Холестерин от чего образуется: Откуда берется холестерин в организме?

ЛПВП, ЛПНП, холестерол, холестерин. Холестерин или холестерол — органическое соединение, важнейший компонент жирового обмена. Роль холестерина в организме:

• холестирин используется для построения мембран клеток
• в печени холестерин — предшественник желчи
• холестерол участвует в синтезе половых гормонов, в синтезе витамина D.

Холестерин в крови содержится в следующих формах:

• общий холестерин,
• холестерин липопротеинов низкой плотности (ЛПНП)
• холестерин липопротеидов высокой плотности (ЛПВП).

Холестерин липопротеинов низкой плотности (холестерин ЛПНП) — это основная транспортная форма общего холестерина. Холестерин ЛПНП переносит общий холестерин в ткани и органы. Определение холестерина ЛПНП проводят для того, чтобы выявить повышение холестерина в крови. При развитии сосудистых заболеваний именно холестерин ЛПНП — источник накопления холестерина в стенках сосудов. Риск развития атеросклероза и ишемической болезни сердца (ИБС) более тесно связан с холестерином ЛПНП, чем с общим холестерином.

Холестерин липопротеинов высокой плотности (холестерин ЛПВП) осуществляет транспорт жиров, включая общий холестерин от одной группы клеток к другой, где холестерин ЛПВП сохраняется или распадается. Холестерин ЛПВП переносит холестерин из сосудов сердца, сердечной мышцы, артерий мозга и других периферических органов в печень, где из холестерина образуется желчь. Холестерин ЛПВП удаляет излишки холестерина из клеток организма.

Организм человека самостоятельно вырабатывает холестерол. Синтез холестерина происходит в печени (50-80%), некоторое количество холестерола вырабатывается в коже, надпочечниках и стенках кишечника. Часть холестерина поступает в организм с продуктами питания. Холестерин содержится в жирном мясе, рыбе, сливочном масле, яйцах, молоке и других продуктах животного происхождения.

Нормы холестерина

Нормы холестерина общего в крови — 3,0-6,0 ммоль/л.

Нормы содержания холестерина ЛПНП в крови для мужчин — 2,25- 4,82 ммоль/л, для женщин норма холестирина — 1,92-4,51 ммоль/л.

Нормы уровня холестерина ЛПВП для мужчин — 0,7-1,73 ммоль/л, для женщин уровень холестерина крови в норме- 0,86-2,28 ммоль/л.

Измерение холестерина

Определение холестерина крови — обязательный этап диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы (ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда), атеросклероза и заболеваний печени.

Состояние организма, при котором отмечается повышенный уровень холестерина и триглицеридов в крови врачи называют гиперлипидемией. Гиперлипидемия может быть наследуемым явлением, особенно если в семье среди родственников были случаи инфаркта миокарда, инсульта до 50 лет.

Повышенный холестерин или гиперхолестеринемия приводит к образованию атеросклеротических бляшек: холестирин присоединяется к стенкам сосудов, сужая просвет внутри них. На холестериновых бляшках образуются тромбы, которые могут оторваться и попасть в кровеносное русло, вызвав закупорку сосудов в различных органах и тканях, что может привести к атеросклерозу, инфаркту миокарда и другим заболеваниям.

Анализ холестерина покажет повышенное содержание холестерина в крови, что характерно для людей, в чьем рационе преобладает пища, богатая углеводами и насыщенными жирами. Уровень холестерина снизить возможно, изменив рацион пищи. Во-первых, необходимо употреблять в пищу меньше продуктов, в которых содержится холестерин: ограничить употребление сладостей, яиц, масла, заменить жирное молоко на обезжиренное. Во-вторых, необходимо заменить насыщенные жирные кислоты на ненасыщенные. Ненасыщенные жирные кислоты содержат растительные масла и рыбий жир.

Зачастую снижение холестерина без помощи врача — весьма сложная задача, которая не каждому по плечу. Снижение холестерина своими силами не имеет результата в тех случаях, когда повышенный холестерин (общий холестерин, ЛПВП, ЛПНП) или гиперхолестеринемия — симптом следующих заболеваний:

• ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда (уровень холестерина выше 6,22 ммоль/л)
• атеросклероз
• заболевания печени (первичный цирроз, внепеченочные желтухи)
• заболевания почек (гломерулонефрит, хроническая почечная недостаточность, нефротический синдром)
• хронический панкреатит, рак поджелудочной железы
• сахарный диабет
• гипотиреоз
• ожирение
• дефицит соматотропного гормона (СТГ)
• подагра
• алкоголизм.

Повышение холестерина ЛПВП происходит при нервной анорексии.

Высокий холестерин крови может быть следствием приема половых гормонов или контрацептивов. Обычно при беременности

холестерин повышенный. Высокий холестерол крови наблюдается у людей, подверженных стрессам, курению и злоупотреблению алкоголем.

Понижение холестерина не менее опасно для здоровья человека.

Тест холестерина может показать снижение уровня холестерина (общего холестерина, ЛПВП, ЛПНП) при нарушении усвоения жиров, голодании, обширных ожогах.

Снижение холестерина может быть симптомом следующих заболеваний:

• гипертиреоз
• хроническая сердечная недостаточность
• мегалобластическая анемия
• талассемия
• миеломная болезнь
• сепсис
• острые инфекционные заболевания
• терминальная стадия цирроза печени, рак печени
• хронические заболевания легких, туберкулез легких.

Низкий холестерин характерен для людей, чья пища бедна насыщенными жирами и холестерином. Низкий уровень холестерина
крови наблюдается вследствие приема некоторых медицинских препаратов (эстрогенов и др.).

Высокий уровень холестерина опасен? — Городская Больница

Холестерин – важный строительный материал в организме, идущий на постройку клеток, гормонов, витамина Д, нервной ткани. Две трети холестерина образуется в организме, одна треть поступает с продуктами питания.

Норма холестерина в крови 3.2 – 5.0 ммоль/л, если уровень холестерина в крови повысился более 5.0, его излишки откладываются в стенки сосудов в виде атеросклеротических бляшек. Это приводит к сужению артерий и кислородному голоданию сердца, что проявляется стенокардией, а в тяжелых случаях ведет к инфаркту миокарда, к кислородному голоданию мозга, что приводит к расстройству памяти и инсульту, к сужению сосудов ног, что проявляется перемежающей хромотой, а в тяжелых случаях гангреной.

Холестерин переносится в крови вместе с белками в виде специальных транспортных частиц – липопротеидов высокой и низкой плотности. Липопротеиды низкой плотности («плохой холестерин») содержат много холестерина. Чем их больше в крови, тем выше риск перенести инфаркт или инсульт. Липопротеиды высокой плотности («хороший холестерин») захватывают холестерин из стенки сосуда и уносят в печень, где он сгорает. Чем его больше, тем лучше.

Нормальные показатели липидов крови: 5 – 3 – 1

Общий холестерин менее 5.0 ммоль/л;

Холестерин липопротеидов низкой плотности («плохой») менее 3 ммоль/л;

Холестерин липопротеидов высокой плотности («хороший») более 1 ммоль/л.

ВАЖНО КОНТРОЛИРОВАТЬ УРОВЕНЬ ХОЛЕСТЕРИНА

У пациентов, которые поддерживают холестерин на нормальном уровне, риск инфарктов, инсультов на 30-40% меньше.

Как снизить уровень холестерина

— Увеличьте физическую активность;

— Нормализуйте вес. При уменьшении веса на 10кг можно добиться снижения холестерина на 10%;

— Соблюдайте диету на протяжении всей жизни;

— Откажитесь от курения;

— Выполняйте рекомендации врача по приему лекарственных препаратов, снижающих уровень холестерина.

Питание при повышенном уровне холестерина

Необходимо отказаться от этих продуктов:

Животный жир, сливочное масло, жирная сметана, сливки, твердый маргарин, молоко, кисломолочные продукты обычной и повышенной жирности, свинина, субпродукты, колбасы, сосиски, бекон, мясные копчености, кожа птицы, торты, пирожные, выпечка, шоколад, мороженое, пицца, «хотдоги», чипсы.

Эти продукты употреблять в умеренном количестве:

Мягкий маргарин, майонез и другие соусы с пометкой «сниженное содержание холестерина»;

Молоко и молочные продукты 1-2% жирности;

Нежирный творог и сыр;

Постные сорта мяса – курица, индейка, нежирных сортов рыба.

Эти продукты можно употреблять свободно:

Овощи, фрукты, зелень, грибы;

Хлеб из муки грубого помола;

Крупы, бобовые, макаронные изделия;

Оливки, маслины;

Масло растительное – подсолнечное, оливковое, соевое, кукурузное.

КОНТРОЛИРУЙТЕ СВОЙ УРОВЕНЬ ХОЛЕСТЕРИНА

БУДБТЕ ЗДОРОВЫ!

ЗДОРОВЬЕ – ЭТО ЗАЛОГ ДОЛГОЙ И СЧАСТЛИВОЙ ЖИЗНИ!

Подставленное вещество | Forbes.ru

Описания больных артерий, в которых можно увидеть клиническую картину атеросклероза, встречаются еще в античных медицинских трактатах. Но представление о нем как об особой болезни было сформулировано лишь в 1904 году немецким патологом Феликсом Маршаном. Суть заболевания заключалась в том, что на внутренних стенках артерий образовывались бляшки, постепенно закрывавшие их просвет, что, естественно, вызывало серьезные нарушения в питаемых этими сосудами органах. Быстро выяснилось, что бляшки состоят из смеси жиров, необычайно богатой холестерином — жироподобным веществом сложного строения, присутствующим в организме всех животных. А в 1912–1913 годах молодой ассистент Военно-медицинской академии в Санкт-Петербурге Николай Аничков и старшекурсник той же академии Сергей Халатов сделали следующий шаг, принудительно скармливая кроликам мясную пищу, богатую холестерином. Вегетарианцы-кролики на такой диете быстро погибали, и вскрытие каждый раз обнаруживало в их артериях холестериновые бляшки. Объяснение напрашивалось само собой: избыток поступающего с пищей холестерина проникал в сосуды и оседал на их стенках в виде бляшек, вызывая атеросклероз.

Впрочем, поскольку в те времена атеросклероз был болезнью немассовой и немодной, теория его возникновения (получившая название «инфильтративной») не вызвала особого ажиотажа. Ее звездный час пробил 40 лет спустя, когда американские военные врачи, исследуя трупы погибших в Корее солдат, нашли примерно у половины из них — здоровых двадцатилетних парней! — холестериновые бляшки в коронарных артериях, причем у некоторых они вдвое сужали просвет пораженных сосудов. (Характерно, что при жизни никто из этих солдат никаких недомоганий не ощущал — боли и нарушение функции органа обычно начинаются после того, как снабжающий его сосуд закрывается на три четверти.) Вспомнив о теории Аничкова, американцы связали широкое распространение старческой болезни среди молодых парней с армейским рационом (действительно богатым животными жирами, в том числе и холестерином) — и с этого момента злосчастное вещество приобрело свою устрашающую репутацию. В мирные 1950–1960 годы роль «убийцы №1» прочно закрепилась за сердечно-сосудистыми заболеваниями, в основе которых часто лежал атеросклероз. Число смертей, вызванных в конечном счете холестериновой бляшкой, неуклонно росло — примерно теми же темпами, что и потребление животных жиров, поскольку именно в эти годы мясная пища становилась для жителей развитых стран повседневной. Причинная связь между этими двумя величинами казалась очевидной.

Именно тогда стали приобретать популярность бесхолестериновые диеты и начала развиваться индустрия бесхолестериновых продуктов. Ярлык «Не содержит холестерина» настолько способствовал продвижению продуктов, что его начали лепить на все подряд — даже на бутылки растительного масла, в котором животных жиров быть не может по определению. О вреде холестерина рассказывали школьникам, фармацевты разрабатывали препараты, понижающие уровень холестерина в крови.

Однако параллельно росла и коллекция фактов, никак не желавших укладываться в инфильтративную теорию. По мере становления медицины в развивающихся странах выяснялось, что атеросклероз широко распространен и в них, в том числе среди тех групп населения, которым животные жиры почти не доступны. Повышенная заболеваемость атеросклерозом была выявлена у узников нацистских концлагерей. И наоборот: в 1970-е годы выяснилось, что самая низкая в Европе частота сердечно-сосудистых заболеваний во Франции, где уровень потребления животных жиров один из самых высоких. Для объяснения «французского парадокса» срочно придумали теорию: дескать, французы еще и пьют много красного вина, а оно содержит полифенолы, препятствующие оседанию холестерина на стенках сосудов. Но тут оказалось, что у датчан, которые вина пьют мало, зато объедаются сливочным маслом, частота атеросклероза тоже ниже среднеевропейской.

Дальше больше. Множество исследований, десятилетиями проводившихся в разных странах, не выявили никакой связи между количеством холестерина, потребляемого с пищей, и его концентрацией в крови. Иными словами, количество поедаемого человеком жирного мяса никак не влияет на вероятность развития у него атеросклероза. Что, впрочем, понятно, если вспомнить, что в норме человек получает с пищей лишь около трети необходимого ему холестерина. Остальные две трети организм синтезирует сам очень сложным путем, состоящим из 20 отдельных реакций. Причем эта цепочка имеет собственные механизмы регуляции: если в пище много холестерина — его синтез в организме снижается, если мало — повышается. Вывести содержание этого вещества в организме за характерные для данного человека пределы простым изменением диеты чрезвычайно трудно. С другой стороны, врачи стали замечать, что атеросклероз часто возникает и развивается на фоне нормального или даже пониженного уровня холестерина в крови.

Под напором этих фактов инфильтративную теорию пришлось несколько видоизменить: дело, мол, не в абсолютном количестве холестерина в крови, а в типе липопротеидных (жиро-белковых) капсул, в которые он «упакован». Атеросклероз вызывается «плохим» холестерином, входящим в состав липопротеидов низкой плотности (ЛПНП). «Хороший» же холестерин, содержащийся в капсулах липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), не только не опасен, но даже якобы отчасти компенсирует действие ЛПНП.

Некоторое отношение к реальности эта картинка имеет: как показали исследования, атеросклеротическим бляшкам предшествуют жировые пятна на стенке сосуда. В формировании этих пятен активно участвуют так называемые пенистые клетки — бывшие макрофаги (иммунные клетки), обожравшиеся липопротеидами (причем именно ЛПНП) и переполненные эфирами холестерина. Однако как ЛПНП, так и ЛПВП — это транспортные формы эндогенного (синтезированного самим организмом) холестерина и к холестерину, полученному с пищей, никакого отношения не имеют. Последний разносится из кишечника кровью в капсулах совсем иного типа, так называемых хиломикронах — очень крупных, рыхлых, не поглощаемых макрофагами. Свойства же холестерина в хиломикронах никак не зависят от того, как он был «упакован» в съеденной человеком пище. Так что разговоры о «хорошем» и «плохом» холестерине если и имеют смысл, то лишь по отношению к организму, а никак не к пищевым продуктам.

Так какова же реальная роль холестерина в развитии атеросклероза? И что это вещество делает в организме в свободное от формирования смертоносных бляшек время?

Прежде всего холестерин служит предшественником для всех стероидов — веществ, основу молекул которых составляет ядро из трех правильных шестиатомных колец и одного пятиатомного. Эта плоская кособокая структура удивительно популярна в том биохимическом наборе, из которого строится наше тело: привешивая к разным ее углам различные группы атомов, мы получим и гормоны коры надпочечников, и половые гормоны, и витамин D, и желчные кислоты, без которых невозможно всасывание никаких жиров. И все эти жизненно важные вещества реально образуются в организме из холестерина. Остается только радоваться, что попытки снизить содержание этого вещества в организме с помощью диет оказались малоэффективны. Впрочем, выход на арену веществ, подавляющих собственный синтез холестерина, — статинов — показал на практике, что несет организму холестериновый дефицит. Некоторые из них (церивастатин, розувастатин) пришлось вовсе убрать с рынка как недопустимо опасные препараты. Остальные применяются сугубо индивидуально, со строгими ограничениями и обязательным предупреждением о побочном действии.

Но у холестерина есть в организме и собственные обязанности: холестериновый каркас составляет основу клеточных мембран, влияя не только на их механические свойства, но и на проницаемость, на активность мембранных ферментов и рецепторов к сигнальным веществам. Например, от количества холестерина в мембране зависит эффективность работы серотониновых рецепторов. (Если учесть, что серотонин широко используется в системе регуляции эмоционального тонуса, становятся понятными недавно опубликованные статистические данные о том, что люди с искусственно сниженным уровнем холестерина чаще других попадали в аварии, кончали с собой и становились жертвами насилия.) Около 20% всего холестерина в организме содержится в головном и спинном мозге, где он входит в состав миелиновой «изоляции» нервов. Словом, основное назначение той части холестерина, что не идет на синтез других веществ, — покровно-защитно-изолирующее.

Это наводит на мысль, что оседание богатых холестерином пенистых клеток на определенных участках сосудов — не первопричина патологического процесса, а защитная реакция организма. Дальнейшим развитием этой мысли стала довольно стройная теория, согласно которой все начинается с повреждения стенки сосуда, точнее, ее внутренней выстилки — эндотелия. Причины этого повреждения могут быть разные — механический разрыв, инфекция, избыток инсулина, аутоиммунная атака. В последнее время под особым подозрением находится гомоцистеин — промежуточный продукт обмена серосодержащей аминокислоты метионина. В норме он живет очень недолго, но иногда (например при дефиците фолиевой кислоты) не торопится с дальнейшим превращением. И тогда сполна проявляется его неприятное свойство — избирательная токсичность для клеток эндотелия.

Как бы то ни было, поврежденный эндотелий начинает звать на помощь, выделяя специальные сигнальные вещества — цитокины. Получив этот сигнал, плавающие в крови макрофаги начинают поглощать частицы ЛПНП. Наполнившись до краев содержащимся в них холестерином, они превращаются в пенистые клетки, образующие временный «пластырь» на поврежденном участке. Дальше, по идее, под его защитой тканевые стволовые клетки должны создать уже постоянную заплатку.

Но при патологическом сценарии все идет не так. Поврежденный участок продолжает перерождаться, изменения захватывают уже и мышечную ткань, а холестериновая бляшка над ним все растет и растет, создавая трудности кровотоку в сосуде. .. Что ж, это не единственный случай, когда чрезмерная защитная реакция создает угрозу самому организму: достаточно вспомнить анафилактический шок, аллергии, отеки, слишком высокую температуру.

Сегодня наука не может сказать, что именно переводит этот процесс на патологический путь. Но уже ясно, что здесь, как и во многих других случаях, зло заключается не в том или ином «действующем лице», а в разладе системы регулирования их взаимодействий. Кстати, хронический стресс тоже может вызвать такой непорядок в организме, что, скорее всего, и произошло с упомянутыми американскими солдатами в Корее.

А что касается путаницы с названием, то термин «холестерин» (то есть «желчножирин») ввел в 1815 году Мишель Шеврель. В 1859 году Пьер Бертло доказал, что холестерин принадлежит к классу спиртов. Позже была принята стандартизованная химическая номенклатура, согласно которой названия спиртов должны кончаться на суффикс «-ол», и в 1900-м холестерин был официально переименован в холестерол. Однако в ряде стран, в том числе в России, его по-прежнему называют холестерином.

Стоит ли волноваться?

Идеальным содержанием холестерина в крови считается 3–6,5 ммоль/л. (Миллимоль — это количество миллиграммов вещества, численно равное его молекулярному весу; для холестерина 1 ммоль = 386 мг.) Но биохимические показатели у разных людей различаются очень сильно, поэтому даже если у вас концентрация холестерина достигает 10, но стабильна и не увеличивается, можно не тревожиться.

Хуже, если высоким оказывается результат первого же измерения (как оно обычно и бывает) или если концентрация холестерина в крови отчетливо растет (от любой начальной величины). Последнее означает серьезные неполадки в регуляции обмена жиров. В обоих этих случаях желательно проконсультироваться с врачом. Причем, возможно, начинать лучше даже не с кардиолога, а с эндокринолога. Но даже в этом случае не следует хвататься за первую попавшуюся диету — диет, полезных для всех без исключения, не существует. И уж точно нельзя самостоятельно принимать статины (препараты для снижения уровня холестерина) — это просто опасно. Если же ваш холестерин находится в пределах нормы и не растет, никакая борьба с ним не только не нужна, но и вредна.

Атеросклероз / Заболевания / Клиника ЭКСПЕРТ

Что такое атеросклероз и в чем его опасность для здоровья человека?

В начале XXI века сердечно-сосудистые заболевания являются лидирующей причиной смертности населения в мире. В России более 50% смертей происходит из-за заболевания сердца и сосудов. 

Конечно, большинство сердечно-сосудистых заболеваний, как у мужчин, так и у женщин, наблюдается в возрасте старше 65 лет. Однако в последние годы болезни сердца неуклонно «молодеют». И уже не редкость тридцатилетний «гипертоник» или пациент, перенесший инфаркт в 40-45 лет.

В чем же причина?

Ответ достаточно прост: атеросклероз.

Атеросклероз — это хроническое, системное, длительно развивающееся заболевание, поражающее артерии эластического (аорта) и мышечно-эластического (артерии сердца, головного мозга) типа. Имеет волнообразное течение с фазами прогрессирования, стабилизации и дгиаже обратного развития заболевания.

Но за последние 50 лет человек столкнулся со значительным ускорением темпов развития атеросклероза. Если в первой половине ХХ века такие осложнения атеросклероза как инфаркт и стенокардия не являлись социально значимыми, то сегодня атеросклероз рассматривают как эпидемию.   

Основным элементом, определяющим опасность атеросклероза, является атеросклеротическая бляшка, которая, выступая в просвет сосуда, вызывает его сужение и затрудняет кровоток. Атеросклеротическая бляшка — это сложное по своей структуре образование, состоящее из скопления липидов (жиров), гладкомышечных клеток, соединительной ткани. Атеросклеротические бляшки способны увеличиваться в размерах, разрываться, на их поверхности могут образовываться язвочки и тромбы. Итогом развития атеросклеротической бляшки будет нарушение свободного тока крови по сосуду, вплоть до полного его прекращения.  

Степени атеросклероза

I степень – доклинический период заболевания

II степень – слабо выраженный атеросклероз

III степень – значительно выраженный атеросклероз

IV степень – резко выраженный атеросклероз

Клиническая картина варьируется в зависимости от преимущественной локализации и распространенности процесса и определяется последствиями ишемии ткани или органа.

В ХХ веке было предложено несколько десятков теорий, объясняющих происхождение и прогрессирование атеросклероза. Но на сегодняшний день, ни одна из них не является окончательно доказанной.

Давайте попробуем разобраться, что же приводит к образованию в сосудах атеросклеротических бляшек, и какие причины заставляют их расти, разрываться и приводить человека к гибели.

Одной из первых теорий развития атеросклероза была теория избыточного потребления холестерина, которую выдвинул известный российский ученый Н.Н. Аничков. «Без холестерина нет атеросклероза». Этот постулат долгие годы определял тактику лечения больных, и сегодня не потерял своей актуальности. Однако теперь мы прекрасно знаем: атеросклероз — сложное заболевание,  в основе которого лежат различные нарушения в биохимических, генетических и иммунных процессах организма. И сейчас стало понятно, почему у человека с нормальным уровнем холестерина может развиться серьезный атеросклероз.

Информация для тех, кто считает себя совершенно здоровым

Сам по себе атеросклероз, особенно на начальных стадиях, может никак не проявляться.

Этот период называют доклинической стадией. Очень важно выявить заболевание именно на этой стадии, так как появление симптомов говорит, как правило, о необратимости процесса. Атеросклероз является главной причиной развития ишемической болезни сердца, которая характеризуется появлением болей за грудиной при физических нагрузках, развитием инфаркта и сердечной недостаточности, серьезными нарушениями ритма сердца. Иногда первым клиническим проявлением атеросклероза является инсульт или внезапная смерть.  Даже этой информации достаточно, чтобы задуматься: «А нет ли у меня атеросклероза или риска его развития?»

В настоящее время насчитывают более 200 факторов риска развития атеросклероза, однако основными из них являются артериальная гипертензия, курение и нарушения липидного (холестеринового) обмена. При этом курение увеличивает риск развития инфаркта или инсульта в 1,6 раз, повышенное артериальное давление (АД) в 3 раза, нарушения липидного обмена в 4 раза, а сочетание трех этих факторов повышает риск сосудистых катастроф в 16 раз. К другим значимым факторам риска развития атеросклероза относятся: мужской пол, ожирение, нарушения углеводного обмена (сахарный диабет), возраст (старше 60 лет), наступление менопаузы у женщин, неблагоприятная наследственность по ранней сердечно-сосудистой патологии (родственники заболели до 50-55 лет), хронический стресс. Кроме того, в последнее время, в свете изменившихся представлений о причинах атеросклероза, большое внимание уделяют наличию хронического воспалительного процесса в организме, заболеваниям печени и желудка (особенно при наличии Helicobacter pylori), избыточному содержанию в крови гомоцистеина.

Доказано, что практически все факторы риска атеросклероза оказывают свое неблагоприятное воздействие на клетки эндотелия, которые образуют внутреннюю поверхность сосудистой стенки. Повреждение этих клеток и нарушение их функции является ключевым моментом в развитии атеросклероза. 

Итак, риск заболеть атеросклерозом повышается если:

• вы курите
• имеется артериальная гипертензия
• выявлено повышение уровня холестерина
• имеется избыточный вес
• поставлен диагноз сахарный диабет
• у вас имеется неблагоприятная наследственность (близкие родственники страдали сердечно-сосудистыми заболеваниями в возрасте до 50 лет)
• имеется патология желудочно-кишечного тракта (жировой гепатоз, хронический гастрит или язвенная болезнь)
• наступил период менопаузы.

Атеросклероз опасен своими осложнениями. Необходимо выявить его как можно раньше, чтобы предотвратить развитие осложнений и начать своевременное лечение.

Диагностика

Основными исследованиями для диагностики атеросклероза являются:

• липидограмма
• ангиография
• допплерография (ультразвуковой скрининг на атеросклероз).

Самый первый шаг, который нужно сделать на пути выявления атеросклероза — это сдать простой анализ крови на липидный спектр. При этом необходима именно развернутая липидограмма, а не просто анализ крови на холестерин. Ведь известно, что атеросклероз может развиваться и при нормальном уровне общего холестерина, а виновен в этом низкий уровень так называемого «хорошего холестерина».

Анализ крови на липидный спектр сдается из вены, натощак (после 12-14 часового голодания).

Какие показатели липидного обмена в настоящее время приняты за норму?

В липидограмме будут указаны следующие показатели:

• уровень общего холестерина – должен составлять менее 5,2 ммоль/л
• уровень липопротеидов низкой плотности (ЛПНП, бета-липопротеиды, «плохой холестерин») – должен быть меньше чем 3,0 ммоль/л
• уровень липопротеидов высокой плотности (ЛПВП, альфа-липопротеиды, «хороший холестерин») – должен быть более 1,2 ммоль/л
• уровень триглицеридов (ТГ) – менее 1,7 ммоль/л
• коэффициент атерогенности (КА) – не должен превышать 4,0 у.е.
• в ряде случаев будут указаны хиломикроны (ХМ) и липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП) 

Если данные липидограммы отличаются от приведенных нормативов, даже по одному из параметров, – это повод обратиться за консультацией к врачу кардиологу.

Какими методами можно подтвердить наличие атеросклероза или выявить нарушенную функцию сосудистой стенки, которая является начальным этапом развития атеросклероза?

В Клинике ЭКСПЕРТ проводится ультразвуковой скрининг на атеросклероз. С помощью аппарата УЗИ обследуются сонные (иногда бедренные) артерии для выявления изменения сосудистой стенки или выявления бессимптомных атеросклеротических бляшек. Поскольку атеросклероз – заболевание, поражающее все сосуды, то по состоянию сонных артерий можно косвенным образом судить о состоянии всех сосудистых бассейнов организма.

Для выявления нарушенной функции эндотелия проводится специальная проба под контролем ультразвука, так называемая «Проба с Реактивной Гиперемией». Это высоко чувствительный метод, позволяющий выявить нарушения на очень ранних этапах и спрогнозировать риски развития сердечно-сосудистой патологии у людей без каких-либо жалоб, а также контролировать процесс лечения у пациентов с доказанной патологией. Клиника ЭКСПЕРТ — одно из немногих учреждений города, где выполняют это исследование.

Что же будет, если не обращать внимания на свое здоровье, игнорировать «первые звоночки»? Атеросклероз будет развиваться, прогрессировать и неминуемо приведет к серьезным осложнениям, связанным с нарушением кровотока в жизненно важных органах.

Атеросклероз — серьезное заболевание, которое легче предупредить, чем лечить.

Атеросклеротическая бляшка – это своего рода заплатка на сосудистой стенке. Ее уже невозможно «спороть», можно только препятствовать ее дальнейшему росту.

Сейчас существует много научно популярной литературы, посвященной атеросклерозу, и многие пациенты говорят, мы знаем, что холестерин не причем. В самом начале статьи мы тоже упоминали об этом: не только холестерин виноват в развитии атеросклероза. Существует еще около 200 других факторов!

Чуть более подробно остановимся на одном из них: гомоцистеин.

Гомоцистеин — это аминокислота, которая не содержится в продуктах питания, а образуется в организме из другой аминокислоты – метионина. Метионином богаты продукты животного происхождения (мясо, молочные продукты, яйца). Избыточное накопление гомоцистеина внутри клеток может нанести им непоправимый вред, вплоть до гибели клетки. Гомоцистеин оказывает прямое токсическое действие на клетки эндотелия, повреждает их (в местах повреждения образуются «заплатки»-бляшки), способствует повышению в крови уровня холестерина, усиливает свертываемость крови и ускоряет рост уже имеющихся атеросклеротических бляшек.

Метаболизм (разрушение) гомоцистеина в организме происходит при участии витаминов В6, В12 и фолиевой кислоты. Выводится из организма гомоцистеин почками.

Причины развития повышенного уровня гомоцистеина:

• возраст и пол (старше 55 лет, мужчины, состояние менопаузы у женщин)
• питание и образ жизни (курение, недостаток в пище фолиевой кислоты и витаминов В6, В 12, избыточное употребление мясных продуктов и продуктов богатых метионином, употребление кофе более 6 чашек в день, избыточное употребление алкоголя, богатая холестерином диета)
• заболевания (сахарный диабет, почечная недостаточность, гипотиреоз, различные опухоли)
• лекарства (противосудорожные препараты, длительный прием гормональных контрацептивов и т.п.) 

Сегодня стало ясно, что без контроля уровня гомоцистеина невозможно эффективно проводить профилактику и лечение заболеваний сердечно-сосудистой системы. 

Как можно снизить негативное влияние гомоцистениа?

Путь только один – восполнить в организме дефицит в первую очередь фолиевой кислоты, а также витаминов В6 и В12. Прием витаминов в необходимых дозировках (определить которые может только врач) способствует снижению уровня гомоцистеина в крови. 

Какой же уровень гомоцистеина опасен?

Нормальным показателем считается уровень гомоцистенина 10 мкмоль/л и ниже.

Повышение более 20 мкмоль/л приводит к увеличению смертности от сердечно-сосудистых осложений в 4 раза.

В Клинике ЭКСПЕРТ можно проверить уровень гомоцистенина, наряду с липидным спектром крови, особенно при попадании в группу риска.

Что делать, если атеросклероз выявлен поздно, уже имеются его осложнения?

Не паниковать!

В любом случае необходимо лечение для предотвращения дальнейшего прогрессирования болезни. Но уже потребуется более агрессивная терапия с применением различных групп препаратов.

Каковы осложнения атеросклероза?

При поражении сосудов сердца развивается нарушение питания сердечной мышцы, это, как правило, приводит к появлению болей за грудиной во время физических нагрузок, но иногда может протекать бессимптомно и проявить себя только развитием инфаркта миокарда, который, к сожалению, может закончиться смертью пациента. 

При поражении сосудов, питающих головной мозг очень велик риск развития ишемического инсульта. Заболевания, которое, как правило, приводит к глубокой инвалидизации больного и навсегда меняет его жизнь и жизнь его близких. 

У мужчин, особенно курильщиков, одним из первых проявлений атеросклероза является поражение сосудов ног, которое появляется вначале как легкая усталость в ногах при быстрой ходьбе, затем появляются боли в ногах и вот уже невозможно пройти без остановки более 100 метров. Закончиться это может гангреной и ампутацией! Но скажите, как много из современных мужчин ежедневно ходят хотя бы 2 километра в день? Многие из них за рулем, и поэтому обнаружить первые симптомы заболевания просто не могут. А ведь уже упоминалось, что мужской пол — это отдельный фактор риска развития сердечно-сосудистых заболеваний.   

На этой стадии развития атеросклероза требуется расширенное инструментальное обследование, объем которого должен определить врач кардиолог.  

Суммируя все вышеизложенное, предлагаем задуматься о своем будущем и будущем своих близких. Обратитесь к специалистам Клиники ЭКСПЕРТ, пройдите минимальное или развернутое обследование и живите долго и счастливо. 

Если обнаружены нарушения в липидном спектре крови, или какие либо факторы риска атеросклероза, необходимо записаться на прием к врачу кардиологу.

В результате Вы получите:

• индивидуальную консультацию по наличию у вас заболевания или предрасположенности к нему
• врач составит план необходимого инструментального или лабораторного обследования для уточнения диагноза
• даст рекомендации по изменению питания и образа жизни, а также оценит необходимость лекарственной терапии
• научит правильному контролю  таких параметров, как артериальное давление, сахар крови, колебания веса
• порекомендует необходимые физические нагрузки с учетом вашего состояния

Совместная работа врача и пациента – это залог успеха лечения любого заболевания, особенно такого коварного как атеросклероз. При установленном диагнозе «атеросклероз» пациент должен находиться под наблюдением врача кардиолога не реже 1 раза в 6 месяцев, а при коррекции нарушений, выявленных осложнений заболевания частота встреч, объем дополнительных обследований устанавливаются индивидуально.

Истории лечения

Случай №1

Алексей, 27 лет. Молодой специалист, выпускник медицинского университета. Жалоб на здоровье не предъявляет. Имеет избыточный вес (ожирение 1 степени). Артериальное давление не контролировал, уровень липидов крови неизвестен. Курит около 10 лет. По просьбе коллег принял участие в одном из медицинских исследований и провел «Пробу с Реактивной Гиперемией». В результате проведенной пробы были выявлены выраженные нарушения функции эндотелия. С учетом полученных данных стал контролировать цифры артериального давления (АД) и с удивлением обнаружил пограничные значения: АД в среднем составляло 130/90 мм рт. ст. В липидном спектре все показатели были в норме кроме незначительно сниженного уровня «хорошего холестерина», он составлял 1,0 ммоль/л. При расспросе выяснилось, что в семье есть склонность к развитию гипертонической болезни, сахарного диабета, а отец перенес инфаркт в возрасте 57 лет. Все это заставило молодого человека очень ответственно подойти к своему будущему. Он бросил курить, начал контролировать свой вес, увеличил физические нагрузки. Через 6 месяцев контрольные тесты показали нормализацию функции эндотелия. Цифры АД, оцененные с помощью суточного холтеровского мониторирования, также были в пределах нормы. Повторное исследование липидного спектра выявило уровень «хорошего холестерина», сохраняющийся умеренно сниженным, что указывало на его наследственный характер. Однако с учетом отсутствия других факторов риска развития атеросклероза, это отклонение является несущественным.

Случай №2

Маргарита, 62 года. 10 лет назад был выявлен значительно повышенный уровень холестерина (более 8,0 ммоль/л). После наступления менопаузы в 52 года стало повышаться артериальное давление. При этом у пациентки не было избыточного веса, и она никогда не курила. Пациентка не стала пускать все на самотек, а своевременно обратилась к кардиологу Клиники ЭКСПЕРТ 4 года назад. Было проведено обследование: ультразвуковой скрининг на атеросклероз, который выявил диффузное утолщение сосудистой стенки сонных артерий (комплекс «интима-медиа»), и единственную атеросклеротическую бляшку высотой 2,5 мм. С учетом последних международных рекомендаций утолщение комплекса «интима-медиа» сосудистой стенки является показанием для назначения медикаментозной терапии для снижения холестерина. Пациентка стала соблюдать строгую диету, с ограничением животных жиров. Были назначены препараты для контроля артериального давления, и начата терапия лекарствами, направленными на снижение уровня холестерина. Пациентка наблюдается в клинике уже 4 года. Повторный ультразвуковой скрининг на атеросклероз не выявляет нарушений сосудистой стенки, а атеросклеротическая бляшка уменьшилась по высоте до 1,8 мм, ее структура стала плотной (такие бляшки не опасны в плане развития осложнений). Цифры артериального давления в нормальных пределах, показатели липидного обмена в норме.

Случай №3

Константин, 60 лет. Обратился в Клинику ЭКСПЕРТ. На приеме утверждал, что абсолютно здоров и пришел только потому, что «жена всю плешь проела». Тщательный расспрос действительно не выявил серьезных жалоб, однако пациент сказал, что любить поесть, курил более 20 лет, но бросил год назад, не занимается физкультурой и вообще ходит мало, зато на работе всегда «в тонусе» и «весело». Давление на осмотре было повышенным, что очень его удивило, так как дома при редких измерениях («за компанию») цифры, по его словам, были нормальными. Уровень холестерина он не проверял. Пациенту с учетом всех данных было назначено расширенное лабораторное и инструментальное обследование, которое включало в себя исследование липидного спектра и углеводного обмена, суточное мониторирование ЭКГ и артериального давления, эхокардиографию и ультразвуковой скрининг на атеросклероз.  Данные комплексного обследования выявили наличие стойкой артериальной гипертензии, осложненной развитием гипертрофии левого желудочка сердца, эпизоды безболевой ишемии сердечной мышцы во время физических нагрузок, выраженные изменения в липидном спектре в виде повышенного уровня холестерина и триглицеридов, а также низкого уровня «хорошего холестерина». Были пограничные цифры содержания в крови глюкозы. Самым же драматичным оказалось выявление в сонных артериях атеросклеторических бляшек, причем одна из них закупоривала сосуд более чем на 80%, что повышает риск развития инсульта в разы. Пациенту была назначена серьезная многокомпонентная лекарственная терапия, даны рекомендации по изменению образа жизни. Так же пациент был на консультации сосудистого хирурга, который настоял на проведении коронароангиографии. Во время этого исследования у пациента был выявлен критический стеноз одной из коронарных артерий, что потребовало проведения стентирования, так как риск развития инфаркта миокарды был очень велик. Пациент продолжает наблюдаться в Клинике ЭКСПЕРТ и очень ответственно выполняет все рекомендации специалистов.

Ф/Х Холестерин ЛПВП — Клиника 1

Липопротеины высокой плотности – соединения, состоящие из липидов (жиров) и белков. Они обеспечивают переработку и выведение жиров из организма, поэтому их называют «хорошим холестерином».

Холестерол (ХС, холестерин) – жироподобное вещество, жизненно необходимое организму. Правильное научное именование этого вещества — «холестерол» (окончание -ол указывает на принадлежность к спиртам), однако в массовой литературе получило распространение именование «холестерин». Холестерин образуется в печени, а также поступает в организм с пищей, в основном с мясными и молочными продуктами. Холестерин участвует в образовании клеточных мембран всех органов и тканей тела. На основе холестерина создаются гормоны, которые участвуют в росте, развитии организма и реализации функции воспроизведения. Из него образуются желчные кислоты, благодаря которым в кишечнике всасываются жиры.

Холестерин нерастворим в воде, поэтому для перемещения по организму он «упаковывается» в белковую оболочку, состоящую из специальных белков – аполипопротеинов. Получившийся комплекс (холестерол + аполипопротеин) называется липопротеином. В крови циркулирует несколько типов липопротеинов, различающихся пропорциями входящих в их состав компонентов:

• липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП),
• липопротеины низкой плотности (ЛПНП),
• липопротеины высокой плотности (ЛПВП).

Липопротеины высокой плотности состоят в основном из белковой части и содержат немного холестерина. Их основная функция – переносить излишки холестерина обратно в печень, откуда они выделяются в виде желчных кислот. Поэтому холестерин ЛПВП (ХС ЛПВП) также называют «хорошим холестерином». В состав ЛПВП входит около 30% общего холестерола (холестерина) крови.

Для чего используется исследование?

• Чтобы оценить риск развития атеросклероза и проблем с сердцем.
• Для контроля за эффективностью низкожировой диеты.

Когда назначается исследование?

• Анализ на ЛПВП проводится при плановых профилактических осмотрах или при повышении общего холестерола как часть липидограммы. Липидограмму рекомендуется сдавать всем взрослым старше 20 лет не реже одного раз в 5 лет. Она может назначаться чаще (несколько раз в год), если пациенту предписана диета с ограничением животных жиров и/или он принимает лекарства, снижающие уровень холестерина. В этих случаях проверяют, достигает ли пациент целевого уровня значений ХС ЛПВП и общего холестерола и, соответственно, снижается ли у него риск сердечно-сосудистых заболеваний.
• При имеющихся факторах риска развития сердечно-сосудистых заболеваний:
  • курение,
  • возраст (мужчины старше 45 лет, женщины старше 55 лет),
  • повышение артериального давления (140/90 мм рт. ст. и выше),
  • случаи повышенного холестерина или сердечно-сосудистых заболеваний у других членов семьи (инфаркт или инсульт у ближайшего родственника мужского пола моложе 55 лет, женского – моложе 65 лет),
  • имеющаяся ишемическая болезнь сердца, перенесенный инфаркт сердечной мышцы или инсульт,
  • сахарный диабет,
  • избыточная масса тела,
  • злоупотребление алкоголем,
  • прием большого количества пищи, содержащей животные жиры,
  • низкая физическая активность.
• Если у ребенка в семье были случаи повышенного холестерина или заболеваний сердца в молодом возрасте, то впервые тест на холестерин ему рекомендуется сдавать в возрасте от 2 до 10 лет.

Стоимость исследования

Фактов о холестерине

Является ли холестерин в яичных желтках «хорошим» или «плохим»? Можно ли «сжечь» холестерин, тренируясь? В чем больше холестерина, в столовой ложке масла или в стакане арахисового масла?

Большинство людей знают, что жир вреден для них, но две трети американцев не понимают, чем холестерин отличается от жиров. Проблема жира на самом деле является наиболее четко определенной темой в питании. Да, большинству американцев следует срезать жир. Им нужно делать это сейчас и всю оставшуюся жизнь, ради своего сердца, здоровья и талии.

Учитывая, что Национальный месяц холестерина в образовании в этом сентябре, накопление некоторых фактов о холестерине может быть в норме. Получение дополнительных сведений устранит путаницу и поможет избежать употребления жиров в своем рационе.

Факты о холестерине

Можно ли сжечь холестерин?

Холестерин — это такой же тип липидов, как и жиры. Однако, в отличие от жира, холестерин нельзя отключить, потеть или сжечь для получения энергии. Он содержится только в продуктах животного происхождения, включая мясо, курицу, рыбу, яйца, субпродукты и молочные продукты с высоким содержанием жира.

Продолжение

Холестерин — это хорошо или плохо?

Точно так же, как домашняя заправка из масла и уксуса разделяется на водянистую лужу с жирной гладкой начинкой, так же поступают и жиры и холестерин, если они попадают прямо в кровь. Чтобы решить эту дилемму, тело переносит жир и холестерин, покрывая их водорастворимым «пузырем» белка. Этот белково-жировой пузырь называется липопротеином.

• Липопротеины низкой плотности (ЛПНП) переносят холестерин в ткани.Это «плохой» холестерин, поскольку высокие уровни ЛПНП связаны с повышенным риском сердечных заболеваний.
• Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) переносят избыток холестерина обратно в печень, которая обрабатывает и выводит холестерин. ЛПВП — это «хороший» холестерин; Чем больше у вас ЛПВП, тем ниже риск развития сердечных заболеваний.
• ЛПВП и ЛПНП находятся только в крови, а не в пище.

Проверьте свой холестерин

Ваш риск сердечных заболеваний можно оценить с помощью теста на холестерин в крови.В этом тесте ваш общий уровень холестерина должен приблизительно соответствовать сумме ваших ЛПНП, ЛПВП и других липопротеинов. Если у вас 3,5 мг общего холестерина или меньше на каждый 1 мг ЛПВП, то соотношение холестерина идеальное. Согласно рекомендациям Национальной образовательной программы по холестерину:

• Общий холестерин должен оставаться ниже 200 мг / дл, если только ЛПВП не высок.
• ЛПНП должен быть ниже 130 мг / дл.
• ЛПВП должен быть 35 мг / дл или выше.
• Людям в возрасте до 30 лет следует стремиться к еще более низкому уровню общего холестерина — 180 мг / дл.

Продолжение

The Fat Primer

Жиры, которые снабжают калории, плавают в крови и накапливаются в бедрах и бедрах, называются «триглицеридами». Они могут быть насыщенными или ненасыщенными, а ненасыщенные могут быть мононенасыщенными или полиненасыщенными. На каждую съеденную унцию триглицеридов вы добавляете в свой рацион 250 калорий (или 9 калорий на грамм — вес изюма). Только насыщенные жиры повышают уровень холестерина в крови и повышают риск сердечных заболеваний.

Какие из них насыщенные?

В целом, чем тверже жир, тем он насыщеннее. Говяжий и молочный жир — это в основном насыщенные жиры. Жидкие масла обычно представляют собой ненасыщенные жиры, включая мононенасыщенные жиры в оливковом масле и масле канолы и полиненасыщенные жиры в сафлоровом, кукурузном, соевом и рыбьем жире. Кокосовое, пальмовое и пальмоядровое масла — исключения из правил; эти жидкие растительные масла представляют собой высоконасыщенные жиры.

Боязнь жарки

Употребление в пищу продуктов с большим содержанием насыщенных жиров повышает риск сердечных заболеваний; это приводит к увеличению количества плохих ЛПНП в крови и снижению количества хороших ЛПВП.Сократите количество насыщенных жиров, и уровень холестерина в крови и риск сердечных заболеваний снизятся. Ваш риск рака также снижается. Диета с большим количеством полиненасыщенных жиров, а не насыщенных, снижает общий уровень холестерина в крови, но, к сожалению, также снижает уровень ЛПВП, поэтому вы теряете как хороший, так и плохой холестерин.

Продолжение

Оливковое масло — это отдельная история. Это масло снижает общий холестерин крови и холестерин ЛПНП, не вызывая падения уровня ЛПВП. Используя оливковое масло, вы можете снизить уровень общего холестерина, сохраняя при этом уровень ЛПВП, тем самым снижая риск сердечных заболеваний.Рыбий жир также снижает риск сердечных заболеваний. Следовательно, предпочтительными маслами являются оливковое и рыбное.

Trans, Schmans

Гидрогенизированные жиры — это жидкие растительные масла, которые приобретают кремообразную консистенцию, когда производители превращают некоторые ненасыщенные жиры в насыщенные с помощью процесса, называемого «гидрогенизация». Этот процесс также изменяет молекулярную форму оставшихся ненасыщенных жиров. Полученная форма является аномальной «транс» формой.

Трансжирные кислоты составляют до 60 процентов жира в обработанных пищевых продуктах, содержащих гидрогенизированные жиры.ТЖК повышают уровень холестерина в крови и увеличивают риск сердечных заболеваний, как и насыщенные жиры.

Продолжение

Знание ваших жиров дает вам преимущество, когда дело доходит до покупки и приготовления правильных продуктов для употребления в пищу. А когда вы отказываетесь от насыщенных жиров и трансжирных кислот, вы можете вести здоровый образ жизни.

Итог:

• Ешьте меньше жиров, особенно насыщенных.
• Ограничьте потребление жирного мяса, жирных молочных продуктов и полуфабрикатов, содержащих гидрогенизированное растительное масло.
• Используйте оливковое масло, но в умеренных количествах, если следите за своим весом.
• Заполните тарелку фруктами, овощами, цельнозерновыми, рыбой и бобовыми.

Метаболизм и печень | Безграничная анатомия и физиология

Метаболизм холестерина

Четверть холестерина в организме вырабатывается печенью, и 50% этого холестерина реабсорбируется обратно в кровоток через тонкий кишечник.

Цели обучения

Опишите метаболизм холестерина

Основные выводы

Ключевые моменты

• Холестерин также синтезируется в надпочечниках и репродуктивных органах.
• Баланс холестерина поддерживается гомеостатическими механизмами: более высокое потребление пищи приводит к снижению синтеза в организме.
• Пищевой холестерин плохо всасывается; следовательно, потребление холестерина мало влияет на уровень холестерина в крови.
• Холестерин входит в состав желчных кислот, выводимых из печени.
• Кристаллизованный холестерин является основным компонентом желчных камней.
• Холестерин в толстой кишке метаболизируется бактериями толстой кишки, которые превращают его в неабсорбируемый стерол, который выводится с калом.

Ключевые термины

• желчный пузырь : У позвоночных — небольшой орган, который помогает в основном переваривать жир и концентрирует желчь, вырабатываемую печенью.
• холестерин : стериновый липид, синтезируемый печенью и транспортируемый с кровотоком к мембранам всех клеток животных; он играет центральную роль во многих биохимических процессах и, как липопротеин, покрывающий стенки кровеносных сосудов, связан с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
• желчь : Горький коричневато-желтый или зеленовато-желтый секрет, вырабатываемый печенью, накапливающийся в желчном пузыре и выделяемый в двенадцатиперстную кишку, где он помогает процессу пищеварения.

Примеры

Яйца являются отличным низкокалорийным источником белка, но они также содержат довольно много холестерина, поэтому в прошлом считалось, что яйца должны быть ограничены в рационе. Однако, поскольку теперь мы знаем, что холестерин поддерживается в организме в равновесии и что прием пищи мало влияет на концентрацию холестерина в крови, оказывается, что яйца могут быть здоровой частью рациона.

Примерно 20–25% от общего суточного производства холестерина происходит в печени.Другие участки с более высокой скоростью синтеза включают кишечник, надпочечники и репродуктивные органы. Биосинтез холестерина напрямую регулируется присутствующими уровнями холестерина, хотя вовлеченные гомеостатические механизмы понятны лишь частично. Более высокое потребление с пищей приводит к чистому снижению эндогенного производства, тогда как более низкое потребление с пищей имеет противоположный эффект. Однако большая часть проглоченного холестерина этерифицирована; этерифицированный холестерин всасывается плохо. Организм также компенсирует любое поглощение дополнительного холестерина за счет снижения синтеза холестерина.По этим причинам потребление холестерина с пищей практически не влияет на общее содержание холестерина в организме или концентрацию холестерина в крови.

Холестерин : молекула холестерина, состоящая из четырех связанных углеводородных колец, образующих объемную стероидную структуру. Есть углеводородный хвост, связанный с одним концом стероида, и гидроксильная группа, связанная с другим концом.

Холестерин перерабатывается. Печень выводит его в неэтерифицированной форме (с желчью) в пищеварительный тракт.Обычно около 50% выводимого холестерина реабсорбируется тонкой кишкой обратно в кровоток.

Кристаллы холестерина : Внешний вид кристаллов холестерина в воде под микроскопом. Фотография сделана в поляризованном свете.

Холестерин окисляется печенью до различных желчных кислот. Они, в свою очередь, конъюгированы с глицином, таурином, глюкуроновой кислотой или сульфатом. Смесь конъюгированных и неконъюгированных желчных кислот вместе с самим холестерином выводится из печени с желчью.Примерно 95% желчных кислот реабсорбируются из кишечника, а оставшаяся часть теряется с калом. Выведение и реабсорбция желчных кислот составляет основу энтерогепатической циркуляции, которая необходима для переваривания и всасывания жиров из пищи. При определенных обстоятельствах, когда он более концентрирован, например, в желчном пузыре, холестерин кристаллизуется и является основным компонентом большинства желчных камней. Лецитин и билирубин также встречаются в желчном пузыре, но реже. Ежедневно в толстую кишку поступает до одного грамма холестерина.Этот холестерин происходит из пищи, желчи и слущенных кишечных клеток; он может метаболизироваться бактериями толстой кишки. Холестерин превращается в основном в копростанол, неабсорбируемый стерол, который выводится с калом. Бактерия, снижающая уровень холестерина, была выделена из фекалий человека.

Регулирование уровня холестерина в крови

Холестерин переносится через кровь липопротеинами, которые направляют холестерин туда, где он необходим.

Цели обучения

Дифференцировать липопротеины, транспортирующие холестерин

Основные выводы

Ключевые моменты

• Есть несколько типов липопротеинов, которые классифицируются по их плотности или соотношению липидов к белкам.Чем меньше протеин, тем он менее плотный.
Липопротеины ЛПНП
• содержат самый высокий процент холестерина и являются основными переносчиками через кровоток.
• ЛПНП и его рецептор образуют везикулу, которая сливается с лизосомой, которая высвобождает холестерин для использования в мембранном биосинтезе или хранении клеток.
• Липопротеины ЛПВП транспортируют холестерин обратно в печень для выведения или переработки.
• Высокие уровни липопротеинов ЛПВП связаны с лучшими результатами для здоровья.
Липопротеины ЛПНП
• содержат самый высокий процент холестерина и являются основными переносчиками через кровоток.
• ЛПНП и его рецептор образуют везикулу, которая сливается с лизосомой, которая высвобождает холестерин для использования в биосинтезе мембраны или для хранения в клетке.
• Когда в клетке достаточно холестерина, рецепторы ЛПНП блокируются, но когда клетка дефицитна, создается больше рецепторов ЛПНП.
• Если система выходит из строя, липопротеины ЛПНП накапливаются в крови, поглощаются макрофагами и могут застрять на стенках кровеносных сосудов с образованием бляшек.
• Липопротеины ЛПВП транспортируют холестерин обратно в печень для выведения или переработки.
• Высокие уровни липопротеинов ЛПВП связаны с лучшими результатами для здоровья.

Ключевые термины

• лизосома : органелла, обнаруженная во всех типах клеток животных, которая содержит широкий спектр пищеварительных ферментов, способных расщеплять большинство биологических макромолекул.
• липопротеин : любой из большой группы комплексов белка и липида с множеством биохимических функций.
• хиломикроны : Хиломикроны — одна из пяти основных групп липопротеинов (хиломикроны, ЛПОНП, ЛПНП, ЛПНП, ЛПВП), которые позволяют жирам и холестерину перемещаться в водном растворе кровотока.

Примеры

Тест на холестерин измеряет уровни ЛПВП, ЛПНП, ЛПОНП и триглицеридов. Отношение ЛПВП к ЛПНП — полезный метод скрининга для определения возможного риска сердечных заболеваний или инсульта.

Уровни холестерина в крови и транспорт

Холестерин плохо растворяется в воде; он может растворяться и перемещаться в кровотоке на водной основе в чрезвычайно малых концентрациях.Поскольку холестерин нерастворим в крови, он транспортируется в системе кровообращения в составе липопротеинов, которые представляют собой сложные дискоидные частицы, внешняя часть которых состоит из амфифильных белков и липидов, обращенные наружу поверхности являются водорастворимыми, а обращенные внутрь — липидорастворимыми. ; триглицериды и сложные эфиры холестерина переносятся внутрь. Фосфолипиды и холестерин, будучи амфипатическими, переносятся в поверхностном монослое липопротеиновой частицы.

липосомальная структура : липидные везикулы (или липосомы) представляют собой небольшие внутриклеточные пузырьки жидкости, заключенные в мембрану внутри клетки.Они образуются из-за свойств липидных мембран, где гидрофобные цепи упакованы вместе, поэтому они не контактируют с водным раствором.

Помимо обеспечения растворимого средства для транспортировки холестерина через кровь, липопротеины имеют сигналы нацеливания на клетки, которые направляют липиды, которые они переносят в определенные ткани. По этой причине в крови есть несколько типов липопротеинов, которые называются в порядке увеличения плотности:

1. хиломикронов
2. Липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП)
3. Липопротеины промежуточной плотности (IDL)
4. липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и
5. липопротеинов высокой плотности (ЛПВП).

Чем больше липидов и меньше белка в липопротеине, тем он менее плотный. Холестерин во всех различных липопротеинах идентичен, хотя часть холестерина содержится в «свободном» спирте, а часть — в виде жирных ациловых эфиров, называемых сложными эфирами холестерина. Однако разные липопротеины содержат аполипопротеины, которые служат лигандами для определенных рецепторов на клеточных мембранах. Таким образом, липопротеиновые частицы представляют собой молекулярные адреса, которые определяют начальную и конечную точки транспорта холестерина.

Хиломикроны, наименее плотный тип транспортных молекул холестерина, содержат в своей оболочке аполипопротеин B-48, аполипопротеин C и аполипопротеин E. Хиломикроны — это переносчики, которые переносят жиры из кишечника в мышцы и другие ткани, которым необходимы жирные кислоты для получения энергии или производства жира. Холестерин, который не используется мышцами, остается в более богатых холестерином остатках хиломикронов, которые отсюда попадают в кровоток печенью.

молекул ЛПОНП вырабатываются печенью и содержат избыток триацилглицерина и холестерина, который не требуется печени для синтеза желчных кислот.Эти молекулы содержат в своих оболочках аполипопротеин B100 и аполипопротеин E. Во время транспортировки в кровотоке кровеносные сосуды расщепляют и поглощают больше триацилглицерина из молекул IDL, которые содержат еще более высокий процент холестерина. Молекулы IDL имеют две возможные судьбы: половина метаболизируется HTGL, поглощается рецептором LDL на поверхности клеток печени, а другая половина продолжает терять триацилглицерины в кровотоке, пока не сформирует молекулы LDL, которые имеют самый высокий процент холестерина в крови. их.

молекул ЛПНП являются основными переносчиками холестерина в крови, и каждая из них содержит примерно 1500 молекул сложного эфира холестерина. Оболочка молекулы ЛПНП содержит всего одну молекулу аполипопротеина В100, который распознается рецептором ЛПНП в периферических тканях. После связывания аполипопротеина B100 многие рецепторы ЛПНП локализуются в ямках, покрытых клатрином. И ЛПНП, и его рецептор интернализуются за счет эндоцитоза, образуя пузырьки внутри клетки.Затем везикула сливается с лизосомой, в которой есть фермент, называемый липазой лизосомальной кислоты, который гидролизует сложные эфиры холестерина. Теперь внутри клетки холестерин можно использовать для мембранного биосинтеза или эстерифицировать и хранить внутри клетки, чтобы не мешать клеточным мембранам.

Синтез рецептора ЛПНП регулируется SREBP, тем же регуляторным белком, который использовался для контроля синтеза холестерина de novo в ответ на присутствие холестерина в клетке. Когда в клетке содержится много холестерина, синтез рецептора ЛПНП блокируется, поэтому новый холестерин в форме молекул ЛПНП не может усваиваться.Напротив, когда клетка испытывает дефицит холестерина, образуется больше рецепторов ЛПНП. Когда эта система нарушена, многие молекулы ЛПНП появляются в крови без рецепторов на периферических тканях. Эти молекулы ЛПНП окисляются и поглощаются макрофагами, которые наполняются кровью и образуют пенистые клетки. Эти клетки часто застревают в стенках кровеносных сосудов и способствуют образованию атеросклеротических бляшек. Различия в гомеостазе холестерина влияют на развитие раннего атеросклероза (толщина интима-медиа сонных артерий).Эти бляшки являются основной причиной сердечных приступов, инсультов и других серьезных медицинских проблем, приводящих к ассоциации так называемого холестерина ЛПНП (фактически липопротеина) с «плохим» холестерином.

Также считается, что частицы ЛПВП транспортируют холестерин обратно в печень для выведения или в другие ткани, которые используют холестерин для синтеза гормонов в процессе, известном как обратный транспорт холестерина (RCT). Наличие большого количества крупных частиц ЛПВП коррелирует с лучшими результатами для здоровья.Напротив, наличие небольшого количества крупных частиц ЛПВП независимо связано с прогрессированием атероматозного заболевания в артериях.

Анализ крови на холестерин : Референсные диапазоны для анализов крови, показывающие обычные, а также оптимальные уровни ЛПВП, ЛПНП и общего холестерина в массовых и молярных концентрациях, показаны оранжевым цветом справа, то есть среди компонентов крови с максимальной концентрацией.

Холестерин | Подкаст | Chemistry World

Мира Сентилингам

На этой неделе менее известное открытие, сделанное Дороти Ходжкин, и это соединение, возможно, получило слишком много плохой прессы.Вот Хейли Берч.

Хейли Берч

Большинство людей, которые хоть что-то знают о Дороти Ходжкин, знают, что она решила трехмерную структуру инсулина. Это было то, чем она прославилась больше всего — это и метод, который она использовала: дифракция рентгеновских лучей. Но дьявольски сложная структура инсулина взломала ей три десятилетия — она ​​начала работать с ней до начала Второй мировой войны и закончила ее в год высадки на Луну, — а тем временем она обратила свое внимание на другие важные биологические структуры.Фактически, она получила свою Нобелевскую премию до того, как была завершена работа, которой она больше всего запомнилась. К 1964 году, когда была присуждена премия, она уже опубликовала трехмерные кристаллографические структуры пенициллина и витамина B12. Но ей также приписывают создание первой трехмерной структуры сложной биоорганической молекулы. И эта молекула была холестерином.

Холестерин был обнаружен в желчных камнях, и французский химик по имени Мишель Эжен Шеврёль, также известный своими работами по цвету, проанализировал его в начале 19 века.Он увидел, что это жирное вещество, и дал ему название — холестерин, но в медицинских учебниках он появился гораздо позже, в 1940-х годах. Когда Дороти Ходжкин пыталась раскрыть его структуру в 1930-х годах, его роль в сердечных заболеваниях была совершенно неизвестна.

В настоящее время, конечно, наличие большого количества холестерина в кровотоке считается ключевым фактором риска сердечных заболеваний, и в отношении употребления жирной пищи, содержащей эту молекулу, выпускаются строгие предупреждения о вреде для здоровья. Где-то в 1990-х фармацевтические компании начали войну против холестерина.К 2001 году миллионы людей принимали статины, и препарат липитор, снижающий уровень холестерина, стал самым продаваемым лекарством из когда-либо созданных. Ученые даже предложили раздавать лекарства вместе с едой Биг Мака, чтобы противодействовать влиянию холестерина на наши артерии.

Но холестерин не так уж и плох. Помимо того, что он имеет решающее значение для поддержания целостности мембран, скрепляющих клетки, он необходим в солях желчных кислот, которые переваривают нашу пищу, и в производстве половых гормонов.Наше тело производит около грамма в день, и это без какой-либо помощи со стороны McDonald’s. В буквальном смысле, нас бы здесь не было, если бы не холестерин.

Но если говорить о наших артериях, в чем разница между хорошим и плохим холестерином? В течение многих лет ученые утверждали, что все дело в составе частиц, которые переносят холестерин в организме — поскольку холестерин в значительной степени нерастворим в воде, он должен объединяться с другими молекулами, чтобы сформировать частицу липопротеина.Эти липопротеины бывают двух форм. Вы, наверное, слышали о ЛПВП и ЛПНП, которые обозначают липопротеины высокой и низкой плотности. ЛПВП, так называемый «хороший холестерин», содержит много белков. ЛПНП, с другой стороны, считается «плохим», потому что он содержит много холестерина.

В Интернете можно посмотреть анимацию частиц «плохого холестерина» в форме футбольного мяча, циркулирующих в кровотоке. Они изображены как злые маленькие вирусоподобные частицы с видимыми по всей поверхности головками молекул фосфолипидов.Отдельные молекулы холестерина гнездятся среди этих фосфолипидов. Как и другие стерины, это четырехкольцевая молекула, состоящая в основном из углерода и водорода. Дороти Ходжкин интересовалась всевозможными стеринами во время своих кристаллографических исследований в 1930-х годах и опубликовала структуры не только холестерина, но и растительных стеролов, а также эргостерина, который действует подобно холестерину на клеточных мембранах грибов.

На самом деле, модель хорошего и плохого холестерина, вероятно, слишком упрощена.Фактически, существует несколько различных типов ЛПНП, и общий уровень ЛПНП не является надежным индикатором того, будут ли у человека проблемы с сердцем. Но есть свидетельства того, что изменения холестерина приводят к образованию бляшек, блокирующих кровоток у пациентов с сердечными заболеваниями. Теория такова: артеросклероз начинается с повреждения внутренней стенки артерии. Различный мусор, в том числе молекулы холестерина, застревает в поврежденном месте, где происходит множество химических реакций.Вся эта химическая активность вызывает окисление молекул холестерина, изменение, которое привлекает иммунные клетки, называемые макрофагами, которые съедают молекулы холестерина и превращаются в жировые клетки, называемые пенистыми клетками. Это клетки пены, которые в конечном итоге накапливаются, образуя бляшки.

Есть также свидетельства того, что кровеносные сосуды можно прочистить, повысив уровень «хорошего холестерина» в организме, поскольку это может помочь удалить «плохой холестерин» из артерий. В прошлом году ученые Оксфордского университета показали, что пациенты получали пользу от приема препаратов, повышающих уровень ЛПВП, вместе со статинами, снижающими уровень ЛПНП.Нанотехнологи даже создали наночастицы золота, которые, как они надеются, будут имитировать действие ЛПВП.

Итак, холестерин, возможно, получил плохую репутацию, но на самом деле он может быть частью лекарства, которое мы все искали.

Мира Сентилингам

Роль холестерина в нашей сердечной деятельности и хороша, и плохая. Это была Хейли Берч, проливающая свет на химию и медицинское использование холестерина. Теперь, на следующей неделе, соединение, которое также несправедливо изображается как чистый злодей.

Брайан Клегг

Если бы вы поверили прессе, вы бы подумали, что углекислый газ — это соединение плохого парня, злая молекула, стремящаяся к мировому господству. Конечно, это связано с его ролью в качестве парникового газа в глобальном потеплении, но есть кое-что, что мы должны помнить. В умеренных количествах парниковый эффект — это хорошо. Без него средняя температура на этой планете была бы -18 градусов по Цельсию. Не было бы жизни в том виде, в каком мы ее знаем.

Мира Сентилингам

Присоединяйтесь к Брайану Клеггу, чтобы открыть для себя другие положительные аспекты углекислого газа, а также химию, лежащую в основе некоторых из наиболее отрицательных аспектов, о которых мы часто слышим, в «Химии в ее элементе».А пока спасибо за внимание. Я Мира Сентилингам.

Как образуются холестериновые камни в желчном пузыре?

Автор

Дуглас М. Хойман, доктор медицины, FACP, FACG, AGAF Заведующий отделением гепатологии, Медицинский центр Департамента по делам ветеранов Хантера Холмса Макгуайра; Профессор кафедры внутренней медицины, отделение гастроэнтерологии, Медицинский факультет Университета Содружества Вирджинии

Дуглас М. Хойман, доктор медицины, FACP, FACG, AGAF является членом следующих медицинских обществ: Американской ассоциации по изучению заболеваний печени, Американского колледжа врачей, Американская гастроэнтерологическая ассоциация

Раскрытие информации: Получены гранты / средства на исследования от Новартис для других целей; Получил грант / средства на исследования от Bayer для других целей; Получал грант / средства на исследования от Otsuka ни на что; Получил грант / средства на исследования от Bristol Myers Squibb для других целей; Ни разу не получил ни одного от Scynexis; Получил грант / средства на исследования от Salix для других; Получил грант / средства на исследования от MannKind для других.

Соавтор (ы)

Анастасиос Михас, доктор медицинских наук, FACP, FACG Профессор, кафедра медицины, отделение гастроэнтерологии, Медицинский факультет Университета Содружества Вирджинии; Консультант, Больницы и клиники Университета Содружества Вирджинии; Руководитель клинических исследований GI, директор амбулаторной службы GI, заместитель директора отделения гепатологии, Медицинский центр по делам ветеранов Hunter Holmes McGuire

Анастасиос Михас, доктор медицинских наук, DMSc, FACP, FACG является членом следующих медицинских обществ: Американская ассоциация Исследование заболеваний печени, Американский колледж гастроэнтерологии, Американский колледж врачей, Американская гастроэнтерологическая ассоциация, Американское общество эндоскопии желудочно-кишечного тракта, Sigma Xi, Южное общество клинических исследований, Американская федерация клинических исследований, Группа исследований в области гастроэнтерологии

Раскрытие: Ничего не разглашать .

Джефф Аллен, доктор медицины Доцент кафедры хирургии Университета Луисвилля

Раскрытие информации: раскрывать нечего.

Главный редактор

BS Ананд, доктор медицины Профессор кафедры внутренней медицины, отделение гастроэнтерологии, Медицинский колледж Бейлора

BS Ананд, доктор медицинских наук, является членом следующих медицинских обществ: Американской ассоциации по изучению заболеваний печени, Американского колледжа гастроэнтерологии , Американская гастроэнтерологическая ассоциация, Американское общество эндоскопии желудочно-кишечного тракта

Раскрытие: Ничего не говорится.

Благодарности

Firass Abiad, MD Руководитель отделения общей и лапароскопической хирургии, Больница специализированного медицинского центра, Саудовская Аравия

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

BS Ананд, MD Профессор кафедры внутренней медицины, отделение гастроэнтерологии, Медицинский колледж Бейлора

BS Ананд, доктор медицинских наук, является членом следующих медицинских обществ: Американской ассоциации по изучению заболеваний печени, Американского колледжа гастроэнтерологии, Американской гастроэнтерологической ассоциации и Американского общества гастроэнтерологической эндоскопии

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Дэвид Эрик Бернштейн, доктор медицины Директор отделения гепатологии, Университетская больница Северного берега; Профессор клинической медицины, Медицинский колледж Альберта Эйнштейна

Дэвид Эрик Бернштейн, доктор медицинских наук, является членом следующих медицинских обществ: Американской ассоциации по изучению заболеваний печени, Американского колледжа гастроэнтерологии, Американского колледжа врачей, Американской гастроэнтерологической ассоциации и Американского общества гастроэнтерологической эндоскопии

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Барри Э. Бреннер, доктор медицины, доктор философии, FACEP Профессор неотложной медицины, профессор внутренней медицины, директор программы неотложной медицины, Медицинский центр Кейс, университетские больницы, Медицинский факультет Университета Кейс Вестерн Резерв

Барри Бреннер, доктор медицины, доктор философии, FACEP является членом следующих медицинских обществ: Alpha Omega Alpha, Американская академия неотложной медицины, Американский колледж грудных врачей, Американский колледж врачей неотложной помощи, Американский колледж врачей, Американская кардиологическая ассоциация, Американское торакальное общество, Медицинское общество Арканзаса, Нью-Йоркская медицинская академия, Нью-Йоркская академия наук и Общество академической неотложной медицины

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Дэвид Ф.М. Браун, доктор медицины Доцент, Отделение неотложной медицины, Гарвардская медицинская школа; Заместитель председателя отделения неотложной медицины, Массачусетская больница общего профиля

Дэвид Ф.М. Браун, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американского колледжа врачей неотложной помощи и Общества академической неотложной медицины

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

William K Chiang, MD Адъюнкт-профессор кафедры неотложной медицины Медицинской школы Нью-Йоркского университета; Начальник службы, отделение неотложной медицины, больничный центр Bellevue

Уильям К. Чианг, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американской академии клинической токсикологии, Американского колледжа медицинской токсикологии и Общества академической неотложной медицины

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Альфред Кушьери, MD, ChM, FRSE, FRCS , руководитель, профессор кафедры хирургии и молекулярной онкологии, Университет Данди, Великобритания

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Имад С. Дандан, доктор медицины Хирург-консультант, отделение хирургии, отделение травм, больница Мемориала Скриппса

Имад С. Дандан, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американской ассоциации хирургии травм, Американского колледжа хирургов, Американской медицинской ассоциации, Американского общества травматологии, Калифорнийской медицинской ассоциации и Общества интенсивной терапии

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Дэвид Гринвальд, доктор медицины Доцент клинической медицины, директор программы стипендий, Департамент медицины, Отделение гастроэнтерологии, Медицинский центр Монтефиоре, Медицинский колледж Альберта Эйнштейна

Дэвид Гринвальд, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Alpha Omega Alpha, Американский колледж гастроэнтерологии, Американский колледж врачей, Американская гастроэнтерологическая ассоциация, Американское общество эндоскопии желудочно-кишечного тракта и Общество эндоскопии желудочно-кишечного тракта Нью-Йорка

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Юджин Хардин, доктор медицины, FAAEM, FACEP Бывший председатель и доцент кафедры неотложной медицины Медицинского и научного университета Чарльза Дрю; Бывший председатель отделения неотложной медицины, Медицинский центр Мартина Лютера Кинга / Дрю

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Faye Maryann Lee, MD Штатный врач, Отделение неотложной медицины, Нью-Йоркский университет / Больничный центр Bellevue

Фэй Мэриэнн Ли, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Phi Beta Kappa

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Салли Сантен, доктор медицины Программный директор, доцент кафедры неотложной медицины, Университет Вандербильта

Салли Сантен, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американского колледжа врачей неотложной помощи и Общества академической неотложной медицины

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Assaad M Soweid, MD, FASGE, FACG Адъюнкт-профессор клинической медицины, эндосонографии и современной терапевтической эндоскопии, директор отделения эндоскопии и бронхоскопии, отделение гастроэнтерологии, отделение внутренней медицины, Медицинский центр Американского университета Бейрута, Ливан

Assaad M Soweid, MD, FASGE, FACG является членом следующих медицинских обществ: Американский колледж гастроэнтерологии, Американский колледж врачей, Американский колледж врачей — Американское общество внутренней медицины, Американское гинекологическое и акушерское общество и Американская медицинская ассоциация.

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Франсиско Талавера, фармацевт, доктор философии Адъюнкт-профессор, Фармацевтический колледж Медицинского центра Университета Небраски; Главный редактор Medscape Drug Reference

Раскрытие информации: Medscape Salary Employment

4.5: Понимание холестерина в крови — Medicine LibreTexts

Навыки для развития

• Сравните и сопоставьте роли ЛПНП и ЛПВП в вашем организме.
• Объясните цель липидного профиля крови и определите здоровые диапазоны.

Возможно, вы слышали о сокращениях ЛПНП и ЛПВП, относящихся к здоровью сердца. Эти сокращения относятся к липопротеинам низкой плотности (ЛПНП) и липопротеинам высокой плотности (ЛПВП) соответственно. Липопротеины характеризуются размером, плотностью и составом. По мере увеличения размера липопротеина плотность уменьшается. Это означает, что ЛПВП меньше, чем ЛПНП. Почему их называют «хорошим» и «плохим» холестерином? Что нужно знать об этих липопротеинах? Этот раздел поможет вам ответить на эти вопросы.

Короткоцепочечные жирные кислоты и среднецепочечные жирные кислоты могут переноситься в кровотоке вместе с белком, альбумином. Длинноцепочечные жирные кислоты гораздо менее растворимы в воде, поэтому они требуют особого транспорта внутри липопротеинов. После еды, во время переваривания и всасывания длинноцепочечные жирные кислоты упаковываются в хиломикроны и транспортируются в этих мицеллах по телу.

Холестерин содержится только в продуктах животного происхождения. Кроме того, наш организм вырабатывает холестерин, потому что он важен для синтеза желчи и гормонов.Количество синтезированного холестерина зависит от его количества в крови. На это также влияет количество холестерина в вашем рационе.

Основные липопротеины

Напомним, что хиломикроны переносят жиры через водянистую среду тела. Примерно через десять часов циркуляции по телу хиломикроны постепенно высвобождают свои триацилглицерины в клетки, пока от их состава не останется только богатые холестерином остатки. Эти остатки используются печенью в качестве сырья для выработки определенных липопротеинов.Ниже приводится список различных липопротеинов и их функций:

• ЛПОНП. Липопротеины очень низкой плотности вырабатываются в печени из остатков хиломикронов и переносят триацилглицерины из печени в различные ткани организма. По мере того как ЛПОНП перемещаются по кровеносной системе, липопротеиновая липаза разрушает ЛПОНП триацилглицеринов. Поскольку удаление триацилглицерина продолжается, ЛПОНП становятся липопротеинами промежуточной плотности.
• IDL. Липопротеины средней плотности переносят различные жиры и холестерин в кровоток, и их состав немного меньше половины триацилглицерина.Путешествуя по кровотоку, холестерин извлекается из других липопротеинов, в то время как циркулирующие ферменты удаляют его фосфолипидный компонент. Когда IDL возвращаются в печень, они превращаются в липопротеины низкой плотности.
• ЛПНП. Поскольку липопротеины низкой плотности широко известны как «плохой холестерин», совершенно необходимо понимать их функцию в организме, чтобы делать выбор в пользу здорового питания и образа жизни. ЛПНП несут холестерин и другие липиды. Они состоят из очень небольшого количества триацилглицеринов и содержат более 50 процентов холестерина и сложных эфиров холестерина.ЛПНП развивается, поскольку липид удаляется из ЛПОНП клетками организма. Как организм получает содержащиеся в нем липиды? Поскольку ЛПНП доставляют холестерин и другие липиды в клетки, поверхность каждой клетки имеет рецепторные системы, специально предназначенные для связывания с ЛПНП. Циркулирующие в кровотоке ЛПНП связываются с этими рецепторами ЛПНП и потребляются. Попав внутрь клетки, ЛПНП разбирается и высвобождается его холестерин. В клетках печени эти рецепторные системы помогают контролировать уровень холестерина в крови, поскольку они связывают ЛПНП.Дефицит этих механизмов связывания ЛПНП приведет к перемещению большого количества холестерина в кровоток, что может привести к сердечным заболеваниям или атеросклерозу. Рационы, богатые насыщенными жирами, запрещают рецепторы ЛПНП. Таким образом, рецепторы ЛПНП имеют решающее значение для регулирования уровня холестерина.
• ЛПВП. Липопротеины высокой плотности несут ответственность за перенос холестерина из кровотока в печень, где он либо повторно используется, либо удаляется из организма с желчью. ЛПВП имеют очень большой белковый состав в сочетании с низким содержанием холестерина (от 20 до 30 процентов) по сравнению с другими липопротеинами.Следовательно, эти липопротеины высокой плотности обычно называют «хорошим холестерином».

Контраст ЛПНП и ЛПВП

Сердечный приступ и атеросклероз — это состояния, часто вызываемые холестерином, который накапливается и утолщается в стенках артерий. ЛПВП и ЛПНП напрямую связаны с этими опасными для жизни недугами. Сравнивая и противопоставляя роли каждого из этих липопротеинов в здоровье сердца и кровеносных сосудов, вы сможете составить и оценить план действий для вашего личного здоровья.Обратите внимание на следующие факты о липопротеинах:

• Состав ЛПНП / ЛПВП . ЛПНП составляют примерно 25 процентов белка и 75 процентов холестерина и других жиров. ЛПНП больше (но легче) и богаче холестерином, чем ЛПВП. ЛПВП на 50 процентов состоит из белка и на 50 процентов из холестерина и других жиров. ЛПВП меньше, плотнее и богаче белком.
• Функция ЛПНП / ЛПВП . ЛПНП переносят холестерин в клетки для нормального использования, но ЛПНП также могут откладывать холестерин в стенках кровеносных сосудов, что может привести к опасным заболеваниям.ЛПВП удаляют избыток холестерина из клеток, тканей и кровеносных сосудов и доставляют их обратно в печень, где они либо повторно используются, либо выводятся из организма.
• ЛПНП / ЛПВП и воспаление . ЛПНП содержат липиды, которые обладают провоспалительным действием и могут способствовать сердечным заболеваниям. ЛПВП переносят липиды, которые обладают противовоспалительным действием и могут снизить частоту сердечных заболеваний.
• Предупреждения о ЛПНП / ЛПВП . Высокие значения ЛПНП предупреждают о повышенном риске сердечно-сосудистых заболеваний, в то время как высокие значения ЛПВП указывают на снижение риска сердечно-сосудистых заболеваний.
• Окисленный ЛПНП . ЛПНП становятся более опасными при окислении. Окисление определяется как потеря электронов между двумя веществами в результате химической реакции. Если происходит окисление ЛПНП, окисленные ЛПНП остаются нестабильными. Окисленные ЛПНП могут ускорить процесс образования бляшек в артериях. Считается, что он ускоряет отложение холестерина в стенках артерий и вызывает хронический воспалительный эффект во всей обширной сети сосудов организма. Эта деятельность способствует развитию атеросклероза и значительно увеличивает риск сердечного приступа или инсульта.

Рекомендации по холестерину в крови

Для нормального общего холестерина в крови желаемый диапазон, который вы хотели бы поддерживать, составляет менее 200 мг / дл. В частности, при рассмотрении индивидуальных липидных профилей низкое количество ЛПНП и высокое количество ЛПВП предотвращают избыточное накопление холестерина в артериях и предотвращают потенциальную опасность для здоровья. Уровень ЛПНП менее 100 миллиграммов на децилитр является идеальным, в то время как уровень ЛПНП выше 160 миллиграммов на децилитр будет считаться высоким.Напротив, низкое значение ЛПВП является верным признаком того, что человек живет с большим риском заболевания. Значения менее 40 миллиграммов на децилитр для мужчин и 50 миллиграммов на децилитр для женщин указывают на фактор риска развития сердечных заболеваний. Короче говоря, повышенные липидные профили ЛПНП в крови указывают на повышенный риск сердечного приступа, в то время как повышенные липидные профили ЛПВП в крови указывают на снижение риска. Отличным источником дополнительной информации является следующее руководство Национальной образовательной программы по холестерину: Краткий обзор рекомендаций ATP III Краткий справочник — Национальный институт сердца, легких и крови

Медицинский центр Университета Мэриленда сообщает, что жирные кислоты омега-3 способствуют снижению общего холестерина и триацилглицеринов у людей с высоким уровнем холестерина.Медицинский центр Университета Мэриленда. «Жирные кислоты омега-3». http://www.umm.edu/altmed/articles/omega-3-000316.htm Рекомендуется, чтобы люди регулярно потребляли в своем рационе жирные кислоты омега-3, такие как альфа-линоленовая кислота. Полиненасыщенные жирные кислоты особенно полезны для употребления, потому что они как снижают ЛПНП, так и повышают ЛПВП, тем самым способствуя здоровому уровню холестерина в крови. Исследование также показывает, что насыщенные и трансжирные кислоты служат катализаторами повышения холестерина ЛПНП.Кроме того, трансжирные кислоты снижают уровень ЛПВП, что может негативно повлиять на общий холестерин в крови.

Сердечно-сосудистые заболевания

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), сердечные заболевания являются основной причиной смерти в Соединенных Штатах (болезнь обычно начинается с артериосклероза или утолщения, потери эластичности и кальцификации стенок артерий. Атеросклероз это тип атеросклероза, который часто определяют как «затвердение артерий».«Это хроническое заболевание настолько распространено, что у большинства людей появляются признаки его к 30 годам. Артерии начинают сужаться и затвердевать, когда на их внутренних стенках накапливаются жиры и образуются бляшки. Бляшки состоят из жира, холестерина, кальция и т. Д. и другие вещества, обнаруженные в крови.

Образование бляшек заставляет артерии сужаться и затвердевать, что повышает кровяное давление, поскольку сосуды не могут эффективно расширяться для приема пульсаций крови. Повышенное кровяное давление напрягает сердце и причиняет больше вреда. Стенки артерий могут стать настолько ослабленными из-за высокого кровяного давления, что они раздуваются и образуют так называемую аневризму. Если аневризма лопается, это становится опасным для жизни событием. Сами бляшки также могут разорваться из-за скачка артериального давления или тремора вдоль артериальной стенки, и организм реагирует на это предполагаемое повреждение образованием сгустков крови.Эти сгустки представляют собой серьезную угрозу для здоровья, будь они неподвижными (тромб) или движущимися (эмбол). Стабильный сгусток может медленно убивать окружающие ткани, ограничивая доступ кислорода (так называемая ишемия) к области, или разрастаться настолько, что блокирует кровообращение и вызывает тромбоз. Когда движущийся сгусток застревает в артерии, слишком малой для его прохождения, он перекрывает кровоток и вызывает гибель клеток. Это называется эмболией. Сгустки крови в сердечных и мозговых артериях могут вызвать сердечный приступ или инсульт соответственно.

Две полиморфные кристаллические структуры моногидрата холестерина образуются в моделях атеросклероза на макрофагах

Значимость

Атеросклероз вызывает сердечный приступ и инсульт и является основным смертельным заболеванием в западном мире.Стержни и пластины кристаллов холестерина являются отличительным признаком атеросклеротических бляшек и связаны с разрывом бляшек и образованием тромбов. Мы показываем здесь, что удлиненные стержневидные кристаллы, которые образуются внутри клеток макрофагов, обогащенных холестерином, имеют кристаллическую структуру, отличную от тонких пластинок, связанных с плазматической мембраной клетки. Две кристаллические структуры вызваны различной биологической средой, в которой они формируются. Помимо определения структуры кристаллов холестерина в патологических бляшках, эта работа может, таким образом, предоставить информацию о механизмах роста клеточных кристаллов, если будут поняты факторы, способствующие формированию различных структур.

Abstract

Образование атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов является результатом поглощения частиц ЛПНП и, как следствие, накопления холестерина в клетках макрофагов. Избыточное накопление холестерина в конечном итоге приводит к отложению кристаллов холестерина, что является признаком зрелых атером. Мы проследили образование кристаллов холестерина в клетках макрофага J774A.1 с течением времени во время накопления частиц ЛПНП, используя ранее разработанные методы корреляционной рентгеновской томографии (cryo-SXT) и микроскопии стохастической оптической реконструкции (STORM).Мы показываем, на начальных стадиях накопления, формирование небольших четырехугольных кристаллических пластинок, связанных с плазматической мембраной клетки, которые впоследствии могут собираться в большие агрегаты. Эти пластины соответствуют кристаллам обычно наблюдаемой триклинной структуры моногидрата холестерина. Крупные палочковидные кристаллы холестерина образуются на более поздней стадии во внутриклеточных местах. Используя криотрансмиссионную электронную микроскопию (крио-ПЭМ) и криоэлектронную дифракцию (крио-ЭД), мы показали, что структура больших удлиненных стержней соответствует структуре моноклинного моногидрата холестерина, недавно определенного полиморфа триклинной кристаллической структуры.Эти моноклинные кристаллы образуют необычный полый цилиндр или спиральную структуру, которая сохраняется в зрелых стержневидных кристаллах. Морфология стержневидная схожа с кристаллами, выделенными из атером. Мы предполагаем, что кристаллы в атеросклеротических бляшках сохраняют в своей морфологии память о структуре, в которой они были сформированы. Идентификация структуры полиморфа, помимо объяснения различных морфологий кристаллов, может служить для выяснения механизмов сегрегации и преципитации холестерина в атеросклеротических бляшках.

Холестерин является важным компонентом мембран клеток животных (1), который регулирует текучесть мембран и механические свойства.

Холестерин непрерывно доставляется в клетки за счет синтеза или поглощения экзогенного холестерина, а избыток удаляется. Таким образом достигается устойчивое равновесие (гомеостаз холестерина). Холестерин доставляется через кровь к большинству периферических тканей с помощью липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), тогда как обратный транспорт холестерина (т.е.е. удаление избыточного холестерина) опосредуется липопротеинами высокой плотности (ЛПВП) (2). Когда частицы ЛПНП задерживаются в интиме, самом внутреннем слое стенки артерии, они могут запускать рекрутирование моноцитов из крови (3, 4). Внутри стенки сосуда моноциты дифференцируются в макрофаги, которые поглощают большое количество захваченных ЛПНП. Накопленный холестерин хранится в этерифицированной форме в липидных каплях цитоплазмы и в неэтерифицированной форме в основном в лизосомах и клеточных мембранах (5–7).По мере увеличения уровня холестерина в клетках макрофагов они становятся «пенистыми клетками» и инициируют образование атеросклеротических бляшек (8–11). Впоследствии перенасыщение неэтерифицированного холестерина в клетках может привести к выпадению кристаллов до и / или после гибели клеток (12–14). Кристаллический холестерин с трудом растворяется или удаляется с бляшек (6). Формирование кристаллов способствует усилению воспалительной реакции, расширению некротического ядра и возможному разрушению бляшек, что приводит к сердечному приступу и инсульту (6, 15, 16).Открытые вопросы: что вызывает образование кристаллов, каковы биологические центры зародышеобразования и происходит ли кристаллизация исключительно во внутриклеточных или внеклеточных сайтах.

Кристаллы холестерина наблюдались в атеросклеротических тканях и в культуре клеток, как во внутриклеточных, так и во внеклеточных местах (4, 12, 13, 17⇓ – 19). Преобладают две морфологии кристаллов: удлиненные стержневидные кристаллы и тонкие четырехугольные пластинки (19, 20). Последние характерны для стабильных триклинных кристаллов моногидрата холестерина (21⇓ – 23).Кристаллы триклинного моногидрата (таблица 1) являются хорошо известной формой депонирования in vitro. В желчных камнях (24, 25), патологии, также связанной с отложением кристаллов холестерина, триклинная форма откладывается бок о бок со структурой моноклинного моногидрата холестерина (таблица 1) (25, 26). Стержневидные кристаллы имеют морфологию холестерина в безводной форме (27, 28) и действительно предположили, что они имеют структуру безводного холестерина (таблица 1) (12). Однако исследования, проведенные на свежих образцах атеросклеротических бляшек, показали, что кристаллы холестерина в безводной форме в исследованных бляшках отсутствуют (21, 23, 29).Наличие двух различных морфологий, по-видимому, указывает на то, что кристаллы образовались в разных средах, возможно, внутриклеточных и внеклеточных.

Параметры кристаллической структуры холестерина

Трехмерные кристаллы моногидрата холестерина образуются спонтанно из двумерных упорядоченных доменов холестерина в монослоях и мультислоях сжатого холестерина (30, 31). Подобное зародышеобразование трехмерных кристаллов холестерина из сегрегированных доменов холестерина происходит в двухслойных смесях фосфолипид / холестерин за пределами критической локальной концентрации холестерина (32, 33).

На основании этой работы и работы, выполненной на клетках макрофагов, обогащенных холестерином, мы предположили, что ядра кристаллов холестерина могут формироваться из сегрегированных 2D-микродоменов в плазматической мембране клетки на ранней стадии прогрессирования атеросклеротической бляшки (33, 34). .

Мы продемонстрировали in vitro, что при высоких уровнях холестерина в поддерживаемых липидных бислоях двумерные мембранные домены холестерина могут служить сайтами нуклеации для образования трехмерных кристаллов моногидрата холестерина (35).Чтобы проверить, могут ли подобные события кристаллизации иметь отношение к образованию кристаллов в клетках, мы разработали корреляционный метод, который сочетает в себе крио-мягкую рентгеновскую томографию (крио-SXT) со стохастической оптической реконструкционной микроскопией (STORM) (36). Связывание с антителом, которое специфически распознает упорядоченные массивы холестерина (37, 38), идентифицирует кристаллы (с помощью STORM), в то время как трехмерное изображение компонентов клетки с использованием cryo-SXT показывает их расположение.

Корреляционный подход STORM / cryo-SXT был применен к мышиному RAW267.4 клетки макрофага. После 48-часовой инкубации с частицами ацетилированного ЛПНП (acLDL) были идентифицированы тонкие четырехугольные кристаллические пластинки холестерина размером всего 200 нм. Они были расположены в тесной ассоциации с плазматической мембраной клетки (36).

Макрофаги, происходящие из моноцитов человека, выращенные в тех же условиях накопления холестерина, развивают упорядоченные по холестерину домены в плазматической мембране (34, 39, 40), хотя пока неизвестно, образуют ли они трехмерные кристаллы. Однако перитонеальные макрофаги мыши (MPM), а также J774A.1 макрофаги образуют крупные внутриклеточные игольчатые (или палочковидные, как мы будем называть их в этой работе) кристаллы, сходные по морфологии с кристаллами, выделенными из бляшек человека (12, 13, 20).

Культуры макрофагов, в частности из линии клеток J774A.1, широко используются в моделях культур клеток атеросклероза, а пути накопления холестерина относительно хорошо изучены (4, 8, 13). Здесь мы проследили образование кристаллов холестерина в клетках макрофага J774A.1 с течением времени, во время поглощения частиц acLDL и обогащения макрофагов холестерином.

Результаты

Чтобы проследить образование кристаллов холестерина, мы использовали тот же трехмерный корреляционный подход, сочетающий STORM с крио-SXT, который мы разработали для клеток RAW264.7 (36). Вкратце, клетки макрофага J774A.1 выращивали на сетках gold finder и инкубировали с acLDL в течение 24, 36 или 48 часов. После фиксации клетки флуоресцентно метили структурным моноклональным антителом (mAb) 58B1, которое распознает 2D и 3D кристаллы холестерина (37, 38), и флуоресценцию регистрировали с помощью STORM с разрешением xy , ~ 30 нм и z разрешение ∼80 нм.Затем сетки были остеклованы и отображены с помощью SXT (41). Томограммы были взяты из тех же ячеек, которые были проанализированы STORM, и восстановленный объем был наложен на данные STORM 3D в соответствии с соответствующим рабочим процессом, описанным на рисунке 4 исх. 36, наше недавнее исследование. Для получения дополнительных сведений о согласовании данных см. Приложение SI , материалы и методы SI .

Пластинчатые кристаллы, связанные с плазматической мембраной клетки.

Спроектированные и наложенные трехмерные данные клеток после 24-часовой инкубации с acLDL показали спорадический точечный рисунок STORM, который покрыл большую часть плазматической мембраны клетки (рис.1 A и B ).

Корреляционная STORM / крио-SXT визуализация трехмерных кристаллов холестерина, связанных с клеточными мембранами. ( A ) Наложение светлого поля изображения ячейки с соответствующими данными STORM (красная рамка) и трехмерной объемной визуализацией сегментированных данных SXT (черная рамка). Различные функции STORM и SXT выделены произвольными цветами: карта локализации STORM, спорадические красные точки; ядро клетки, сине-пурпурное; и объем ячейки — серый.Сетка из фольги окрашена в желтый цвет на срезе в результате трехмерной реконструкции томограммы клеток. ( B ) Трехмерное наложение сегментированных данных SXT и STORM одной и той же ячейки на виде сбоку. Элементы, отмеченные стрелкой 1, соответствуют D — H , а элементы, отмеченные стрелкой 2, — D . ( C ) Мультяшный рендеринг наложенных данных в B . ( D ) Срезы реконструированных данных SXT, используемых для визуализации профилей кристаллов, идентифицированных STORM.Срез xy (профиль желтого цвета) комбинируется с перпендикулярным слоем (профиль голубой). ( E и I ) SXT двух разных групп кристаллов с четырехугольным профилем. ( F и J ) Соответствующие данные STORM. ( G и K ) Наложение STORM и SXT. ( H и L ) Профили кристаллов отмечены желтым для облегчения визуализации. Это было выполнено вручную на основе контраста SXT.

Спорадический точечный рисунок соответствует двумерным кристаллическим доменам холестерина, которые образуются в клеточных мембранах (34, 39). Некоторые из доменов собираются в более крупные кластеры (> 200 нм), которые соседствуют с плазматической мембраной клетки (фиг. 1 A и B , стрелки, схемы на фиг. 1 C ). Наблюдение из соответствующей перпендикулярной плоскости (рис.1 D , срез выделен голубым цветом) показывает, что более крупные кластеры совместно локализуются с отчетливыми резкими деталями, отображаемыми с помощью крио-SXT (рис.1 D , стрелки, рис.1 E — H ). SXT-формы помеченных STORM деталей имеют размеры 500–700 нм и четырехугольную морфологию (рис. 1 E — H ), которая соответствует форме трехмерных кристаллов моногидрата холестерина в стабильной (триклинной) форме (таблица 1). Обнаружены также более мелкие кристаллы размером 200–300 нм (рис. 1 I — L ). Меньшие домены 30–100 нм не однозначно колокализовались с узнаваемыми морфологиями в SXT.

Интересно, что дополнительный паттерн мечения иногда появлялся после 24-часовой инкубации с acLDL и становился все более частым после 36-48-часовой инкубации. Этот паттерн характеризовался изолированными большими концентрациями сигнала (диапазон размеров 1–3 мкм) (рис. 2 A и B , стрелки). Карта локализации STORM на рис. 2 показывает две такие большие концентрации сигнала, расположенные на двух разных высотах на плазматической мембране клетки (рис. 2 B ). Большое увеличение наложенной трехмерной корреляционной карты показало, что большие сигнальные фокусы представляют собой агрегаты, состоящие из более мелких кластеров, которые совместно локализуются с четырехугольными элементами, отображаемыми с помощью крио-SXT (рис.2 D — G и SI Приложение , рис. S1). Мы интерпретируем эти особенности как сборки триклинных кристаллических пластин, упакованных вместе без какого-либо определенного порядка или ориентации (схемы на рис. 2 C ).

Корреляционная визуализация STORM / крио-SXT агрегатов кристаллов холестерина микрометрового размера, связанных с клеточными мембранами. ( A ) Наложение светлого поля изображения ячейки с соответствующими данными STORM (красная рамка) и трехмерной объемной визуализацией сегментированных данных SXT (черная рамка).Различные функции STORM и SXT выделены произвольными цветами: карта локализации STORM, красные кластеры 1 и 2; ядро клетки, сине-пурпурное; объем ячейки, серый. Сетка из фольги окрашена в желтый цвет на срезе в результате трехмерной реконструкции томограммы клеток. ( B ) Трехмерное наложение сегментированных данных SXT и STORM одной и той же ячейки на виде сбоку. Кластер, помеченный стрелкой 1, следует от D до G . ( C ) Мультяшный рендеринг наложенных данных в B .( D ) Большое увеличение сегментированного объема агрегата 1 примерно в той же ориентации, что и в B . ( E ) Тот же объем, что и в D , с наложением соответствующих данных STORM (красный). ( F ) Срезы восстановленных данных SXT, используемых для визуализации профилей кристаллов, идентифицированных кластером в STORM. Срез xy (профиль желтого цвета) комбинируется с перпендикулярным слоем (профиль голубой). ( G ) Большое увеличение агрегата 1 в F , наложенное с соответствующими данными STORM (красный).

В то время как предыдущие наблюдения указывали на возможное зарождение и процесс роста холестерина в мембранах, последнее наблюдение может соответствовать другой стадии агрегации кристаллов, которая становится более распространенной при более длительном времени инкубации.

Мы применили STORM к последовательности событий разделения холестериновой фазы и липидных смесей в клеточных мембранах. Несколько партий клеток макрофага J774A.1 инкубировали с или без acLDL в течение разного времени, в диапазоне от 10 до 48 часов.Затем клетки фиксировали, флуоресцентно метили структурным антителом mAb 58B1 и отображали как в широком поле, так и с помощью STORM. Сигнал сверхвысокого разрешения регистрировался для всего объема ячеек в каждый момент времени (2000 кадров из нескольких положений z с шагом 1 или 0,5 мкм).

Интенсивность широкопольной флуоресценции контрольных культур, инкубированных без acLDL, была минимальной ( SI Приложение , рис. S2 A ) и была принята в качестве эталона для нормализации последующих данных в той же партии ( t = 0 h, Рис.3 А ). Интенсивность флуоресценции увеличивалась с увеличением времени инкубации acLDL (фиг. 3 A ), отражая появление упорядоченных по холестерину областей, меченных антителом 58B1. Через 24 ч интенсивность мечения была уже в три раза выше, чем в контроле (рис. 3 A ). Затем области доменов были проанализированы для каждой временной точки инкубации с использованием программного обеспечения кластерного анализа Vutara SRX (более подробная информация содержится в приложении SI , SI Материалы и методы ).Средняя площадь в проекциях плоскости xy помеченных доменов увеличивалась со временем (Рис.3 B и C — F , вставки ), тогда как общее количество помеченных доменов не обязательно увеличивалось ( SI Приложение , рис. S2 B ).

Эволюция во времени доменов кристаллического холестерина плазматической мембраны. ( A ) Динамика роста сегрегированного домена холестерина. Данные были проанализированы на предмет средней интенсивности пикселей из широкопольных флуоресцентных изображений.Начальная точка ( t = 0) соответствует клеткам, которые не инкубировали с acLDL. Уровень флуоресценции при t = 0 был отнесен к 1, и последующие измерения были нормализованы к этому уровню. Данные представляют собой нормированное среднее ( n = 10) ± стандартная ошибка. ( B ) Средняя площадь кластера после разного времени инкубации с acLDL (среднее ± стандартная ошибка; n = 3–6). Данные были проанализированы с использованием статистического пакета Vutara SRX. ( C — F ) Решенная карта локализации сверхвысокого разрешения после разного времени инкубации с acLDL ( C , 10 ч; D , 18 ч; E , 24 ч; F , 36 ч). Вставки показывают большое увеличение репрезентативных кластеров в данных STORM с видом сверху. [Масштабные полосы (, вставки ): 100 нм.] Цветовые шкалы указывают высоту доменов в ячейке: синий, верх ячейки; красный, нижняя часть ячейки.

Меченые кристаллические домены при коротком времени инкубации (10 ч) характеризуются узким распределением по размерам и имеют типичную площадь от 1 × 10 ³ до 5 × 10 ³ нм ² (рис. 3 B ) , что соответствует примерным латеральным размерам 30–70 нм.Обратите внимание, что домены, которые преимущественно простираются в направлении z , имеют эффективные площади, намного превышающие их проекции в плоскости xy . В этот момент времени кристаллические домены на реконструированной STORM карте трехмерной локализации представляют собой небольшие кластеры, которые в основном локализуются на внешнем крае клетки и не имеют обнаруживаемой морфологии (рис. 3 C , вставка ). Через 18 часов области домена группируются вокруг 15 × 10 ³ нм ² , ∼120 нм в поперечном размере, и они вырастают до средней площади проекции 35 × 10 ³ нм ² , что соответствует ∼ Поперечный размер 190 нм (рис.3 В ). Через 24 часа домены распространяются по всей поверхности клетки, и некоторые из них, даже в проекции xy , имеют типичную четырехугольную форму (рис. 3 E , вставка ). Они соответствуют трехмерным изображениям кристаллов на рис. 1 I — L . После 36-часовой инкубации с acLDL средняя площадь доменов увеличилась до 60 × 10 ³ нм ² , что соответствует ∼250 нм по поперечному размеру в проекции, и далее увеличивается до> 100 × 10 ³ нм. ² (проекционный поперечный размер> 320 нм), через 48 ч (рис.3 В ). Карты локализации STORM показывают большие фокусы мечения (рис. 3 F , вставка ), которые, вероятно, соответствуют упакованным агрегатам кристаллов на рис. 2. По мере увеличения времени инкубации популяция малых доменов холестерина уменьшается ( SI Приложение , рис. S3). Уменьшение популяции малых доменов сочетается с увеличением популяции больших доменов и более широким разнообразием размеров.

Эти результаты указывают на прогрессирование накопления холестерина, в результате чего холестерин сначала разделяется на фазы в клеточных мембранах с образованием небольших доменов с относительно однородными размерами.Впоследствии домены вырастают в кристаллы, связанные с плазматической мембраной, а затем собираются в агрегаты кристаллов.

Обратите внимание, что эти наблюдения относятся преимущественно к холестерину, сегрегированному в плазматической мембране. Сигнал STORM связан со связыванием антител, и антитела не имеют свободного доступа в клетку. Переданный сигнал-SXT также имеет ограниченную возможность внутриклеточной визуализации в фиксированных клетках из-за повышенного поглощения сигнала, присущего фиксации.

Большие стержневидные кристаллы.

Длительная инкубация клеток J774A.1 с acLDL (≥30 ч) вызвала образование больших трехмерных деталей, которые видны при световой микроскопии и были идентифицированы как кристаллы в поляризованном свете (рис. 4 A — D ). Морфология кристаллов стержневидная, с длинной осью в несколько десятков микрометров. Кристаллы всегда наблюдались во внутриклеточных местах и, по-видимому, «пробивали» плазматическую мембрану клетки изнутри (рис. 4).Некоторые кристаллы выглядели изогнутыми (фиг. 4 C ) и были более тусклыми между скрещенными поляризаторами (фиг. 4 D ). В наших экспериментальных условиях не было доказательств того, что кристаллы росли вне клеток и в конечном итоге подвергались фагоцитозу.

Палочковидные кристаллы холестерина после расширенного обогащения макрофагов acLDL. ( A и C ) Яркие изображения клеток после 36-часовой инкубации с acLDL. Несколько ячеек содержат кристаллы длиной в десятки микрометров.( B и D ) Микрофотографии тех же микроскопических полей, что и в A и C , сделанные со скрещенными поляризаторами. ( E ) Яркое изображение клетки после инкубации с acLDL, фиксации и маркировки антителом 58B1, наложенное на соответствующие данные флуоресценции (красный). Антитело маркирует только внеклеточную часть кристалла, потому что у него нет легкого доступа в клетку. ( F ) Карта локализации разрешенных данных STORM (красные точки) кристалла (плоскость xy, ) и вид сбоку на вставке .( G ) Большое увеличение детали реконструированных рентгеновских данных, показывающих клеточную мембрану, где выходит кристалл, и часть кристалла внутри объема клетки. Внеклеточная часть кристалла видна в верхней части изображения, тогда как внутриклеточная часть обведена тускло из-за высокой плотности клетки. ( H ) Мозаика из трех срезов через комбинированные томограммы трехмерной реконструкции одной и той же ячейки, представленной в E (плоскость xy, ).( I ) Сегментированные данные трехмерного рентгеновского снимка, наложенные на сигнал STORM (красный). Различные признаки сегментированы с использованием произвольных цветов: плазматическая мембрана, фиолетовый; кристалл холестерина, черно-серый. ( I , Inset ) Только сегментированные данные SXT.

Чтобы убедиться, что это действительно кристаллы холестерина, клетки исследовали с помощью STORM и cryo-SXT, следуя корреляционному подходу, описанному выше (например, рис. 4 E — I ). Срезы реконструированных 3D-данных подтвердили, что кристалл на рис.4 E — I действительно находился внутри объема ячейки (рис. 4 G ). Кристалл выглядел как пересекающий объем ячейки, выходящий с двух сторон ячейки, хотя на левой стороне изображения кристалл все еще был покрыт клеточной мембраной (рис. 4 H и I ). Другие кристаллы были полностью окружены клеткой и не имели очевидной ассоциации с плазматической мембраной клетки ( SI Приложение , рис. S4).

Игольчатая или палочковидная морфология не характерна для кристаллов триклинного моногидрата холестерина, которые при кристаллизации из водных растворов выглядят как четырехугольные пластинки (6, 22, 27).Таким образом, наблюдение за удлиненными кристаллами повышает вероятность того, что это другая форма кристаллического холестерина. Удлиненная морфология соответствует безводному холестерину, но микроскопия комбинационного рассеяния света, выполненная in situ на культивируемых клетках, исключила эту возможность. Спектры комбинационного рассеяния соответствуют моногидратной структуре ( SI Приложение , рис. S5).

Однозначная идентификация кристаллической структуры стержневидных кристаллов была получена методом криоэлектронной дифракции (крио-ЭД).Клетки выращивали непосредственно на покрытых углеродом золотых сетках, обогащали acLDL в течение 48 часов и витрифицировали. Сетки замораживали методом погружной заморозки и анализировали с помощью криопропускающей электронной микроскопии (крио-ПЭМ) в режимах визуализации и электронной дифракции (ED).

Наблюдалось несколько кристаллов, выходящих из ячеек, но только некоторые из них были достаточно тонкими, чтобы давать четкие картины ED. На рис. 5 A1 представлен один из таких образцов. Дифракционная картина (Рис. 5 A2 ) демонстрирует симметрию Лауэ мм , с несколькими интенсивными, но полосатыми отражениями и одним четким шагом решетки, равным 7.5 Å. Эта наблюдаемая симметрия Лауэ мм и озадачивающе выше, чем симметрия триклинной безводной и моногидратной фаз.

Крио-ТЕМ и ЭД кристаллов холестерина, выращенных в клетках и на липидных бислоях. ( A ) Крио-ТЕМ-изображение и дифракция кристалла холестерина, выращенного в клетке после инкубации с acLDL в течение 48 часов. ( A1 ) Крио-ТЕМ изображение. ( A2 ) Крио-ED шаблон. Два размытых пятна на центральной оси соответствуют точкам 020 и 02¯0.Отражение 1,1,15 подразумевает угол 60 ° между осью c и падающим лучом, что указывает на эллиптическое поперечное сечение трубки ( A3 ). ( A3 ) Предлагаемая открытая модель кристалла в A1 и A2 . Направление оси b остается постоянным, тогда как направление оси a вращается вместе с кривизной трубки. ( B ) Граненый моноклинный кристалл моногидрата холестерина, выращенный на нанесенном липидном бислое, состоящем из холестерина / DPPC / POPC = 42/18/40 мол.%, С добавлением холестерина извне.( B1 ) Крио-ТЕМ изображение. ( B2 ) Крио-ED. ( C ) Трубчатый кристалл холестерина, выращенный на поддерживаемом липидном бислое, как в B . ( C1 ) Крио-ТЕМ изображение. ( C1 , Inset ) Тот же кристалл при малом увеличении. ( C2 ) Крио-ED. ( D ) Объемная визуализация сегментированных данных крио-SXT кристалла из одной ячейки, выращенного в тех же условиях, что и ячейки на фиг. 4 и 6, демонстрирующие трубчатую морфологию.

Помимо безводной формы холестерина, существуют два известных моногидратных полиморфа кристаллов холестерина, образованных из воды (таблица 1): кристалл и ED-модель стабильной триклинной формы представлены в приложении SI , рис. S6, и смоделированные Паттерны ЭД недавно обнаруженной моноклинной формы описаны в приложении SI , рис. S7 (30, 31).

ED-картина хорошо сформированного кристалла холестерина в моноклинном полиморфе показана на рис.5 В . Кристалл вырос in vitro из нанесенного липидного бислоя, состоящего из 42:18:40 мол.% Холестерина / 1,2-дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (DPPC) / 1-пальмитоил-2-олеоил-sn-глицеро- 3-фосфохолин (POPC) с добавлением холестерина извне (35). Рисунок ED удлиненного кристалла на рис. 5 B демонстрирует симметрию Лауэ мм с шагом решетки 7,5 и 10 Å вдоль направлений b * и a * .

Расстояние 7,5 Å, измеренное на рис.5 A2 , вместе с симметрией дифракционной картины, дает «отпечаток пальца» доказательства того, что кристалл на фиг. 5 A1 принадлежит моноклинной форме моногидрата холестерина. Габитус кристалла проходит по оси b . Мы интерпретировали «полосатость» дифракционных пятен вдоль оси a * вместе с отсутствием дифракционных пиков низкого порядка h 00 и 11l , как следствие складывания кристалла вокруг оси . b ось.Подробнее об этом ниже. Фактически, изображение в пропускании (рис. 5 A1 ) показывает уменьшенный контраст в центральной части образца и в одной из торцевых частей кристалла, что указывает на трубчатую форму.

Кристаллы холестерина, выращенные in vitro из липидных бислоев, также иногда выглядят как трубчатые волокна с пониженным контрастом в центральной части волокна (рис. 5 C1 ). Дифракционные картины от этих волокон составляют контрольный интервал 7.5 Å ( b ось ) между рядами интенсивных размытых пятен с ( hk ) l сателлитов, изменяющихся по индексу l на горизонтальной линии (рис. 5 C2 ). Расстояние между пятнами-сателлитами составляет ∼36 Å, что близко к расстоянию 34,1 Å d (002) по оси c с учетом деформации пятен. Дифракционная картина представляет собой наложение дифракционных картин моноклинной структуры при просмотре вдоль [001] и [100] (рис.5 С2 ). Это наложение является результатом трубчатой ​​морфологии кристалла. Когда электронный луч падает на стенку трубки с торца, ось a параллельна электронному пучку, и поэтому отражения 0 kl находятся в режиме дифракции, тогда как когда пучок падает на стенку трубки лицевой стороной вверх, Ось c- параллельна электронному лучу, и, таким образом, отражения hk 0 находятся в режиме дифракции. Размытие пятен может возникать из-за кривизны, в сочетании с коротким c *, что приводит к одновременному появлению множества отражений ( SI Приложение , рис.S7) (30, 42). Трубка растет вдоль кристаллографической оси b и изгибается вдоль оси a .

Объемная визуализация одного из кристаллов, отображаемых SXT в корреляционном режиме, также показывает трубчатую морфологию с уменьшенным контрастом в центральной части (рис. 5 D ), аналогичную кристаллам на рис. 5 A1 и С1 .

Другая дифракционная картина была измерена от кристалла на рис. 6 A . Обнаруживающей особенностью дифракционной картины был шаг решетки 35 Å, соответствующий половине длины оси c в моноклинном моногидрате холестерина.Удивительно, но увеличенное изображение ПЭМ показало спиральную ленту (рис. 6 A2 и A3 ). Отметим, что подобные спиральные ленточные кристаллы холестерина растут в среде желчных кислот (26).

Cryo-TEM и cryo-SXT спиральных кристаллов холестерина, выращенных в клетках. ( A ) Крио-ТЕМ-изображение и дифракция кристалла холестерина, выращенного в клетке после инкубации с acLDL в течение 48 часов. ( A1 ) Крио-ТЕМ изображение. Стрелки указывают на выемки, которые едва заметны при таком малом увеличении.( A2 и A3 ) Большое увеличение центральной части кристалла с четко видимыми выемками: кристалл состоит из спиральной ленты; зеленой линией отмечены катушки в A ₃ для облегчения распознавания. (Масштаб: 500 нм.) ( A4 ) Крио-ED рисунок кристалла в A1 — A3 . Прямой луч был замаскирован, чтобы облегчить обнаружение дифракционных пятен 004. ( B ) Предлагаемая модель спирального змеевика.( C — F ) Объемная визуализация сегментированных данных крио-SXT четырех различных кристаллов из нескольких ячеек, демонстрирующая спиральную спиральную морфологию.

Наилучшее соответствие данных ED для моноклинной структуры было получено с учетом того, что падающий луч перпендикулярен оси промежуточного слоя c * и осевому направлению [1¯20]. Мы интерпретировали эти данные как описание ленты, намотанной вокруг направления [1¯20], с шагом 35 Å, соответствующим повторяемости двух слоев по толщине ленты (должно быть 34.1 Å), и 4,5 Å, соответствующие слегка искаженному расстоянию 21 l (должно быть 4,2 Å) (рис. 6 A4 ). Сильные точки в середине узора соответствуют отражениям 004 и 0012. 21 дифракция -1 с интенсивностями, совпадающими с полученными здесь, наблюдались из мультислоев кристаллического холестерина ( SI Приложение , рис. S8) (30). Лента росла вдоль оси b , как в трубчатых кристаллах на рис. 5 A и C .Направление оси намотки [1¯20] происходит от оси b , образующей угол 34 ° с кристаллографической осью b . Модель представлена ​​на рис. 6 B .

Другие кристаллы, растущие из клеток макрофагов, которые мы наблюдали с помощью SXT, имели толщину в диапазоне 0,5–1 мкм. Эти кристаллы, вероятно, слишком толстые, чтобы обеспечить рисунок ED. Однако при повторном рассмотрении данных SXT мы заметили, что визуализация объема нескольких сегментированных кристаллов показала, что они имеют спиральную морфологию, что согласуется с кристаллом на рис.6 A (рис.6 C — F ).

Обсуждение

В этом исследовании мы охарактеризовали различные стадии сегрегации холестерина в клетках макрофагов J774A.1 и идентифицировали две морфологии кристаллов моногидрата холестерина. Мелко-четырехугольные пластинчатые кристаллы, связанные с плазматическими мембранами клеток, были обнаружены на ранних стадиях накопления холестерина. Внутриклеточные палочковидные кристаллы, которые часто пересекают клетку из стороны в сторону, были обнаружены на относительно продвинутых стадиях накопления холестерина.Стержневидные кристаллы характеризовались как моногидрат холестерина с моноклинной симметрией. Эта работа обеспечивает однозначную идентификацию моноклинных кристаллов моногидрата холестерина в моделях, связанных с атеросклерозом.

Исследование временной эволюции показало, что кристаллические домены холестерина образуются в мембранах макрофагов J774A.1 на ранних стадиях накопления холестерина. Общий размер этих доменов холестерина увеличивается со временем инкубации, достигая диапазона размеров сотен нанометров.Уже при очень маленьком размере домены принимают форму пластинок, типичную для моногидрата кристаллического холестерина в триклинной структуре, фазе, которая, как известно, накапливается при болезни (6, 23). Используя корреляционный крио-SXT / STORM, мы показываем, что трехмерные кристаллы холестерина связаны с плазматической мембраной клетки, окруженной встроенными в мембрану кристаллическими доменами холестерина.

Такие пластинчатые кристаллы холестерина образуются также из клеточной плазматической мембраны макрофагов RAW267.4 (36). Наблюдение, сделанное сейчас в J774A.1 расширяет область результатов до различных линий клеток макрофагов и поддерживает гипотезу о том, что зародышеобразование холестерина из клеточных мембран — это процесс, не ограниченный конкретными биологическими условиями, существующими только в определенных типах макрофагов.

Kellner-Weibel et al. (12) изучали образование кристаллов холестерина из клеток, нагруженных J774A.1-холестерином. Несколько десятков микрометров пластинчатых кристаллов с триклинной структурой моногидрата холестерина наблюдались во внеклеточном пространстве после стимуляции гидролиза сложного эфира холестерина и ингибирования роста клеток.Наши результаты подтверждают возможность того, что и в этом случае зарождение кристаллов происходило на клеточных мембранах, как предполагается (12). Возможно, что необнаруженные кристаллы нанометрового размера, связанные с плазматической мембраной, образовались еще до лечения.

По мере того, как все больше холестерина накапливается в клетках макрофагов, популяция пластинчатых кристаллов в мембране увеличивается вместе с образованием агрегатов микрометровых размеров из более мелких пластинчатых кристаллов. Этот тип агрегатов кристаллов может быть результатом активного механизма, когда клетка упаковывает небольшие трехмерные пластинки кристаллического холестерина для их выделения во внеклеточное пространство и таким образом восстанавливает гибкость мембран.

Время инкубации> 30 ч приводит к редкому образованию длинных и тонких стержневидных кристаллов холестерина внутри клетки. Морфология стержневидных кристаллов указывает на другой путь роста кристаллов. Мы не обнаружили никаких признаков безводного холестерина, что согласуется с неудачными попытками задокументировать такие кристаллы в срезах тканей (23, 29) или в модельных культурах клеток (12).

Стержневидные кристаллы, проанализированные здесь ED, состоят из фазы моноклинного моногидрата холестерина, недавно обнаруженного полиморфа моногидрата холестерина (30, 31).Этот полиморф был сначала определен из мультислоев холестерина (30, 31), а позже было обнаружено, что он образуется из поддерживаемых липидных бислоев церамид / холестерин (33) и из липидных бислоев DPPC / холестерин, внешне дополненных холестерином (35). Структуры обоих моногидратных полиморфов содержат бислои холестерина, чередующиеся с молекулами воды, связанными с гидроксильными группами холестерина, и в целом очень похожи. Однако структура водородных связей молекулы воды и взаимодействия между молекулами холестерина различаются в направлении кристаллографической оси b (Таблица 1).Это вполне может быть причиной того, что триклинный полиморф растет в виде четырехугольных пластинок, тогда как моноклинный полиморф растет в виде длинных тонких лент. Слабые взаимодействия между гидрофобными боковыми цепями молекул холестерина, наложенными друг на друга в последовательных бислоев, объясняют, почему ленты тонкие. Непонятно, почему тонкие ленты складываются либо как цилиндры, либо как спирали, хотя другие молекулярные кристаллы также изгибаются, скручиваются и складываются в спирали во время роста (43–46).

Релевантность моноклинных кристаллов холестерина для патологических случаев у человека впервые была описана в связи с кристаллизацией холестерина в желчи (26).В желчной системе моноклинные кристаллы были идентифицированы как метастабильный предшественник, который в конечном итоге трансформируется в известный полиморф триклинного моногидрата (25). Обе структуры сосуществуют на большинстве стадий кристаллизации из модельной желчи и из нативной желчи (25, 26).

Konikoff et al. (47) также показали, что разные смеси фосфолипидов могут индуцировать разные надстройки холестерина. Насыщенные фосфолипиды предпочтительно следуют «пластинчатым кристаллическим путям», тогда как очень короткие или ненасыщенные липиды вызывают образование «спиралей, спиральных лент и трубок».”

Известно, что липидный состав различается между плазматической мембраной и другими клеточными мембранами, при этом насыщенные липиды и сфинголипиды более многочисленны в плазматической мембране клетки. Следовательно, мы предполагаем, что кристаллизация моноклинных палочек в макрофагах J774A.1 может происходить из липидной среды клетки, отличной от той, что находится в плазматической мембране.

Интересно, что Kellner-Weibel et al. (12) наблюдали загадочные удлиненные спирали, связанные с клетками MPM, бок о бок с игольчатыми кристаллами, хотя природа спиралей не исследовалась.Tangirala et al. (13) предположили, что большие палочковидные кристаллы, наблюдаемые внутри клеток J774A.1, зарождаются из вторичных лизосомных компартментов.

Принимая во внимание все вышеперечисленные соображения, мы предлагаем следующий сценарий: Инкубация с acLDL вызывает повышение концентрации холестерина в компартментах клетки и, в частности, в плазматической мембране клетки. Физиологическая концентрация холестерина в плазматической мембране выше, чем во всех других клеточных мембранах из-за большой концентрации сфинголипидов, таких как сфингомиелин, к которому холестерин имеет высокое сродство (48).Когда повышенная концентрация холестерина преодолевает насыщение [холестерин / фосфолипид> 1/1 (48)], домены холестерина разделяются, что в конечном итоге приводит к образованию пластинок триклинного моногидрата холестерина. Это наблюдение согласуется с преимущественным ростом кристаллических пластинок моногидрата холестерина in vitro из липидных бислоев, содержащих холестерин и сфингомиелин (35). Когда в клетки макрофага добавляется еще более высокая концентрация холестерина, большое количество холестерина накапливается в клеточных мембранах, липидных каплях и лизосомных компартментах (5, 6, 8).Это приводит к кристаллизации в других местах клетки помимо плазматической мембраны, например, в лизосомах. На этой более поздней стадии кристаллы образуют большие стержни, которые мы теперь идентифицировали как моноклинный моногидрат холестерина. Недавно было показано, что ингибирование различных клеточных путей может изменять морфологию кристаллов холестерина (19). В частности, различные формы хранения холестерина в лизосомах или в липидных каплях приводят к образованию пластинчатых или игольчатых кристаллов. Если удлиненные кристаллы образуются из липидных капель, можно предположить, что они кристаллизуются путем эпитаксии из бислоев длинноцепочечных сложных эфиров холестерина, включая характерные 10- × 7.5-Å ² мотив моноклинной структуры.

Кристаллы моногидрата холестерина обнаруживаются в больших количествах в некротизированных ядрах атеромных поражений, взятых у людей и животных. Кристаллографически они соответствуют триклинной структуре (6, 21, 23). Гистологически кристаллы в атеросклеротических бляшках выглядят как иглы (6, 16, 49), хотя их точную морфологию может быть трудно определить. Щели, оставленные растворенными кристаллами, также отображаются в виде игл на ПЭМ (13, 17, 18, 50).По общему признанию, это наблюдение может быть, как предполагается, результатом поперечного сечения тонких пластин (6). Однако две различные морфологии кристаллов холестерина, пластины и стержни, были выделены из атеросклеротических бляшек человека и были четко обнаружены с помощью световой микроскопии (20).

Наши результаты показывают, что пластинки и стержни, наблюдаемые при атеромах, могут соответствовать двум различным полиморфам моногидрата. Мы не знаем, в каких условиях образуются стержневидные кристаллы в бляшке.Однако мы предполагаем, что эти морфологии являются свидетельством образования кристалла в моноклинной структуре. Даже если на более поздней стадии кристаллическая структура трансформируется в более стабильный триклинный полиморф, морфология зрелых кристаллов сохраняет отпечаток моноклинного полиморфа. Трансформация может произойти в любой момент во время созревания зубного налета. Преобразование монокристалла в монокристалл, которое сохраняет морфологию кристалла, вероятно, потому что требуемая молекулярная перестройка незначительна.Механизм будет включать вращение половины молекул холестерина вокруг их молекулярной оси в молекулярном слое с последующим незначительным сдвигом пар молекулярных рядов внутри слоя (30, 31).

Структурные различия между двумя полиморфами и их связь с морфологией кристаллов теперь могут открыть путь для исследования на молекулярном уровне зарождения и роста холестерина. Как только будут поняты факторы, которые способствуют образованию моноклинного полиморфа, может стать очевидной механистическая информация о клеточных путях образования кристаллов холестерина.Для этой цели необходимо установить относительную стабильность двух различных кристаллических полиморфов экспериментально в различных средах и с помощью расчетов на решетке.

Заключительные замечания

Наблюдение, что кристаллы холестерина образуются в двух разных полиморфных фазах в макрофагах J774A.1, дополненных избыточным холестерином, указывает на два различных механизма образования, вероятно, запускаемых различным окружением сайтов зародышеобразования. Кристаллы, образованные в ассоциации с плазматической мембраной, принимают структуру триклинного полиморфа и морфологию пластинки, тогда как кристаллы, образованные внутриклеточно, принимают структуру моноклинного полиморфа и удлиненную морфологию.Таким образом, морфология кристаллов является информативным инструментом при изучении механизмов образования кристаллов при различных условиях или различных обработках в культуре клеток. Морфология кристаллов двух полиморфов соответствует наблюдаемым в атеросклеротических бляшках. Мы предполагаем, что стержневидные кристаллы, изолированные от атером, происходят из памяти о кристаллах, сформировавшихся в моноклинной структуре и, возможно, фазовых превращенных в триклинную структуру в течение длительных периодов времени. Если это действительно так, исследование относительного распределения двух морфологий в бляшках может предоставить информацию о среде зарождения кристаллов и, в конечном итоге, о механизмах образования кристаллов.

Материалы и методы

Корреляционный Cryo-SXT / STORM.

Все процедуры для корреляционных измерений, включая очистку антител, культивирование клеток, иммуномечение, визуализацию STORM и крио-SXT, были описаны в ссылке. 36 и дополнительно описаны в Приложении SI , Материалы и методы SI .

Крио-ТЕМ для ED.

Клетки культивировали на золотых решетках с квантифойл TEM и инкубировали с acLDL в течение 48 и 36 часов, погружали в жидкий этан и наблюдали с помощью просвечивающего электронного микроскопа FEI Tecnai T-12, работающего при 120 кВ, или с помощью FEI Tecnai F- 20 ТЭМ, работающие при 200 кВ в условиях малых доз.

Нанесенные липидные бислои получали в соответствии с процедурой слияния везикул, как описано в ссылках. 33 и 35. Везикулы откладывали на решетках, подвергали глубокой заморозке и исследовали, как описано выше для клеток. Подробные описания используемых методов приведены в Приложении SI , SI Материалы и методы .

Рамановская спектроскопия.

Клетки культивировали на чашках для культивирования со стеклянным дном и исследовали в гидратированных условиях с помощью прибора LabRAM HR Evolution (Horiba), сконфигурированного с четырьмя лазерными линиями (325, 532, 632 и 785 нм), что позволяет получать спектры комбинационного рассеяния на расстоянии 50 см. ⁻¹ и далее.Подробности см. В Приложении SI , Материалы и методы SI .

Благодарности

Мы благодарим профессора Бенджамина Гейгера за его поддержку в росте и поддержании культур клеток. Микроскопия сверхвысокого разрешения и электромагнитные исследования проводились в Центре нано- и био-нано-визуализации Ирвинга и Черны Московиц при Научном институте Вейцмана. Эксперименты Cryo-SXT были выполнены на канале MISTRAL на синхротроне ALBA в сотрудничестве с сотрудниками ALBA и CALIPSOplus Grant 730872.Это исследование было поддержано грантом Binational Science Foundation 2013045 (Лос-Анджелес и Гонконг). Лос-Анджелес занимает кафедру биологической ультраструктуры Дороти и Патрика Горман в Научном институте Вейцмана.

Сноски

• Этот вклад является частью специальной серии вступительных статей членов Национальной академии наук, избранных в 2017 году.

• Вклад авторов: N.V., H.S.K., L.L. и L.A.спланированное исследование; N.V., F.B., N.E., E.P., T.D., I.P. и A.J.P.-B. проведенное исследование; E.P. и X.J. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; N.V., F.B., N.E., E.P., T.D., I.P., L.L. и L.A. проанализировали данные; и N.V., F.B., H.S.K., L.L. и L.A. написали статью.

• Рецензенты: Б.К., Нью-Йоркский университет; и S.I.S., Северо-Западный университет.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• См. QnAs на стр. 7644.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1803119115/-/DCSupplemental.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.