The influence of yeast β-glucans on the assimilation of vitamins and mineral elements in rats

• Vera M. Kodentsova
• Nina A. Beketova
• Oksana A. Vrzhesinskaya
• Оlga V. Kosheleva
• Galina V. Guseva
• Vladimir A. Zotov
• Svetlana N. Leonenko
• Nataliya V. Zhilinskaya

Abstract

Despite the use of yeast β-glucans in food and dietary supplements, there is insufficient data on their effect on the metabolism of vitamins and mineral elements.

The aim of the study was to evaluate the effect of β-glucans from Saccharomyces cerevisiae in the diet of growing rats on the absorption of micronutrients in animals deficient in vitamins D, group B and trace elements (iron, copper, zinc).

Material and methods. Micronutrient deficiency in male Wistar rats (initial body weight 61.6±0.8 g) was induced for 24 days by decreasing the content of vitamin D and all B vitamins in the vitamin mixture of the semi-synthetic diet by 5 times and the content of iron, copper and zinc in the mineral mixture by 2 times. After confirming the development of micronutrient deficiency in the animals, the missing vitamins and trace elements were added to the deficient diet for 5 days either along with β-glucan diet enrichment (1.5%) (+Vit+Met+βG) or without it addition (+Vit+Met). Vitamins B₁ and B₂ in the liver, riboflavin in the blood serum, thiamine, riboflavin and 4-pyridoxic acid (4-PA) in the urine collected for 18 hours were determined fluorimetrically; retinol, retinol palmitate, α-tocopherol in blood serum and liver – by high-performance liquid chromatography; minerals and trace elements in liver, serum and urine – by atomic absorption spectrometry or by standard methods on a biochemical analyzer.

Results. A deficient diet for 24 days resulted in a decrease of B-vitamin status markers: riboflavin decreased in urine by 17.8-fold, in serum by 27.3% and in liver by 7.8%, vitamin B₁ in liver by 3-fold, 4-PA in urine reduced by 2.8-fold (p<0.05). Urinary excretion of copper diminished by 25.7%, while the liver content of vitamin A increased by 44% and manganese by 19.2% (p<0.05). Replenishment of missing micronutrients in the diet, regardless of β-glucans presence, completely eliminated the deficiency of vitamin B₂, while in the presence of the polysaccharide, rats of the +Vit+Met+βG group showed a statistically significant increase in vitamin B₂ liver content by 7.5% (p<0.05) relative to the control, with an increased excretion of riboflavin by 19.1% (p<0.10) compared to excretion in +Vit+Met rats. Vitamin B₁ liver level in animals of +Vit+Met and +Vit+Met+βG groups didn’t completely restore to the control level but it was higher by 14.5% (p<0.05) in the presence of β-glucans. Urinary excretion of thiamine and 4-PA in rats fed β-glucan enriched diet reached the level of the control rats, while in rats from +Vit+Met group it amounted to 60.8–69.2% of the control. The diet with β-glucans caused a decrease in vitamin E liver content by 36.2% (p<0.05) compared to the level in +Vit+Met animals. Urinary excretion of iron and copper in the absence of β-glucans did not fully recover (amounting to 60.9–74.0% of the control), while in their presence it no longer differed from the value in animals of the control group. Zinc excretion in animals of the +Vit+Met+βG group, on the contrary, was lower than in the control by 29.2% (p<0.01). A decrease in serum magnesium (by 9.0%, p<0.05) with simultaneous increase (by 12.7%, p<0.10) in its urinary excretion under β-glucans’ diet inclusion indicate a decrease in its retention and a deterioration in magnesium supply.

Conclusion. The presence of yeast β-glucans in the diet improved the absorption of B vitamins, promoted the absorption of iron and copper, but worsened the supply with vitamin E and magnesium, and reduced zinc assimilation.

Keywords: yeast β-glucans; combined micronutrient deficiency; vitamin D; B-group vitamins; correction; zinc; iron; copper; rats

β-Глюканы, представляющие собой группу биологически активных природных полимеров β-глюкозы, используются в пищевой промышленности в качестве технологических добавок (загустителей, стабилизаторов и заменителей жира), а также в качестве функциональных ингредиентов в составе специализированных пищевых продуктов и биологически активных добавок (БАД) к пище [1].

В 2011 г. Европейским управлением по безопасности пищевых продуктов (EFSA) β-глюканы из Saccharomyces cerevisiae были разрешены для использования в качестве компонента специализированных пищевых продуктов и БАД к пище в дозе от 375 до 600 мг/сут [2], а затем Директивой Европейского союза - и в составе других пищевых продуктов (сок и безалкогольные напитки, зерновые хлопья для завтрака, печенье, сухое молоко и молочные продукты) [3].

β-Глюканы из дрожжей и грибов состоят из остова молекул глюкопиранозила, соединенных 1,3-β-звеньями, с присоединенными к этому остову боковыми 1,6-β-звеньями, образуя разветвленную молекулярную структуру; у грибных β-глюканов ответвления короткие, в то время как у дрожжевых они более длинные [4]. По результатам метаанализа, прием β-глюканов дрожжей практически не влиял на массу тела животных как с ожирением, так и без него [5]. In vitro β-глюканы способны абсорбировать ионы металлов, холестерин (ХС), неполярные микотоксины [6, 7].

Накоплено много данных о положительном действии на здоровье человека включения в рацион β-глюканов из разных источников. β-Глюканы из дрожжей активируют иммунный ответ, а также повышают устойчивость к инфекциям и ингибируют развитие онкозаболеваний [8]. Хотя механизм действия грибных и микробных β-глюканов до конца не ясен, считается, что он заключается в активации клеточных и гуморальных реакций иммунной системы через взаимодействие с различными рецепторами (Dectin-1, TLRs/Toll-подобные рецепторы) [9]. После связывания с рецептором Dectin-1 β-глюкан стимулирует выработку ряда цитокинов или активирует иные механизмы иммунных и других реакций, что послужило основанием для его применения в лечении воспалительных заболеваний кишечника и онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта [10]. Добавление β-глюканов в корм животных не только уменьшает развитие инфекции, но и улучшает рост животных и в значительной мере способствует снижению использования антибиотиков [11]. Метаанализ результатов применения у пациентов β-глюканов дрожжей в дозе около 250 мг/сут в течение 4-26 нед показал значительное снижение частоты возникновения острых респираторных вирусных инфекций у здоровых и ее продолжительности [12].

β-Глюканы S. cerevisiae улучшают показатели нарушенного углеводного и липидного обмена, а также положительно влияют на остеогенез. В модельном эксперименте на взрослых крысах с индуцированным стрептозотоцином сахарным диабетом 4-недельное внутрижелудочное введение β-глюканов S. cerevisiae (30 мг на 1 кг массы тела в сутки) снижало уровни глюкозы в крови натощак, гликированного гемоглобина, триглицеридов (ТГ), общего ХС, липопротеинов низкой плотности (ХС ЛПНП) и индекс атерогенности плазмы крови [13]. Внутрижелудочное введение крысам с исходной массой тела 203±18 г в течение 28 сут β-глюканов S. cerevisiae в дозе 30 мг на 1 кг массы тела снижало концентрацию фактора некроза опухоли α в крови у животных со стрептозотоцин-индуцированным сахарным диабетом и с пародонтитом, вызванным лигатурой зуба, а также уровень интерлейкина 10 как у больных, так и недиабетических животных с заболеваниями пародонта [14]. Введение β-глюкана снижало потерю костной массы альвеолярной кости у животных с пародонтитом, а у крыс с экспериментальным диабетом улучшало функцию β-клеток [14]. При этом прием β-глюканов приводил к уменьшению уровня в крови глюкозы, общего ХС и ТГ у животных с диабетом, как с заболеваниями пародонта, так и без них [15]. Влияние носило дозозависимый характер. Наилучший эффект был достигнут при дозах β-глюканов, превышающих 40 мг на 1 кг массы тела крыс с диабетом, при этом метаболические параметры у животных без диабета не менялись [5]. Снижение концентрации общего ХС, ТГ и глюкозы в крови наблюдалось также у крыс с ожирением, вызванным содержанием их в течение 60 сут на рационе с повышенным уровнем жира (20% лярда), при внутрижелудочном введении β-глюканов в дозе 30 мг на 1 кг массы тела [16].

Использование в исследованиях β-глюканов с разными физико-химическими свойствами (растворимые и нерастворимые в воде, различная молекулярная масса) и в отличающихся дозах приводит к получению противоречивых результатов. Таким образом, несмотря на широкое применение β-глюканов пекарских дрожжей, остается много нерешенных вопросов, а данные о их влиянии на обмен витаминов и минеральных веществ не обнаружены.

Цель исследования - оценить влияние включения в рацион растущих крыс β-глюканов из пекарских дрожжей S. cerevisiae на усвоение микронутриентов у дефицитных по витаминам D, группы В и микроэлементам (железо, медь, цинк) животных.

Материал и методы

Экспериментальные животные - отъемыши крыс (самцы) стока Вистар были получены из питомника лабораторных животных Филиал "Столбовая" ФГБУН НЦБМТ ФМБА России. Исследования на животных выполняли в соответствии с требованиями ГОСТ 33216-2014 "Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами". Протокол исследования был утвержден комитетом по этике ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии".

В качестве источника β-глюканов использовали сухую смесь (содержимое капсул), содержащую 26,3% β-1,3/1,6-D-глюканов из пекарских дрожжей S. cerevisiae, 42,1% порошка грибов маитаке Grifola frondosa, целлюлозу Е460, магния стеарат Е470 и диоксид кремния Е551 (Now Foods, США) (Свидетельство о госрегистрации RU.77.99.88.003.Е.003867.02.15 от 13.02.2015). Фактически определенное содержание β-глюканов ферментным методом (Assay procedure "Mushroom and Yeast beta-glucan", Megazyme, 2021) составило 20%.

Согласно данным литературы [9], типичное содержание β-1,3/1,6-D-глюканов в грибах маитаке составляет около 0,49% и не вносит существенный вклад в их общее содержание. При выборе суточной дозы дрожжевых β-глюканов, добавляемых в рацион крыс, основывались на данных предыдущего исследования, в котором были использованы β-глюканы овса [17].

Перед началом эксперимента в течение 5 сут карантина все животные (n=42) получали стандартный полноценный по содержанию витаминов и минеральных веществ полусинтетический рацион [17]. Затем крысы были рандомизированно разделены по массе тела на 2 группы. Животные контрольной группы (n=16) с исходной массой тела 61,5±1,5 г продолжили получать полноценный по содержанию витаминов и минеральных веществ полусинтетический рацион до конца эксперимента (рис. 1). У крыс с исходной массой тела 61,8±1,0 г, составивших в дальнейшем опытные группы (n=26), дефицит витаминов D, группы В и микроэлементов (железо, медь, цинк) вызывали в течение 24 сут уменьшением в 5 раз содержания в витаминной смеси корма витамина D и всех витаминов группы В и снижением в 2 раза в минеральной смеси содержания железа, меди и цинка [17]. На 24-е сутки с целью подтверждения возникшей микронутриентной недостаточности по 8 крыс из каждой группы были выведены из эксперимента для определения показателей витаминного, минерального, липидного, углеводного и белкового статуса.

Последующее восстановление микронутриентной обеспеченности крыс проводили в течение 5 дней, переводя их на стандартный полноценный по содержанию витаминов и минеральных веществ рацион, тем самым восполняя все недостающие микронутриенты (группа 2, +Bит+Мет, n=10); или восстанавливая все недостающие микронутриенты, но на фоне замены 7,5% крахмала в полноценном рационе на β-глюканы (группа 3, +Вит+Мет+βГ, n=8). Средняя поедаемость корма в контрольной и опытных группах в период восполнения недостатка микронутриентов не различалась, составив 18 г/сут. Потребление β-глюканов в расчете на 1 крысу составило 265 мг/ сут (или 1170 мг на 1 кг массы тела).

Группа животных, получавших до конца эксперимента дефицитный по содержанию микронутриентов рацион, отсутствовала, так как не могла служить полноценным "отрицательным" контролем вследствие усиливающегося дефицита в течение 5-дневного периода восполнения недостатка витаминов и минеральных веществ.

Для сбора мочи за 18 ч до окончания эксперимента крыс помещали в метаболические клетки, лишая пищи и предоставляя воду без ограничения. Предварительно анестезированных эфиром крыс выводили из эксперимента декапитацией.

Витамины В₁ и В₂ в лиофильно высушенной печени крыс, а также рибофлавин в сыворотке крови, тиамин, рибофлавин и 4-пиридоксиловую кислоту (4-ПК) в моче определяли флуориметрически [18-20]; витамины А (ретинол и пальмитат ретинола) и Е (α-токоферол) в сыворотке крови и печени - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [18, 21].

Биохимические показатели сыворотки крови и мочи, концентрацию макро- и микроэлементов определяли на биохимическом анализаторе KoneLab 200i (Thermo Scientific, Финляндия) по стандартным методикам, содержание микроэлементов в моче и печени - атомно-абсорбционным методом по ГОСТ 30178-96 "Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов", йода в моче - методом инверсионной вольтамперометрии по МУ 31-07/04 "Методика выполнения измерений содержания йода в пищевых продуктах, продовольственном сырье, кормах и продуктах их переработки, лекарственных препаратах, витаминах, БАД, биологических объектах (моча) методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА".

Экспериментальные данные обрабатывали с помощью SPSS Statistics 20.0 (IBM, США). Характеристика вариационного ряда включала расчет среднего арифметического (M) и стандартной ошибки среднего (m). Для выявления статистической значимости различий непрерывных величин использовали непараметрический U‑критерий Манна-Уитни для независимых переменных. Различия между анализируемыми показателями считали статистически значимыми при р≤0,05, на уровне тенденции - при 0,05<p<0,10.

Результаты

Оценка витаминного статуса крыс была проведена посредством определения в печени витаминов В₁, В₂, А и Е, в сыворотке крови рибофлавина, ретинола и α-токоферола, экскреции с мочой тиамина, рибофлавина и 4-ПК (метаболит витамина В₆); обеспеченности минеральными веществами - по концентрации в печени, сыворотке крови и/или экскреции с мочой кальция, фосфора, магния, железа, меди, цинка, марганца и йода. Помимо этого, были измерены биохимические показатели мочи и сыворотки крови, включая общий ХС, ХС липопротеинов высокой плотности (ХС ЛПВП), ХС ЛПНП, ТГ, а также ряд показателей углеводного и белкового обмена.

Создание дефицита микронутриентов у крыс

Масса тела и печени (абсолютная и относительная) крыс опытной группы по окончании этапа создания дефицита статистически значимо не отличалась от соответствующего показателя у крыс в контроле, составившего 199±11, 6,6±0,5 г и 3,27±0,07%.

В табл. 1 представлены показатели витаминной обеспеченности через 24 дня содержания крыс на дефицитном по микронутриентам корме в сравнении с контрольной группой крыс, обеспеченных всеми микронутриентами, в табл. 2 - показатели минерального статуса.

О развитии дефицита витамина В₂ свидетельствовало резкое снижение в 17,8 раза экскреции рибофлавина с мочой, уменьшение концентрации рибофлавина в сыворотке крови на 27,3% и в печени на 7,8% по сравнению с показателями крыс контрольной группы. Выраженное снижение в 3 раза содержания витамина В₁ в печени отражало возникновение дефицита этого витамина, уменьшение в 2,75 раза экскреции 4-ПК (продукта метаболизма витамина В₆) указывало на дефицит витамина В₆.

Дефицит витаминов D, группы В и микроэлементов в рационе не отражался на абсолютных концентрациях витаминов А и Е в сыворотке крови, концентрации в сыворотке крови α-токоферола, соотнесенной с общим ХС, ХС ЛПВП, ХС ЛПНП, а также ТГ, уровне витамина Е в печени, но привел к статистически значимому повышению на 44% содержания витамина А в печени. По данным литературы [22], при полном исключении витаминов В₁, В₂ и В₆ из состава витаминной смеси в корме грызунов отмечалось аналогичное возрастание уровня витамина А в печени самок крыс гибридов DA×W. Было высказано предположение, что причиной накопления витамина А в печени является снижение экспрессии ретинол-связывающего белка при глубоком В-витаминном дефиците, что подтверждалось уменьшением концентрации ретинола в сыворотке крови этих животных [22]. Учитывая, что в нашем эксперименте уровень ретинола в сыворотке крови крыс опытной группы не изменился, повышение уровня витамина А в печени крыс-самцов линии Вистар, по-видимому, не было связано с изменением синтеза ретинол-связывающего белка, который может развиваться при полном исключении из рациона витаминов В₁, В₂ и В₆.

Как следует из табл. 2, у крыс, получавших дефицитный по микронутриентам рацион, экскреция меди с мочой статистически значимо уменьшилась на 25,7% по сравнению с животными контрольной группы. Содержание в печени меди и железа снизилось, однако не достигло уровня статистической значимости. Обращает на себя внимание достоверное увеличение содержания в печени марганца на 19,2%, что может отражать перераспределение этого элемента в органах крыс. Различий в показателях обеспеченности другими минеральными веществами не наблюдалось. Дефицит микронутриентов не отразился на реабсорбции фосфата.

Таким образом, уменьшение в течение 24 сут в рационе крыс количества витаминов D и группы В, Fe, Cu, Zn привело к развитию выраженного дефицита нескольких микронутриентов.

Возникший сочетанный дефицит микронутриентов не отразился на биохимических параметрах сыворотки крови и мочи (табл. 3), за исключением статистически значимо повысившегося уровня в сыворотке крови креатинина, при этом его значение находилось в границах нормальных значений для данного показателя [23].

Влияние β-глюканов дрожжей на усвоение витаминов

На следующем этапе были исследованы показатели дефицитных по микронутриентам крыс после внесения в корм всех недостающих витаминов и минеральных веществ как без добавления, так и на фоне добавления дрожжевых β-глюканов и проведено их сравнение с показателями крыс контрольной группы, получавшей в течение всего эксперимента полноценный по содержанию всех микронутриентов рацион (табл. 4 и 5).

Добавление β-глюканов дрожжей в коррекционный рацион животных опытных групп в течение 5 дней не повлияло на массу их тела и печени (абсолютную и относительную), которые статистически значимо не отличались от таковых у интактных крыс: 231±19, 8,1±0,5 г, 3,6±0,2%.

Обеспеченность витамином В₂ крыс из группы +Вит+Мет полностью восстановилась: содержание рибофлавина в сыворотке крови, моче и витамина В₂ в печени не отличалось от соответствующих параметров крыс контрольной группы. Наличие в рационе β-глюканов сопровождалось статистически значимым увеличением содержания витамина В₂ в печени на 7,5% относительно уровня у крыс контрольной группы, а экскреция рибофлавина превысила на 19,1% (р=0,062) выведение у крыс из группы +Вит+Мет.

Содержание в печени витамина В₁ хотя и не достигло уровня у крыс, обеспеченных этим витамином в течение всего эксперимента (контроль), однако на фоне β-глюканов повышение было более быстрым. Экскреция тиамина с мочой на фоне наличия в рационе β-глюканов достигла уровня у крыс контрольной группы, тогда как у крыс из группы +Вит+Мет хотя и увеличилась, составив 60,8% от показателя контрольной группы, но не восстановилась полностью.

Если выведение 4-ПК с мочой у крыс на фоне введения в рацион глюканов не отличалось от показателя контроля, то у животных, не получавших этот полисахарид, экскреция конечного метаболита витамина В₆ оказалась сниженной на 30,8% (p=0,064).

Совокупность полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что наличие в составе рациона β-глюканов дрожжей улучшало усвоение витаминов группы В.

Содержание витамина Е в печени крыс после 5-дневной коррекции микронутриентного дефицита как в присутствии β-глюканов дрожжей, так и в их отсутствии оказалось заметно сниженным по сравнению с показателем крыс контрольной группы, составив соответственно 63,9 и 40,8% (р<0,05). В сыворотке крови наблюдалась та же закономерность относительно контроля, но менее выраженная. Концентрация витамина Е, соотнесенная с общим ХС, в сыворотке крови получавших β-глюканы крыс была снижена на 18,1% по сравнению с соответствующим показателем крыс контрольной группы (p=0,064), однако не имела значимых отличий от уровня у крыс, не получавших β-глюканы.

Повышенное у дефицитных животных содержание в печени витамина А в ходе коррекции недостатка микронутриентов в рационе практически вернулось к уровню у интактных крыс, тогда как в присутствии β-глюканов дрожжей оказалось достоверно сниженным по сравнению с показателем группы +Вит+Мет (p=0,026). Это позволяет заключить, что наличие β-глюканов дрожжей ухудшает усвоение жирорастворимых витаминов А и Е (по уровню в печени).

Влияние β-глюканов дрожжей на усвоение минеральных веществ

Анализ данных по экскреции минеральных веществ с мочой (см. табл. 5) позволил выявить некоторую закономерность.

Через 5 сут восполнения недостающих микронутриентов до уровня в корме контрольной группы концентрация всех исследованных минеральных веществ в печени не отличалась от контроля вне зависимости от наличия или отсутствия в рационе β-глюканов дрожжей. В отсутствие β-глюканов дрожжей экскреция железа была статистически значимо снижена в 1,6 раза, меди - в 1,4 раза, т.е. такой продолжительности восполнения дефицита микронутриентов оказалось недостаточно для полного восстановления обеспеченности этими микроэлементами. Восполнение недостатка микронутриентов на фоне β-глюканов дрожжей привело к тому, что экскреция железа и меди была несколько выше (недостоверно) и уже не имела статистических отличий от выведения у животных контрольной группы. Полученные результаты могут указывать на способность улучшать усвоение железа, как это наблюдалось ранее при включении в рацион овсяных β-глюканов [17], и меди. Уменьшение концентрации магния в сыворотке крови и одновременно возрастание выведения его с мочой при снижении соотношения Mg/Са в крови свидетельствует об уменьшении ретенции и ухудшении обеспеченности этим минеральным веществом. Коррекция дефицита микронутриентов привела к снижению повышенного при дефиците уровня марганца в печени вне зависимости от наличия или отсутствия в рационе дрожжевых β-глюканов.

Что касается цинка, то уже через 5 сут восполнения микронутриентов на фоне введения β-глюканов в рацион его экскреция оказалась статистически значимо меньше на 29,2%, чем у крыс контрольной группы, при этом не имея отличий от показателя животных группы +Вит+Мет. Таким образом, наличие β-глюканов дрожжей, по-видимому, затрудняет усвоение цинка.

Влияние β-глюканов дрожжей на показатели липидного, углеводного и белкового обмена

Наличие в корме β-глюканов дрожжей (+Вит+Мет+βГ) сопровождалось уменьшением по сравнению с параметрами крыс контрольной группы концентрации в сыворотке крови общего белка (p=0,015) и мочевой кислоты (p=0,093), которая не отличалась от показателя крыс после восполнения дефицита микронутриентов в отсутствие β-глюканов (+Вит+Мет) (табл. 6). Если в отсутствие полисахаридов в рационе животных выведение глюкозы с мочой было ниже контроля в 1,5 раза, то при внесении β-глюканов в рацион оно не отличалось от показателя крыс контрольной группы. Остальные показатели липидного, углеводного и белкового обмена у крыс разных групп не различались.

Снижение уровня мочевой кислоты в сыворотке крови животных +Вит+Мет+βГ указывает на перспективность β-глюканов дрожжей для применения в качестве функционального ингредиента в питании больных с гиперурикемией.

Результаты и обсуждение

Представление всех измеренных показателей в процентах от соответствующих величин у животных контрольной группы, не испытавших недостаток микронутриентов и получавших полноценный по содержанию витаминов и минеральных веществ рацион в течение всего эксперимента, позволило более наглядно охарактеризовать влияние дрожжевых β-глюканов на эффективность коррекции сочетанного дефицита микронутриентов и вычленить чувствительные к присутствию в рационе β-глюканов параметры метаболизма. На рис. 2-4 представлены только те данные, которые в конце эксперимента имели статистически значимые отличия от показателей крыс контрольной группы.

Восполнение в течение 5 сут количества недостающих микронутриентов как в присутствии, так и в отсутствие β-глюканов дрожжей полностью восстановило концентрацию витамина В₂ в печени, рибофлавина в сыворотке крови и его экскрецию с мочой до уровня у контрольных крыс. В присутствии β-глюканов рибофлавиновый статус по всем 3 показателям за 5 дней улучшился более явно (различия выведения с мочой и значимые отличия от контроля по уровню в печени). Коррекция обеспеченности витамином В₁ оказалась также более эффективной в присутствии в рационе β-глюканов: экскреция тиамина полностью восстановилась до уровня контроля, а содержание в печени оказалось достоверно выше по сравнению с животными, прошедшими стадию восполнения микронутриентной недостаточности стандартным рационом. Улучшение обеспеченности витамином В₆ тоже было более заметным на фоне β-глюканов (экскреция 4-ПК достигла уровня контроля). Таким образом, наличие в корме β-глюканов способствует более быстрому устранению дефицита витаминов группы В.

На фоне включения β-глюканов в рацион крыс +Вит+Мет+βГ, испытавших множественный микронутриентный дефицит, содержание ретинола в сыворотке крови и ретинола пальмитата в печени не отличалось от соответствующих показателей крыс из контрольной группы, однако содержание витамина А в печени у крыс на фоне β-глюкана было статистически значимо ниже показателя животных +Вит+Мет (см. рис. 3). Введение в коррекционный рацион β-глюканов негативным образом отражалось на содержании α-токоферола в печени. Схожий эффект отмечался у растущих крыс-самцов Вистар при добавлении в течение 7 дней в ППCР инулина (5%) [24, 25].

Наличие в корме β-глюканов дрожжей в ходе восполнения дефицита микронутриентов приводило к статистически значимому снижению концентрации магния в сыворотке крови за счет его повышенного выведения с мочой при сохранении нормального содержания в печени. Полученные результаты свидетельствуют о том, что прием высоких доз β-глюканов дрожжей может вызывать гипомагниемию, связанную с повышением риска развития алиментарно-зависимых заболеваний [26].

Отсутствие значимых различий от контроля в выведении железа и меди с мочой при восполнении микронутриентной недостаточности на фоне β-глюканов при достоверно сниженной экскреции этих микроэлементов в отсутствие β-глюканов, по-видимому, указывает на способность данного полисахарида улучшать усвоение железа, как это наблюдалось ранее при включении в рацион овсяных β-глюканов [17], и меди. И наоборот, пониженная относительно контроля экскреция цинка при добавлении в коррекционный рацион β-глюканов свидетельствовала об их негативном влиянии на усвоение этого микроэлемента.

Заключение

Для исследования влияния β-глюканов дрожжей на усвоение микронутриентов у растущих крыс на первом этапе был создан сочетанный дефицит микронутриентов (витаминов D, группы В, железа, меди и цинка) путем уменьшения в корме соответствующих пищевых веществ, а затем содержание недостающих микронутриентов в корме животных было доведено до адекватного уровня либо на фоне включения в рацион дрожжевых β-глюканов, либо без их добавления. Предполагалось, что сравнение содержания витаминов и микроэлементов в печени, сыворотке крови и моче в конце эксперимента позволит выявить влияние β-глюканов дрожжей на усвоение микронутриентов.

Выбор модели сочетанного дефицита витаминов D и группы В был обусловлен тем, что для населения России характерна множественная недостаточность микронутриентов, среди которых приоритетным является недостаток витамина D, а за ним следуют витамин В₂ и другие функционально связанные витамины группы В [27]. Таким образом, использованная модель в определенной мере имитировала фактический микронутриентный статус населения.

Механизм действия β-глюканов из дрожжей S. cerevisiae принципиально отличается от механизма действия β-глюканов зерновых, причем, как показывают данные литературы, приведенные во введении, их эффект проявляется при значительно более низких количествах. Так, EFSA разрешены β-глюканы из дрожжей S. cerevisiae для использования в качестве компонента специализированных пищевых продуктов и БАД к пище в дозе от 375 до 600 мг/сут, в других продуктах - от 1,3 (безалкогольные напитки, включая сок) до 15,3 г/ кг (зерновые хлопья для завтрака). Действующая доза злаковых β‑глюканов, обеспечивающая эффективность при нарушениях метаболических и желудочно-кишечных функций, составляет от 3 до 8 г/сут, тогда как незлаковые β‑глюканы используются в значительно более низких дозах (до 750 мг) [8]. Таким образом, вряд ли β-глюканы из дрожжей можно рассматривать в качестве пищевых волокон, потребность в которых у человека достигает 20 г/сут.

Принципиальным отличием нашего исследования стало применение более высоких доз β-глюканов дрожжей по сравнению с описанным в литературе (80 мг на 1 кг массы тела), хотя и сопоставимых с использованными в экспериментальных исследованиях дозами полисахаридов (β-глюканов овса и инулина [17, 24, 25]). Кроме того, в качестве подопытных животных были использованы не взрослые, а растущие крысы, которые более чувствительны к дефициту микронутриентов в рационе. Следующее отличие заключалось в том, что большинство описанных в литературе положительных эффектов β-глюканов дрожжей на липидный и углеводный обмен были получены на моделях животных с диабетом, индуцированным стрептозотоцином, и/или ожирением, вызванным повышением квоты жиров и углеводов в рационе. В нашем эксперименте были использованы интактные животные, которые получали стандартный по содержанию макронутриентов рацион, за исключением витаминов D, группы В, железа, меди и цинка.

В настоящее время известны и применяются в питании разнообразные полисахариды, полученные из разных источников, имеющие особенную структуру. Полученные в данном эксперименте результаты свидетельствуют о том, что обогащение рациона β-глюканами дрожжей способствовало более быстрому устранению дефицита витаминов группы В, в определенной мере железа и меди, но ухудшало обеспеченность витамином Е и в некоторой степени цинком.

В аналогичных экспериментах добавление в корм овсяных β-глюканов, имеющих другую структуру, практически не отражалось на усвоении витаминов группы В и улучшало усвоение железа [17]. Ранее в похожих по дизайну экспериментах на крысах нами было обнаружено повышение биодоступности железа под действием инулина (5%), но замедление восстановления обеспеченности витаминами группы В по сравнению с животными, получавшими полноценный по содержанию витаминов рацион без инулина [24, 25]. Таким образом, структура полисахаридов оказывает влияние на усвоение витаминов группы В.

На основании результатов проведенного исследования можно сделать вывод, что обогащение рациона β-глюканами дрожжей способствует более эффективному устранению дефицита витаминов группы В и недостаточности железа и меди. В то же время ухудшение обеспеченности животных витамином Е обосновывает необходимость дополнительного приема этого витамина при включении в диетотерапию дрожжевых β-глюканов. В целом полученные данные свидетельствуют о целесообразности исследования влияния различных по структуре полисахаридов на усвоение витаминов и минеральных веществ.

References

1. Singla A., Gupta O.P., Sagwal V., Kumar A., Patwa N., Mohan N., et al. Beta-glucan as a soluble dietary fiber source: origins, biosynthesis, extraction, purification, structural characteristics, bioavailability, biofunctional attributes, industrial utilization, and global trade. Nutrients. 2024; 16 (6): 900. DOI: https://doi.org/10.3390/nu16060900

2. EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies (NDA). Scientific Opinion on the safety of «yeast beta-glucans» as a Novel Food ingredient. EFSA J. 2011; 9 (5): 2137. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2011.2137

3. Avramia I., Amariei S. Spent Brewer’s yeast as a source of insoluble β-glucans. Int J Mol Sci. 2021; 22 (2): 825. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms22020825

4. Du B., Meenu M., Liu H., Xu B. A concise review on the molecular structure and function relationship of β-glucan. Int J Mol Sci. 2019; 20 (16): 4032. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms20164032

5. Azzi D.V., de Jesus Pereira A.N., de Oliveira Silva V., de Carvalho Foureaux R., Lima A.R.V., Barducci R.S., et al. Dose-response effect of prebiotic ingestion (β-glucans isolated from Saccharomyces cerevisiae) in diabetic rats with periodontal disease. Diabetol Metab Syndr. 2021; 13: 111. DOI: https://doi.org/10.1186/s13098-021-00729-1

6. Kurochkina A.S., Krasnoshtanova A.A. Study of the sorption capacity of soluble forms of yeast beta-glucan. Butlerovskie soobshcheniya [Butlerov Communications]. 2020; 63 (9): 43–50. (in Russian)

7. Karmanov A.P., Kanarsky A.V., Kocheva L.S., Kanarskaya Z.A., Gematdinova V.M., Bogdanovich N.I., et al. Biosorbents based on polysaccharides. Evaluation of sorption capac-ity in relation to uranium and thorium. Khimiya rastitel’nogo syr’ia [Chemistry of Plant Raw Material]. 2019; (4): 431–40. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.2019045210 (in Russian)

8. Kodentsova V.M., Risnik D.V. Variety of β-glucans: properties, adequate and clinically effective doses. Meditsinskiy alfavit [Medical Alphabet]. 2022; (16): 121–26. DOI: https://doi.org/10.33667/2078-5631-2022-16-121-126 (in Russian)

9. Vetter J. The mushroom glucans: molecules of high biological and medicinal importance. Foods. 2023; 12 (5): 1009. DOI: https://doi.org/10.3390/foods12051009

10. Wang M., Pan J., Xiang W., You Z., Zhang Y., Wang J., et al. β-glucan: a potent adjuvant in immunotherapy for digestive tract tumors. Front Immunol. 2024; 15: 1424261. DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1424261

11. Schwartz B., Vetvicka V. Review: β-glucans as effective antibiotic alternatives in poultry. Molecules. 2021; 26 (12): 3560. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules26123560

12. Zhong K., Liu Z., Lu Y., Xu X. Effects of yeast β-glucans for the prevention and treatment of upper respiratory tract infection in healthy subjects: a systematic review and meta-analysis. Eur J Nutr. 2021; 60 (8): 4175–87. DOI: https://doi.org/10.1007/s00394-021-02566-4

13. Andrade E.F., Lima A.R.V., Nunes I.E., Orlando D.R., Gondim P.N., Zangeronimo M.G., et al. Exercise and beta-glucan consumption (Saccharomyces cerevisiae) improve the metabolic profile and reduce the atherogenic index in type 2 diabetic rats (HFD/STZ). Nutrients. 2016; 8 (12): 792. DOI: https://doi.org/10.3390/nu8120792

14. Silva V.dO., Lobato R.V., Andrade E.F., Orlando D.R., Borges B.D.B., Zangeronimo M.G., et al. Effects of β-glucans ingestion on alveolar bone loss, intestinal morphology, systemic inflammatory profile, and pancreatic β-cell function in rats with periodontitis and diabetes. Nutrients. 2017; 9”1016. DOI: https://doi.org/10.3390/nu9091016

15. Silva V.O., Lobato R.V., Andrade E.F., de Macedo C.G., Napimoga J.T.C., Napimoga M.H. et al. β-glucans (Saccharomyces cereviseae) reduce glucose levels and attenuate alveolar bone loss in diabetic rats with periodontal disease. PLoS One. 2015; 10 (8): e0134742. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134742

16. de Araújo T.V., Andrade E.F., Lobato R.V., Orlando D.R., Gomes N.F., de Sousa R.V., et al. Effects of beta-glucans ingestion (Saccharomyces cerevisiae) on metabolism of rats receiving high-fat diet. J Anim Physiol Anim Nutr (Berl). 2017; 101 (2): 349–58. DOI: https://doi.org/10.1111/jpn.12452

17. Kodentsova V.M., Kosheleva O.V., Vrzhesinskaya O.A., Guseva G.V., Zotov V.A., Leonenko S.N., et al. Influence of the rat diet enrichment with oat β-glucans on the assimilation of B group vitamins, mineral elements and lipid metabolism. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2024; 93 (1): 72–9. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-1-72-79 (in Russian)

18. Spirichev V.B., Kodentsova V.M., Vrzhesinskaya O.A., Beketova N.A., Kharitonchik L.A., Alekseeva I.A., et al. Methods for evaluation of vitamin status: educational and methodical manual. Moscow: PKTs Al’tex. 2001: 68 p. (in Russian)

19. Sokol’nikov A.A., Kodentsova V.M., Isaeva V.A. A comparative assessment of the biochemical criteria of provision of the body with thiamine. Voprosy meditsinskoy khimii [Problems of Medical Chemistry]. 1993; 39 (3): 50–3. PMID: 8333192. (in Russian)

20. Vrzhesinskaia O.A., Kodentsova V.M., Spirichev V.B., Alekseeva I.A., Sokol’nikov A.A. Comparative biochemical evaluation of the body riboflavin status. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 1994; 63 (6): 9–12. PMID: 7732679. (in Russian)

21. Yakushina L.M., Beketova N.A., Bender E.D., Kharitonchik L.A. Methods of high-performance liquid chromatography for determining vitamin levels in biologic fluids and food products. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 1993; 62 (1): 43–8. (in Russian)

22. Apryatin S.A., Beketova N.A., Vrzhesinskaya O.A., Riger N.A., Evstratova V.S., Trusov N.V., et al. Effect of B-vitamin deficiency on biochemical, immunologic markers and trace element status of rats and mice of various lines. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (4): 14–24. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10037 (in Russian)

23. Tyshko N.V., Sadykova E.O., Timonin A.N., Shestakova S.I., Mustafina O.K., Soto J.C. Research of the cadmium intoxication effect on the model of vitamin-mineral deficiency in rats. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (1): 63–71. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10007 (in Russian)

24. Beketova N.A., Kodentsova V.M., Leonenko S.N., Kosheleva O.V., Vrzhesinskaya O.A., Soto S.Kh., et al. Influence of enrichment of the rat diet with inulin on the assimilation of certain vitamins and minerals. Mikroelementy v meditsine [Trace Elements in Medicine]. 2021; 22 (3): 47–57. DOI: https://doi.org/10.19112/2413-6174-2021-22-3-47-57 (in Russian)

25. Kodentsova V.M., Leonenko S.N., Beketova N.A., Kosheleva O.V., Vrzhesinskaya O.A., Sokolnikov A.A., et al. Inulin as a component of fortified foodstuffs: influence on the micronutrient status. Voprosy biologicheskoy, meditsinskoy i farmatsevticheskoy khimii [Problems of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry]. 2022; (3): 34–42. DOI: https://doi.org/10.29296/25877313-2022-03-05 (in Russian)

26. Pogozheva A.V., Kodentsova V.M., Sharafetdinov Kh.Kh. The role of magnesium and potassium in preventive and therapeutic nutrition. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (5): 29–42. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-5-29-42 (in Russian)

27. Kodentsova V.M., Risnik D.V Micronutrient metabolic networks and multiple micronutrient deficiency: a rationale for the advantages of vitamin-mineral supplements. Mikroelementy v meditsine [Trace Elements in Medicine]. 2020; 21 (4): 3–20. DOI: https://doi.org/10.19112/2413-6174-2020-21-4-3-20 (in Russian)

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.