CC BY
29
Татьяна Мадзиевская Василий Цыганков Виктор Афонин Валерий Шилов Галина Асютина Татьяна Грушевская
директор Научно-производственного центра разработки и исследования пищевых добавок предприятия «Унитехпром БГУ», кандидат химических наук.
заведующий отделом РНПЦ гигиены, кандидат медицинских наук
заведующий лабораторией Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
заведующий отделом Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
ведущий специалист Научно-производственного центра разработки и исследования пищевых добавок предприятия «Унитехпром БГУ»
младший научный сотрудник Научно-производственного центра разработки и исследования пищевых добавок предприятия «Унитехпром БГУ»
Фитокомпозиции для активного долголетия
УДК 664.022.36.017:613.2
Ничто так не волнует человечество, как постижение тайны старения. Еще 100 лет тому назад только 5% населения Земли было старше 65 лет, а в ближайшие 30 лет прогнозируется, что доля пожилых людей может достигнуть одной трети. Такая мировая тенденция изменения возрастной пирамиды делает социально значимыми вопросы долголетия, трудоспособности и молодости человека.
Существует множество теорий, объясняющих причины и механизмы старения [1—4]. В 2009 г. американским ученым Э. Блэкберни и К. Грейдер была присуждена Нобелевская премия за описание функции теломер (концевых участков хромосом) и фермента теломеразы (ДНК-полимеразы половых клеток), благодаря которым половые клетки не стареют [5].
Одна из общепризнанных теорий старения — свободнорадикаль-ная теория Д. Хармана [6], согласно которой ведущая роль в ослаблении биополимеров принадлежит активным формам кислорода (АФК). При старении возрастает уровень окисленности ДНК, белков, липидов. Последние, являясь основой мембран клеток крови, особенно уязвимы. Недостаток антиоксидантов влечет за собой окислительный стресс, который разрушает клетки, увеличивает количество повреждений, что приводит к старению организма.
В результате агрессивных воздействий окружающей среды (неблагоприятной экологии, стрессов, солнечной и другой радиации) и не-
правильного образа жизни резко возрастает число свободных радикалов — высокоактивных молекул. Они повреждают клетки и генетический материал (ДНК), запускают процессы многих заболеваний. Научные исследования показали, что 70% смертей происходит в результате снижения антиоксидантной защиты, то есть неспособности человека противостоять действию свободных радикалов [7].
Первичные свободные радикалы постоянно образуются в процессе жизнедеятельности организма в качестве средств защиты против бактерий, вирусов, чужеродных и переродившихся (раковых) клеток. Так, фагоциты быстро поглощают большое количество О2 (дыхательный взрыв), трансформируют его в активные формы кислорода (О, О3), которые используются впоследствии для борьбы с микроорганизмами, раковыми клетками и т.д.
Вторичные радикалы, в отличие от первичных, не выполняют физиологически полезных функций. Напротив, они оказывают разрушительное действие на клеточные структуры, стремясь отнять электроны у «полноценных» молекул, вследствие чего «пострадавшая» молекула сама становится свободным радикалом (третичным), но чаще всего слабым, не способным к разрушающему действию. Именно появление вторичных, а не радикалов вообще приводит к развитию патологических состояний и лежит в основе канцерогенеза, атеросклероза, хронических воспалений и нервных дегенеративных болезней.
Образование свободных радикалов в организме и активных молекул, к которым относятся АФК, — один из важнейших процессов жизнедеятельности: они принимают участие в утилизации чужеродных микроорганизмов в процессе фагоцитоза, регулируют многие метаболические превращения посредством активации ферментов и сигнальных каскадов в клетках [7, 8]. Однако при высоких концентрациях эти активные интермедиаты могут окислять жизненно важные молекулы и тем самым нарушать функционирование клеток, а в некоторых случаях даже вызывать их гибель. Процессы образования радикалов и активных молекул в организме зависят от многих факторов. Показано, что количество АФК в организме человека с возрастом увеличивается, и многие исследователи рассматривают это как одну из причин старения и возникновения таких заболеваний, как сердечнососудистые, болезни суставов, нейродегенеративные и др. [9].
Наряду с такими типами АФК, как пероксид водорода, в концентрациях, превышающих микромолярные значения, и гидроксиль-ными радикалами, особую опасность для пожилых людей представляет гипохлорит. Он образуется в компонентах крови человека и животных при катализируемом миелопероксидазой (МПО) нейтрофилов и моноцитов окислении хлорид-ионов пероксидом водорода [10]. Установлено, что при кардиопатологии повышенная секреция МПО из фагоцитирующих клеток приводит к увеличению содержания гипохлорита в плазме крови, что вызывает повреждение ее компонентов и сосудистой стенки, провоцируя тем самым развитие воспалительного процесса [9]. Современная наука пытается решить проблему замедления старения и продления активного долголетия разными способами.
Традиционно старение человека считается естественным физиологическим процессом, однако вопрос о скорости старения (или кинетике) имеет принципиальное значение, так как естественное старение наблюдается только у 6% людей, а в остальных случаях это ускоренный процесс, обусловленный экзогенными факторами.
В питании белорусов сейчас остро стоит проблема дефицита ми-кронутриентов. Дефицит витамина С наблюдается у 80—90% жителей республики, витаминов В1, В2, В6, фолиевой кислоты — у 40— 80%, более 40% имеет недостаток минеральных веществ (железа, йода, селена, кальция, фтора и др.). Недостаточное поступление микронутриентов отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения и является одной из причин постепенного развития иммунных нарушений и индуцированных стрессом хронических заболеваний, в том числе синдрома хронической усталости
Кроме медикаментозного, есть и другие способы борьбы с «болезнями цивилизации» и преждевременным старением, детерме-нированным на эпигенетическом уровне. Один из них — использование продуктов питания нового покаления.
Функциональное питание, являясь важнейшей составляющей здорового образа жизни, позволяет не только увеличить ее продолжительность, но и качество за счет восполнения дефицита
жизненно важных компонентов — специальных веществ и добавок, предназначенных для функциональных пищевых продуктов, способствующих активному долголетию:
• антиоксиданты регулируют количество свободных радикалов, повреждающих мембраны клеток, нарушающих обмен веществ в клетках;
• адаптогены повышают сопротивляемость организма к различным негативным факторам внешней и внутренней среды;
• биостимуляторы оказывают стимулирующее действие на обменные процессы, влияют на функции центральной нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других систем.
Источниками этих ценных компонентов могут быть не только индивидуальные химические соединения, экстракты растительного сырья, но и мелкодисперсные фитопорошки с высокой биодоступностью.
Нами проведены исследования 26 смесей комплексных обогатительных (СКО), в частности «Даугалецце-19», в состав которых входили порошки моркови, свеклы, яблок, томата, имбиря, корицы, овса, кардамона, майорана, корня пастернака, чеснока, корня солодки голой. В табл. 1 представлена информация о содержании в данных растениях флавоноидов, являющихся эффективными антиоксидантами, адаптогенами, позволяющими нормализовать процессы свободнорадикального окисления и регулирующими количество свободных радикалов, что позитивно сказывается на обновлении структурных липидов клеточных мембран, а также выработке ряда гормонов. Кроме того, вещества данной группы оказывают разностороннее действие на организм животных и человека. Известно, что благоприятное влияние флавоноидов проявляется в снижении патологической повышенной проницаемости капилляров, в устранении их ломкости и хрупкости, спазмолитическом воздействии [11—14].
В данной статье представлены результаты исследований СКО «Даугалецце-19», изготовленной на основе фитопорошков из высушенных растений (ягоды, овощи, фрукты, пряности и др.) с добавлением аминокислот, витаминов и др. Изыскания проводили методом принудительного плавания крыс до отказа с грузом, составляющим 13% от массы тела [15]. Температура воды в бассейне — 23°С. Таким образом осуществляли оценку физической работоспособности экспериментальных животных.
Предварительно крысы плавали в течение 5 дней по 40 мин. без груза для адаптации к водной среде. После этого следовали 2-дневный период отдыха и плавание по 50 мин. без груза в очередные 2 дня. Затем тестировали физическую работоспособность по продолжительности плавания животных с грузом.
Эргопротекторные свойства СКО «Даугалецце-19» (в чистом виде), а также основных ее компонентов (специю А, специю В и карбоновую кислоту) исследовали в остром эксперименте на самцах крыс линии Wistar массой 150—175 г (41 шт.). На основании результатов предварительных заплывов были сформированы экспериментальные группы таким образом, чтобы среднее время плавания между ними статистически не различалось. За 40 мин.
до плавания животным внутрижелудочно вводили тестируемые вещества: СКО «Даугалецце-19» в дозе 50 мг/кг (п = 6); специю А в дозе 50 мг/кг (п = 5); специю В — 50 мг/кг; карбоновую кислоту — 25 мг/кг (п = 6). Контрольные особи получали раствор крахмала (плацебо, п = 12) на дистиллированной воде в объемах, эквивалентных объему вводимых тестируемых веществ. Условия содержания у контрольных и опытных особей были аналогичны.
Далее «Премикс» (СКО «Даугалецце-19» — 20% и мука пшеничная — 80%) тестировали в субхроническом эксперименте на крысах-самцах линии Wistar массой 270—330 г (40 шт.).
• Вариант 1. «Премикс» (п = 5) и плацебо (п = 5) внутрижелудочно вводили однократно 5 дней в неделю в течение 1 месяца в дозе 30 мг/кг животным, находившимся в обычных условиях содержания, а также крысам, которые плавали в течение трех часов
5 дней в неделю 1 месяц («Премикс» с СКО «Даугалецце-19», п = 5; плацебо-контроль, п = 5).
• Вариант 2. «Премикс» (п = 5) и плацебо (п = 5) внутрижелудочно вводили однократно 5 дней в неделю в течение 1 месяца в дозе
6 мг/кг животным, находившимся в обычных условиях содержания, а также крысам, которые плавали в течение трех часов 5 дней в неделю 1 месяц («Премикс» с СКО «Даугалецце-19», п = 5; плацебо-контроль, п = 5).
На протяжении всего периода эксперимента ежедневно измеряли массу тела крыс. После завершения функциональных тестов проводили внешний осмотр животных. Затем умерщвляли их, извлекали и взвешивали внутренние органы, рассчитывали их органо-гравиметрические и относительные коэффициенты массы [16]. Для статистической обработки результатов использовали F-тест Фишера и ^критерий Стьюдента.
Результаты проведенных исследований представлены на рис. 1—3 и в табл. 2—3. Как видно на рис. 1, СКО «Даугалецце-19» увеличивала продолжительность плавания экспериментальных животных в 1,5—26,6 раза. Следует отметить, что эргопротектор-ный эффект, который составил в среднем 510% ^ = 0,19 при Р < 0,001), наблюдался не у абсолютного большинства животных. У 33% особей СКО при однократном введении в дозе 50 мг/кг не вызывала увеличения физической работоспособности, что может свидетельствовать о различной чувствительности животных к этому средству.
Оценка эргопротекторных свойств основных компонентов СКО «Даугалецце-19» (специи А, специи В и карбоновой кислоты) в остром эксперименте показала, что специя В и карбоновая кислота значительно увеличивают продолжительность плавания экспериментальных животных (рис. 2).
Величина эргопротекторного эффекта этих веществ составила соответственно 540% (Р = 0,04) и 570% (Р = 0,036). Исходя из этого можно сделать заключение, что наличие в составе СКО специи В и органической кислоты обеспечивают его протекторные свойства.
При субхроническом введении «Премикса» с СКО «Даугалецце-19», доза которого составляла 6 мг/кг, оказалось, что существенных различий у группы опытных животных с плацебо-контролем в тесте оценки физической работоспособности не было выявлено. Продолжительность принудительного плавания с грузом до отказа у них составляла соответственно 295 ± 41 с. и 200 ± 22 с.
Однако при комплексном воздействии «Премикса» на фоне длительных и интенсивных физических нагрузок имело место 2,2-кратное повышение работоспособности экспериментальных
Таблица 1. Содержание флавоноидов в растениях
Морковь посевная (корнеплоды) (Daucus sativus Roche) 595—727 мг% сухой массы флавоноидов, в том числе: флавонолы (мирицетин — 1 мг%, кверцетин — 4 мг%), кемпферол — 15,3 мг%, полифенолы — 467 мг%. Доминируют катехины (до 85%)
Яблоки (Malus) Флавонолы: фицетин — 26,9 мг%, кверцетин — 5,3—72 мг%, кемпферол — 2—26,7 мг%. Флавонол: проантоцианидины — 490—10401 мг%, катехин — 9 мг%, эпикатехин — 77 мг%
Свекла обыкновенная (корнеплоды) (Beta vulgaris) 1152—1818 мг% сухой массы флавоноидов, в том чиле: флавонолы (кверцетин — 1 мг%, кемпферол — 2 мг%). Доминируют флавонолы
Томат (Licopersicum esculentum) Флавонолы: фицетин — 0,1 мг%, кверцетин — 1,6—74 мг%, кемпферол — 1—7,5 мг%
Чеснок (луковица) (Allium sativum) Полифенолы — 3738 мг%
Овес посевной (Avena sativa) Флавоноиды (гликозиды апигенина, лютеолина, кемпферола)
Пастернак посевной (Pastinaca sativa L.) Флавоноидные гликозиды: пастерназид, рутин, гиперин
Боярышник кроваво-красный (плоды) (Crataegus sanguinae Pall.) Флавоноиды (гиперозид, кверцетин, витексин и др.) — до 2%
Душица обыкновенная (Origanum vulgare L.) Фенольные соединения: тимол (до 44 %) и корвакрол, фенольные кислоты (до 37%), сесквитерпены (12,5%)
Солодка голая (корень) (Glycyrrhiza glabra L.) Флавоноиды: ликвиритин, ликвиритозид, золиквиритин, ликвиритигенин, изоликвиритигенин, неоликвири-тигенин, неоизоликвиритигенин, ликуразид, изоглаброзид, изоуралозид, уралозид, ликвиритин-рамнозид и др. — около 30 наименований
Корица (кора) (Cinnamomum) Флавоноиды: эвгенол — 2,4%, ацетилэвгенол — 0,2%
Кардамон (плоды) (Elettaria cardamomum L.) Фенолоподобное вещество гингерол
Имбирь (корень) (Zingiber officinale Rose) Фенолоподобные вещества — смолы (гингерол, цингерол, шогаол и др.)
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
предварительное плавание F=0.19 при Р<0,001 | тестирование веществ п - число особей
................................................................................................■ ■
................................................................................................1
...................................................................................,........1 1
контроль
фитовитаминный комплекс
Рис. 1. Острый эксперимент. Влияние компонентов СКО «Даугалецце-19» на продолжительность плавания крыс
По оси абсцисс — время плавания, с.; по оси ординат — группы животных: плацебо-контроль (п = 12); СКО «Даугалецце-19» (п = 6)
По оси абсцисс — время плавания, с.; по оси ординат — группы животных: плацебо-контроль (п = 6); специя А (п = 5); специя В (п = 6); карбоновая кислота (п = 6)
По оси абсцисс — время плавания, с.; по оси ординат — группы животных: плацебо-контроль (п = 5), «Премикс» с СКО «Даугалецце-19» (п = 5); плацебо-контроль, подвергавшийся физической нагрузке плаванием (п = 5), «Премикс» со СКО «Даугалецце-19» на фоне плавания (п = 5)
животных (рис. 3). Если у плацебо-контроля время плавания составляло 351 ± 71 с., то у крыс, получавших «Премикс», оно было равно 761,6 ± 218 с., то есть достоверно (Р = 0,0058) больше.
Внешний осмотр показал, что и контрольные, и опытные животные были правильного телосложения. Волосяной покров сплошной, видимые слизистые оболочки и кожные покровы нормальной окраски. Почки обычной формы, на разрезе серовато-вишневого цвета с различимой границей между корковым и мозговым веществами. Капсула гладкая, блестящая, снимается без потери вещества. Поверхность почек после снятия капсулы гладкая, блестящая. Поверхность печени гладкая, края острые, на разрезе темно-красного цвета с кровянистым соскобом. Семенники обычной формы, без видимых изменений.
Как видно из табл. 2, средняя масса тела опытных животных, получавших «Премикс» в течение 1 месяца, снижалась по отношению к контрольным особям. Масса тела крыс двух опытных групп была на 13—15% (Р = 0,02) меньше, чем у животных, получавших плацебо и содержавшихся в обычных условиях.
Следует отметить, что существенных изменений в органо-гравиметрических показателях особей, получавших «Премикс» в дозе 30 мг/кг и находившихся как в обычных условиях содержания, так и при интенсивной физической нагрузке, обнаружено нами не было. В то же время было отмечено увеличение относительных коэффициентов массы печени, сердца и селезенки (табл. 3) у крыс, получавших «Премикс» с СКО «Даугалецце-19» на фоне плавания.
Этот факт дает возможность выдвинуть предположение, что у животных экспериментальной группы снижение массы тела происходило за счет уменьшения жировой прослойки, так как абсолютные значения масс основных жизненно важных внутренних органов оставались без изменений, а физическая работоспособность при этом достоверно увеличивалась.
Установлено, что СКО «Даугалецце-19» при однократном внутри-желудочном введении в дозе 50 мг/кг и при субхроническом введении в дозе 6 мг/кг значительно увеличивает физическую работоспособность крыс в тесте принудительного плавания с грузом до отказа. Компонентами, обеспечивающими эргопротекторный эффект этого комплекса, являются специя В и карбоновая кислота. Исследованный на экспериментальных животных в качестве пищевой добавки «Премикс» (в дозе 30 мг/кг) способствует значимому снижению массы тела как в обычных условиях, так и на фоне интенсивных физических нагрузок.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования СКО «Даугалецце-19» показали ее безопасность и биологическую эффективность в условиях физических нагрузок и хронической усталости. Продукты питания, изготовленные с применением данной СКО, целесообразно использовать широкому кругу потребителей, что поможет повысить адаптационные возможности организма и физическую работоспособность, укрепить здоровье и продлить активное долголетие.
Рис. 2. Острый эксперимент. Влияние компонентов СКО «Даугалецце-19» на продолжительность плавания крыс
1000
800 Р=0,0058 контроль
■ премикс ш
600 .................................................1 1
1 400 . ................1 1
е 200 ■ ....................,........Н........................... I
0 1 ■
без нагрузки физическая нагрузка
Рис. 3. Субхронический эксперимент. Влияние «Премикса» со СКО «Даугалецце-19» (дозировка 6 мг/кг)м на продолжительность плавания крыс
Таблица 2. Органо-гравиметрические показатели самцов крыс, получавших «Премикс» со СКО «Даугалецце-19» (30 мг/кг) в субхроническом эксперименте, М±т
Показатели Группаживотных
Плацебо «Премикс» Плацебо и плавание «Премикс» и плавание
(n = 6) (n- 6) (n - 6) (n - 6)
Масса тела, 10-3 кг 318 ± 11 278 ± 8* (P - 0,015) 290 ± 9 271 ± 10* (P - 0,016)
Масса печени, 10-3 кг 10,92 ± 0,18 9,69 ± 0,40 10,84 ± 0,18 10,53 ± 0,72
Масса почек, 10-3 кг 1,71 ± 0,07 1,56 ± 0,06 1,57 ± 0,05 1,56 ± 0,13
Масса сердца, 10-3 кг 1,13 ± 0,08 1,02 ± 0,06 1,05 ± 0,04 1,11 ± 0,08
Масса селезенки, 10-3 кг 0,92 ± 0,06 0,86 ± 0,04 0,93 ± 0,04 0,96 ± 0,07
Масса надпочечных желез, 10-3 кг 0,043 ± 0,005 0,047 ± 0,0047 0,042 ± 0,004 0,041 ± 0,003
Масса легких, 10-3 кг 2,07 ± 0,19 1,59 ± 0,35 1,90 ± 0,13 2,10 ± 0,16
Масса тимуса, 10-3 кг 0,62 ± 0,05 0,74 ± 0,03 0,68 ± 0,11 0,62 ± 0,10
* Статистически значимые различия при сравнении показателей опытных животных с плацебо-контролем 1
Таблица 3. Относительные коэффициенты массы внутренних органов самцов крыс, «Премикс» со СКО «Даугалецце-19» (30 мг/кг) в субхроническом эксперименте, M±m
Показатели ОКМ, %
Группа животных
* Статистически значимые различия при сравнении показателей опытных животных с плацебо-контролем
Плацебо (n - 6) «Премикс» (n = 6) Плацебо и плавание (n - 6) «Премикс» и плавание (n - 6)
Печени 3,44 ± 0,07 3,50 ± 0,14 3,75 ± 0,17 3,87 ± 0,13* (P - 0,022)
Почек 0,54 ± 0,01 0,56 ± 0,03 0,54 ± 0,02 0,57 ± 0,03
Сердца 0,35 ± 0,02 0,37 ± 0,03 0,36 ± 0,01 0,41 ± 0,02* (P - 0,034)
Селезенки 0,29 ± 0,02 0,31 ± 0,01 0,32 ± 0,01 0,36 ± 0,02* (P - 0,039)
Надпочечных желез 0,015±0,002 0,017 ± 0,002 0,015 ± 0,001 0,015 ± 0,001
Легких 0,65 ± 0,06 0,57 ± 0,12 0,65 ± 0,03 0,78 ± 0,07
Тимуса 0,20 ± 0,02 0,27 ± 0,01* (P - 0 031) 0,23 ± 0,03 0,23 ± 0,04
Литература
1. Гаврилов Л.А., Гаврилова Н.С. Биология продолжительности жизни. — М.,1986.
2. Olovnikov A.M. A theory of marginotomy. The incomplete copying of template margin in enzymic synthesis of polynucleotides and biological significance of the phenomenon // J Theor Biol. 1973 Sep 14;41(1):181-90.
3. Greider C.W., Blackburn E.H. Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. // Cell v.43, (2 Pt. 1). 1985. Р. 405—413.
4. Скулачёв В.П. Феноптоз: запрограммированная смерть организма // Биохимия. №64(12), 1999. С. 1418—1426.
5. Электронный ресурс: http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2009/
6. Harman D. Aging: A Theory Based on Free Radical and Radiation Chemistry. // Journal of Gerontology 11, 1956. 298-300.
7. Babior R.M. (1984) The respiratory burst of phagocytes. J Clin. Invest. 73, 599-606.
8. Гамалей И.А., Клюбин И.В. 1996. Перекись водорода как сигнальная молекула // Цитология. Т. 38. С. 1233—1247.
9. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К., Ланкин В.З., Бондарь И.А., Труфакин В.А. Окислительный стресс: Патологические состояния и заболевания. — Новосибирск, 2008.
10. Christen S., Hagen T.M., Shigenaga M.K. and Ames, B. N. // Microbes and Ma-
lignancy: Infection as a Cause of Human Cancers (Parsonnet, J., ed). 1999. Oxford University Press. — New York. P. 35—88.
11. Энциклопедический словарь лекарственных растений и продуктов животного происхождения. Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия. — СПб., 2001.
12. Тутельян В.А., Батурин А.К., Мартинчик Э.А. Флавоноиды: содержание в пищевых продуктах, уровень потребления, биодоступность // Продукты питания. №6, 2004. С. 43—45.
13. Аутко А.А., Рупасова Ж.А., Игнатенко В.А., Рудковская Р.Н. Долбик Н.Н., Поздняк О.В. Влияние типа субстрата на содержание полисахаридов и феноль-ных соединений в томатах в условиях защищенного грунта // Известия НАН Беларуси: Серия аграрных наук. №3, 2004.
14. Рупасова Ж.А., Аутко А.А.,. Игнатенко В.А., Аутко Ан.А., Поздняк О.В. Влияние внесения удобрений на накопление фенолных соединений в овощных культурах в условиях Беларуси // Весц НАН Беларуси серыя аграрных навук. №4, 2006. С. 37—42.
15. Dawson C.A., Horvath S.M. Swimming in small laboratory animals // Med. Sci. Sports Exerc. 1970. V. 2, N5. P. 51—78.
16. Шварц С.С., Вознесенский Л.С., Шишикина С.А. Динамика изменения веса и весовые индексы внутренних органов у белых мышей в зависимости от состава газовой среды и питания. // Космическая биология и авиакосмическая медицина. Т. 7. №4, 1973. С. 30—34.
