CC BY
25УДК: 636:612.015.1:577.152.3
ФОРМИРОВАНИЕ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНО-ТРАНСПОРТНОГО КОНВЕЙЕРА УГЛЕВОДОВ У ПОСТНАТАЛЬНО ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ НЕЗРЕЛЫХ ЖИВОТНЫХ
Н.Ш.Хаснутдинов - кандидат биологических наук, доцент.
ФГБОУВО «Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма», г.Казань (420010, РТ, г. Казань, Деревня Универсиады, д. 35, e-mail: nahas@mail.ru).
Цель исследований экспериментально изучить формирование пищеварительно-транспортного конвейера углеводов в постнатальном онтогенезе и выяснить влияние на него недоедания в период молочного вскармливания. Эксперименты во всех случаях носили характер острого опыта с последующим определением изучаемых показателей in vitro с применением биохимических методов. В опыте были использованы крысы с 1-го дня жизни до 90-дневного возраста. На 21-й день постнатальной жизни крысят обеих групп (контрольной и опытной) переводили на сбалансированную специализированную диету, равноценную по калорийности. Специализированная диета содержала по калорийности 35% белков, 55% углеводов и 10% жиров. Недоедание в период молочного вскармливания ведёт к развитию постнатальной физиологической незрелости, которая сопровождается нарушениями закономерной постнатальной перестройки кишечного пищеварительно-транспортного конвейера углеводов, задержкой репрессий одних гидролитическо-транспортных систем и формированием других. Обобщение результатов исследования, указывает на то, что при недоедании в период молочного питания далеко не однонаправленно изменяются активности ферментов начальной стадии гидролиза углеводов, с одной стороны, и ферментов заключительной стадии гидролиза данного компонента пищи - с другой. Следовательно, при задержке роста в период молочного питания в условиях недоедания происходит повышение пищевой возбудимости, физиологическая роль которой состоит в восстановлении скорости роста животных.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: пищеварительно-транспортный конвейер, физиологическая незрелость.
001:10.33632/1998-698Х.2019-3-46-52
В настоящее время вместе с научно-технической революцией расширяются масштабы урбанизации, бурно развивается химизация сельского хозяйства и т. п. Все чаще и чаще встречается гиполакгация кормящих матерей с появлением в молоке ряда чрезвычайно вредных для организма токсических веществ, что стало представлять серьёзную угрозу не только экосистемам, но и здоровью человека, его физической и умственной работоспособности [1, 2,3]. В итоге участились случаи преждевременного перевода детей и новорожденных животных на искусственное вскармливание с применением различных питательных смесей, которые не содержат в достаточном количестве важнейших биологически активных агентов, столь богато и разнообразно представленных в материнском молоке [4,5].
В результате этого возникает синдром недостаточности питания у растущего организма, одними из ярких проявлений которых являются диарея и физиологическая незрелость в целом. Кроме того, дисбаланс питания является одним из атрибутов преждевременного отнятия, к которому часто вынужденно прибегают из-за тяжелого заболевания матери, недоедание ее может быть связано с различными причинами. Исходя из вышеизложенного, была поставлена цель - в экспериментах на животных выяснить влияние недоедания в период молочного вскармливания на функциональное состояние пищеварительно-транспортного конвейера непосредственно перед отнятием от кормящей матери, при этом
учитывалось влияние недоедания на некоторые показатели роста крысят и их органов пищеварения.
Материалы и методы. Исследования проведены на лабораторных крысах линии Вистар. Согласно поставленным задачам использовались животные периода молочного питания, перехода к дефинитивному питанию и взрослые. Эксперименты во всех случаях носили характер острого опыта с последующим определением изучаемых показателей in vitro с применением биохимических методов. В опыте использованы крысы с 1 -го дня жизни до 90-дневного возраста. Пищу и воду животные получали без ограничения, кормились крысы полноценной полусинтетической пищей, содержащей белки, углеводы, жиры, полный набор витаминов и солей [6].
Для получения потомства к самкам подсаживали по 3 самца приблизительно одинакового веса. При появлении явных признаков беременности самок отсаживали в индивидуальные клетки и следили за появлением потомства. Фиксировали дату рождения крысят, считали количество детенышей в помете, взвешивали их и оставляли в помете на каждую лак-тирующую самку по 8 крысят (контрольная группа). В экспериментальной группе оставляли по 16 крысят на лакирующую самку (опытная группа) для исследования влияния недоедания в период молочного питания на некоторые показатели роста, развития и формирования пищеварительно-транспортного конвейера у крыс (21 -й, 35-й, 42-й, 60-й и 90-й дни жизни).
На 21 -й день постнатальной жизни крысят обеих групп (контрольной и опытной) переводили на сбалансированную специализированную диету, равноценную по калорийности. Специализированная диета содержала по калорийности 35% белков, 55% углеводов и 10% жиров. Помимо указанных выше компонентов в состав специализированной диеты входили минеральные соли и витамины. Вода добавлялась в количестве в 1,7 раза больше, чем масса всех других ингредиентов [6].
Активность альфа-амилазы определяли по А.М.У-голеву [7]. Этот метод основан на фотоколориметрическом определении убыли крахмала с применением йодного реактива. Активность фермента выражали в ммолях расщепленного за 1 минуту крахмала.
Активность энтеральных карбогидраз определяли с применением глюкозооксидазного метода по Оа^уй [8] для мальтазы, сахаразы, лактазы и по АипссЫо, Мто [9] для гамма-амилазы. Активность ферментов выражали в микромолях/мин образовавшихся продуктов гидролиза. Ферментативные активности во всех случаях рассчитывали на 1 г белка ткани (поджелудочная железа, слизистая тонкой кишки) - удельная ак-
тивность, и на общее содержание его в тканях поджелудочной железы и слизистой тонкой кишки - общая активность. Сахар в крови определяли мышьяково-мо-либденовым методом Нельсона в модификации А.М.У-голева и Н.Н.Иезуитовой [7] и выражали в ммоль/л.
Белок в гомогенатах ткани поджелудочной железы и слизистой тонкой кишки определяли методом Лоури и др. (Омгуе! а1., 1951). В основе этого метода лежит цветная реакция фенольного реактива Фолина-Чакал-теу с белком. Полученные результаты обрабатаны методом Сгьюдента и Фишера, где вычислялись средняя арифметическая величина (М), средняя ошибка, (т) и показатель достоверности (р) для 5-7 повторов.
Результаты исследований. Недоедавшие крысята (опыт) к 21-дневному возрасту имели массу тела достоверно ниже, чем контрольные. Далее после перевода крысят на неограниченное питание низкие темпы роста сохранялись до 60-дневного возраста, они возвращались к контрольному уровню только на 90-й день. У недоедавших крысят задерживался рост поджелудочной железы. Ее масса была достоверно снижена к 21 -му дню и оставалась на низком уровне на протяжении всего времени наблюдения (табл. 1).
Таблица 1
Динамика роста массы тела и пищеварительных органов у крыс в онтогенезе после перевода их на неограниченное питание (М±т, п=5-7).
Группа Возраст, дни
21 35 42 60 90
Масса тела (г)
Контроль 33,0±0,30 68,0±0,7 91,0±1,70 156,0±6,30 237,0±2,70
Опыт 24,4±1,9* 45,1+2,6* 55,2±3,9* 109,0±3,5* 230,0±3,30
% от контроля 76 66 60 69 97
Масса поджелудочной железы (г)
Контроль 0,144+0,05 0,319±0,02 0,450+0,05 0,732+0,01 0,663±0,05
Опыт 0,96±0,04* 0,195±0,0Г 0,310±008 0,550±0,05* 0,5909±0,06*
% от контроля 66 61 68 75 88
Масса слизистой тонкой кишки (г)
Контроль 1,118+0,01 2,460±0,06 3,420±0,19 6,150±0,18 5,630±0,15
Опыт 1,001±0,05 2,000±0,13* 2,800±0,16* 5,200±0,10* 5,300±0,16
% от контроля 89 81 81 84 94
Примечание: звездочкой обозначена достоверность изменения
Недоедание у крысят в период молочного питания задерживало их рост и развитие и сопровождалось изменениями активности ферментов начального и заключительного этапов гидролиза углеводов (табл. 2).
Удельная активность фермента начальной стадии гидролиза углеводов альфа-амилазы поджелудочной железы повышалась. Это повышение было значительно выраженным на 136% (р<0,001) у крысят 21-дневного возраста, становясь еще более
между контрольными и опытными данными, высоким до 148% (р<0,001) в 35-дневном возрасте и оставалось высоким до 212% (р<0,001) в 42-днев-ном возрасте. Однако к 60-му дню жизни удельная активность альфа-амилазы оказывалась достоверно сниженной до 115% (р<0,001) (табл. 2).
Что касается общей активности альфа-амилазы поджелудочной железы, то она на 21 -й, 35-й и 42-й день была недостоверно повышена, а с 60-го дня достоверно снижена и оставалась на низком уровне до 90-дневного возраста.
Таблица 2
Активность панкреатической альфа-амилазы в онтогенезе у крыс (М±т, п=5-7).
Группа Возраст, дни
21 35 42 60 90
Удельная активность г/мин /г белка
Контроль 60,4±1,3 119,2±2,25 133,5+13,0 233,8±0,10 282,9+6,5
Опыт 80,7±1,0* 177,0+11,3* 282,7±20,0* 305,0±8,5* 320,0+15,8*
% от контроля 136 148 212 130 115
Общая активность г / мин/ г белок всей ткани поджелудочной железы
Контроль 1,47+0,1 2,22±0,2 5,52±0,5 18,77±1,7 27,30+0,8
Опыт 4,29±4,3 2,88±1,9 3,89±2,7 10,53±2,5* 12,4 2± 4,1*
% от контроля 291 129 70 56 45
Примечание: звездочкой обозначена достоверность изменений между контрольными и опытными данными.
Удельная активность фермента мальтаза у недоедавших крысят была более чем в 2 раза выше, чем у контрольных в 21-дневном возрасте. Она на 139% (р<0,001) превалировала над контрольной величиной в 35-дневном возрасте, а затем резко, почти на 51% (р<0,01) снизилась в 42-дневном возрасте, оставалась сниженной до конца периода наших на-
блюдений, несмотря на перевод крысят на неограниченное питание (табл. 3).
Общая активность мальтазы в период молочного питания была также достоверно выше, чем у контрольных животных, а позже с 60-дневного возраста постепенно снижалась и оставалась ниже, чем у контрольных крыс (табл. 3).
Таблица 3
Активность энтеральной мальтазы у крыс в онтогенезе (М±т, п=5-7).
Группа Возраст, дни
21 35 42 60 90
Удельная активность г/мин / г белка
Контроль 253,0±40,0 316,0±39,0 420,0±43,0 574,0±36,4 472,0±65,0
Опыт 536,7±34,1* 440,3+30,0* 217,6+17,1* 299,8±18,1* 399,0+24,5*
% отконтроля 212 139 51 52 84
Общая активность г / мин / г белок всей ткани поджелудочной железы
Контроль 13,08+3,40 33,41±4,00 61,71 ±5,70 152,4+8,70 171,0+21,30
Опыт 31,61±2,00* 75,45+4,20* 82,38+5,11* 136,6±4,00* 140,5±10,00*
% от контроля 241 225 133 89 82
Примечание: звездочкой обозначена достоверность между контрольными и опытными данными.
Удельная активность сахаразы была недостоверно повышена в 21-дневном возрасте. С 35-дневного возраста удельная активность сахаразы снижалась, в 42-дневном возрасте почти на 53% (р<0,001), оставалась сниженной до 60-дневного возраста. Удельная активность сахаразы у крысят опытной группы повышалась, но оставалась еще ниже уровня таковой у крысят контрольной группы к 90-дневному возрасту (табл. 4).Общая активность сахаразы оставалась практически на уровне контроля от начала доконца наших исследований, очевидно, за счет уменьшения общей массы белка, на которую рассчитывалась активность фермента (табл. 4).
Недоедание в период молочного питания сопровождалось в последующие периоды снижением удельной активности гамма-амилазы. На 60-й день жизни у крысят опытной группы она была достоверно ниже, чем таковая у крысят контрольной группы. К 90-дневному возрасту животных ферментативная активность гамма-амилазы повышалась, но достоверной разницы этого показателя между контрольной и опытной группами не наблюдалось (табл. 5).
В отношении общей активности гамма-амилазы можно констатировать отсутствие разницы между её величинами у 21 и 35-дневных крысят контроль-
Таблица 4
Активность энтеральной сахаразы у крыс в онтогенезе (M±m, п = 5-7)
Группа Возраст, дни
21 35 42 60 90
Удельная активность г / мин / г белка
Контроль 27,2±2,6 45,2±5,1 47,6+3,3 64,9±4,4 46,1 ±3,9
Опыт 33,2±2,2 36,6±1,0 25,3±2,1* 30,8±2,1* 40,9±3,3
% от контроля 121 80 53 47 88
Общая активность г / мин / г белок всей ткани поджелудочной железы
Контроль 1,4±0,20 4,8±0,60 7,1 ±0,20 18,4±1,40 16,7±1,70
Опыт 1,9+1,10 3,5±2,30 5,5+1,00 15,5+0,10 13,4±0,30
% от контроля 135 72 77 83 80
Примечание: звездочкой обозначена достоверность между контрольными и опытными данными.
ной и опытной групп. Далее, к 42-дневному возрасту достоверно снижалась общая активность этого фермента и оставалась сниженной до конца экспериментов (табл. 5).Недоедание в период молочного
вскармливания ведет к снижению, как удельной активности гамма-амилазы, так и общей активности этого фермента в период восстановительного питания, начиная с 42-дневного возраста.
Таблица 5
Активность энтеральной гамма-амилазы у крыс в онтогенезе (М±т, п=5-7)
Группа Возраст, дни
21 35 42 60 90
Удельная активность г / мин / г белка
Контроль 88,3+6,1 97,1 ±7,8 99,7+4,3 132,0+7,1 84,9±3,4
Опыт 95,2±1,5 93,4±7,3 75,9+6,5 90,0±1,9* 96±5,4
% от контроля 107 96 76 68 113
Общая активность г / мин / г белок всей ткани поджелудочной железы
Контроль 4,5±0,4 10,4+0,8 41,2+0,4 36,5+3,4 57,9±0,5
Опыт 4,8±1,6 9,1±0,9 13,0±3,0* 24,0±1,5* 36,4±2,0*
% от контроля 106 87 31 65 62
Примечание: звездочкой обозначена достоверность между контрольными и опытными данными.
Лактаза. Как мы уже отмечали, лактазная активность слизистой оболочки тонкой кишки у крыс с возрастом постепенно снижается. У недоедавших крыс темпы возрастной перестройки лактазной активности существенно изменяются, это проявляется в замедлении скорости снижения ферментативной активности. С переходом на неограниченное питание она резко в 3-5 раз повышается, остается на таком уровне до 60-дневного возраста. В 90-дневном возрасте, как и у контрольной группы, репрессируется.
У 35-дневных крысят удельная активность лакта-зы составляет в опыте 23,5±1,8 мкмоль/мин /г белка, против 7,1±1,0 мкмоль / мин / г белка в контроле (р<0,001) (табл. 6).
В 21-дневном возрасте общая активность лактазы приблизительно одинакова у крысят
опытных и контрольных групп. Она значительно повышается у крыс опытных групп в 35-ти и 42-дневном возрасте. Высокий уровень общей активностилакгазы сохраняется у физиологически незрелых крыс до 60-дневного возраста. К 90-дневному возрасту у опытных животных общая активность лактазы не проявляется (табл. 6).
Недоедание приводит к замедлению темпов естественной репрессии лактазной активности. Если считать, что соотношение между уровнем активностей представителей альфа-глюкозидаз (мальтаза), представителей бета-галактозидазы и лактазы указывает на степень зрелости тонкой кишки [10,11 ], то из наших данных можно заключить, что недоедание в период молочного питания приводит к задержке созревания тонкой кишки, а, возможно, и других отделов желудочно-кишечного тракта.
Таблица 6
Активность энтеральной лактазы у крыс в онтогенезе (М±т, п=5-7)
Группа Возраст, дни
21 35 42 60 90
Удельная активность г / мин / г белка
Контроль 27,8+2,3 7,1+1,0 6,3±0,5 8,5±0,3 следы
Опыт 24,9±1,8 23,5±1,8* 18,3±1,0* 16,1 ±0,9* следы
% отконтроля 89 330 290 189
Общая активность г / мин / г белок всей ткани поджелудочной железы
Контроль 1,47±0,8 0,78±0,9 1,01±0,1 2,33±0,2 следы
Опыт 1,60±0,7* 5,00±1,5* 4,90±0,9* 2,00±0,1 следы
% от контроля 108 641 485 85
Примечание: звездочкой обозначена достоверность изменен!
Обобщение приведенных выше результатов, указывает, прежде всего, на то, что при недоедании в период молочного питания далеко не однонаправ-ленно изменяются активности ферментов начальной стадии гидролиза углеводов, с одной стороны, и ферментов заключительной стадии гидролиза данного компонента пищи - с другой.
Представитель первой группы ферментов -панкреатическая альфа-амилаза - повышает свою активность. Представители же второй группы ферментов ведут себя различно в зависимости от индивидуальных особенностей различных энзимов.
Так, мальтазная активность в этих условиях снижается. Сахаразная активность снижается, повышается только в конце наблюдений. Гамма-амилазная активность также снижается, но в поздние периоды после недоедания в грудном возрасте.
Что касается лактазной активности, то она повышается на длительное время, и здесь наблюдается замедление темпов естественной репрессии механизмов переваривания лактозы, что свидетельствует о задержке в этих условиях темпов созревания тонкой кишки. Необходимо отметить, что, судя по результатам наблюдений, в условиях недоедания во время молочного питания происходит повышение потребления пищи крысятами в период после их перевода на неограниченное питание. При этом недоедание существенно влияет и на некоторые показатели углеводного обмена, вызывая гипогликемию и снижение содержания уровня гликогена в печени.
между контрольными и опытными данными
Содержание глюкозы на 21-й день жизни у крысят опытной группы составлялоЗ,1±0,1 и 4,9±0,2ммоль/л (р<0,01) в контрольной. На 35-й день жизни у крысят опытной группы содержание сахара в крови стабилизировалось. Содержание гликогена в печени у крысят опытной группы было ниже, чем у контрольной группы на 21-й день, оставалось на низком уровне до 35-дневного возраста.
Следовательно, при задержке роста в период молочного питания в условиях недоедания происходит повышение пищевой возбудимости, физиологическая роль которой состоит в восстановлении скорости роста животных.
Масса тела животных опытной группы доходила до уровня контрольной группы лишь на 90-й день постна-тальной жизни. Это связано, очевидно, с недостаточно совершенным функционированием в этих условиях механизмов ассимиляции питательных веществ.
Заключение. Результаты исследований показали, что недоедание в период молочного питания оказывает устойчивое влияние на активность некоторых энтеральных ферментов. При этом направленность и степень выраженности изменений активности ферментов далеко неодинаковы для различных ферментов. Эти сдвиги в активности в достаточной степени специфичны для различных ферментов и направлены на обеспечение относительно устойчивого гидролиза одних компонентов пищи, при снижении его по отношению к другим субстратам.
Литература
1. Kampa, М. Human health effects of air pollution / M.Kampa, E.Castanas // Environmental Pollution. - 2008. -Vol. 151.-P. 362-367.
2. A review of the literature on the effects of ambient air pollution on fetal growth / M.Mildred Maisonet [et al.] // Environmental Research. - 2004. - Vol. 95, № 1. - P. 106-115.
3. Стожаров, A.H. Медицинская экология: учеб. пособие/А.Н.Стожаров. - Минск: Высш. шк., 2007. - 368 с.
4. Экологические факторы и формирование пищеварительной системы / Б.А.Садыков [и др.] // Узб. биол. журн. - 2006. - № 4. - С. 8-10.
5. Шахмуров, Г.А. Влияние нитратов и нитритов на активность панкреатической амилазы у крыс / Г.А Шах-муров, Л.С.Кучкарова // Биология - наука XXI века: материалы 18 Междунар. Пущинской школы-конф. молодых ученых. - Пущино, 21-25 апр. 2014 г. - Пущино, 2014. - С. 125.
6. Взаимоотношения ферментативных функций поджелудочной железы и тонкой кишки при адаптивных процессах/А.М.Уголев, А.А.Груздаков, Ю.Д.Зильберг [и др.] //Физиол. журн. СССР. - 1978. - Том. 64, №9. -С. 1217-1228.
7. Исследование пищеварительного аппарата у человека / А.М.Уголев, Н.Н.Иезуитова, И.Г.Мосевич [и др.]. -Л.: Наука, 1969.-216 с.
8. Dahlqvist, A. Assay of intestinal disaccharidases /ADahlqvist //Anal. Biochem. -1968. - Vol. 22, № 1. - P. 99-100.
9. Auricchio, S. Intestinal glucosidase activities in the human embryo, fetus and newborn / SAuricchio, A.Rubino, G.Murset// Pediatries. -1965. - Vol. 35. - P. 994-954.
10. Henning, S.J. Ontogeny of enzymes in the small intestine / S.J.Henning // Ann. Rev. Physiol. -1985. - Vol. 45. -P. 231-245.
11. Lebenthal E. Effect of intrauterine and postnatal malnutrition on the ontogeny of gut function / E.Lebenthal, E.Young // Progress in food and nutrition science. -1986. - Vol. 10. - P. 315-335.
FORMATION OF THE DIGESTIVE-TRANSPORT CONVEYOR OF CARBOHYDRATES IN POSTNATALLY PHYSIOLOGICALLY IMMATURE ANIMALS
KhasnutdinovN.Sh. - Candidate of Biological Sciences.
Volga State Academy of Physical Culture, Sports and Tourism, Department of Biomedical Sciences, Kazan
(e-mail: nahas@mail.ru).
The purpose of the research is to experimentally study the formation of the digestive and transport conveyor of carbohydrates in postnatal ontogenesis and to determine the effect of malnutrition on it during the period of milk feeding. The experiments in all cases were in the nature of acute experiment, followed by the determination of the studied parameters in vitro using biochemical methods. In the experiment, rats were used from the 1st day of life up to the 90-day age. On the 21st day of postnatal life, the rats of both groups (control and experimental) were transferred to a balanced specialized diet equivalent in calories. The specialized diet contained 35% of protein, 55% of carbohydrates and 10% of fat per calorie. Malnutrition during the period of milk feeding leads to the development of postnatal physiological immaturity, which is accompanied by violations of the regular postnatal reorganization of the intestinal digestive-transport conveyor of carbohydrates, delayed repression of some hydrolytic-transport systems and the formation of others. The generalization of the above results indicates that in malnutrition during the period of milk feeding, the activity of the enzymes of the initial hydrolysis of carbohydrates does not unidirectly change at all, on one hand, and enzymes of the final stage of hydrolysis of this food component -on the other. Consequently, when growth is delayed during the period of milk feeding under conditions of malnutrition, an increase in nutritional excitability occurs, the physiological role of which is to restore the growth rate of animals.
KEYWORDS: digestive transport conveyor, physiological immaturity.
References
1. Kampa, M. Human health effects of air pollution / M.Kampa, E.Castanas // Environmental Pollution. - 2008. -Vol. 151.-P. 362-367.
2. A review of the literature on the effects of ambient air pollution on fetal growth / M.Mildred Maisonet [et al.] // Environmental Research. -2004. -Vol. 95, № 1. - P. 106-115.
3. Stozharov, A.N. Medicimskaya ekologiya: ucheb. posobie [Medical ecology: textbook] / A.N.Stozharov. - Minsk: Vysshshk, 2007.-368 p.
4. Ekologicheskie factory I formirovanie pischevaritelnoy sistemy / B.A.Sadykov [et al.] [Ecological factors and formation of the digestive system] // Uzb. biol. zhurnal. - 2006. - № 4. - P. 8-10.
5. Shakhmurov, G.A. Vliyanie nitratov I nitritov na aktivnost pankreaticheskoy amilazy u krys [The effect of nitrates
