CC BY
51
удк [612.015:616-008.9-085.27-092.9] (470.1/.2)
влияние фармакологической коррекции на метаболические показатели экспериментальных животных при моделировании экстремальных условий севера
Л. Е. Громова, Г. Н. Дегтева, И. А. Кирпич, В. В. Зашихина
Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск
Производственная деятельность в районах крайнего Севера требует разработки и внедрения в практику комплекса мер, направленных на повышение и сохранение трудоспособности людей, проживающих и работающих в этих регионах. для нефтедобывающих районов заполярья характерен комплекс природных факторов и особенностей работы и проживания в нем людей: резкие перепады температур, атмосферного давления; сезонные изменения светового режима, слой вечной мерзлоты, длительные низкие температуры; дефицит инсоляции, искусственные электромагнитные воздействия, вредные примеси в гидросфере, изменения режима питания, состава питьевой воды и пищевых продуктов (гипоминерализованная с низким содержанием фтора питьевая вода, дефицит минеральных компонентов и повышенное содержание углеводов и липидов в пище), удлиненный рабочий день, суровые условия труда и быта.
Акклиматизационный дефицит микроэлементов на Севере провоцирует развитие целого ряда хронических заболеваний: северных анемий (недостаток железа), кариеса (недостаток фтора) и многих других. При изучении фактического питания рабочих на Севере установлено, что содержание витамина С составляет от 40 до 85 % от нормы [13].
воздействие на организм экстремальных факторов приводит к напряжению функционирования отдельных органов и систем для поддержания гомеостаза организма, что может привести к срыву адаптационных механизмов в условиях маятникового режима труда и отдыха [1]. все это заставляет изыскивать и внедрять различные методы, способствующие успешной адаптации и сохранению здоровья человека, работающего в условиях крайнего Севера.
выполнение физических нагрузок высокой интенсивности связано со значительными затратами энергии. для сохранения здоровья и поддержания высокой работоспособности лица, подвергающиеся интенсивным физическим нагрузкам, должны в полной мере восполнять затраты энергии за счет оптимально организованного питания. При резкой интенсификации метаболических процессов, сопровождающих напряженную двигательную активность, резко возрастает потребность организма в углеводах, белках, витаминах и микроэлементах [4]. Совершенно очевидно, что алиментарные нарушения гомеостаза приводят к снижению физической работоспособности и повышению утомляемости.
для изучения влияния комплекса факторов, связанных с условиями работы нефтяников на крайнем Севере, была разработана экспериментальная модель на животных. учитывая, что физическая нагрузка и охлаждение являются факторами, мобилизующими резервы организма и воздействующими на многие его параметры [3], а также что охлаж-
Исследование показало, что введение минерально-витаминного комплекса на фоне комбинированного действия повреждающих факторов (охлаждение, высокая физическая нагрузка, алкоголизация) способствует коррекции метаболических показателей экспериментальных животных.
Ключевые слова: холод, физическая нагрузка, фтор, железо, витамин С, липидный обмен, белковый обмен, ферментативный статус.
дение может сочетаться с состоянием алкогольного опьянения [11], в эксперименте было смоделировано воздействие различных факторов и влияние коррекционного питания.
Цель работы — изучение показателей биохимического гомеостаза у крыс при экспериментальном моделировании условий, имитирующих экстремальные климатопроизводственные факторы труда в заполярье.
На проведение данного исследования было получено разрешение этического комитета Северного государственного медицинского университета. в качестве объекта экспериментального исследования были взяты белые крысы, которые широко используются при изучении адаптационных процессов в условиях воздействия холода [15], физической нагрузки [8] и влияния фтора на организм [5].
Эксперимент выполнен на конвенциональных крысах-самцах весом 150—170 г. Животные были разделены на 5 групп по 10 особей в каждой: одну контрольную и 4 опытные. В качестве контроля использовались интактные крысы, находящиеся на обычном режиме и рационе питания вивария. Опытные крысы были сгруппированы следующим образом: в первой опытной группе физическая нагрузка сочеталась с охлаждением; во второй физическая нагрузка и охлаждение проводились на фоне коррекционного питания; в третьей крысы дополнительно подвергались принудительной алкоголизации на фоне охлаждения и физической нагрузки; в четвертой физическая нагрузка, охлаждение и алкоголизация проводились на фоне коррекционного питания. Физическая нагрузка создавалась с помощью вращающегося колеса, куда крыс помещали на 10 минут ежедневно в течение 30 суток. Охлаждение крыс проводилось ежедневно в холодовой камере при температуре +5 °С в течение 2 часов [8]. Принудительная алкоголизация заключалась во введении через металлический зонд 40 % этилового спирта в дозе 1А ЛД50 в объеме 1,7 мл [ 14]. коррекционное питание включало в себя продукты, обогащенные аскорбиновой кислотой, фтором и
железом. Фтор назначался в виде фторида натрия с киселем или молоком через день (доза фтора =
0,1 мг/кг массы тела) [5, 12]. Гемовое железо вводилось из расчета 0,17 мг/кг, аскорбиновая кислота — 5 мг/кг [6].
Животных выводили из опыта на 30-е сутки путем декапитации по щадящей методике, одновременно проводили забор крови [7].
Биохимические исследования были проведены с использованием стандартных методик наборами фирмы “Согтау” (Польша) на анализаторе “Cobas-тта” (Австрия).
При статистической обработке с помощью критерия Шапиро-Уилка было установлено нормальное распределение полученных данных в группах; сравнение групп проводили по методу Стьюдента.
Результаты исследования представлены в табл. 1 —2 и на рис. 1 —3
Экспериментальная физическая нагрузка и изменение температурного режима в группе животных без коррекции питания (1 -я опытная группа) приводили к достоверному по отношению к контролю повышению уровня липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) (р < 0,05), но достоверно ниже, чем во второй опытной группе, получившей коррекцию питания(табл.1, рис. 1). Уровень холестерина (ХС) имел тенденцию к повышению по отношению к группе контроля, но был также достоверно на 21,8 % (р < 0,01) ниже в сравнении со второй группой. Достоверно на 33,6 % (р < 0,001) снижалось содержание триглицеридов по отношению к контролю. У животных данной группы отмечалось достоверное снижение на 12,1 % (р < 0,01) по сравнению с животными из группы контроля содержания глюкозы в крови.
По сравнению с этой группой, у животных, содержащихся при аналогичной физической нагрузке и подвергавшихся воздействию холода, но при коррекции питания (2-я опытная группа) наблюдались более значительные изменения в липидном обмене. Так, содержание общего холестерина и уровень ЛПвП у них достоверно превышали таковые как в
Таблица 1
Биохимические показатели сыворотки крови экспериментальных животных
Группа Глюкоза, ммоль/л ХС, ммоль/л ЛПВП, ммоль/л ТГ, ммоль/л Мочевина, ммоль/л Креатинин, ммоль/л Железо, мкмоль/л ОЖСС, мкмоль/л
Контрольная 6,0±0,2 1,56±0,09 0,53±0,03 1,86±0,17 6,7±0,4 0,065 ±0,001 25,9±1,2 70,8±2,4
Первая опытная 5,3±0,2** 1,76±0,09 0,64±0,04* 1, 19±0,19 4,5±0,2 *** 0,062 ±0,001 21,7±1,4* 59,6±1,3
Вторая опытная 5,7±0,3 2,25±0,10 0,79±0,06 *** 1,26±0,08** 5,7±0,2 *“ 0,071 ±0,002 * * *л 24,1±1,2 81,4±3,3 **^^
Третья опытная 6,0±0,2 1,55±0,08 0,40±0,03 * 1,13±0,11 ** 5,6±0,4 *« 0,054±0,002 ***« 25,2±2,1 69,6±3,0
Четвертая опытная 5,8±0,3 1,35±0,13 0,52±0,05 х 1,04±0,08 ** 4,4±0,2 *** х 0,061 ±0,002 х 26,5± 1,2 72,4±6,5
Примечание. Для таблиц и рисунков статьи отличия достоверны:
по отношению к контрольной группе при * — р < 0,05, ** — р < 0,01, *** — р < 0,001 между группами 1 и 2 при “ — р < 0,05, “ — р < 0,01, — р < 0,001
между группами 3 и 4 при х — р < 0,05, хх — р < 0,01, ххх — р < 0,001 между группами 1 и 3 при « — р < 0,05, «« — р < 0,01, ««« — р < 0,001.
Контр. группа
Рис. 1. Показатели липидного обмена сыворотки крови экспериментальных животных
контрольной группе на 44,2 % (р < 0,001) и 49,1 % (р < 0,01), так и в первой опытной группе на 18,4 % (р < 0,01) и 43,6 (р < 0,05) соответственно. Однако уровень триглицеридов был достоверно ниже в контрольной группе на 32,3 % (р < 0,01). Наблюдалось снижение содержания глюкозы на 5,79 % по сравнению с группой контроля, что, возможно, обусловлено увеличением напряжения адаптационных систем организма животных изучаемой экспериментальной группы.
У животных третьей опытной группы, содержащихся при экспериментальной физической и холодовой нагрузке на фоне хронической этанольной интоксикации, но без дополнительного питания, показатели биохимического гомеостаза отличались от таковых в четвертой опытной группе в отношении уровня ЛПВП. Этот показатель был самым низким в данной группе по сравнению со всеми остальными, достоверно отличаясь от показателей как контрольной группы на
24,5 % (р < 0,05), так и четвертой опытной на 23,1 % (р < 0,05). По литературным данным [2], снижение уровня ЛПвП является атерогенным фактором. Уровень глюкозы в крови незначительно понижен по сравнению с группой контроля.
в группе животных, которые содержались в экспериментальных условиях физической нагрузки и температурного режима на фоне хронической этанольной интоксикации (4-я опытная группа), но при введении коррекции питания, отмечались менее заметные изменения, в частности, липидного обмена. не имели отличий от группы контроля показатели общего холестерина, уровня ЛПВП; по сравнению со второй группой эти значения имели тенденцию к снижению. По сравнению с контролем достоверно на 44,1 % (р < 0,01) снижалось содержание триглицеридов. Эти данные подтверждают мнение о том, что сам этанол является энергетически ценным пищевым продуктом с “пустыми” калориями [9]. Содержание глюкозы в крови у животных этой группы было снижено на 3,64 % по сравнению с группой контроля.
Изучение содержания холестерина в сыворотке крови показало увеличение его уровня в первой и
второй опытных группах. Самое высокое достоверное повышение — во второй группе и здесь же, соответственно, самое большое и достоверное повышение уровня ЛПвП, удаляющих из клеток избыточный холестерин и оказывающих свое антиатерогенное действие. Понижение уровня холестерина в третьей и четвертой опытных группах, вероятно, связано со способностью этанола усиливать окисление холестерина на фоне физической нагрузки и охлаждения, когда организму требуется дополнительная энергия. И неслучайно именно в этих группах отмечается самое низкое достоверное уменьшение уровня триглицеридов, подчеркивающее трату этого резервного топлива в условиях комбинированного воздействия повышенной функциональной нагрузки, низких температур и алкоголя.
Наблюдаемое в эксперименте достоверное повышение уровня ЛПвП в первых двух опытных группах по сравнению с контролем и повышение в четвертой по сравнению с третьей, по мнению ряда авторов [2, 9, 13], является “благоприятной” для организма гиперлипопротеинемией, поскольку именно ЛПвП обладают антиатерогенным действием. Изменение ЛПВН такого плана подчеркивают положительное коррекционное влияние витаминно-минерального комплекса в этих группах.
Тенденция снижения содержания триглицеридов во всех опытных группах связана, как мы полагаем, с мобилизацией энергетических резервов организма для обеспечения двигательных и терморегуляторных реакций в ответ на действие комплекса повреждающих факторов (холода и высокой физической нагрузки).
во всех экспериментальных группах отмечалось понижение содержания глюкозы в крови, что, с нашей точки зрения, объясняется высокой физической нагрузкой животных и наличием охлаждения. в группах, где проводилась коррекция, снижение уровня глюкозы свидетельствует о стимуляции поглощения глюкозы тканями, улучшении ее усвоения (утилизации) за счет действия вводимых веществ.
Состояние белкового обмена
экспериментальных животных
Результаты исследования представлены в табл. 2 и на рис. 2.
Достоверное снижение уровня общего белка отмечалось у животных первой опытной группы, содержащихся в условиях холодового и физического воздействия на фоне стандартного рациона вивария, а также животных третьей опытной группы, находившихся в аналогичных экспериментальных условиях с дополнительной хронической интоксикацией этанолом, что подтверждает неблагоприятное воздействие пониженной температуры на обмен белков; дополнительная физическая нагрузка также приводит к дополнительному расходованию белкового пула в условиях стандартной диеты [ 10].
Коррекция питания способствует нормализации содержания общего белка: так, во второй опытной
Таблица 2
Состояние белкового обмена экспериментальных животных
Группа Общий белок, г/л Альбумины, г/л Электрофорез белковых фракций
Альбумины, % Глобулины, %
Контрольная 79,10± 1,35 34,86±1,27 36,77 ±0,91 а1 а2 в У
24,98±0,27 6,29±0,18 15,41 ±0,33 16,67 ±0,57
Первая опытная 72,11 ±0,99 *** 33,60±0,77 34,73±0,12 23,61 ±0,61 7,91 ±0,31*** 15,10±0,55 18,65± 1,53
Вторая опытная 79,44±1,55 33,08±1,27 — — — — —
Третья опытная 72,83±1,90 * 35,67±0,79 33,36± 1,62 24,47 ± 1,62 9,21 ±0,78 *** 15,83 ±1,18 17,13±0,96
Четвертая опытная 77,22±0,77 х 32,54±1,10 34,99±0,90 23,21 ±0,37 7,95±0,62 ** 15,75±0,26 18,10±0,63
группе этот показатель не отличался от такового в контрольной группе, а в четвертой был достоверно выше, чем в третьей.
Тенденция снижения содержания альбуминов сыворотки крови наблюдалась практически во всех исследуемых группах, вероятно, холод и активная физическая нагрузка вносят наибольший вклад в изменение пула альбуминов.
При электрофоретическом разделении белковых фракций подтверждалось снижение процентного содержания альбуминов сыворотки крови и прослеживалось четкое достоверное повышение пула а-2глобулинов — наибольшее в третьей опытной группе, где имеется комбинация повреждающих факторов (холод, физическая нагрузка, алкоголизация) на 46,4 % (р < 0,001), а на фоне коррекции в четвертой группе данный показатель уменьшается соответственно до 26,4 % (р < 0,01).
Поскольку фракция а-2глобулинов относится к белкам “острой фазы воспаления” [2], их повышенное содержание по сравнению с контрольной группой может свидетельствовать (отражая интенсивность стресса и воспалительных процессов) о наличии воспалительных явлений в организме экспериментальных животных как ответной реакции на холодовое воздействие и этанольную интоксикацию.
во всех опытных группах отмечалась тенденция повышения у-глобулинов (вероятно, за счет токсического раздражения РЭС), свидетельствуя о вовлечении в адаптационный процесс иммунной системы, подчер-
Контр.группа Гр. 1 Гр. 2 Гр. 3 Гр. 4
Рис. 2. Содержание общего белка сыворотки крови экспериментальных животных
кивая интенсификацию иммунологических реакций в ответ на действие повреждающих факторов.
Таким образом, при действии повреждающих факторов выявляются гипопротеинемии и диспротеине-мии, выражающиеся в гипоальбуминемии, повышении уровней а-2глобулинов и у-глобулинов. Причем степень гипо- и диспротеинемии пропорциональна комбинации повреждающих факторов; обращает на себя внимание улучшение показателей белкового обмена при назначении витаминно-минерального комплекса, что может быть обусловлено улучшением адаптации организма к условиям окружающей среды.
во всех опытных группах уровень мочевины в крови был достоверно ниже такового в контрольной группе. Однако введение коррекционного питания вызывало разнонаправленные изменения: во второй группе отмечалось достоверное повышение уровня мочевины в крови по сравнению с первой группой (р < 0,05), а в четвертой группе — достоверное понижение по сравнению с третьей группой (р < 0,001). как известно, мочевина является главным конечным продуктом обмена азота в организме, синтез ее связан с процессами обезвреживания аммиака, который образуется в реакциях окислительного дезаминирования, а также в реакциях непрямого дезаминирования в мышцах при физической нагрузке. Изменение уровня мочевины также происходит при нарушении функций печени и почек.
Достоверное изменение уровня креатинина в крови по сравнению с контрольной группой наблюдалось во второй и третьей опытных группах: во второй группе он повышался (р < 0,001), а в третьей понижался (р < 001). Изменения показателей креатинина при введении коррекционного питания были однонаправленными и проявлялись в их повышении по сравнению с группами, находящимися на обычном рационе питания. Такая направленность в изменении уровня креатинина, который является индикатором уровня энергетического обмена в мышцах, свидетельствует о благоприятном влиянии минерально-витаминного комплекса.
Наблюдалось улучшение показателей обмена железа у животных в группах с коррекционным питанием:
повышение уровня железа и общей железосвязывающей способности сыворотки крови (ОЖСС) во второй по сравнению с первой, и в четвертой по сравнению с третьей. Повышение железосвязывающей способности сыворотки крови может явиться следствием увеличения синтеза железосвязывающих белков, в том числе и трансферрина, для усиленного транспорта всасываемого железа [13].
Ферментативный статус сыворотки крови
экспериментальных животных
Результаты исследования представлены на рис. 3.
Наибольшие изменения отмечались в отношении активности фермента аланиновой трансаминазы (АЛТ), который повышался у крыс, содержащихся при хронической алкоголизации. Достоверное снижение на 26,7 % активности АЛТ наблюдалось у животных с экспериментальной физической нагрузкой. Дополнительное воздействие холодового фактора (1 -я опытная группа) незначительно повышало активность АЛТ, но значения также были ниже контрольных данных. Активность аспарагиновой трансаминазы (АСТ) у животных, не получавших этанол, не отличалась от показателей контрольных животных. в третьей и четвертой опытных группах возрастала активность как АСТ, АЛТ, так и щелочной фосфатазы (ЩФ). Наибольшее увеличение активности отмечалось у крыс третьей группы, содержавшихся на рационе вивария без дополнительного введения обогащенных фтором продуктов. Так, повышение активности АСТ, АЛТ, ЩФ в этой группе составило 90,2 (р < 0,01),
45,6 (р < 0,01) и 74,1 % (р < 0,001) соответственно. Повышение уровня щелочной фосфатазы, по мнению ряда авторов [5, 12], свидетельствует о развитии эффекта на введение в организм фтора. В группе (4-я) животных с коррекцией питания данные показатели составили соответственно 36,9 (р < 0,001), 13,3 и 46,5 % (р < 0,01), что свидетельствует о благоприятном воздействии обогащенного питания на организм экспериментальных животных, в частности на печень.
Проведенное исследование показало, что использование препаратов фтора с витамином С и гемового
200т
АСТ АЛТ ЩФ
Рис. 3. Изменения ферментативной активности сыворотки крови экспериментальных животных (% от контроля)
железа позволяет эффективно корректировать показатели метаболического контроля, что, по-видимому, связано с созданием условий большей надежности гомеостатических систем и повышением защитнокомпенсаторных возможностей организма.
Обобщая результаты экспериментального исследования, можно отметить, что коррекция питания с включением данного минерально-витаминного комплекса позволяет без назначения других методов реабилитации проводить достаточно эффективную коррекцию метаболических процессов в условиях комбинированного воздействия низких температур и повышенной физической нагрузки.
Таким образом, полученные нами результаты показали, что применение минерально-витаминного комплекса на фоне экологически неблагоприятных факторов ведет к повышению адаптационных возможностей организма. Проведенные исследования указывают на функциональные, в определенной степени обратимые, изменения в случае целенаправленного применения коррекции, улучшающей обменные процессы.
Список литературы
1. Бобков Ю. Г. Фармакологическая коррекция утомления / Ю. Г. Бобков, В. М. Виноградов, В. Ф. Катков и др. — М., 1984. — 208 с.
2. Бородин Е. А. Биохимический диагноз / Е. А. Бородин. — Благовещенск, 1991. — 144 с.
3. Влияние коррекционного питания на состояние эритрона в эксперименте в условиях холодовой и физической нагрузки / Л. Е. Громова, Г. Н. Дегтева, Ю. Р Теддер и др. // Тезисы докладов II симпозиума с международным участием “Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера”. — Сыктывкар, 2004. — С. 28-29.
4. Волков Н. И. Биологически активные добавки в специализированном питании спортсменов / Н. И. Волков, В. И. Олейников — М., 2001. — 80 с.
5. Габович Р. Д. Фтор в стоматологии и гигиене / Р Д. Габович, Г. Д. Овруцкий. — Казань, 1969. — 512 с.
6. Гацура В. В. Фармакологические агенты в экспериментальной медицине и биологии / В. В. Гацура, А. С. Са-ратиков. — Томск, 1977. — 158 с.
7. Гуськова Т. А. Доклинические токсикологические исследования лекарственных средств как основа их безопасного применения в клинике / Т. А. Гуськова // Клинические исследования лекарственных средств в России. — 2004. — № 3. — С. 8-15.
8. Елизарова О. Н. Определение пороговых доз промышленных ядов при пероральном введении / О. Н. Елизарова. — М., 1971. — 192 с.
9. Климов А. Н. Обмен липидов и липопротеидов и его нарушения / А. Н. Климов, Н. Г. Никуличева. — СПб., 1999. — 512 с.
10. Куликов В. П. Потребность в двигательной активности / В. П. Куликов, В. И. Киселев. — Новосибирск, 1998. — 150 с.
11. Назаренко Н. А. Острая криотравма конечностей / Н. А. Назаренко, В. М. Сатыбалдыев, П. И. Сидоров. — Архангельск, 1999. — 147 с.
12. Овруцкий Г. Д. Фтор и иммунобиологическая реактивность организма / Г. Д. Овруцкий, X. С. Хамитов. — М., 1976. — 112 с.
13. Панченко В. Ф. Клиническая биохимия микроэлементов / В. Ф. Панченко, И. В. Маев, К. Г. Гуревич. — М., 2004. — 364 с.
14. Соловьев А. Г. Адаптационные различия к воздействию этилового и метилового спиртов / А. Г. Соловьев, 3. И. Тараскина // Тезисы докладов V Всесоюзного симпозиума “Эколого-физиологические проблемы адаптации”. — М., 1988. — С. 217.
15. Теддер Ю. Р. Эколого-физиологическая значимость фтора в процессе адаптации организма к холоду : дис... д-ра мед. наук / Теддер Юрий Рудольфович. — Архангельск, 1992. — 391 с.
INFLUENCE OF PHARMACOLOGICAL CORRECTION ON METABOLIC INDICES OF EXPERIMENTAL ANIMALS DURING SIMULATION OF NORTHERN EXTREME CONDITIONS
L. E. Gromova, G. N. Degteva, I. A. Ki rpitch,
V. V. Zashikhina
Northern State Medical University, Arkhangelsk
The study has shown that administration of the min-eral-vitamin complex at a background of combined effect of damaging factors (cooling, big physical load, alcoholization) contributed to correction of metabolic indices of the experimental animals.
Key words: cold, physical load, fluor, iron, vitamin C, lipid metabolism, protein metabolism, enzymatic status.
