрації сполук у дослідному зразку (до 10–12 моль). Упровадження цього методу в клінічну практику лікарів-гастроентерологів дозволить діагностувати захворювання на ранньому етапі розвитку й допоможе вибирати правильний метод лікування.

В статье рассмотрена роль свободных жирных кислот в патогенезе метаболических и гастроэнтерологических заболеваний. Обоснована целесообразность использования метода газовой хроматографии для определения жирнокислотного состава биологических жидкостей (сыворотка крови, моча, кал и т.д.). Показано, что свободные жирные кислоты принимают участие в формировании структурных компонентов клеток, энергетическом гомеостазе и выполняют роль сигнальных молекул или их предшественников, поэтому нарушение регуляции метаболизма жирных кислот может привести к системным изменениям действия инсулина, а также обмена глюкозы в жировой ткани, мышцах и печени. При различных патологических состояниях происходит увеличение отдельных фракций липидного спектра, что отмечается раньше, чем изменение активности ферментов или диагностических маркеров белкового происхождения. Так, короткоцепочечные жирные кислоты могут быть использованы для установления синдрома избыточного бактериального роста в кишечнике. Увеличение фракции полиненасыщенных жирных кислот может активизировать процессы воспаления, иммунологические реакции, гиперкоагуляции крови, повышать активность процессов перекисного окисления липидов. Также маркерами воспаления могут быть арахидоновая (С20:4), додеканоиновая (С12:0) и линолевая (С18:3) свободные жирные кислоты. Кроме увеличения содержания свободных жирных кислот в биологических жидкостях, значение имеет их дефицит, который невозможно определить с помощью стандартных лабораторных методов. Доказанным фактом является то, что дефицит эссенциальных жирных кислот может быть одной из причин формирования метаболического синдрома, неалкогольной жировой болезни печени и других заболеваний, связанных с обменом веществ. Таким образом, хроматография на сегодняшний день является единственным методом, позволяющим оценить жирнокислотный состав пробы. Преимуществом метода газовой хроматографии является скорость проведения и чувствительность метода, бла­годаря чему возможно выявить наименьшие концентрации соединений в исследуемом образце (до 10–12 моль). Внедрение этого метода в клиническую практику врачей-гастроэнтерологов позволит диагностировать заболевания на раннем этапе их развития и поможет правильно выбрать метод лечения.

The article shows the role of free fatty acids in the pathogenesis of metabolic and gastroenterological disorders. An expediency of gas chromatography method for determination of free fatty acids pattern in biologic samples (blood serum, urine, feces and other) was substantiated. The role of free fatty acids in the cell structure components formation, energetic homeostasis and signal molecules or their precursor production was shown. So, disorders of regulation of free fatty acids metabolism lead to systemic fails of insulin action, such as glucose metabolism in adipocytes, muscles and liver. Increase in several fractions of lipid pattern takes place in different pathologic states. These changes occur earlier than changes of enzymes activity or other protein markers. For example, short chain fatty acids can be used for identification of syndrome of bacterial overgrowth in the intestines. Increasе in polyunsaturated fatty acid fraction activates inflammation process, immune reactions, blood hypercoagulation, activation of lipid peroxidation. Also, arachidonic (C20:0), dodecanoic (C12:0) and linoleic (C18:3) acids are markers of inflammation processes. In addition, deficiency of free fatty acids is very important aspect of diagnois. It can’t be uncertified by standard laboratory methods. Proven fact is that essential fatty acids can be a cause of metabolic syndrome, non-alcoholic fatty liver disease formation such as other diseases associated with metabolism. So, only chromatography today is a method for determination fatty acid pattern. The advantages of gas chromatography are rapid realization and high accuracy. Thus, identification of trace concentrations (about 10–12 mole) is possible. Implementation of this method into the clinical practice of gastroenterology specialists allows the early diagnosis of pathologies and choice of correct treatment.


Keywords

газова хроматографія; вільні жирні кислоти; коротколанцюгові жирні кислоти; поліненасичені жирні кислоти

газовая хроматография; свободные жирные кислоты; короткоцепочечные жирные кислоты; полиненасыщенные жирные кислоты

gas chromatography; free fatty acids; short chain fatty acids; polyunsaturated fatty acids


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

  1. Chen R, Han S, Dong D, Wang Y, Liu Q, Xie W, Li M, Yao M. Serum fatty acid profiles and potential biomarkers of ankylosing spondylitis determined by gas chromatography-mass spectrometry and multivariate statistical analysis. Biomed Chromatogr. 2015 Apr;29(4):604-11. doi: 10.1002/bmc.3321. 
  2. Wang DC, Sun CH, Liu LY, Sun XH, Jin XW, Song WL, Liu XQ, Wan XL. Serum fatty acid profiles using GC-MS and multivariate statistical analysis: potential biomarkers of Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 2012 Jun;33(6):1057-66. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2010.09.013 
  3. Cao H, Hotamisligil GS. Fatty acid C16: 1N7-palmitoleate a lipokine and biomarker for metabolic status: President And Fellows Of Harvard College. Pat. US 9239334 B2, IPC/US2009/056176.  No. US 13/062,527; Date of Pat. Jan. 19, 2016.
  4. Bulanova AV, Poliakov UL. Hromatografia v medicinie i biologii [Chromatography in medicine and biology]. 5th ed. Samara: Samarskiy universitet; 2006. 116 p. (In Russian)
  5. Bogdanov M, Matson WR, Wang L, et al. Metabolomic profiling to develop blood biomarkers for Parkinson’s disease. Brain. 2008 Feb;131(Pt 2):389-96. doi: 10.1093/brain/awm304. 
  6. Wikoff WR, Gangoiti JA, Barshop BA, Siuzdak G. Metabolomics identifies perturbations in human disorders of propionate metabolism. Clin Chem. 2007 Dec;53(12):2169-76. doi: 10.1373/clinchem.2007.089011.
  7. Jiang M, Chen T, Feng H, et al. Serum metabolic signatures of four types of human arthritis. J Proteome Res. 2013 Aug 2;12(8):3769-79. doi:10.1021/pr400415a. 
  8. Perez-Cornago A, Brennan L, Ibero-Baraibar I, et al. Metabolomics identifies changes in fatty acid and amino acid profiles in serum of overweight older adults following a weight loss intervention. J Physiol Biochem. 2014 Jun;70(2):593-602. doi:10.1007/s13105-013-0311-2. 
  9. Jonsson P, Gullberg J, Nordström A, Kusano M, Kowalczyk M, Sjöström M, Moritz T. A strategy for identifying differences in large series of metabolomic samples analyzed by GC/MS. Anal Chem. 2004 Mar 15;76(6):1738-45. doi: 10.1021/ac0352427.
  10. Jonsson P, Johansson AI, Gullberg J, Trygg J, A J, Grung B, Marklund S, Sjöström M, Antti H, Moritz T. High-throughput data analysis for detecting and identifying differences between samples in GC/MS-based metabolomic analyses. Anal Chem. 2005 Sep 1;77(17):5635-42. doi: 10.1021/ac050601e.  
  11. Lien SK, Kvitvang HF, Bruheim P. Utilization of a deuterated derivatization agent to synthesize internal standards for gas chromatography-tandem mass spectrometry quantification of silylated metabolites. J Chromatogr A. 2012 Jul 20;1247:118-24. doi: 10.1016/j.chroma.2012.05.053.
  12. Stigtera ECS, Letsioua S, Broeka NJ, et al. Development and validation of a quantitative LC-tandem MS assay for hexadeca-4,7,10,13-tetraenoic acid in human and mouse plasma. J Chromatogr B. 2013;925:16-19. doi: 10.1016/j.jchromb.2013.01.012.
  13. Mironov AU. Gas chromatography and mass-specrometry in diagnosis of anaerobes. Almanah kilnicheskoy mediciny. 2012;26: 45-51. (In Russian)
  14. Roy CC, Kien CL, Bouthillier L, Levy E. Short-chain fatty acids: ready for prime time? Nutr Clin Pract. 2006 Aug;21(4):351-66. doi: 10.1177/0115426506021004351.
  15. Bloemen JG, Venema K, van de Poll MC, Olde Damink SW, Buurman WA, Dejong CH. Short chain fatty acids exchange across the gut and liver in humans measured at surgery. Clin Nutr. 2009 Dec;28(6):657-61. doi: 10.1016/j.clnu.2009.05.011. 
  16. Ge H, Li X, Weiszmann J, Wang P, Baribault H, Chen JL, Tian H, Li Y. Activation of G protein-coupled receptor 43 in adipocytes leads to inhibition of lipolysis and suppression of plasma free fatty acids. Endocrinology. 2008 Sep;149(9):4519-26. doi: 10.1210/en.2008-0059.
  17. Lin HV, Frassetto A, Kowalik EJ Jr, Nawrocki AR, Lu MM, Kosinski JR, Hubert JA, Szeto D, Yao X, Forrest G, Marsh DJ. Butyrate and propionate protect against diet-induced obesity and regulate gut hormones via free fatty acid receptor 3-independent mechanisms. PLoS One. 2012;7(4):e35240. doi:10.1371/journal.pone.0035240. 
  18. Fushimi T, Suruga K, Oshima Y, Fukiharu M, Tsukamoto Y, Goda T. Dietary acetic acid reduces serum cholesterol and triacylglycerols in rats fed a cholesterol-rich diet. Br J Nutr. 2006 May;95(5):916-24. doi: 10.1079/BJN20061740.
  19. Kondo T, Kishi M, Fushimi T, Ugajin S, Kaga T. Vinegar intake reduces body weight, body fat mass, and serum triglyceride levels in obese Japanese subjects. Biosci Biotechnol Biochem. 2009 Aug;73(8):1837-43. doi: 10.1271/bbb.90231.
  20. den Besten G, van Eunen K, Groen AK, Venema K, Reijngoud DJ, Bakker BM. The role of short-chain fatty acids in the interplay between diet, gut microbiota, and host energy metabolism. J Lipid Res. 2013 Sep;54(9):2325-40. doi:10.1194/jlr.R036012. 
  21. Donohoe DR, Garge N, Zhang X, Sun W, O’Connell TM, Bunger MK, Bultman SJ. The microbiome and butyrate regulate energy metabolism and autophagy in the mammalian colon. Cell Metab. 2011 May 4;13(5):517-26. doi: 10.1016/j.cmet.2011.02.018.
  22. Fedorciv OE, Yarea NM. Omega-3 polyunsaturated fatty acids and peroxide lipid oxidation process in the patients suffering from juvenile rheumatoid arthritis. Sovremennaya pediatriya. 2010;4:90. 
  23. Ormseth MJ, Swift LL, Fazio S, et al. Free fatty acids are associated with insulin resistance but not coronary artery atherosclerosis in rheumatoid arthritis. Atherosclerosis. 2011 Dec;219(2):869-74. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2011.09.005. 
  24. Boden G, She P, Mozzoli M, Cheung P, et al. Free fatty acids produce insulin resistance and activate the proinflammatory nuclear factor-kappaB pathway in rat liver. Diabetes. 2005 Dec;54(12):3458-65. doi: 10.2337/diabetes.54.12.3458.
  25. Frommer KW, Schäffler A, Rehart S, Lehr A, Müller-Ladner U, Neumann E. Free fatty acids: potential proinflammatory mediators in rheumatic diseases. Ann Rheum Dis. 2015 Jan;74(1):303-10. doi: 10.1136/annrheumdis-2013-203755.
  26. Shysh AM, Kaplinskii SP, Nagibin VS, Dosenko VYe, Moybenko OO.  Investigation of anti-inflammatory action of omega-3 polyunsaturated fatty acids. Pathology. 2011;8(3):74-77. (In Russian) 
  27. Breslow JL. n-3 fatty acids and cardiovascular disease. Am J Clin Nutr. 2006 Jun;83(6 Suppl):1477S-1482S. PMID: 16841857.
  28. Abbate A, Salloum FN, Vecile E, et al. Anakinra, a recombinant human interleukin-1 receptor antagonist, inhibits apoptosis in experimental acute myocardial infarction. Circulation. 2008 May 20;117(20):2670-83. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.740233.

Similar articles

Spectrum of serum fatty acids in patients with chronic diffuse liver disease depending on etiology and morphological features
Authors: Степанов Ю.М., Діденко В.І., Кленіна І.А., Карачинова В.А., Ошмянська Н.Ю.
ДУ «Інститут гастроентерології НАМН України», м. Дніпро, Україна

"Gastroenterology" Том 52, №3, 2018
Date: 2018.09.24
Categories: Gastroenterology
Sections: Clinical researches
Comparison of efficiency of omega-3 polyunsaturated fatty acids, statins and their combination on lipids parameters, vascular-thrombocyte homeostasis and heart rate variability parameters in patients with type 2 diabetes mellitus and cardiovascular autonomic neuropathy
Authors: Сергієнко В.О., Ажмі С., Сергієнко О.О.
Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, м. Львів, Україна

International journal of endocrinology Том 13, №5, 2017
Date: 2017.09.28
Categories: Endocrinology
Sections: Clinical researches
Authors: Г.А. Анохіна, професор, кафедри гастроентерології, дієтології та ендоскопії НМАПО імені П.Л. Шупика
"News of medicine and pharmacy" 3(308) 2010
Date: 2010.08.03
Diabetic Cardiac Autonomic Neuropathy: Do We Have Any Treatment Perspectives?
Authors: Serhiienko V.O., Serhiienko O.O.
Lviv National Medical University named after Danylo Halytskyi, Lviv, Ukraine

"Hypertension" 1 (45) 2016
Date: 2016.03.21
Categories: Cardiology
Sections: Specialist manual

Back to issue