CC BY
12
УДК 616.12:577.118-02:616-056.52]-092.9 1.В. Антонишин, М.1. Марущак, Г.Г. Габор
ОСОБЛИВОСТ1 МАКРО- I М1КРОЕЛЕМЕНТНОГО СКЛАДУ ТВЕРДИХ ТКАНИН ЗУБ1В ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ АЛ1МЕНТАРНОМУ ОЖИР1НН1
ДВНЗ «Терноп Льськийдержавний медичнийун/'верситет¡мен'11.Я. Горбачевського МОЗ Укра/ни»
Актуальшсть дослiдження
Дослщження алiментарного ожирiння пов'язане насамперед iз його медико-соцiальною значущiстю [1]. Видтяють низку головних причин, що зумовлюють необхiднiсть детальнiшого ви-вчення ^еТ проблеми: висока поширенiсть, значнi темпи росту, низька ефективнють медикаментоз-ноТ корекцiТ, а головне - надмiрна маса тiла в на-селення найчаспше асоцiюеться з пiдвищеним ризиком розвитку iшемiчноТ хвороби серця, ппер-тони, метаболiчного синдрому, остеоартрозу, цук-рового дiабету та iнших супутшх хвороб [2-4].
Уявлення про патогенез ожиршня змiнювалися по мiрi розвитку медицини. У цш статтi ми розгля-немо кальцiевий обмiн при данш патологи. Вщо-мо, що до основних функцш кальцiю в органiзмi належать регуляцiя проникностi кл^инних мембран, вплив на провщнють кальцiевих каналiв, пiдтримка тонусу симпатичноТ, парасимпатичноТ та центрально!' нервовоТ системи, актива^я фер-ментноТ системи, регенера^я кiстковоТ ткканини та iншi [5-8]. Кальцш стимулюе лiпогенез i гальмуе лiполiз, що призводить до накопичення жиру в ор-ганiзмi, проте мало вивченим залишаеться вплив алiментарного ожирiння на метаболiчнi процеси в кютковш тканинi, що обумовлюе актуальнють да-ного дослiдження.
Тому метою нашоТ роботи було з'ясувати вмют кальцiю, магнiю i цинку у твердих тканинах зубiв та встановити Тх зв'язок з iндексом маси тта тва-рин за умови дiет-iндукованого алiментарного ожирiння.
(44%), кукурудзяно''' олп (8%) i рослинного крох-малю (1%) [9]. Вiдтворення алiментарного ожирш-ня контролювали шляхом зважування тварин, ви-мiрювання назально-анально' довжини та обчис-лення iндексу маси тта (1МТ) (дiлення маси тта в ктограмах на довжину в метрах у квадрат^ [10].
Тварин подтили на три групи: контрольна трупа - штактш тварини (6 щурiв); перша дослiдна група - термш спостереження через 14 дiб пiсля початку експерименту (6 щурiв); друга дослiдна група - через 28 дшв пiсля початку експерименту (6 щурiв).
Умiст кальцiю, магнiю i цинку у твердих тканинах центральних рiзцiв верхньо''' i нижньо' щелеп у щурiв визначали на атомно-абсорбцiйному спект-рофотометрi С115-М1 з електротермiчним атом^ затором виробництва «НВО Selmi» (Укра'на), який оснащений комп'ютерною приставкою для автоматичного обчислювання вмiсту макро- i мiкро-елементiв. Взiрцi проб готували методом сухого озолення [11]. Результати дослщжень оброблено загальноприйнятими методами варiацiйноl статистики за допомогою комп'ютерно' програми «MS Excel» iз використанням t - критерiю Ст'юдента.
Результати до^дження та обговорення
MaTepianu i MeTOflM .qocniflweHHH
EKcnepuMeHTa^bHi .qoc^iflweHHa np0B0flM^M Ha CTaTeBo3pmux HeniHiMHMx 6mux ^ypax-caмцax Ma-cow Bifl 160,0 r flo 180,0 r 3riflHO 3 WeHeBCbKoro KoHBeH^ero "International Guiding principles for Biochemical research involving animals" (Geneva, 1990) i «3ara^bHMMM пpмнцмпaмм eKcnepuMeHTiB Ha TBapuHax», cxBa^eHMMM Ha Ha^OHa^bHOMy koh-rpeci 3 SioeTMKM (Km'ib, yKparna, 2001). ^ypu nepe-6yBa^u b Ha^e^HMx caHiTapHo-ririeHNHMx yMOBax BiBapiw flBH3 «TepHoni^bCbKMM flepwaBHMM MeflMH-hmm yHiBepcuTeT iMeHi I.R TopSaneBCbKoro M03 yKpaiHu».
EKcnepuMeHTa^bHy MOfle^b a^iMeHTapHoro owm-piHHa BiflTBopwBa^u m^axoM 3acTocyBaHHa iHflyK-Topa xapnoBoro noTary - HaTpieBo'i co^i myTaMiHo-boi kmc^otm y cniBBiflHomeHHi 0,6:100,0 Ta bmcoko-
Ka^opiMHoi flieTM, aKa CK^aflaeTbca 3i CTaHflapTHoi
Mi (47%), co^oflKoro кoнцeнтpoвaнoгo Mo^oKa
ксшроль шориии ¡3 cmiiiapiiiuM 14до5a моцелюзаннн 25доба моцслюваннн рацсмом, 28 ¿л ¡.vi: гариоо ал г/ешарноюожири нн
спостереження ожuрiння
Розподт тварин за 1МТ представлений на рис. 1. Виявлено, що маса тта щурiв з алiментарним ожиршням через 28 дiб спостереження переви-щувала на 52,8 % цей показник у тварин зi стан-дартним рацiоном (p<0,05). 1МТ статистично значимо зростав уже в 1 дослщнш грут, перевищую-чи дат контролю на 33,8 % , тодi як у 2 експери-ментальнш групi виявлена тенден^я до зростан-ня вiдносно 1 групи i позитивна динамiка проти ш-тактних тварин (на 43,6 %; p<0,05).
Рис.1. Розподiл шдексу маси тiла у тварин рiз-них дослiдних груп (* - рiзниця вiрогiдна мiж контролем i дослiдними групами, # - рiзниця вiрогiдна мiж дослiдними групами (p<0,05)
Дослiдження макро- i мiкроелементного складу твердих тканин зубiв показало зниження його рiв-
ня вже через 14 дiб спостереження: вмют кальцш знизився на 6,8 %, магшю - на 58,1 % i цинку - на 40,5 % вщносно контролю (р<0,05). Через 28 дiб дефiцит макро- i мiкроелементного складу твер-дих тканин зубiв зрiс, на що вказувало зниження рiвня кальцiю на 28,3 %, магнiю - на 79,8 % i цинку - на 53,8 % проти даних дослщноТ групи № 1
Показники вмсту окремих макро- /' м1кроелемент1в тве
(р<0,05). Загалом, за час спостереження вмют бюелемен^в у твердих тканинах зубiв знизився таким чином: кальцш - в 1,5 раза, магшю - 11,8 раза i цинку - в 3,6 раза (р<0,05) (табл. 1). Отри-манi дат свщчать про порушення мiнералiзацiТ твердих тканин зубiв.
Таблиця 1
тканин зуб!в щур1в за умови д1ет-1ндукованого ожир1ння (М±т)
Показник Контрольна група (n=6) Досл1дна група №1 (n=6) Досл1дна група №2 (n=6)
Кальцй мг/г 270,35±3,80 252,07±2,61 180,65±1,63
Р1<0,05 Р1<0,05; Р2<0,05
Магшй, мг/г 8,28±0,41 3,47±0,33 0,70±0,07
Р1<0,05 Р1<0,05; Р2<0,05
Цинк, мкг/г 0,33±0,03 0,20±0,01 0,09±0,03
p1<0,05 Р1<0,05; Р2<0,05
Прим1тки: 1. р1 - р1зниця достов1рна в пор1внянн1 з контрольними тваринами;
2. р 2 - р1зниця достов1рна в пор1внянш з ураженими тваринами.
Для пор1вняння змши вмюту бюелеменпв у твердих тканинах зуб1в за умови експерименталь-ного д1ет-1ндукованого ожиршня ми прир1вняли показники контролю до 100 % (рис. 2). Анал1зуючи динамку змш ум1сту м1кроелемент1в, ми звернули особливу увагу на магнш, р1вень якого знизився найб1льше. Зазначимо, що саме вш бере участь у багатьох ферментних реакц1ях орган1зму та вщ1-грае важливу роль у процесах мшерал1зацп [12]. У л1тературних джерелах ми знайшли суперечлив1 дан1 щодо рол1 магн1ю в кютковш м1нерал1зацй': одн1 автори стверджують, що рют кристал1в апа-тит1в як необхщноТ складово'' процесу м1нерал1за-цп посилюеться при п1двищенн1 концентраци ма-гн1ю [13], тод1 як шш1 вчен1 п1двищений ум1ст магшю в к1стков1й тканин1 пов'язують 1з розвитком ос-теопоротичних процес1в [14]. Сучасш дан1 свщ-чать про те, що магнш забезпечуе нормальний р1-вень кальцш в кютковш тканиш, а тривалий його дефщит призводить до зниження активност1 ос-теобласт1в i ламкост1 к1сток 1з подальшими кл1н1ч-ними ускладненнями остеопорозу [15]. Окремi до-слiдники пов'язують вплив магшю на метаболiзм мiнералiв у кiстковiй тканинi зi здатнютю модулю-вати гормональнi ефекти, а також iз прямою дiею власне на кюткову тканину [16, 17].
Takaishi Y. довiв тiсний взаемозв'язок мiж рiв-нем магнiю в кютках i твердих тканинах зубiв [18], тому отриманi нами результати вказують, iмовiр-но, на зниження мiнералiзацiТ кiстковоТ тканини у всьому органiзмi тварини.
Звiсно, неможливо говорити про кюткову мше-ралiзацiю без дослщження обмiну кальцiю в орга-нiзмi тварини. Вiдомо, що кальцш утворюе мше-ральну основу зуба, забезпечуючи механiчнi й опорнi властивостк За умови експериментального алiментарного ожиршня виявлено зниження вмюту кальцш, хоча ц змши були менше виражеш щодо динамiки магнiю (рис. 2). Проведет науко-вцями дослщження в цьому напрямi вказують, що ожиршня може призвести до зниження утворення кютковоТ тканини i до зростання адипогенезу,
осктьки адипоцити й остеобласти е похщними вiд одшеТ' стовбуровоТ' клiтини [19, 20]. Sen B. et al. у своему дослщженш показали, що пiд впливом пе-вних факторiв, якi пригшчують лiпогенез, вщбува-еться стимуляцiя диферен^аци остеобластiв [21]. Отриманi нами рашше данi вказують на розвиток оксидацшного стресу [22], що поряд з актива^ею прозапальних цитокiнiв [23] може стимулювати остеокластну активнють зi зниженням умюту кальцiю у твердих тканинах зубiв, що веде до ре-зорбтивних процесiв iз подальшою деструк^ею ю-стково'' тканини.
-(-ЦИМК
14доба Z£zi,o6a
Рис. 2. Динамiка вмсту кальи/ю, магнiю i цинку у твердих тканинах 3y6ie за умови експериментального дieт-iндyкованого ожирiння
Аналiзуючи вмют остеотропного мiкроелемен-ту цинку, можна говорити про штенсивнють мета-болiчних процеав у кiстковiй тканинi. Вщомо, що цинк бере участь у процесах кальцифкаци, при-скорюе синтез колагену, а також входить до складу багатьох фермен^в-металопротешаз [24, 25]. Отримаш дат вказують на те, що його вмют у твердих тканинах зубiв знижувався виразшше, шж кальцiю, проте поступався втратам магшю (рис. 2). Дослщження Sato M. et al., Trayhurn P. I. et al. на експериментальних моделях показали, що пщшфна жирова тканина синтезуе металотюне'Г-ни, як також за умови стресу при алiментарному ожирiннi пiдвищуються i в печшц [26-29]. Метало-тюнеши iзолюють цинк у жировш тканинi й печшц^ що веде до порушення розподту цинку в тканинах. Обфунтовуючи цi змiни, можемо припустити, що за умови експериментального ожиршня знач-
но нижчии р1вень цинку надходить 13 кров1 у тверд| тканини зуб1в.
Наступним етапом нашого досл1дження був кореляц1ИниИ анал1з м1ж ум1стом б1оелемент1в у твердих тканинах зуб1в та 1МТ. Виявлено негатив-ниИ взаемозв'язок середньоТ сили м1ж масою т1ла тварин i вмютом магн1ю (r=(-0,50); p<0,05) через 28 дшв пюля початку експерименту. Це узгоджу-еться з результатами СкальноИ М.Г. и соавт., як встановили, що при зростаннi 1МТ у волоссi жiнок репродуктивного вку знижуеться вмiст кальцiю, магнiю i цинку [30]. Отриман данi свщчать про те, що магнiИ виступае системоутворювальним фактором зниження мiнералiзацiï твердих тканин зу-бiв за умови надмiрноï маси тiла.
Висновок
За умови дiет-iндукованого ожирiння в щурiв знижуеться вмiст основних бюелемен^в твердих тканин зубiв: кальцiю - в 1,5 раза, магшю - в 11,8 раза i цинку - в 3,6 раза (p<0,05), при цьому маг-нш виступае системоутворювальним фактором зниження кютковоГ мiнералiзацiï при надмiрнiИ масi тiла.
Перспективи подальших дослiджень
У перспективi плануемо дослiдити вмiст основних макро- i мiкроелементiв кровi та порiвняти вмiст дослiджених бiоелементiв iз таким у твердих тканинах зубiв.
Лп-ература
1. Vanlint S. Vitamin D and Obesity / S. Vanlint // Nutrients. - 2013. - Vol. 5. - P. 949-956.
2. Obesity, regional body fat distribution, and the metabolic syndrome in older men and women / B.Goodpaster, S. Krishnaswami, T. Harris [et al.] // Arch. Int. Med. - 2005. - Vol. 165. - P. 777-783.
3. Body fat distribution, liver enzymes, and risk of hypertension: Evidence from the western New York study / S. Stranges, M. Trevisan, J. Dorn [et al.] // Hypertension. - 2005. - Vol. 46. - P. 11861193.
4. Lementowski P. Obesity and osteoarthritis / P. Lementowski, S. Zelicof // Am. J. Orthop. - 2008. -Vol. 37. - P. 148-151.
5. Пищулина С. В. Гомеостаз кальция и циклические нуклеотиды в раннем посттравматическом периоде / С. В. Пищулина // БуковинськиИ медичниИ вь сник. - 2003. - Т. 7, № 1-2. - С. 126-128.
6. Старкова Н. Т. Клиническая эндокринология / Н. Т. Старкова. - СПб., 2002. - С. 187-198.
7. Поб^ун Н. Г. Дослщження змЫ показнигав каль^е-вого метаболiзму в щурiв зi зниженою фунга^ею щитоподiбноï залози пщ впливом фiзичного нава-нтаження / Н. Г. Поб^ун // БуковинськиИ медичниИ вюник. - 2014. - Т.18, № 3 (71). - С. 119-123.
8. The effect of acute and regular exercise on calcium, phosphorus and trace elements in young amateur boxers / C. Karakukcu, Y. Polat, Y. Torun [et al.] // Clin. Lab. - 2013. - Vol. 59 (5-6). - P. 557-562.
9. Пат. № 87711 Украша, МПК (2006.01) А 61 К 31/195. Споаб моделювання алiментарного ожи-рЫня / М. I. Марущак, I. В. Антонишин, О. П. Мя-люк, Ю. М. Орел, I. Я. Криницька - № u 2013
12044 ; заявл. 14.10. 13 ; опубл. 10.02.14, Бюл. № 3.
10. Jeyakumar S. M. Chronic dietary vitamin A supplementation regulates obesity in an obese mutant WNIN/Ob rat model / S. M. Jeyakumar,
A. Vajreswari, N. V. Giridharan // Obesity. - 2006. -Vol. 14. - P. 52-59.
11. Хавезов И. Атомно-абсорбцмний аналiз / И. Хавезов, Д. Цалев // Л.: Химия, 1983. - 144 с.
12. Бтоклицька Г. Ф. Структурна характеристика твердих тканин зубiв при пперестезп дентину, що ви-никла на фон захворювань пародонта / Г. Ф. Бтоклицька, О. В. Копчак // Укра'нський ме-дичний часопис. - 2004. - № 6 (44). - С. 67-72.
13. Леонтьев В. К. К вопросу о механизме Са2+ Mg2+ взаимодействия в эмали зубов / В. К. Леонтьев, И.
B. Ганзина // Стоматология. - 2002. - № 6. - С. 46.
14. Дедух Н. В. Магний и костная ткань / Н. В. Дедух, Л. М. Бенгус, А. Басти // Остеопороз и остеопатии.
- 2003. - № (1). - С. 18-22.
15. Rude R. K. Skeletal and hormonal effects of magnesium deficiency / R. K. Rude, F. R. Singer, H. E. Gruber // J. Am. Coll. Nutr. - 2009. - Vol. 28. - P. 131-141.
16. Short-term oral magnesium supplementation suppresses bone turnover in postmenopausal osteoporotic women / H. Aydin, O. Deyneli, D. Yavuz [et al.] // Biol. Trace Elem. Res. - 2010. - Vol. 133 (2). - P. 136-143.
17. Нутритивные стратегии в профилактике остеопо-роза / N. Hirschenbein [Електронний ресурс] // ANSR Applied Nutritional Science Reports. - URL http://www.metagenics.ru/paper.php?p=11
18. Takaishi Y. Significance of the Magnesium in the hard tissues such as Bone and Teeth / Y. Takaishi // Clin. Calcium. - 2012. - Vol. 22 (8). - P. 1189-1196.
19. Rosen C. J. Mechanisms of disease: is osteoporosis the obesity of bone? / C. J. Rosen, M. L. Bouxsein // Nat. Clin. Prac. Rheumatol. - 2006. - Vol. 2 (1). - P. 35-43.
20. Gharibi B. Mesenchymal stem cell differentiation to osteoblasts and adipocytes is associated with differential adenosine receptor expression / B. Gharibi, J. Ham, B. Evans // Endocrine Abstracts. -2009. - Vol. 19. - P. 12.
21. Mechanical strain inhibits adipogenesis in mesenchymal stem cells by stimulating a durable beta-catenin signal / B. Sen, Z. Xie, N. Case [et al.] // Endocrinol. - 2008. - Vol. 149 (12). - P. 6065-6075.
22. Антонишин I. В. Стан пероксидного окиснення ль п^фв при експериментальному дieтiндукованому алiментарному ожирЫш / I. В. Антонишин, М. I. Марущак, О. В. Денефть // Медична хiмiя. - 2014.
- № 3 (60), т. 16. - С. 61-66.
23. Mundy G. R. Osteoporosis and inflammation / G. R. Mundy // Nutr. Rev. - 2007. - Vol. 65 (2). - P. 147151.
24. Роль гормонов щитовидной и паращитовидной желез в патогенезе глюкокортикоидного остеопо-роза и заболеваний пародонта (экспериментальное исследование) / С. Е. Золотухин, Г. С. Аусси, М. М. Шпаченко [и др.] // Укра'нський морфолопч-ний альманах. - 2008. - Т. 6, № 2. - С. 110-113.
25. Ерстенюк Г. М. Вплив хлориду кадмю та штриту натрю на структурно-метаболiчнi процеси у кют-
26.
27.
28.
ковш тканиш / Г. М. Ерстенюк, С. Б. Геращенко, Н. С. Хопта // Досягнення бюлогп та медицини. -2011. - № 2 (18). - С. 40-45.
Development of high-fat-diet-induced obesity in female metallothionein-null mice / M. Sato, T. Kawakami, M. Kondoh [et al.] // FASEB J. - 2010. -Vol. 24. - P. 2375-2384.
Metallothionein gene expression and secretion by white adipose tissue / [P. Trayhurn, J. S. Duncan, A. M. Wood, J. H. Beattie] // Am. J. Physiol. - 2000. -Vol. 279. - P. R2329-R2335.
Expression of the zinc transporters genes and metallothionein in obese women / P. B. K. S. Rocha,
29.
30.
A. C. Amorim, A. F. Sousa [et al.] // Biol. Trace Elem. Res. - 2011. - Vol. 143. - P. 603-611. Zinc-transporter genes in human visceral and subcutaneous adipocytes: lean versus obese / K. Smidt, S. B. Pedersen, B. Brock [et al.] // Mol. Cell Endocrinol. - 2007. - Vol. 264. - P. 68-73. Скальная М. Г. Связь между индексом массы тела и содержанием химических элементов в волосах у женщин детородного возраста / М. Г. Скальная,
B. А. Демидов, А. В. Скальный // Микроэлементы в медицине. - 2007. - № 8 (1). - С. 5-8.
Стаття надшшла 23.01.2015 р.
Резюме
Дослщжено вмют кальцш, магнш i цинку у твердих тканинах зубiв за умови алiментарного ожиршня на атомно-абсорбцшному спектрофотометрк Установлено, що за умови дieт-iндукованого ожиршня у щурiв знижуеться вмют основних бюелемен^в твердих тканин зубiв: кальцш - в 1,5 раза, магнш - в 11,8 раза i цинку - в 3,6 раза (р<0,05), при цьому магнш негативно корелюе з шдексом маси тта тварин (г=(-0,50); р<0,05) через 28 дшв пюля початку експерименту.
Ключовi слова: дiет-iндуковане ожиршня, кальцш, магнш, цинк, твердi тканини зубiв.
Резюме
Исследовано содержание кальция, магния и цинка в твердых тканях зубов при алиментарном ожирении на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Установлено, что при диет-индуцированном ожирении у крыс снижается содержание основных биоэлементов твердых тканей зубов: кальция - в 1,5 раза, магния - в 11,8 раза и цинка - в 3,6 раза (р<0,05), при этом магний отрицательно коррелирует с индексом массы тела животных (г = (- 0,50); р<0,05) через 28 дней после начала эксперимента.
Ключевые слова: диет-индуцированное ожирение, кальций, магний, цинк, твердые ткани зубов.
UDC 616.12:577.118-02:616-056.52]-092.9
PECULIARITIES OF TRACE ELEMENTS COMPOSITION OF DENTAL HARD TISSUES IN EXPERIMENTAL ALIMENTARY OBESITY
I.V. Antonyshyn, M.I. Marushchak, G.G. Gabor
SHEI Ternopil State Medical University named after I.Ya. Gorbachevsky MOH of Ukraine
Summary
Understanding of the pathogenesis of obesity changed with the development of medicine. In this article it was considered the calcium metabolism in this pathology, since poorly understood nutritional impact of obesity on metabolic processes in bone tissue, that caused the relevance of this study.
Therefore, the aim of this investigation was to determine the level of calcium, magnesium and zinc in dental hard tissues and to establish their relationship with body mass index of animals in case of diet-induced obesity.
It was investigated the calcium, magnesium and zinc level in dental hard tissues of nonlinear white rats in case of alimentary obesity using the atomic absorption spectrophotometer. The experimental model of alimentary obesity reproduced by applying inductor of food craving - sodium salt of glutamic acid in a ratio of 0,6: 100,0 and high-calorie diet.
It was found that body weight of rats with alimentary obesity in 28 days observation exceeded by 52,8% the rate in the animals with a standard diet (p<0,05). The study of macro and trace element composition of dental hard tissues showed the decrease their level within 14 days of observation, including calcium decreased by 6,8% magnesium - by 58,1% and zinc - by 40,5% compared with control (p<0,05). After 28 days it was decreased the content of basic bioelements of hard dental tissues in diet-induced obesity: calcium by 28,3 %, magnesium - by 79,8 % and zinc - by 53,8 %, compared to the data of the results after 14 days (p<0,05). In general, during the observation bioelements content in hard dental tissues decreased as follows: calcium - 1,5 times, magnesium - 11,8 times and zinc - 3,6 times (p<0,05). For the comparison of changes in the content of bioelements in dental hard tissues of experimental diet-induced obesity we equated to 100% the control group. Analyzing the dynamics of trace elements changes, most interesting was magnesium level, which decreased most significant. It was found negative correlation between body mass index of animals and magnesium level (r = (-0,50); p<0,05) 28 days after the start of the experiment.
Therefore, in case of diet-induced obesity in rats the amount of main bioelements in the hard tissue of teeth are decrease: 1,5 times - the calcium, magnesium - 11.8 times and zinc - 3.6 times (p<0,05), while magnesium plays the role of reducing bone mineralization factor during the overweight.
Key words: diet-induced obesity, calcium, magnesium, zinc, dental hard tissues.
