CC BY
47
УДК 546.76:591.133.13
Ключевые слова: хром хлорид, хром цитрат, крысы, гормоны, углеводный обмен
Key words: chromium chloride, chromium citrate, rats, hormones, carbohydrate metabolism
Искра Р. Я., Влизло В. В.
особенности углеводного обмена в организме крыс ПРИ ВЛИЯНИИ ХЛОРИДА и цитрата хрома
features of carbohydrate metabolism in rats under the influence of chromium chloride and chromium citrate
Институт биологии животных Национальной академии аграрных наук Украины
Адрес: 79034, Украина, г. Львов, ул. В. Стуса, 38 Institute of Animal Biology of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine Address: 79034, Ukraine, Lviv, V. Stusa street, 38
Искра Руслана Ярославовна, к. с.-х. н., докторант, ст. научн. сотрудник. E-mail: [email protected]
Iskra Ruslana Ja., PhD in Agriculture, Doctoral Student, Senior Researcher. E-mail: [email protected] Влизло Василий Васильевич, д. в. н., проф., академик Национальной академии аграрных наук Украины, директор
Vlizlo Vasilij V., Doctor of Veterinary Science, Professor, Member of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine, Director
Аннотация. Исследовали влияние хром хлорида, в количестве 200 мкг Cr / л воды, и хром цитрата, в количестве 50 мкг Cr / л воды, на углеводный обмен в организме самцов крыс. При действии хлорида хрома в сыворотке крови крыс установлено увеличение содержания инсулина (Р < 0,05) и снижение кортизола (Р < 0,05), в то время как при действии цитрата хрома - увеличение инсулина (Р < 0,05), трийодтиронина (Р < 0,05), тироксина (Р < 0,05) и снижение кортизола (Р < 0,05). При действии хлорида и цитрата хрома в плазме крови крыс установлено снижение уровня глюкозы (Р < 0,001), а в печени - повышение содержания гликогена (Р < 0,01-0,001). При действии цитрата хрома в мышцах повышается содержание гликогена (Р < 0,01), а в эритроцитах крови - активность гексокиназы (Р < 0,001) и лактатдегидрогеназы (Р < 0,05).
Summary. The influence of chromium chloride of200 mg Cr /1 of water and chromium citrate in the amount of 50 mg Cr / l of water on the carbohydrate metabolism in male rats were studied. It was established that insulin content increased (P < 0.05) and cortisol level decreased (P < 0.05) in blood serum under the influence of chromium chloride, while the increase of insulin (P < 0.05), triiodothyronine (P < 0.05), thyroxine (P < 0.05) and the decrease of cortisol (P < 0.05) were shown under the action of chromium citrate. The reduction in blood glucose in plasma of rats (P < 0.001) and the increase of glycogen content in the liver (P < 0,01-0,001) were shown under the action of chromium chloride and chromium citrate. Glycogen content increased in muscles (P < 0.01) and the activity of hexokinase (P < 0.001) and lactate dehydrogenase increased in erythrocytes of blood (P < 0.05) under the action of chromium citrate.
Введение
Трехвалентный хром (Сг) имеет важное значение для нормального протекания углеводного метаболизма в организме человека и животных. Основная роль хрома состоит в снижении уровня глюкозы в крови - важнейшего показателя, характеризующего состояние углеводного обмена [8]. Общепризнанной биологически активной формой Сг (III) является хроммодулин, который способен усиливать влияние инсулина на метаболизм глюкозы, поскольку участвует в трансдукции гормонального сигнала от плазматической мембраны к внутриклеточным эффекторам [8]. Потребность в хроме возрастает у людей в результате возникновения
различных стрессов, при усталости, травмах, диабете, а также влияния экологических факторов [2]. Сг (III) проявляет регуляторное влияние при инсулинорезистентности, сахарном диабете и заболеваниях сердечно-сосудистой системы [10]. Однако протекание углеводного метаболизма в организме находится под постоянным контролем эндокринной системы со стороны надпочечников, поджелудочной и щитовидной желез.
Хром используют в питании людей и животных в виде неорганических и органических соединений. На сегодня установлены существенные преимущества применения микроэлементов, в т. ч. хрома, в виде органических соединений, в связи с высоким
уровнем их усвоения в сравнении с их минеральными солями [8]. Перспективным решением проблемы ликвидации дефицита Cr (III) является обогащение продуктов питания этим микроэлементом в виде цитрата -соли лимонной кислоты, которая синтезируется в организме человека и животных и участвует в цикле Кребса. Установлено, что ответ организма на действие Cr (III) зависит как от состава соединения, так и от количества его введения [5]. С целью выяснения различий протекания углеводного обмена и изменений гормонального фона в организме при действии различных соединений хрома были проведены исследования на крысах, которым выпаивали хлорид хрома, в количестве 200 мкг Cr / л воды, и цитрат хрома, в количестве 50 мкг Cr / л воды.
Материалы и методы
Для проведения исследований были использованы три группы крыс-самцов линии Вистар, по 5 особей в каждой, средней массой тела 200 г. Животным скармливали стандартный комбикорм для лабораторных крыс. Крысы контрольной группы получали дистиллированную воду, первой опытной группы - водный раствор хлорида хрома в количестве 200 мкг Cr / л (с расчета 20 мкг Cr / кг массы тела), второй опытной - водный раствор цитрата хрома в количестве 50 мкг Cr / л (5,0 мкг Cr / кг массы тела). Продолжительность исследований - 1 месяц. После окончания опыта животных обеих групп дека-питировали под легким эфирным наркозом с соблюдением этических норм работы с животными. Материалом для исследования были кровь и ткани крыс. Исследованные показатели определяли с использованием общепринятых методик [1]. В сыворотке крови определяли содержание глюкозы глюкозоок-сидазным методом, а гормонов: инсулина, тироксина, трийодтиронина и кортизола -с помощью иммуноферментного анализа (ELISA) "DRG International, Inc." (Германия).
В гомогенатах тканей печени и скелетных мышц определяли содержание гликогена. С этой целью в пробирки, содержащие 1 мл гомогената ткани, добавляли по 3 мл 30%-го раствора едкого калия. Пробы закры-
вали пробками и помещали в кипящую водяную баню на 20 минут. После этого раствор охлаждали до комнатной температуры, содержимое пробирок количественно переносили в мерные колбочки на 25-50 мл в зависимости от содержания гликогена в пробах и объем доводили водой до метки. В широкие пробирки отбирали по 2,5 мл полученного раствора, ставили их в лед, добавляли при встряхивании 5 мл раствора антрона, тщательно перемешивая, погружали на 10 минут в водяную баню при 90 °С, затем охлаждали и фотометрировали при 620 нм. Параллельно с исследуемыми растворами ставили контрольную пробу с дистиллированной водой и пробы со стандартными растворами глюкозы. Для расчета содержания гликогена найденное по калибровочному графику количество глюкозы (калибровочный график строится по глюкозе) умножали на коэффициент 0,9, так как молекулярный вес глюкоз-ного остатка в гликогене равен 162, а молекулярный вес глюкозы - 180 (162 : 180 = 0,9).
Активность гексокиназы и лактатдеги-дрогеназы определяли в гемолизатах с помощью спектрофотометрических методов, основанных на использовании сопряженных систем окисления или восстановления нико-тинамидных коферментов. При определении активности гексокиназы были использованы 5 х 10-4 M глюкозы, 1 х 10-3 М ATP (Reanal), 5 х 10-3 M MgCl2, 5 х 10-4 NADP+ (Reanal), 0,3 МЕ глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (КФ 1.1.1.49, Fluka AG). При определении лактат-дегидрогеназы - 1 х 10-3 M пирувата натрия, 5 х 10-5 М NADH, 3 х 10-3 M MgCl2.
Полученные цифровые данные обрабатывали статистически с помощью программы "Statistika". Для определения вероятных различий между средними величинами использовали критерий Стьюдента.
Результаты исследований
В результате проведенных исследований установлено повышение содержания инсулина в сыворотке крови крыс первой опытной группы на 17,6 % (Р < 0,05) и второй - на 23,5 % (Р < 0,05) по сравнению с его уровнем в сыворотке крови животных контрольной группы (табл. 1).
Примечание. В этой и других таблицах: * - обозначена статистическая достоверность различий между показателями опытных групп животных в сравнении с контрольной группой: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** - Р < 0,001.
Таблица 1.
Содержание гормонов в сыворотке крови крыс при действии соединений хрома (M±m, п = 5)
Гормон Группа животных
Контрольная Опытная-1 Опытная-2
Инсулин, пмоль/л 23,63±1,39 27,8±0,70* 29,19±1,89*
Кортизол, нмоль/л 312,6±19,04 244,2±17,38* 247,5±14,34*
Трийодтиронин-Т3, нмоль/л 0,98±0,09 1,10±0,18 1,50±0,15*
Тетрайодтиронин-Т4, нмоль/л 77,22±3,86 85,71±4,37 93,43±5,66*
Таблица 2.
Показатели углеводного обмена в организме крыс при действии различных соединений хрома (M±m, п = 5)
Группа Глюкоза, ммоль/л Гликоген, мг %
Печень Мышца бедра
Контрольная 8,90±0,28 1057,0±9,08 538,0±9,78
Опытная-1 4,69±0,25*** 1127,0±15,65** 553,75±13,85
Опытная-2 5,77±0,27*** 1161,5±6,69*** 583,25±6,96**
Таблица 3.
Активность ферментов гликолиза в эритроцитах крыс при действии соединений хрома (M±m, п = 5)
Ферменты Группа животных
Контрольная Опытная-1 Опытная-2
Гексокиназа, мкмоль NADPH / мин х мг белка 0,054±0,002 0,062±0,003 0,084±0,001***
Лактатдегидрогеназа, мкмоль NAD / мин х мг белка 4,56±0,17 3,63±0,19** 5,09±0,04*
В то же время содержание контринсуляр-ного гормона кортизола снижается в крови крыс первой опытной группы на 21,9 % (Р < 0,05) и во второй - на 20,8 % (Р < 0,05).
Исследованиями установлено повышение содержания тиреоидных гормонов в сыворотке крови крыс обеих опытных групп, однако достоверное увеличение их уровня наблюдалось только при действии цитрата хрома (табл. 1). В частности, содержание трийодтиронина повышалось в сыворотке крови животных первой опытной группы на 12,2 %, а второй опытной группы - на 53,1 % (Р < 0,05). Аналогичные изменения отмечены в содержании тироксина, концен-
трация которого повышалась в сыворотке крови животных первой опытной группы на 11,0 %, а второй опытной группы - на 21,0 % (Р < 0,05).
Изменение гормонального фона организма крыс при воздействии Сг (III), вероятно, приводит к изменениям интенсивности углеводного обмена, в частности содержания его метаболитов. В исследованиях установлено достоверное снижение уровня глюкозы в сыворотке крови крыс при действии хлорида хрома на 47,3 % (Р < 0,001) и цитрата хрома на 35,2 % (Р < 0,001) (табл. 2).
Кроме этого, в исследованиях установлено достоверное повышение содержания гли-
когена в печени животных первой (на 6,6 %, Р < 0,01) и второй (на 9,9 %, Р < 0,001) опытных групп и мышцах животных второй опытной группы (на 8,4 %, Р < 0,01) в сравнении с его содержанием в тканях животных контрольной группы (табл. 2).
В эритроцитах крови глюкоза превращается по гликолитическому пути в лактат. Об этом свидетельствует увеличение активности в эритроцитах крови животных второй опытной группы гексокиназы (на 55,5 %, Р < 0,001) и лактатдегидрогеназы (на 11,6 %, Р < 0,05) в сравнении с их активностью в крови животных контрольной группы (табл. 3).
Однако в гемолизате животных первой опытной группы наблюдается снижение активности лактатдегидрогеназы на 20,4 % (Р < 0,01), что свидетельствует об угнетении гликолиза при действии хлорида хрома.
Обсуждение результатов
Полученные результаты увеличения содержания инсулина в сыворотке крови крыс при действии неорганического и органического соединений хрома подтверждают данные литературы о том, что Cr (III) участвует не только в активации действия инсулина, но и в регуляции процессов экскреции гормона ß-клетками поджелудочной железы [7]. Инсулин, в свою очередь, стимулирует не только анаболические процессы, но и увеличивает величину соотношения углеводы / жиры в совокупности энергетических веществ, которые поступают в ткани, особенно мышечную и жировую.
В то же время снижение уровня корти-зола в крови свидетельствует о том, что Cr (III) проявляет физиологически положительный эффект, поскольку глюкокортикои-ды обусловливают повышение концентрации глюкозы, влияют на содержание натрия и кальция, способствуют усилению расщепления жиров и увеличению содержания холе-стерола и обладают противовоспалительным действием. Считается, что в основе противовоспалительного действия кортизола лежит его способность стабилизировать мембраны лизосом, а также снижать проницаемость капилляров и подавлять функции иммунной системы.
Повышение содержания тиреоидных гормонов в сыворотке крови крыс обеих опытных групп, вероятно, свидетельствует об усилении скорости утилизации глюкозы, ускорении ее всасывания в кишечнике, активации инсулиназы, повышении основного обмена, в том числе окисления глюкозы.
Полученные нами данные подтверждают результаты исследований других авторов, которые изучали влияние добавок пиколина-та хрома и витамина С у цыплят-бройлеров в условиях теплового стресса (32 °С). Было установлено, что применение их с кормами приводит к увеличению в сыворотке крови концентрации инсулина, Т3, Т но снижению кортикостерона, глюкозы и холестерола [6]. В последующих исследованиях установлены значительные положительные корреляционные связи между уровнем хрома и тиреопе-роксидазной активностью в сыворотке крови людей с дисфункциями щитовидной железы [4]. Кроме того, было обнаружено ингибиро-вание синтеза тиреоидных гормонов в организме крыс при дефиците хрома. Другие исследования установили, что дефицит хрома у животных может иметь как прямое влияние на обменные процессы в организме, так и косвенное - через метаболизм йода. Результаты этих исследований показали, что дефицит хрома у животных усиливает эффект гипотиреоза [3].
Снижение концентрации глюкозы в крови свидетельствует о положительном влиянии хрома на ее усвоение клетками инсулинза-висимых тканей различных органов путем улучшения связывания инсулина с соответствующим рецептором. Инсулин стимулирует образование гликогена, синтез жиров и белков. Чувствительными к действию инсулина является печень, мышечная и жировая ткань.
Повышение содержания гликогена в печени и мышцах животных опытных групп свидетельствует о том, что Сг (III) косвенно через инсулин активирует синтез гликогена в тканях.
Следует отметить, что печень играет ключевую роль в обмене углеводов. В этом органе происходит основной процесс, обеспечивающий гомеостаз глюкозы, - синтез
и распад эндогенного полимера глюкозы -гликогена. Печень обеспечивает основные процессы глюконеогенеза, включения важнейших моносахаридов в метаболический цикл. Инсулин в печени, действуя на глюко-киназу, регулирует проникновение глюкозы в гепатоциты и стимулирует действие внутриклеточных ферментов. В клетках гормон активирует фосфатазу, которая дефосфори-лирует ферменты фосфорилазу и гликоген-синтазу, таким образом облегчая синтез гликогена и угнетая его распад [7]. Необходимо отметить, что гликоген печени используется главным образом для поддержания физиологической концентрации глюкозы в крови, тогда как мышечный гликоген является энергетическим источником глюкозы для самих мышц. Такие различия обусловлены тем, что в клетках печени присутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза, а в мышцах его нет, и распад гликогена происходит только к образованию глюкозо-6-фосфата.
Следует указать, что Сг (III) способен регулировать гены некоторых внутриклеточных сигнальных систем, в том числе молекул GLUT4, непосредственно увеличивая их синтез. Благодаря высокому содержанию GLUT4 усиливается транспортирование глюкозы из кровеносной системы в клетки инсулинзависимых тканей. Однако некоторые исследования показали, что хром также активирует другие сигнальные системы -р38 МАРК (митоген-активированную про-теинкиназу), способствующие увеличению усвоения глюкозы независимо от GLUT4 (в резистентных к инсулину тканей) [9]. Таким образом, Сг (III) стимулирует поступление глюкозы в клетки организма, индуцируя гены внутриклеточных сигнальных систем.
В эритроцитах крови, где инсулин не регулирует транспорт глюкозы, происходит интенсивное поступление ее за счет регуля-торного влияния Сг (III) на экспрессию белков транспортных систем этих клеток. Глюкоза, проникая в эритроциты, для которых свойственен анаэробный тип метаболизма, превращается по гликолитическому пути в лактат. Об этом свидетельствует увеличение активности в эритроцитах крови животных
второй опытной группы гексокиназы и лак-татдегидрогеназы. Повышение активности ферментов гликолиза, вероятно, обусловлено стимулирующим воздействием Cr (III) на экспрессию генов этих ферментов в эритроцитах крови крыс.
Следует указать, что эритроциты, в отличие от других клеток организма, в качестве энергетического материала могут использовать только глюкозу. Этот процесс происходит путем функционирования основного метаболического пути углеводного обмена -гликолиза, в котором используется до 90 % глюкозы. В процессе гликолиза генерируется АТФ, которая используется для активного транспорта катионов через мембрану, сохранения целостности и формы эритроцитов. Кроме того, генерируется НАДН2, который является кофактором метгемоглобинредук-тазы, лактатдегидрогеназы, донором протонов для супероксиддисмутазной реакции. В процессе гликолиза 1,3-дифосфоглицерат превращается в 2,3-дифосфоглицерат, который, связываясь с гемоглобином, уменьшает его сродство к кислороду.
Заключение
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что при действии хлорида хрома в сыворотке крови крыс увеличивается содержание инсулина и уменьшается - кортизола, в то время как при действии цитрата хрома повышается уровень инсулина, трийодтиронина, тироксина и снижается - кортизола. Концентрация глюкозы снижается в крови крыс обеих опытных групп в сравнении с контрольной. Содержание гликогена в печени животных повышается как при действии хлорида хрома, так и при действии цитрата хрома, а в мышцах -только при действии цитрата хрома. В эритроцитах крови крыс при влиянии цитрата хрома увеличивается активность гексокина-зы и лактатдегидрогеназы в сравнении с их активностью в крови животных контрольной группы. Полученные результаты свидетельствуют о более выраженном биологическом действии цитрата хрома в сравнении с хлоридом хрома. Это может обусловливаться разной интенсивностью всасывания и посту-
пления этих соединений в метаболические пути функционирования организма.
Список литературы
1. Влизло, В. В. Лабораторные методы исследований в биологии, животноводстве и ветеринарной медицине. Справочник / В. В. Влизло, Р. С.Федорук, И. Б. Ратич - Львов, 2012. - 764 с.
2. Anderson, R. A. Stress effects on chromium nutrition of humans and farm animals / R. A. Anderson // In: Proceedings of Alltech's 10th Annual Symposium, Biotechnology in the Feed Industry, Lyons P., Jacques K. A. (eds.), Nottingham University Press, UK. -1994. - P. 267-274.
3. Canaris Manowitz, N. R. The Colorado thyroid disease prevalence study / N. R. Canaris Manowitz, G. J. Mayor, E. C. Ridgway // Arch Intern Med. - 2000. -V 160. - P. 526-34.
4. Hasan, H. G. Studies on the Relationship Between Chromium(III) ion and Thyroid Peroxidase Activity in Sera of Patients with Thyroid Dysfunction / H. G. Hasan, T. J. Mahmood, P. A. Ismael // Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. - 2011. - V. 24 (2). - Р. 45-49.
5. Pei, D. The influence of chromium chloride containing milk to glycemic control of patients with
type 2 diabetes mellitus: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial / D. Pei, C. H. Hsieh, Y. J. Hung // Metabolism Clinical and Experimental. - 2006. -V. 55. - P. 923- 927.
6. Sahin, K. Effects of chromium, and ascorbic acid supplementation on growth, carcass traits, serum metabolites, and antioxidant status of broiler chickens reared at a high ambient temperature (32 °C) / K. Sahin, N. Sahin, O. Kucuk // Nutr Res. - 2003. - V. 23 (2). -P. 14.
7. Striffler, J. S. Dietary chromium enhances insulin secretion in perfused rat pancreas / J. S. Striffler, M. M. Polansky, R. A. Anderson // J. Trace Elem. Exp. Med. - 1993. - V. 6. - P. 75-81
8. Vincent, J. B. The Nutritional Biochemistry of Chromium(III) / J. B. Vincent - Department of Chemistry The University of Alabama Tuscaloosa, USA, 2007. -277 p.
9. Wang, Y. Q. Effects of chromium picolinate on glucose uptake in insulin-resistant 3T3-L1 adipocytes involve activation of p38 MAPK / Y. Q. Wang, M. H. Yao // J. Nutr. Biochem. - 2009. - V. 20 (12). - P. 982-991.
10. Wiernsperger, N. F. Membrane physiology as a basis for the cellular effects of metformin in insulin resistance and diabetes / N. F. Wiernsperger // Diabetes Metab. - 1999. - V. 25. - P. 110-127.
Издательский дом «Логос Пресс» представляет |
вашему вниманию первое переводное оригинальное м
научно-практическое издание для ветеринарных врачей, освещающее проблемы лечения и профилактики заболеваний мелких домашних животных - журнал «JSAP /Российское издание».
Данный проект - Российская версия журнала «Journal of Small Animal Practice» - официального печатного РОССИЙСКОЕ ИЗДАНИЕ органа Британской ассоциации ветеринарии мелких
домашних животных (BSAVA), осуществляющей свою деятельность с 1957 года.
На страницах издания публикуются обзорные статьи, результаты исследований и описания клинических случаев, авторами которых являются специалисты ведущих мировых центров ветеринарной науки и практики. В рубрике «Российская ветеринарная практика» представлены материалы о новых лекарственных средствах и принципах фармакотерапии мелких домашних животных.
Журнал представляет теоретическую и практическую ценность для ветеринарных врачей различных специальностей, студентов и преподавателей профильных ВУЗов.
Номера журнала представлены в Российской книжной палате, центральных библиотеках РФ, научной электронной библиотеке (НЭБ) и на сайте издательства www.jsap.ru.
Наши координаты:
E-mail: [email protected], тел.: + 7 (495) 220-48-16, факс: + 7 (499) 978-57-43
