CC BY
295
ГИГИЕНА ПИТАНИЯ
Для корреспонденции
Котова Татьяна Вячеславовна - кандидат технических наук,
доцент, доцент кафедры торгового дела Кемеровского
института (филиала) ФГБОУ ВО «Российский экономический
университет им. Г.В. Плеханова»
Адрес: 650992, г. Кемерово, пр. Кузнецкий, д. 39
Телефон: (3842) 75-76-15
E-mail: [email protected]
Т.В. Котова1, А.Н. Солопова1, А.С. Сухих2, А.С. Разумов2, А.С. Березина3, В.М. Позняковский4
Оценка цитолитического эффекта тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня
1 Кемеровский институт (филиал) ФГБОУ ВО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»
2 ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» Минздрава России
3 ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»
4 ФГБОУ ВО «Сочинский государственный университет»
1 PLekhanov Russian University of Economics, Kemerovo Institute (Branch)
2 Kemerovo State Medical University
3 Kemerovo State Agricultural Institute
4 Sochi State University
Проведена экспериментальная оценка цитолитического эффекта длительного потребления тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня посредством определения активности ферментов - маркеров цитолиза: аланинаминотранс-феразы, аспартатаминотрансферазы, креатинкиназы и лактатдегидрогеназы (ЛДГ). Исследование выполнено на 15 половозрелых крысах-самцах линии Вистар массой тела 461 ±23 г, которым с использованием глоточного зонда вводили тонизирующий напиток, содержащий 46 мг/л панаксозидов из расчета 15 мкг на 1 кг массы тела. Введение осуществляли ежедневно троекратно на протяжении 21 сут, после чего в плазме крови определяли активность ферментов - маркеров цитолиза. Методом регрессионного анализа построены трехфакторные математические модели прогнозирования изменений активности ЛДГ при длительном употреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня. Модели характеризуются тесными связями результативного и факторных признаков с уровнем надежности 95%, адекватны по критерию Фишера, а коэффициенты значимы по критерию Стьюдента. Установлено, что ежедневное трехразовое употребление тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня на протяжении 21 сут не приводит к достоверным изменениям активности ферментов - маркеров цитолиза. Это совпадает с оценкой про-
Для цитирования: Котова ТВ., Солопова АН., Сухих А.С., Разумов А.С., Березина А.С., Позняковский В.М. Оценка цитолитического эффекта тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня. Вопр. питания. 2017. Т. 86. № 1. С. 35-40. Статья поступила в редакцию 14.07.2016. Принята в печать 28.12.2016.
For citation: Kotova T.V., Solopova A.N., Sukhikh A.S., Razumov A.S., Berezina A.S., Poznyakovsky V.M. Evaluation of the cytolytic effect of tonic with ginseng extract. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; Vol. 86 (1): 35-40. (in Russian) Received 14.07.2016. Accepted for publication 28.12.2016.
Evaluation of the cytolytic effect of tonic with ginseng extract
T.V. Kotoval A.N. Solopoval A.S. Sukhikh2, A.S. Razumov2, A.S. Berezina3, V.M. Poznyakovsky4
гноза цитолиза с помощью трехфакторных математических моделей. Вместе с тем разработанные математические модели позволили установить, что при изменении режима дозирования и концентрации напитка возможно повышение активности ЛДГ, соответствующее цитолизу.
Ключевые слова: тонизирующие напитки, экстракт женьшеня, маркеры цитолиза, трехфакторная математическая модель прогнозирования, уравнение регрессии
Experimental evaluation of the cytolytic effect of prolonged use of tonic drink with ginseng extract by determining the activity of enzymes, markers of cytolysis (alanine aminotransferase, aspartate aminotransferase, creatine kinase and lactate dehydrogenase (LDH)) has been carried out. The study was performed on male rats Wistar (n=15, body weight of 461+23 g), to which tonic drink (containing 46 mg/L panaxosides) was administered in the dose 15 mg/kg body weight using a pharyngeal tube. The introduction was carried out three times daily for 21 days. Then the activity of enzymes - markers of cytolysis was determined in blood plasma. Three-factor mathematical models predicting changes in LDH activity under prolonged intake of tonic drink with ginseng extract were constructed by regression analysis. The models were characterized by close ties of effective and factorial signs under reliability level of 95%, were adequate by the Fisher test, and the coefficients were significant by Student's test. It was found that a daily intake three-time intake of tonic drink with ginseng extract for 21 days didn't lead to significant changes in the activity of enzymes, markers of cytolysis. This coincided with the forecast estimate of cytolysis using three -factor mathematical models. However, the proposed mathematical models allowed to reveal that changing in the dosage and concentration of the beverage may increase LDH activity corresponding to cytolysis.
Keywords: tonic beverage, ginseng extract, safety, cytolysis markers, three-factor model, regression equation
Расширение ассортимента отечественных продуктов, в том числе специализированного назначения, -одна из приоритетных задач пищевой и перерабатывающей промышленности, что определяется указами Президента РФ и постановлениями Правительства РФ [1]. Основное внимание направлено на обеспечение качества и безопасности разрабатываемой продукции, формирующей здоровье нации [2].
Одной из востребованных групп продуктов функционального назначения являются тонизирующие напитки, объем производства которых неуклонно растет как в нашей стране, так и за рубежом. Отличительная особенность безалкогольных тонизирующих напитков -их способность оказывать стимулирующее действие на организм человека в целом и на функциональную активность отдельных органов и тканей [3]. В частности кофеин способен улучшать настроение и когнитивные функции [4], а экстракт женьшеня оказывает модулирующее действие на фагоцитарную активность лейкоцитов, пролиферацию лимфоцитов и выработку антител [3, 5]. Являясь адаптогенным средством растительного происхождения, препараты женьшеня оказывают стимулирующее воздействие на центральную нервную систему и метаболические процессы в организме, поэтому они широко используются для повышения умственной и физической работоспособности, лечения амнезии [6], улучшения мнестических процессов при старении и ишемических повреждениях головного мозга [7, 8].
Однако, несмотря на широкое применение тонизирующих компонентов женьшеня и многочисленные исследования, остается нерешенным вопрос о безопасности длительного употребления тонизирующих напитков, содержащих растительные адаптогены. В связи с этим необходима не только оценка влияния на организм, отдельные органы и ткани разового употребления определенных доз и концентраций тонизирующих напитков, более актуальна разработка способов прогнозирования безопасности длительного употребления различных доз тонизирующих напитков, в частности прогнозирование риска развития цитолиза в различных органах и тканях.
Цель исследования - оценить риск развития цитолиза в сердце, печени, головном мозге и скелетных мышцах при длительном употреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня и возможность его математического прогнозирования.
Материал и методы
Исследование выполнено на половозрелых крысах-самцах линии Вистар с исходной массой тела 461±23 г (п=30) в соответствии с принципами Европейской конвенции (Страсбург, 1986) о гуманном обращении с животными, используемыми для экспериментов или в иных научных целях.
Животные были разделены на 2 группы: опытную (п=15) и контрольную (п=15), животным которой вмес-
то тонизирующего напитка вводили соответствующий объем водопроводной воды, очищенной с помощью бытового фильтра «Барьер».
Тонизирующие напитки готовили в соответствии с ГОСТ Р 52844-2007 с использованием сухого экстракта женьшеня (ЗАО «Лекарственные травы», РФ). Приготовленный напиток, содержащий 46 мг/л панак-созидов, вводили из расчета 15 мкг на 1 кг массы тела глоточным зондом троекратно (в 9.00, 13.00 и 17.00 ч) ежедневно на протяжении 21 сут.
Животных выводили из эксперимента путем дека-питации после предварительной ингаляции диэтило-вого эфира. Смешанную кровь отбирали в стерильные пробирки с ЭДТА-К3 и центрифугировали (10 мин, 4000 об/мин, центрифуга СМ-12 с угловым ротором с крутящим моментом 2100g). До проведения анализа плазму крови хранили (3-5 сут) в морозильной камере при -18 °С. Плазма подвергалась только однократному замораживанию-оттаиванию.
Активность ферментов - маркеров цитолиза определяли спектрофотометрически на СФ-2000 (ЗАО «ОКБ Спектр», РФ) при 37 °С с использованием наборов реактивов аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) (ООО «Ольвекс Диагностикум», РФ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) (АО «ДИАКОН-ДС», РФ) и креатинкиназы (КК) («HUMAN», Германия).
Прогноз риска развития цитолиза при длительном употреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня оценивали методом трехфакторного регрессионного анализа с построением математической модели средствами пакета анализа в Microsoft Office Excel 2010, который позволяет:
1. Производить расчет различного вида регрессионных моделей.
2. Проверять гипотезу адекватности модели имеющимся наблюдениям.
3. Использовать модель для прогнозирования значений зависимой переменной при новых значениях независимой переменной.
Результаты и обсуждение
При употреблении крысами тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня в течение 21 сут не произошло таких изменений активности аспартатаминотрансфе-разы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), лактат-дегидрогеназы (ЛДГ) и кератинкиназы (КК), которые отражают цитолиз (табл. 1), что свидетельствует о биологической безопасности длительного употребления данного напитка. Это подтверждается также отсутствием достоверных различий активности ферментов -маркеров цитолиза с таковыми у животных контрольной серии, которые вместо тонизирующего напитка получали очищенную воду.
Однако, несмотря на отсутствие различий, нельзя с полной уверенностью исключить возможность раз-
вития цитолиза при других вариантах потребления тонизирующих напитков, так как при повышении концентрации или объема потребляемого напитка вследствие увеличения стимулирующего действия возможно такое возрастание функциональной активности гепатоцитов, кардиомиоцитов, клеток крови, головного мозга и скелетных мышц, которое может привести к их цитолизу. Поэтому для математической оценки прогноза развития цитолиза с использованием математических моделей была выбрана модель, в которой в качестве функции отклика определяется общая активность ЛДГ
При этом авторы исходили из того, что ЛДГ является внутриклеточным ферментом, который имеется практически во всех клетках организма, но представлен в них в виде пяти различных изофермен-тов с достаточно выраженной тканевой и органной специфичностью. Повышение в крови активности изоферментов ЛДГ1 и ЛДГ2 отражает преимущественно цитолиз кардиомиоцитов, ЛДГ3 - клеток легочной ткани, ЛДГ4 и ЛДГ5 - гепатоцитов и скелетных мышц. Эти свойства отличают ЛДГ как фермент -маркер цитолиза от других ферментов-маркеров с более узкой специфичностью. Поэтому представлялось целесообразным оценить корреляционную зависимость между изменениями общей активности ЛДГ как интегрального маркера цитолиза и активности других маркеров (АЛТ, АСТ и КК) при длительном потреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня.
Построение трехфакторной модели сводится к выводу нелинейного уравнения регрессии, которое определяет эмпирическую зависимость функции отклика общей активности ЛДГ (У) от независимых факторов активности ферментов АЛТ (Х1), АСТ (Х2), КК (Х3) и их взаимодействий. Вид и численные значения параметров уравнения регрессии устанавливают с помощью метода наименьших квадратов отклонений эмпирических данных от выравненных (восстановленных модельных данных).
Факторный эксперимент характеризуется количественными показателями, выраженными в Ед/л: Х1 - АЛТ; Х2 - АСТ; Х3 - КК; функция отклика У - ЛДГ (табл. 2). Целью регрессионного анализа является определение такого сочетания факторов Х1, Х2, Х3, при котором значение функции отклика принимает значение в референтных пределах.
В результате моделирования уравнение изменения активности ЛДГ у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с женьшенем, имеет вид:
У = 9,19Х1 + 1659,88Х2 - 3,75Х3 - 0,55Х23 - 34977,11;
31,4<Х1<34,6; 29,7<Х2<33,3; 10<Х3<15.
Регрессионная статистика дала высокую оценку качества модели. Значение множественного коэффициента детерминации Я2=0,97 показывает, что 97% общей
Таблица 1. Активность ферментов - маркеров цитолиза в плазме крови (М±т)
Группа Активность ферментов, Ед/л
АЛТ АСТ ЛДГ КК
Опытная (п=15) 33,4±0,2 30,6±0,3 277,7±19,2 10,7±0,4
Контрольная (п=15) 32,7±0,1 30,8±0,0 253,4±19,8 10,3±0,4
Здесь и в табл. 2: расшифровку аббревиатур см. в тексте.
Таблица 2. Сравнение экспериментальной и математически предсказанной величины активности лактатдегидрогеназы у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстрактом женьшеня
№ опыта Активность фермента, Ед/л Активность ЛДГ, Ед/л Остатки регрессии
АЛТ АСТ КК экспериментальная предсказанная
Опытная группа
1 31,4 29,8 11 203,6 198,3 5,3
2 34,3 30,9 11 370,0 381,0 -11,0
3 34,6 31,5 14 426,4 405,9 20,5
4 33,6 29,9 10 240,0 241,4 -1,4
5 33,2 30,1 10 262,9 273,1 -10,2
6 33,5 29,7 10 211,6 201,2 10,4
7 34,1 33,1 15 286,9 302,1 -15,2
8 33,2 29,7 10 202,0 198,5 3,5
9 31,4 30,7 10 330,2 338,8 -8,6
10 34,3 31,4 10 424,8 415,2 9,6
11 34,6 29,8 10 220,0 231,5 -11,5
12 33,5 30,1 10 261,3 275,9 -14,6
13 33,2 29,7 10 210,0 198,5 11,5
14 32,7 33,3 10 285,3 276,7 8,6
15 34,1 29,8 10 230,0 226,9 3,1
Контрольная группа
1 34,1 31,5 15 288,5 287,2 1,3
2 34,3 30,1 11 320,6 306,4 14,2
3 33,7 31,2 12 285,3 279,9 5,4
4 34,1 31,4 11 286,9 281,5 5,4
5 34,3 30,0 11 319,0 306,8 12,2
6 33,7 31,2 12 283,7 279,9 3,8
7 34,1 31,4 11 288,5 281,5 7,0
8 33,9 29,9 12 303,0 300,5 2,5
9 33,7 31,2 11 282,1 277,8 4,3
10 34,1 31,4 11 270,9 281,5 -10,6
11 34,3 30,1 15 314,2 314,9 -0,7
12 33,7 31,1 11 266,1 280,0 -13,9
13 34,1 31,5 15 283,7 287,2 -3,5
14 34,3 30,0 11 280,5 290,8 -10,3
15 33,7 31,1 11 278,9 280,0 -1,1
вариации активности ЛДГ у крыс объясняется вариацией факторных признаков. Выбранные факторы оказывают существенное влияние на изменение ЛДГ у крыс. Уровень значимости 3x108 подтверждает значимость коэффициента детерминации и уравнения изменения активности ЛДГ у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстрактом женьшеня.
Показатель средней ошибки аппроксимации 3,49% характеризует достаточно высокую адекватность
полученного уравнения. Отметим статистическую значимость всех параметров: стандартные ошибки параметров уравнения меньше соответствующих коэффициентов.
Таким образом, полученная модель позволяет адекватно оценить изменение активности ЛДГ у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстрактом женьшеня, при изменении факторов в референтных диапазонах (рис. 1).
420 370320270 220 170
10
170-220
11
12 13 КК, Ед/л
220-270
14
-34,4 / 33,0
33,9 / 32,5
5>
-33,4 / 31,9 ^
15
-32,4 / 30,8 -31,9 / 30,3 -31,4 / 29,7
32,9 / 31,4 V
.г
#
270-320
320-370
370-420
13
КК, Ед/л 275-280
34,3 / 31,6
34,2 / 31,3
- #
34,0 / 30,7 ^
14
15 280-285
33,9 / 30,5 v 33,8 , „ / 33,7 / 29,9 ^
285-290
Рис. 1. Поверхность отклика изменения активности лактат-дегидрогеназы у крыс
Рис. 2. Поверхность отклика изменения активности лактат-дегидрогеназы у крыс (контроль)
Поверхность отклика позволяет сделать вывод, что у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстрактом женьшеня, значения ЛДГ изменяются в пределах референтных значений (170-480 Ед/л).
Для определения максимального (минимального) значения ЛДГ в областях изменения активности ферментов АСТ, АЛТ, КК решалась задача нелинейного программирования методом обобщенного приведенного градиента:
Y=9,19X1+1659,88X2-3,75X3 -0,55X23-34977,11^max (min);
31,4<X1<34,6; 29,7<X2<33,3; 10<X3<15.
В результате наибольшее значение активности ЛДГ у крыс при длительном потреблении тонизирующего напитка по оценке полученной модели состав ит 423,9 Ед/л при активности ферментов АЛТ - 34,6 Ед/л, АСТ -31,7 Ед/л, КК - 10 Ед/л. Наименьшее значение активности ЛДГ по полученной модели составит 170 Ед/л при уровне АЛТ - 31,4 Ед/л, АСТ - 29,7 Ед/л, КК -15 Ед/л.
Наибольшее влияние на изменения активности ЛДГ оказывает изменение активности АСТ, увеличение активности АЛТ приводит к увеличению активности ЛДГ, тогда как КК оказывает противоположное действие: увеличение активности КК приводит к снижению активности ЛДГ
Аналогичным образом проводили построение математической модели для животных контрольной группы (рис. 2).
Сведения об авторах
В результате моделирования уравнение изменения активности ЛДГ у крыс контрольной группы, потреблявших воду, имеет вид:
Y=21,72X1+238,1X2+2,12X3 -0,09Х23-5187,01;
33,7<X1<34,3; 29,9<X2<31,5; 11< X3<15.
Поверхность отклика позволяет сделать вывод, что у крыс контрольной группы значения ЛДГ варьируют в меньшем диапазоне (270-305 Ед/л).
При решении задачи нелинейного программирования методом обобщенного приведенного градиента наибольшее значение активности ЛДГ у крыс контрольной группы по полученной модели составит 304,9 Ед/л при активности ферментов АЛТ - 34,3 Ед/л, АСТ -29,9 Ед/л, КК - 15 Ед/л. Наименьшее значение активности ЛДГ по полученной модели составит 270 Ед/л при активности АЛТ - 33,7 Ед/л, АСТ - 31,5 Ед/л, КК - 11 Ед/л.
Таким образом, длительное потребление (21 день) тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня не сопровождается патогенетически значимым увеличением цитолиза, оцениваемого по изменению активности в крови ферментов - маркеров цитолиза АЛТ, АСТ, КК и ЛДГ в сердце, печени, мозге и скелетных мышцах. Это совпадает с оценкой прогноза цитолиза с помощью трехфакторных математических моделей. Вместе с тем разработанные математические модели позволили установить, что при изменении режима дозирования и концентрации напитка возможно повышение активности ЛДГ, соответствующее таковому при цитолизе.
Котова Татьяна Вячеславовна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры торгового дела Кемеровского института (филиала) ФГБОУ ВО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова» E-mail: [email protected]
Солопова Алла Николаевна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры информационных технологий и прикладной математики Кемеровского института (филиала) ФГБОУ ВО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова» E-mail: [email protected]
Сухих Андрей Сергеевич - кандидат фармацевтических наук, доцент, старший научный сотрудник центральной научной исследовательской лаборатории ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» Минздрава России E-mail: [email protected]
Разумов Александр Сергеевич - доктор медицинских наук, профессор, старший научный сотрудник центральной научной исследовательской лаборатории ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» Минздрава России E-mail: [email protected]
Березина Анна Сергеевна - старший преподаватель кафедры менеджмента и агробизнеса ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт» E-mail: [email protected]
Позняковский Валерий Михайлович - доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры гостиничного и ресторанного бизнеса ФГБОУ ВО «Сочинский государственный университет» E-mail: [email protected]
Литература
1. Тутельян В.А., Смирнова Е.А. Роль пищевых ингредиентов в создании современных продуктов питания // Пищевые ингредиенты в создании современных продуктов питания : моно- 5. графия (сборник статей) / под ред. В.А. Тутельяна, А.П. Нечаева.
М. : ДеЛи плюс, 2014. С. 10-24.
2. Покровский В.И., Романенко Г.А., Княжев В.А., Герасименко Н.Ф., 6. Онищенко Г.Г., Тутельян В.А. и др. Политика здорового питания. Федеральный и региональный уровни : монография. Новосибирск : Сибир. унив. изд-во, 2002. 344 с. 7.
3. Rajput Z.I., Hu S., Xiao C. et al. Adjuvant effects of saponins on animal immune responses // J. Zhejiang Univer. Sci. B. 2007. Vol. 8,
N 3. P. 153-161. 8.
4. Застрожин М.С., Дрожжина Н.А. Эпидемиологические аспекты потребления энергетических напитков на территории Рос-
сийской Федерации // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 2. С. 19-24.
Scaglione F., Ferrara F., Dugnani S. et al. Immunomodulatory effects of two extracts of Panax ginseng C.A. Meyer // Drugs Exp. Clin. Res. 1990. Vol. 16, N 10. P. 537-542.
Tohdaa C., Kuboyamaa T., Komatsua K. et al. Search for natural products related to regeneration of the neuronal network // Neurosignals. 2005. Vol. 14. P. 34-45.
Zhong Y. M., Nishijo H., Uwano T. et al. Ginseng ameliorated place navigation deficits in young rats with hippocampal lesions and aged rats // Physiol. Behav. 2000. Vol. 69. P. 511-525. Mook-Jung I., Hong H.S., Boo J.H. et al. Ginsenoside Rb1 and Rg1 improve spatial learning and increase hippocampal synaptophysin level in mice // J. Neurosci. Res. 2001. Vol. 63. P. 509-515.
References
1. Tutelyan V.A., Smirnova E.A. The role of food ingredients in the creation 5. of modern food products. In: V.A. Tutelyan, A.P. Nechaeva (eds). Food Ingredients in the Creation of Modern Food Products: Monograph (a collection of articles)]. Moscow: DeLi Plyus, 2014: 10-24. (in Russian) 6.
2. Pokrovsky V.I., Romanenko G.A., Knyazhev V.A., Gerasimenko N.F., Onishchenko G.G., Tutelyan V.A., et al. Policy of healthy nutrition. The Federal and regional levels: Monograph. Novosibirsk: Sibirskoe 7. universitetskoe izdatel'stvo; 2002: 344 p. (in Russian)
3. Rajput Z.I., Hu S., Xiao C., et al. Adjuvant effects of saponins on animal immune responses. J Zhejiang Univer Sci B. 2007; Vol. 8 (3): 153-61. 8.
4. Zastrozhin M.S., Drozhzhina N.A. Epidemiologic aspects of energy drink intake in Russian Federation. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2015. Vol. 84 (2): 19-24. (in Russian)
Scaglione F., Ferrara F., Dugnani S., et al. Immunomodulatory effects of two extracts of Panax ginseng C.A. Meyer. Drugs Exp Clin Res. 1990; Vol. 16 (10): 537-42.
Tohdaa C., Kuboyamaa T., Komatsua K., et al. Search for natural products related to regeneration of the neuronal network. Neurosig-nals. 2005; Vol. 14: 34-45.
Zhong Y. M., Nishijo H., Uwano T., et al. Ginseng ameliorated place
navigation deficits in young rats with hippocampal lesions and aged
rats. Physiol Behav. 2000; Vol. 69: 511-25.
Mook-Jung I., Hong H.S., Boo J.H., et al. Ginsenoside Rb1 and
Rg1 improve spatial learning and increase hippocampal
synaptophysin level in mice. J Neurosci Res. 2001; Vol. 63:
509-15.
