CC BY
52
УДК 613.2-005,63:618.2
Борисюк С.В., Нотова С.В., Кван О.В.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНОГО УРОВНЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН В РАЦИОНЕ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ КОСТНОЙ ТКАНИ БЕРЕМЕННЫХ САМОК КРЫС
В работе представлены результаты исследования элементного состава костной ткани беременных самок крыс, находившихся на рационе с избыточным и дефицитным потреблением пищевых волокон до наступления и в течение беременности (всего 6 недель). Основой питания был полусинтетический казеиновый рацион, который обеспечивал поступление в организм адекватного содержания белков, жиров и углеводов, пищевых волокон (2 г микроцеллюлозы), витаминов и солей. Дефицит пищевых волокон моделировался за счет исключения из рациона микроцеллюлозы, избыточный рацион - путем увеличения уровня потребления микроцеллюлозы до 4 г/сутки. Моделирование дефицита пищевых волокон в рационе исследуемых животных, привело в основном к снижению содержания кальция и фосфора.Среди эссенциальных микроэлементов,снижение содержания селена - более низкие значения, как при дефицитном, так и при избыточном рационе. Достоверных изменений содержания токсичных элементов в опытных группах не наблюдалось.
Ключевые слова: беременность, крысы, пищевые волокна, рацион питания, элементный статус, костная ткань.
При беременности функционирование всех регулирующих систем отличается значительной напряженностью, что может приводить к нарушению минерального обмена и метаболизма костной ткани [12], [6].Функционирование такого мощного эндокринного органа - плаценты, а также желез внутренней секреции плода приводит к существенным изменениям тонких регуляторных механизмов, лежащих в основе физиологической деятельности всех органов и систем, не связанных с репродуктивными процессами [10], в том числе и костной ткани [14]. У здоровых беременных женщин резерв компенсаторно-приспособительных реакций организма для поддержания костного обмена достаточно широк [1], [11]. Генетическую программу по строительству костной ткани нельзя эффективно реализовать без достаточного количества энергии, белка, витаминов, и макро- и микроэлементов. Дефицит кальция, неполноценная диета препятствуют выполнению генетической программы [8]. Достигнутая в процессе роста костная масса имеет резервное значение: в дальнейшем она определяет устойчивость или склонность к переломам костей. Сформировавшаяся кость в течение всей жизни постоянно обновляется. При этом обмен в костной ткани могут ускорять самые различные эндогенные и экзогенные факторы [3].
Основным источником биоэлементов для организма является пищевой рацион [7]. Имеются доказательства, что высокое потребление
пищевых волокон может нарушать минеральный баланс в организме [9]. По данным литературы, пищевые волокна способны снизить адсорбцию кальция, железа, цинка, магния и увеличить выведение ионов тяжелых металлов [9].
Поскольку детальных исследований элементного статуса костной ткани во время геста-ционного периода на фоне различного уровня потребления пищевых волокон не проводилось, весьма актуальным является исследование влияния различного уровня пищевых волокон в рационе на элементный состав костной ткани беременных самок крыс.
Цель исследования: изучение влияния различного уровня потребления пищевых волокон беременными самками крыс на элементный состав костной ткани.
Материалы и методы исследования
Настоящее исследование выполнено на базе экспериментально-биологической клиники (вивария) Института биоэлементологии Оренбургского государственного университета на крысах линии Wistar, 4-х месячного возраста и массой тела 350-400(п=27). Эксперименты на животных осуществляли в соответствии с требованиями Женевской конвенции и по разрешению этического комитета Оренбургского государственного университета.
Кормление животных осуществлялось два раза в сутки, поение без ограничений. Основой
питания был полусинтетический казеиновый рацион( таб.1), который обеспечивал поступление в организм адекватного содержания белков, жиров и углеводов, пищевых волокон (2 г микроцеллюлозы), витаминов и солей (приказ Федеральной службы в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 12 октября 2007 г. №280).
Эксперимент включал два последовательных периода: уравнительный, когда крысы не беременны (продолжительность - 21 сутки) и учетный - гестационный (продолжительность 21 сутки). В ходе уравнительного периода крысы были разделены на три группы, в зависимости от уровня потребления пищевых волокон: I опытная группа - дефицит пищевых волокон (за счет исключения микроцеллюлозы); II опытная - избыток пищевых волокон (4 г/сут); контрольная группа потребляла базовый полусинтетический казеиновый рацион.
В конце уравнительного периода в клетки были подсажены самцы для оплодотворения. Факт наступления беременности определялся качественной реакцией в моче на хориониче-ский гонадотропин. По завершению учетного периода под эфирным рауш - наркозом проводили убой животных и забор бедренной кости для изучения элементного статуса.
Анализ исследуемых образцов тканей крыс (бедренная кость) осуществлялся в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (аттестат аккредитации ГСЭН. RU^OA.311, регистр.номер в гос. реестре РОСС RU.0001.513118 от 29 мая 2003) с использованием методов атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной
аргоновой плазмой (приборы ICAP-9000 «ThermoJarrellAsh, США, PerkinElmerOptima 2000DV, США; МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03).Пробоподготовка осуществлялась в соответствии с рекомендациями 4.1.1482-03 и 4.1.148303, методом микроволнового разложения на приборе Multiwave 3000 (A.Paar).
Статистическая обработка полученного материала проводилась с применением общепринятых методик при помощи приложения «Excel» из программного пакета «OfficeXP» и «Statistica6.0». Тип распределения для выборок определяли с помощью критерия Шапиро-Уилка. Параметры с ненормальным распределением и наличием ряда экстремальных значений представляли как медиану (Me), а в качестве мер рассеивания использовали 25-75 перцентили (Q1-Q3).
Достоверность различий изучаемых параметров анализировали с применением критерия Манна-Уитни: за достоверные принимали различия при значениях p<0,05.
Результаты и их обсуждение
В результате шестинедельного моделирования различного потребления пищевых волокон и проведенного изучения элементного состава костной ткани нами были получены следующие данные, представленные на рисунке 1.
При сравнении содержания макроэлементов выявлено, что отклонения в поступлении пищевых волокон привели к достоверному снижению уровня кальция в костной ткани только в группе с дефицитным по потреблению пищевых волокон рационе. Содержание этого макроэлемента было в 2 раза ниже относительно группы контроля (73981 мг/кг). Известно, что в кости
Таблица 1. Состав базового полусинтетического казеинового рациона
Ингредиенты Кол-во Белок Жиры Углеводы Калорийность
г г г г ккал %
Казеин 25 20,2 0,38 - 84,22 22,1
Крахмал маисовый 58 0,58 - 50,2 203,12 53,3
Масло подсолнечное нерафинированное 5 - 4,99 - 44,91 11,8
Лярд 5 - 4,98 - 44,82 11,8
Солевая смесь 4 - - - - -
Смесь в/р витаминов 1 - - 1 4 1
Смесь ж/р витаминов 0,1 - 0,1 - - -
Микрокристаллическая целлюлоза 2 - - - - -
Итого 100,1 20,78 10,45 51,2 381,07 100
Борисюк С.В. и др.
Влияние различного уровня потребления пищевых волокон...
имеется лабильная фракция аморфного кальция, активно обменивающаяся с кальцием внеклеточной жидкости [2]. Этот обмен регулируется как системными гуморальными факторами (па-ратгормоном, кальцитонином, кальцитриолом), так и местными регуляторами транспорта кальция - через костную клеточную мембрану [2]. В кости имеется также стабильная фракция кальция, которая становится доступна внеклеточной жидкости в процессе перестройки костной тка-ни.Существует взаимный переход кальция между лабильной и стабильной фракцией костной ткани, который регулируется системой местных факторов, ответственных за ремоделирование костной ткани. Непосредственно в сосудистом русле происходит и срочная регуляция уровня ионизированного кальция, которая возможназа счет буферной системы, состоящей из сывороточных белков и низкомолекулярных соединений, и осуществляется физико-химическими законами без участия гормональных и нервных влияний. В результате взаимодействия системных и местных регуляторных факторовобразу-ется множество потоков кальция и обеспечивается стабильность его гомеостаза [2], [5].
Также достоверным были изменения в содержании фосфора в первой опытной группе: более низкие значения относительно контроля (81321 мг/кг). Во второй опытной группе достоверных различий по отношению к контрольной группе выявлено не было. Обмен кальция и
фосфора тесным образом взаимо связаны. Примерно 80% фосфора вместе с кальцием в виде солей образуют неорганическую основу костной ткани. Фосфор и кальций образуют плохо растворимые соединения, поэтому их общая концентрация не превышает определенного уровня и повышение одного из них, как правило, сопровождается снижением другого [4]. Значительного влияния на содержание других исследуемых макроэлементов уровень потребления пищевых волокон не оказал, однако наблюдалась тенденция к более низкому содержанию магния и натрия в опытных группах.
Среди эссенциальных микроэлементов моделирование пищевого рациона оказало достоверное влияние на содержание селена в костной ткани.Отмечалось более низкое содержание селена как при исключении из рациона пищевых волокон, так и при избыточном уровне потребления в 1,4 раза (р<0,001) и в 3 раза (р<0,01), относительно контроля соответственно. Основным местом абсорбции селена является двенадцатиперстная кишка, несколько меньшие его количества всасываются в тощей и подвздошной кишке. В среднем, абсорбируется 55-70% селена [15], [16]. Всасывание селена и селенсо-держащих соединений в желудочно-кишечном тракте является слабо регулируемым или контролируемым процессом [13].
По другим микроэлементам достоверных различий по отношению к контрольной группе
Рисунок 1. Относительные значения содержания химических элементов в костной ткани исследуемых животных, наиболее подверженных изменениям в результате моделирования пищевого рациона. Примечание: За «1» принято содержание данных химических элементов в данном субстрате в контрольной
группе.
выявлено не было. Тем не менее, для группы с дефицитным рационом была характерна тенденция к более низкому содержанию никеля, ванадия, лития, и более высокому - меди, йода, марганца, цинка и мышьяка. В группе с избыточным содержанием пищевых волокон наблюдалась тенденция к более высоким показателям содержания цинка, йода, марганца, мышьяка, и более низким значениям ванадия.
Достоверные изменения содержания токсичных элементов в I и во II опытных группах не наблюдались. Однако можно отметить более высокое накопление свинца и более низкие значения олова во второй опытной группе относительно контрольной. В первой опытной группе наблюдалась тенденция к более низким показателям олова и стронция.
Выводы
Резюмируя полученные данные можно сказать, что различный уровень пищевых волокон в рационе на протяжении 6 недель у беременных самок крыс способствовал изменению, в основном, содержания в костной ткани макроэлементов.
Моделирование дефицита пищевых волокон в рационе исследуемых животных, привело к снижению содержания таких макроэлементов, как кальций и фосфор. Кальций играет ключевую роль во всех видах обмена (минеральный, белковый, жировой, углеводный, энергетический), в процессе костеобразования, гемостаза, в межклеточном сигнальном взаимодействии. Недостаточное поступление кальция приводит к остеопорозу, разрушению и потере зубов, мышечным судорогам, аритмии, снижению памяти, нарушениям формирования скелета и роста у детей, гестозам беременных, синдрому задержки развития у плода.
Фосфор участвует практически во всех метаболических реакциях организма, являясь
основным ионом в меж- и внутриклеточной жидкости, оказывает преимущественно кислотное действие на организм, принимает участие в обмене белков, жиров и углеводов, построении клеточных элементов, костной ткани, ряда ферментов, гормонов и многих других органических соединений. Дефицит фосфора в организме характеризуется изменением костной ткани с развитием остеопороза, потерей аппетита, похуданием, апатией, нарушениями чувствительности кожи, снижением умственной и физической работоспособности.
Среди эссенциальных микроэлементов отмечалось только изменение содержания селена -более низкие значения, как при дефицитном, так и при избыточном рационе. Селен является природным биокорректором, от наличия которого в организме зависят практически все функции клетки. При его недостаточном поступлении характерны такие нарушения, как снижение работоспособности, снижение клеточного и гуморального иммунитета, медленная регенерация поврежденных тканей, нарушение зрения, нарушение фертильности, повышение рисков развития профессиональных заболеваний и повреждений печени. Так как селен участвует в метаболизме костной ткани, одним из проявлений его дефицита является болезнь Кешана, характерным признаком которой являются изменения в костной ткани -остеоартроз с множественной деформацией суставов, позвоночника и конечностей.
Таким образом, полученные результаты наглядно демонстрируют, что, несмотря на ограниченное временное воздействие пищевого фактора и более медленное течение обменных процессов в костной ткани, моделирование рациона с различным уровнем потребления пищевых волокон привело к изменению содержания химических элементов, непосредственно участвующих в метаболизме костной ткани.
21.04.2016
Список литературы:
1 .Быстрицкая,Т.С., Волкова,Н.Н. Некоторые показатели фосфоро-кальциевого обмена при нормальной и осложненной гестозами беременности // Акуш. игин. -1999.-№4.-С.20-21.
2. Воложин, А. И., Порядин, Г. В. Патофизиология. Том 2. Издательство: Академия, 2010. - 256 с.
3.Казимирко,В.К., Мальцев,В.И.Остеопороз как биологическая проблема. Киевская медицинская академия последипломного образования им. П.Л. Шупика, Здоров'яУкраши, 2005; 21(130):27-29.
4.Кеттайл,В.М., Арки,Р.А. Патофизиология эндокринной системы. Пер. с англ.М: «Издательство БИНОМ», 2007.
5.Лукьянчиков, В. С. Кальций: физиология. Онтогенетический и клинический аспект // Новые исследования.-2012.-№2(31).-С.5-13.
6.Михайлова, О.И., Вересова, А. А. Применение витаминно-минеральных комплексов после родов // Русский медицинский журнал.-2013.-№23/том 21.-С.1137-1141.
Борисюк С.В. и др.
Влияние различного уровня потребления пищевых волокон..
7.Нотова,С.В., Скальный,А.В., Скальный, В.В. Применение методов контроля и коррекции питания для предотвращения биоэлементозов // Вестник Оренбургского государственного университета. -2004.-№5.-С.-105-108.
8. Поворознюк,В.В., Григорьева,Н.В. Питание и остеопороз // Женское здоровье. - 2000. - №3. - С. 36-39.
9.Погожева,А.В. Пищевые волокна в лечебно-профилактическом питании.Вопросы питания.-1998.- №1/98. - С.39-42.
10.Савельева, Г.М., Кулаков, В.И., Стрижаков, А.Н. и др. Акушерство. - М: Медицина,2000. - С.94-98.
11. Танаков,А.И., Айламазян,Э.К. Обмен кальция во время беременности // Вестник Российской ассоциации акушер-гинекологов.-1996.-№4.-С.31-37.
12.Щербавская,Э.А., Гельцер,Б.И.Маркеры костного метаболизма при физиологически протекающей и осложнённой гестозами беременности // Тихоокеанский медицинский журнал.- 2002.-N 3.-С.54-56.
13.Brown, D.G., Burk, R.F., Seely, R.J. andKiker, K.W. 1972. Effect of dietary selenium on the gastrointestinal absorption of 75SeO3-2 in the rat. Int. J. Vit. Nutr. Res. 42(4):588-591.
14. Gambacciani, M., Spinetti, A. et al. Effect of new estrogen/progestin combination in postmenopausal syndrome// Maturitas. 1995.-N. 22.- P. 115-120.
15.Janghorbani, M., Christensen, M.J., Nahapetian, A., and Young, V.R. 1982. Selenium metabolism in healthy adults: quantitative aspects using the stable isotope . Am. J. Clin. Nutr. 35(4):647-654.
16.Thomson, C.D., and Stewart, R.D.H. 1974. The metabolism of (75Se) selenite in young men. Br. J. Nutr. 32(1):47-57.
Сведения об авторах:
Борисюк Светлана Владимировна, аспирант кафедры биохимии и микробиологии
Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. (3532) 372482, e-mail: [email protected] Нотова Светлана Викторовна, д.м.н., профессор кафедры биохимии и микробиологии Оренбургского государственного университета, доктор медицинских наук 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. (3532) 372482, e-mail: [email protected] Кван Ольга Вилориевна, научный сотрудник института биоэлементологии Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук 460018, г. Оренбург, пр-т Победы 13, тел. (3532) 372482, e-mail: [email protected]
