CC BY
202023, т. 13, № 1
крымский журнал экспериментальной и клинической медицины
УДК:611.01-019:611.08 DOI: 10.29039/2224-6444-2023-13-1-28-33
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ЖЕЛУДКА ПОЛОВОЗРЕЛЫХ КРЫС ПРИ РЕГУЛЯРНОМ ВВЕДЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НАПИТКОВ НА ФОНЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ И БЕЗ НЕЁ
Никитина О. В.
Кафедра нормальной анатомии, Институт «Медицинская академия имени С.И. Георгиевского» ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского», 295051, бульвар Ленина 5/7, Симферополь, Россия.
Для корреспонденции: Никитина Ольга Витальевна, ассистент кафедры нормальной анатомии, Институт «Медицинская академия им. С. И. Георгиевского» ФГАОУ ВО «КФУ им.В. И. Вернадского», e-mail: olga_ simferopol@mail.ru
For correspondence: Olga V. Nikitina, Department of Human Anatomy, Institute «Medical Academy named after S.I. Georgievsky» of Vernadsky CFU, e-mail: olga_simferopol@mail.ru
Information about authors:
Nikitina O. V., https://orcid.org/0000-0002-8688-1608
РЕЗЮМЕ
В настоящее время энергетические напитки по частоте потребления занимают одно из ведущих мест во многих странах мира. Дискуссии о вреде или пользе энергетиков ведутся учеными все чаще. Доказано, что энергетические напитки оказывают негативное влияние на некоторые органы и системы, однако их влияние на желудочно-кишечный тракт изучено недостаточно. Большой практический интерес представляет изучение комплексного влияния энергетических напитков на желудочно-кишечный тракт, и, в частности, на желудок при регулярном, длительном употреблении энергетиков, а также при их употреблении на фоне физической нагрузки. Цель данного исследования установить изменения морфометрических показателей желудка половозрелых крыс при систематическом употреблении энергетических напитков на фоне физической нагрузки и без нее. Эксперимент был проведен на 54 четырехмесячных самцах крыс. Животным экспериментальных групп ежедневно на протяжении 10, 30 и 60 дней интрагастрально вводили энергетический напиток в объеме 10 мл/кг. Часть из этих животных дополнительно подвергались физической нагрузке, моделируемой на тредбане. Контрольной группе животных вводили дистиллированную воду в таком же объеме. Полученные морфометрические показатели компонентов слизистой оболочки желудка в различных экспериментальных группах показала, что после десятидневного введения энергетического напитка отсутствуют какие-либо значительные структурные изменения у крыс, по сравнению с контрольной группой животных. Результаты исследования в группах крыс, которым вводили энергетический напиток в течении 30 и 60 дней показали значительное увеличение толщины слизистой оболочки, уменьшение глубины желудочных желез, перераспределение главных и париетальных клеток. Такие преобразования в слизистой оболочке желудка приводят к повышению концентрации соляной кислоты и повышенному слизеобразованию. Физические нагрузки несколько снижают негативное воздействие энергетических напитков на слизистую оболочку желудка, что связано с ускорением биохимических процессов в организме во время занятий спортом, увеличением темпа выведения кофеина, стабилизации содержания глюкозы в крови.
Ключевые слова: желудок, морфология, энергетический напиток, физическая нагрузка, крысы
PECULIARITIES OF MATURE RATS' GASTRIC STRUCTURE AFTER REGULAR INTRODUCING ENERGY DRINKS WITH AND WITHOUT PHYSICAL ACTIVITY
Nikitina O. V.
Institution «Medical Academy named after S.I. Georgievsky» of Vernadsky CFU, Simferopol, Russia
SUMMARY
Currently, the energy drinks are among the leaders on consumption in many countries of the world. The debates on the dangers or benefits of energy drinks became frequent. It has been proved that energy drinks have a negative effect on some organs and systems, but their influence on the gastrointestinal tract has not been studied enough. Of great practical interest is the study of the complex effect of energy drinks on the gastrointestinal tract, and, in particular, on the stomach with regular, long-term use of energy drinks, as well as their use combined with physical activity. The purpose of this study is to find out the changes in the morphometric parameters of the stomach in mature rats after the regular use of energy drinks combined with physical activity and without it. The experiment was carried out on 54 four-month-old male rats. The animals of the experimental groups were injected intragastrically daily the energy drink in a volume of 10 ml/kg for 10, 30 and 60 days. Some of these animals were additionally subjected to physical activity, modeled on a treadmill. The control group of animals was injected with distilled water in the same volume. The obtained morphometric parameters of the components of the gastric mucosa in various experimental groups showed that after a ten-day administration of the energy drink, there are no significant structural changes in rats, compared with the control group of animals. The results of the study in groups of rats that were injected the energy drink for 30
2023, т. 13, № 1
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
and 60 days showed a significant increase in the thickness of the mucous membrane, a decrease in the depth of the gastric glands, and a redistribution of the chief and parietal cells. Such transformations in the gastric mucosa lead to an increase in the concentration of hydrochloric acid and increased mucus formation. Physical activity somewhat reduces the negative impact of energy drinks on the gastric mucosa, which is associated with the acceleration of biochemical processes in the body during sports, an increase in the rate of caffeine excretion, and stabilization of blood glucose.
Key words: stomach, morphology, energy drink, physical load, rats.
В последнее десятилетие энергетические напитки занимают одно из ведущих мест во многих странах мира по частоте употребления. Этому способствует ускорение ритма жизни в крупных городах, реклама в средствах массовой информации, растущий ассортимент и повышение узнаваемости. По мнению некоторых специалистов, интерес к энергетикам связан с последствиями пандемии. Многие были вынуждены работать дистанционно из дома. Что привело к нарушению биологических ритмов, эмоциональному перевозбуждению, психическому и физическому дискомфорту. Чтобы чувствовать себя бодрыми и полными сил люди прибегают к помощи энергетических напитков. Впервые эти напитки появились на рынке в 80-х годах ХХ столетия и постепенно приобрели большую популярность. Так, по данным «Анализа рынка энергетических напитков в России», в 2021 г., импорт энергетических напитков в Россию увеличился на 43,5% - с 44,5 до 63,9 млн л. Производители данных напитков утверждают, что их продукт содержит натуральные ингредиенты, которые повышают внимание, энергию, концентрацию и безвредны для здоровья. Однако, доказано негативное влияние энергетических напитков на центральную нервную систему [1; 2], сердечно-сосудистую систему [3], мочевую систему [4; 5], пищеварительную систему [6; 7; 8]. Также в научной литературе до настоящего времени ведутся дискуссии о негативном влиянии энергетических напитков на организм и в частности на пищеварительную систему, высказываются противоположные мнения. Кроме того, часто энергетики ассоциируются со спортом, что связано с популярностью их употребления во время физических нагрузок. В целом данное научное направление является актуальным и целесообразно изучить возможные изменения в тканях желудка крыс при введении энергетических напитков.
Цель исследования: установить возможные изменения морфометрических показателей желудка половозрелых крыс при систематическом употреблении энергетических напитков на фоне физической нагрузки и без нее.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследование проведено на 54 четырехмесячных самцах белых крыс линии Вистар.
Животные были распределены на три группы: 1 - контрольная группа животных, которым ежедневно интрагастрально вводили дистиллированную воду в объеме 10 мл/кг; 2 - 1-я экспериментальная группа животных, которые ежедневно получали энергетический напиток «TORNADO Energy» путем интрагастрально-го введения в объеме 10 мл/кг; 3 - 2-я экспериментальная группа животных с ежедневной дополнительной физической нагрузкой (бег на тредбане в течение 10 минут, ежедневно) в сочетании с ежедневным введением энергетического напитка в аналогичном объеме. Животные каждой группы были разделены на подгруппы в зависимости от кратности введения энергетического напитка: 10, 30 и 60 дней. Из эксперимента крыс выводили путем декапитации под эфирным наркозом.
После вскрытия брюшной полости выделяли желудок. После фиксации в нейтральном формалине материал дегидратировали в автоматическом гистопроцессоре Logos (Mielstone. Италия), заливали в парафиновые блоки и изготавливали срезы толщиной 4 мкм. Полученные препараты окрашивали гематоксилином и эозином. Полученные гистологические препараты переводили в цифровой формат с использованием сканера препаратов Aperio CS2 (Leica Biosystems, Германия) с последующей визуализацией с использованием программного обеспечения Aperio ImageScope. Морфометрический анализ включал измерение толщины слизистой оболочки, измерение высоты желудочных желез, подсчет количества главных, париетальных и добавочных клеток в 10 полях зрения (при увеличении в 1000 раз). Полученные данные обрабатывались статистически с использованием теста Манна-Уитни, считая различия достоверными при вероятности ошибки р<0,05.
Исследования проводились в гистологической лаборатории с иммуногистохимией и электронной микроскопией Центральной научно-исследовательской лаборатории Института «Медицинской академии имени С. И. Георгиевского» ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского».
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты исследования представлены в таблице 1.
2023, т. 13, № 1
крымскии журнал экспериментальном и клиническои медицины
Таблица 1
Морфометрические показатели слизистой желудка крыс контрольной и экспериментальной групп
Группа Толщина слизистой оболочки Высота желез Кол-во главных клеток Кол-во париетальных клеток Кол-во добавочных клеток
Контроль 10 дн. 625,00[658;701] 448,00[407;487] 8,00 [5;10] 4,33[2;7] 1,33 [1;2]
1-я эксп. 10 дн. 652,00[554;704] 450,00[355;605] 7,50 [5;8] 4,16 [2;6] 1,33 [1;2]
2-я эксп. 10 дн. 661,00[644;677] 469,00[418;505]* 7,66 [4;8] 4,50 [2;6] 1,50 [1;2]
Контроль 30 дн. 657,00[602;687] 583,00[555;605] 6,16 [4;6] 3,66 [1;5] 1,50 [1;2]
1-я эксп. 30 дн. 696,00[607;709]* 433,00[372;502]* 5,33 [3;7]* 8,16 [5;10]* 2,80 [1;5]*
2-я эксп. 30 дн. 692,00[684;705]* 444,00[356;608]* 6,66 [3;6]* 6,00 [2;9]* 2,50 [2;3]*
Контроль 60 дн. 645,00[547;807] 544,00[366;612] 7,16 [3;9] 4,50 [3;7] 2,16 [1;3]
1-я эксп. 60 дн. 829,00[789;941]* 363,00[339;417]* 4,33 [2;7]* 8,66 [8;12]* 5,00 [3;5]*
2-я эксп. 60 дн. 798,00[789;807]* 386,00[332;405]* 4,00 [2;6]* 8,33 [7;9]* 3,00 [1;4]*
Примечание: * - р<0,05 в сравнении с показателями крыс контрольной группы.
Статистическая обработка полученных результатов в экспериментальной группе крыс, которым вводили энергетический напиток на протяжении десяти дней, не показал достоверных отличий по всем исследуемым параметрам. В группе, где животные помимо введения энергетического напитка, подвергались дополнительной физической нагрузкев течении 10 дней, толщина слизистой оболочки увеличилась на 1,38% (р>0,05) по сравнению с контрольной группой, глубина желудочных желез увеличилась на 4,92% (р<0,05). При исследовании главных, париетальных и добавочных клеток в этой группе животных, также выявлено незначительное увеличение количества добавочных клеток с неизменным количеством париетальных и главных.
Параметры слизистой оболочки у крыс, которым вводили энергетический напиток в течении 30 дней более выражены по сравнению с таковыми при десятидневном введении энергетика. Толщина слизистой оболочки увеличивается на 5,94% (р<0,05), а глубина желудочных желез уменьшается на 34,64% (р<0,05) по сравнению с контрольной группой (рис. 1а, 1б). Соотношение главных и париетальных клеток значительно изменяется - в 1,5 раза уменьшается количество главных клеток с соответствующим увеличением количества париетальных клеток. Так же на-
блюдается увеличение количества добавочных клеток, вырабатывающих слизь, почти в 2 раза. В группе крыс, которые подвергались, помимо введения энергетического напитка, физическим нагрузкам, наблюдаются несколько менее выраженные изменения. Так, толщина слизистой оболочки увеличилась на 5,33% (р<0,05), глубина желудочных желез уменьшилась на 31,30% (р<0,05), количество главных клеток уменьшилось на 13,64% (р<0,05), количество париетальных клеток увеличилось вдвое, количество добавочных клеток увеличилось на 66,67% (р<0,05).
Наиболее значимые изменения в структуре слизистой оболочки желудка наблюдаются у животных, которым энергетический напиток вводили в течение 60 дней. Увеличивается толщина слизистой оболочки желудка, как у крыс, которые не подвергались дополнительной физической нагрузке, так и с дополнительной физической нагрузкой на 28,53% и 23,72% (р<0,05) соответственно. Многие париетальные клетки были деформированы, имели признаки вакуольной дистрофии, часто встречаются двуядер-ные формы (рис.2а, 2б). Уменьшается глубина желудочных желез на 49,86% (р<0,05) у животных без дополнительной нагрузки и на 40,93% (р<0,05) у животных, которые подвергались дополнительной физической нагрузке. Значи-
Рис. 1. Слизистая оболочка железистой части желудка крыс контрольной (А) и 1-й экспериментальной групп (Б). Длительность эксперимента 30 дней. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. х100
тельно изменяется количество клеток желудочных желез. Более чем в два раза уменьшается количество главных клеток, при этом вдвое увеличивается количество париетальных клеток. Увеличение толщины слизистого слоя происходит в основном за счет добавочных клеток, так
как их количество увеличивается в четыре раза. При этом, у крыс, которые подвергались дополнительной физической нагрузке, увеличение количества добавочных клеток почти в два раза меньше, чем у животных не подвергавшихся дополнительной нагрузке.
А Б
Рис. 2. Слизистая оболочка железистой части желудка крыс контрольной (А) и 1-й экспериментальной групп (Б). Длительность эксперимента 60 дней. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. x200
ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные данные показывают, что при ежедневном введении энергетического напитка в течении 10 дней появляются незначительные изменения в структуре слизистой оболочки желудка, как в группе животных с дополнитель-
ной физической нагрузкой, и без нее. Изучаемые показатели желудка изменялись незначительно и недостоверно в сравнении с контролем. Увеличение кратности введения энергетика до 30-ти и 60-тидней показало достоверные изменения по всем исследуемым параметрам. Одно из наиболее выраженных преобразований - это
2023, т. 13, № 1
крымский журнал экспериментальной и клинической медицины
значительное увеличение толщины слизистой оболочки, в основном за счет добавочных клеток, продуцирующих слизь. Значительное увеличение выработки слизи может быть ответом на негативное влияние компонентов энергетического напитка. При изучении влияния на же-лудочно- кишечный тракт такого энергетика, как «PowerHorse» ученые также отметили увеличение выработки слизи железами желудка при введении энергетического напитка в течении 8 недель [9; 10]. Также происходит перераспределение количества главных и париетальных клеток, с преобладанием париетальных, которые секретируют соляную кислоту. Такое сильное увеличение количества париетальных клеток приводит к повышению концентрации соляной кислоты и сдвигу pH желудочного сока в кислую сторону. Повышение кислотности возможно связано с таким компонентом энергетика, как таурин [11]. Менее выраженные изменения в структуре слизистой желудка в группах крыс, которые подвергались дополнительной физической нагрузке, возможно связано с ускорением биохимических процессов в организме во время занятий спортом - ускорение эвакуации содержимого желудка, увеличение темпа выведения кофеина, стабилизации содержания глюкозы в крови [12].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследование показало, что в целом энергетические напитки оказывают негативное воздействие на слизистую оболочку желудка. Происходит ряд изменений в слизистой оболочке: увеличение ее толщины, уменьшение глубины желудочных желез, перераспределение количества главных и париетальных клеток. Данные преобразования проявляются в повышении кис-лотопродуцирующей и слизеобразующей функции. Эти изменения могут свидетельствовать о развитии компенсаторно-приспособительной реакции, направленной на поддержание и восстановление нарушенной функции, и предотвращение дальнейшего негативного воздействия компонентов энергетического напитка. Физические нагрузки несколько снижают негативное воздействие энергетических напитков на слизистую оболочку желудка.
Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-315-90082.
Funding. The reported study was funded by RFBR, project number 20-315-90082.
ЛИТЕРАТУРА
1. Трофимов Н. С., Кутя С. А., Кривенцов М. А., Мороз Г. А., Гафарова Э. А., Эннанов Э. Х.,
Никитина О. В., Алексеев М. А., Андреева О. В. Влияние энергетических напитков на здоровье человека. Крымский журнал экспериментальной и клинической медицины. 2019;9(3):75-81.
2. Cerimele J. M., Stern A. P., Jutras-Aswad D. Psych0sis following excessive ingestion of energy drinks in a patient with schizophrenia. Am. J. Psychiatry. 2010;167:353. doi:10.1176/APPI. AJP.2009.09101456.
3. Оплетаев В. Ф., Деткова Е. А. Влияние энергетических напитков на сердечно-сосудистую систему подростков. Вятский медицинский вестник. 2009;1:103-104.
4. Greene E., Oman K., Lefler M. Energy drink-induced acute kidney injury. Ann. Pharmacother. 2014;48(10):1366-1370. doi:10.1177/1060028014 541997.47.
5. Kelsey D., Berry A. J., Swain R. A. A Case of Psych0sis and Renal Failure Associated with Excessive Energy Drink Consumption. Case Reports in Psychiatry. 2019;3954161. doi:10.1155/2019/3954161.
6. Kutia S. A., Kriventsov M. A., Moroz G. A., Gafarova E. A., Trofimov N. S. Implications of energy drink consumption for hepatic structural and functional changes:a review. Nutrition and Food Science. 2019;50(5):937-953. doi:10.1108/ NFS-08-2019-0260.
7. Ayuob N., ElBeshbeishy R. Impact of an energy drink on the structureof stomach and pancreas of albino rat: can Omega-3 provide a protection? PLOS ONE. 2016;11(2):1-15. doi:10.1371/journal.pone.0149191.
8. Amira A., Sadika M. Effect of a caffeinated energy drink and its withdrawal on the submandibular salivary gland of adult male albino rats: A histological and immunohistochemical study. Al-Azhar Dental Journal. 2016;3(1):55-60. doi:10.21608/EJH.2018.7518
9. Nasra A., Rana E. Impact of an energy drink on the structure of stomach and pancreas of albino rat: can Omega-3 provide a protection? PLOS ONE. 2016;11(2):1-15.
10. Maini R., Wawryk-Gavda E., Slawinski M., Halczuk P., Cichacz-Kwiatkowska B., Jodlowska-J^drych B. Overproduction of gastric mucus as a mechanism of stomach's mucosa protection during energy drinks consumption in Wistar rats. Post^py higieny i medycyny doswiadczalne. 2018;72:376-380.
11. Huang K. H., Chang C. C., Ho J. D., Lu R. H., Tsai L. H. Role of taurine on acid secretion in the rat stomach. J. Biomed. Sci. 2011;18:11. doi:10.1186/1423-0127-18-11.
12. Штерман С. В., Сидоренко М. Ю. Энергетические напитки в спортивном питании. Технология. 2018;1:40-46.
2023, т. 13, № 1
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
REFERENCES
1. Trofimov N. S., Kutia S. A., Kriventsov M. A., Moroz G. A., Gafarova E. A., Ennanov E. K., Nikitina O. V., Alekseyev M. A., Andreyeva O. V. Energy drinks and their impact to the human health. Crimean journal of experimental and clinical medicine. 2019;9(3):75-81. (In Russ.).
2. Cerimele J. M., Stern A. P., Jutras-Aswad D. Psychosis following excessive ingestion of energy drinks in a patient with schizophrenia. Am. J. Psychiatry. 2010;(167): 353. doi: 10.1176/APPI. AJP.2009.09101456.
3. Opletaev V. F., Detcova E. A. The effect of energy drinks on the cardiovascular system of adolescents. Vyatka Medical Bulletin. 2009;1:103-104. (In Russ.).
4. Greene E., Oman K., Lefler M. Energy drink-induced acute kidney injury. Ann. Pharmacother. 2014;48(10):1366-1370. doi: 10.11 77/1060028014541997.47.
5. Kelsey D., Berry A.J., Swain R.A. A Case of Psychosis and Renal Failure Associated with Excessive Energy Drink Consumption. Case Reports in Psychiatry. 2019;3954161. doi: 10.1155/2019/3954161.
6. Kutia S. A., Kriventsov M. A., Moroz G. A., Gafarova E. A., Trofimov N. S. Implications of energy drink consumption for hepatic structural and functional changes: a review. Nutrition and Food
Science. 2019;50(5):937-953. doi:10.1108/NFS-08-2019-0260.
7. Ayuob N., ElBeshbeishy R. Impact of an energy drink on the structureof stomach and pancreas of albino rat: can Omega-3 provide a protection? PLOS ONE. 2016;11(2):1-15. doi: 10.1371/journal.pone.0149191
8. Amira A., Sadika M. Effect of a caffeinated energy drink and its withdrawal on the submandibular salivary gland of adult male albino rats: A histological and immunohistochemical study. Al-Azhar Dental Journal. 2016;3(1):55-60. doi: 10.21608/EJH.2018.7518.
9. Nasra A., Rana E. Impact of an energy drink on the structure of stomach and pancreas of albino rat: can Omega-3 provide a protection? PLOS ONE. 2016;11(2):1-15.
10. Maini R., Wawryk-Gawda E., Slawinski M., Halczuk P., Cichacz-Kwiatkowska B., Jodlowska-J^drych B. Overproduction of gastric mucus as a mechanism of stomach's mucosa protection during energy drinks consumption in Wistar rats. Post^py higieny i medycyny doswiadczalne. 2018;72:376-380.
11. Huang K. H., Chang C. C., Ho J. D., Lu R. H., Tsai L. H. Role of taurine on acid secretion in the rat stomach. J. Biomed. Sci. 2011;18:11. doi:10.1186/1423-0127-18-11.
12. Shterman S. V., Sidorenco M. Y. Energy drinks in sports nutrient. Technology. 2018;1:40-46.
