Effect of a new low-cholesterol meat and vegetal product on correction of simulated lipid metabolism disorders in rats

• Gorlov I.F.
• Slozhenkina M.I.
• E.V. Karpenkо
• T.M. Giro
• S.V. Andreeva

AbstractThe paper presents the biomedical evaluation of meat and cereal spread from low-cholesterol raw material with vegetable ingredients, recommended as a functional food. The experimental model with myocardial infarction like changes in hearts of the animals, accompanied by vascular changes similar to atherosclerotic changes in humans, as well as the modeling of the metabolic imbalance of lipids have been carried out by intramuscular injection of epinephrine and unbalanced feeding the animals with food rich in cholesterol, with a high content of carbohydrates and fats. Wistar rats were divided into 4 groups of 12 animals each. The rats in groups 1–3 were induced the cardio distress with intramuscular injection of epinephrine; group IV consisted of intact (healthy) animals. Dramatic changes in biochemical blood status that indicated heart disease have been observed within 2 days after the injection of epinephrine (0,2 ml per 1 kg of animal body weight) to the tested animals. During the experiment a sharp increase in activity of indicator enzymes of alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferases (AST), with a predominance of AST over ALT, along with an increase in LDH activity have been observed. The 1,4–1,6 fold increase in blood serum creatinine has also been found. Later the animals in groups 1, 2, 3 with simulated cardio pathology were fed a ration with intervention of food rich in cholesterol, with a high content of carbohydrates and fats (50% of the diet) for a month for induction of lipid metabolism disorders. An increase in the concentration of cholesterol and triglycerides by 3 fold or more has been observed. In addition, an accumulation of sulfhydryl groups has been noted, as evidenced by increased rates of thymol. For further normalization of lipid metabolism, the animals in tested group I were fed the diet with intervention of spread, developed in accordance with GOST 12318-91 «Canned meat «Meat spread»; the rats of group 2 were fed with spread with vegetable supplements (pumpkin by-products and alginates), and group 3 received a standard diet within the next month. The results of biochemical blood serum studies have shown that the level of cholesterol, triglycerides, creatinine and sulphydryl groups in the experimental groups 1 and 2 decreased, indicating a positive influence on lipid metabolism and prevention of peroxides formation in the organism. These changes were more pronounced when meat product with plant additives and alginate was used in the diet. Only under the application of the meat-vegetable pate cholesterol level ceased to differ from that of the control group of animals. Based on the significant reduction of blood malondialdehyde level, antioxidant properties of vegetable supplements have been proven. The experimental data showed that the spread, developed on the basis of low-cholesterol raw meat with vegetable ingredients (pumpkin by-products and alginates) can be used to correct metabolic disorders of lipids, reducing the risk of cardio pathology in the body.

Keywords:cholesterol, cardiovascular system, meat pate, hematologic parameters, biochemical parameters

К числу наиболее распространенных болезней цивилизации относят сердечно-сосудистые, онкологические и желудочно-кишечные, возникновение и развитие которых прямо или косвенно связано с нарушением питания. Особое значение в патогенезе указанных заболеваний имеет дефицит витаминов, йода, железа, селена, кальция, пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот, других незаменимых, в том числе минорных, компонентов пищи [8]. В настоящее время для рациона питания россиян характерен дефицит пищевых волокон в рационе. Обогащение продуктов пищевыми волокнами благотворно влияет на метаболизм углеводов в желудочно-кишечном тракте человека, способствует предотвращению развития онкологических заболеваний, а также стимулирует деятельность пищеварительной и сердечно-сосудистой системы.

Наиболее быстрым, экономически приемлемым и научно обоснованным путем решения проблемы рационализации питания населения является широкое применение в повседневной практике биологически активных добавок к пище (БАД) и обогащенных пищевых продуктов [7, 9]. Использование таких продуктов позволяет легко и быстро, не повышая калорийности рациона, ликвидировать дефицит микронутриентов, потребность в которых у больного человека может возрастать. К группе БАД и лечебно-профилактических добавок относят широкий спектр веществ, включая получаемые из вторичных сырьевых ресурсов, образующихся при переработке сырья растительного и животного происхождения [3].

Разработанный для профилактического питания при сердечно-сосудистых заболеваниях продукт на мясной основе должен способствовать улучшению обменных процессов, восстановлению метаболизма сосудистой стенки и сердечной мышцы, обладать противосклеротическим терапевтическим эффектом наряду с достаточным обеспечением организма белком и при этом иметь оптимальный жировой состав с параллельным ограничением содержания поваренной соли и холестерина [11, 15]. Продукт должен быть дополнительно обогащен в дозе 30-50% от суточной потребности витаминами С, Е, β-каротином, минеральными элементами: магнием, калием, медью, хромом, а также пищевыми волокнами и липотропными веществами [10, 14].

Целью работы было разработать функциональный продукт - мясной паштет, обогащенный белком растительного происхождения, с низким содержанием жира, обладающий выраженным холестеринемическим эффектом, который может быть рекомендован как широкому кругу потребителей, так и людям, страдающим сердечнососудистыми патологиями. В рамках поставленной работы была проведена оценка биологической ценности и профилактического эффекта мясорастительного паштета на метаболизм липидов в организме в опыте in vivo на экспериментальной модели с инфарктоподобными изменениями сердца животных.

Материал и методы

Коллективом авторов разработана рецептура паштета для функционального питания, содержащая в своем составе баранину, мясо птицы, соль, бульон, льняное масло, тыквенный порошок, порошок из жмыха тыквы голосемянной, альгинат натрия. В качестве пряностей применяли СО₂-экстракты.

Использование в рецептуре мяса баранины обусловлено сниженным по сравнению с говядиной и свининой содержанием холестерина и значительным количеством солей калия, магния, железа, а также лецитина [5], обладающего антисклеротическими свойствами и нормализующего обмен холестерина. Для инактивации экстрактивных веществ мясное сырье бланшировали. Жировой компонент был сформирован за счет мясного сырья и льняного масла как источника полиненасыщенных жирных кислот.

В качестве функционально активных ингредиентов растительного происхождения использовали порошок семян тыквы (ТУ 9146-138-10514645-06) как источник растительного белка и тыквенный порошок (ТУ 9146-161-02067862-05) - источник пищевых волокон и пектиновых веществ (произведены в ФГБНУ "Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясо-молочной продукции"), а также продукт переработки морских водорослей - альгинаты, способные выводить из организма человека тяжелые металлы, радиоактивные элементы, снижать уровень холестерина в крови.

Физико-химические показатели порошка семян тыквы составили (в %): общая влага - 9,23, содержание белка - 46, жира - 8,91, золы - 8,5, клетчатки - 10,6; содержание макро- и микроэлементов (мг/кг): кальций - 3450, фосфор - 2310, медь - 7,1, железо - 71,3, магний - 44,9, хром - 0,63, кобальт - 0,95, никель - 0,94, марганец - 9,8; содержание каротина - 29,12 мг/кг.

По функционально-техническим свойствам порошок тыквы обладает высокой пищевой и биологической ценностью, содержит в своем составе (в %): жиры - 6,1, в том числе полиненасыщенные жирные кислоты - 3,2, белок - 13,5, пищевые волокна - 25,5, в том числе пектин - 16,9, жирои водорастворимые витамины (мг/100 г): С - 88,5, РР - 5,3, Е - 4,6, В 3 - 2,6, В₆ - 0,9, β-каротин - 65,45, холин - 121,5, а также макро- и микроэлементы (мг/100 г): калий - 1800, кальций - 480, фосфор - 480, натрий - 165, магний - 125, железо - 7,850, цинк - 2,720, медь - 2,040, фтор - 0,0970, селен - 0,047, йод - 0,010.

Экспериментальную модель с инфарктоподобными изменениями сердца животных, но с минимальной их смертностью, характеризующуюся изменениями сосудов, сходными с атеросклеротическими изменениями у человека, а также моделирование нарушения метаболизма липидов осуществляли путем внутримышечного введения адреналина и разбалансированного кормления животных пищей, богатой холестерином, с повышенным содержанием углеводов и жиров.

Эксперимент был осуществлен в виварии ФГБОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова" на белых крысах линии Вистар с исходной массой тела 200-220 г.

Экспериментальные группы животных формировали методом случайной выборки с учетом массы тела в качестве определяющего показателя. Ежедневно наблюдали за общим состоянием животных, потреблением корма и воды, 1 раз в неделю животных взвешивали.

Животные были разделены на 4 группы по 12 голов в каждой. После завершения первого (через 2 сут), второго и третьего этапа эксперимента часть животных (по 3 головы из каждой группы) выводили из опыта путем декапитации под легким эфирным наркозом, проводили отбор для исследования крови (биохимические и гематологические показатели), а также патологоанатомическое вскрытие.

У крыс 1-3-й групп вызывали кардиопатологию однократным внутримышечным введением адреналина в дозе 0,2 мл на 1 кг массы тела, 4-ю группу составили интактные (здоровые) животные.

В дальнейшем в ходе эксперимента животным 1, 2, 3-й групп с моделированной кардиопатологией для нарушения метаболизма липидов в течение месяца вводили в рацион холестеринсодержащую пищу (50% в структуре рациона) (табл. 1).

Для дальнейшей нормализации метаболизма липидов в течение последующего месяца животные 1-й опытной группы получали взамен рациона паштет, разработанный по ГОСТ 12318-91 "Консервы мясные "Паштет мясной". Технические условия", крысы 2-й группы - разработанный паштет с растительными добавками - продуктами переработки тыквы и альгинатом натрия, а 3-я группа получала стандартный общевиварный рацион. Применяли принцип кормления животных ad libitum при свободном доступе к воде.

Возбудимость сердечной мышцы оценивали с помощью электрокардиографии (ЭКГ). Hаблюдали за частотой сердечных сокращений, изменением сегмента ST, депрессией зубца Т.

Гематологические исследования крови и определение концентрации малонового диальдегида в сыворотке крови проводили на гематологическом анализаторе "HaemaScreenvet" (ООО "HOSPITEX DIAGNOSTICS", Италия).

Биохимические исследования проводили на биохимическом анализаторе "StatFax 3300" ("Awareness Technology", США), с помощью стандартных наборов реагентов (ООО "HOSPITEX DIAGNOSTICS"). Для проверки правильности и точности определения биохимических показателей в сыворотке крови животных использовали контрольную сыворотку для биохимических исследований по ТУ 9398-022-09807247-2009.

Ферментный спектр крови включал определение активности аланиновой (АЛТ) и аспарагиновой аминотрансфераз (АСТ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), изофермента креатинфосфокиназы (КФК МВ).

Для патоморфологического исследования образцы свежей ткани фиксировали в 10% нейтрализованном растворе формалина для получения в последующем парафиновых срезов толщиной в 2,0-5,0 мкм. Обезвоживание, обезжиривание и проводку тканей с их уплотнением в парафинах с различной температурой плавления (37-57 °С) проводили в микропроцессорном автомате "Сакура" (Япония) по заранее составленной программе. Заливка тканей в парафин с воском и формирование тканевых блоков - ручным способом. Микротомирование парафиновых блоков тканей осуществляли с помощью санного (РФ) и ротационных ("Райхгерт", Австрия; "АО-820", США) микротомов, что позволило получить серийные срезы. После депарафинирования срезы окрашивали гематоксилин-эозином и другими азокрасителями, заключали в пихтовый (канадский) бальзам под покровные стекла и готовили для визуального просмотра постоянные микропрепараты. Микроскопию проводили на микроскопе "Докувал" (Германия).

Результаты исследований представлены в виде средних величин и стандартной ошибки (М±m). Уровень значимости считали достоверным при р≤0,05 в сравнении с показателями интактных животных. Статистическую обработку данных проводили с использованием надстройки "Анализ данных" табличного процессора MS Excel 2010 на основе критериев Фишера и Стьюдента [4].

Результаты и обсуждение

Изучению гематологических показателей лабораторных животных, в том числе крыс, посвящено немало работ [12, 13]. Сравнительный анализ опубликованных данных [6] и полученных результатов в ходе эксперимента свидетельствует об отсутствии отклонений от физиологической нормы основных показателей гематологического профиля крыс линии Вистар.

В табл. 2 и 3 представлены гематологические и биохимические показатели крыс на 2-е сутки после введения адреналина.

Как видно из табл. 3, через 2 сут после введения опытным животным адреналина произошли резкие изменения биохимического статуса крови, указывающие на патологию сердца. Так, у всех животных отмечалось достоверное увеличение активности характерного для ткани сердечной мышцы КФК МВ - показателя, который используется в диагностике инфаркта миокарда (при повреждении клеток миокарда происходит высвобождение КФК МВ и поступление этого фермента в кровь), в 3 и более раза. Это можно объяснить стимулирующим влиянием адреналина на симпатическую систему с повышением тонуса сосудистой стенки, что, в свою очередь, привело к гипертоническому кризу и, как следствие, ишемической болезни сердца. На повреждение кардиомиоцитов указывает также резкое увеличение активности индикаторных ферментов - АЛТ и АСТ с преобладанием АСТ над АЛТ наряду с увеличением активности ЛДГ. Также отмечалось увеличение уровня креатинина в 1,4-1,6 раза в сыворотке крови, что может указывать на нарушение метаболизма кардиомиоцитов в организме животных.

Наряду с этим отмечалось снижение содержания эритроцитов на 12-25% и величины гематокрита на 28-39% в кровеносном русле, что указывает на гемолитическую анемию, вызванную, вероятно, резким спазмом сосудистой стенки и непосредственным воздействием токсических продуктов метаболизма на эритроциты.

Доказательством развития модели кардиопатологии у животных служили результаты исследования гистологических срезов ткани печени, почек, сердца, характеризовавшиеся нарушением структурной организации, некрозом ткани, формированием фиброза.

Через 1 мес кормления животных холестериновой пищей (50% в структуре рациона) у крыс опытных групп наблюдалась адинамия, взъерошенный волосяной покров, вялость и заторможенность, тогда как состояние животных 4-й группы не изменилось.

В табл. 4, 5 представлены гематологические и биохимические показатели крыс через 1 мес кормления пищей, богатой холестерином.

Через месяц кормления у животных опытных групп наблюдали повышение концентраций холестерина и триглицеридов в 3 раза и более. Кроме того, отмечалось накопление в организме животных сульфгидрильных групп, о чем свидетельствовали повышенные показатели тимоловой пробы.

Согласно приведенным данным, все это усилило токсическое влияние на кроветворную систему, о чем свидетельствует динамика снижения количества эритроцитов, уровня гемоглобина и величины гематокрита. После кормления пищей, богатой холестерином, в крови крыс содержание холестерина повысилось примерно на 3 ммоль/л по сравнению с показателями до кормления.

Данные гистоморфологических и биохимических исследований свидетельствуют, что воспроизводимая в эксперименте модель кардиопатологии сопровождается патологическими изменениями в сердце крыс, которые заключаются в развитии альтеративно-пролиферативных повреждений коронарных сосудов с явлениями тромбообразования, появлении периваскулярных очажков кардиодистрофии, образование которых имеет непосредственную связь с нарушением коронарного кровообращения, обнаружением отложений холестерина в виде липоидоза. Микроскопическая картина аорты в области локализации липоидоза у всех животных опытных групп имела однотипный характер: интима утолщена, особенно по краям липидной линзы. В области липоидозных образований наблюдалась деструкция эластических волокон и разрастание соединительной ткани. А также выявлено нарушение липидного обмена по показателям сыворотки крови.

В табл. 6 и 7 представлены гематологические и биохимические показатели после месяца кормления паштетами.

Результаты биохимических исследований сыворотки крови животных показали, что уровни холестерина, триглицеридов, сульфгидрильных групп и креатинина в 1-й и 2-й опытных группах снижались, что свидетельствовало о положительном влиянии паштетов на липидный обмен и предотвращение образования перекисей в организме животных и тем самым на стабильность клеточных мембран, в частности кардиомиоцитов (см. табл. 7). При использовании в питании мясного продукта с растительными добавками и альгинатом натрия эти изменения были более выраженными. После кормления паштетами холестерин снизился в 1-й группе на 52%, во 2-й группе - на 60,4%, в 3-й группе, получающей общевиварный рацион, - на 18,6% по сравнению с первоначальными показателями, при этом только при применении мясо-растительного паштета уровень холестерина перестал отличаться от такового у контрольной группы животных.

Патологоанатомическое исследование животных после вскрытия не выявило внешних проявлений патологических или воспалительных процессов во внутренних органах.

На экспериментальной модели с инфарктоподобными изменениями сердца животных и изменениями сосудов, сходными с атеросклеротическими изменениями у человека, а также моделированым нарушением метаболизма липидов был изучен эффект потребления разработанного паштета на снижение активности перекисного окисления липидов. Для характеристики антиоксидантного действия паштета определяли содержание малонового диальдегида в сыворотке крови (табл. 8).

После введения адреналина у животных был смоделирован инфаркт миокарда, характеризующийся снижением возбудимости сердечной мышцы, отмечен также повышенный уровень содержания продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови по сравнению с интактными животными. После кормления пищей, богатой холестерином, показатель перекисного окисления липидов повысился в 1-й группе в 1,79 раза, во 2-й - в 2,13 раза, в 3-й - в 1,93 раза. Полученные результаты показали, что на фоне усиления процессов перекисного окисления липидов прием разработанного паштета способствует более выраженному снижению содержания малонового диальдегида в сыворотке крови и может рассматриваться как свидетельство антиоксидантной способности паштета и его влияния на снижение активности перекисного окисления липидов. Так, у крыс I группы показатель перекисного окисления липидов снизился - в 1,7 раза, у животных II группы - в 3,2 раза, а в III группе - только на 27%.

Проявление антиоксидантных свойств паштета, по-видимому, обусловлено сочетанием β-каротина, витаминов группы В и витамина С, которые защищают организм человека от свободных радикалов, а также альгината натрия, обладающего выраженным антиоксидантным действием.

Экспериментальные данные показали, что паштет, разработанный на основе низкохолестеринового мясного сырья с добавлением растительных ингредиентов - продуктов переработки тыквы и альгинатов, можно использовать при разработке способов коррекции нарушений метаболизма липидов, снижающих риск развития кардиопатологии в организме крыс.

Научная работа выполнена в рамках гранта Президента РФ № НШ-2602.2014.4.

Литература

1. Горлов И.Ф. Биологическая ценность основных пищевых продуктов животного и растительного происхождения // Монография. - Волгоград: Перемена, 2000. - С. 214-227.

2. Горлов И.Ф. Новое в производстве пищевых продуктов повышенной биологической ценности // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - № 3. - С. 57-58.

3. Кочеткова А.А., Колеснов А.Ю., Тужилкин В.И. Современная теория позитивного питания и функциональные продукты // Пищ. пром-сть. - 1999. - № 4. - С. 4-10.

4. Козлов А.Ю., Шишов В.Ф. Пакет анализа MS Excel в экономико-математических расчетах. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. - 139 с.

5. Лушников В.П., Молчанов А.В. Эдильбаевская порода - перспектива мясного овцеводства Саратовского Заволжья// Главный зоотехник. - 2010. - № 10. - С. 43-45.

6. Мустафина О.К., Трушина Э.Н., Шумакова А.А. и др. Гематологические показатели у крыс Вистар разного возраста, содержащихся на полусинтетическом полноценном виварном рационе // Вопр. питания. - 2013. - № 2. - С. 10-16.

7. Покровский В.И., Позняковский В.М. Политика здорового питания. Федеральный и региональный уровни. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2002. - 344 с.

8. Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н., Позняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами // Наука и технология. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. - 548 с.

9. Тутельян В.А., Спиричев В.Б., Суханова Б.П. Микронутриенты в питании здорового и больного человека: справочное руководство по витаминам и минеральным веществам. - М.: Колос, 2002. - 424 с.

10. Медико-биологические принципы создания продуктов на мясной основе для питания при желудочно-кишечных, сердечнососудистых заболеваниях и ожирении // Материалы 7-й Международной научной конференции памяти Василия Матвеевича Горбатова, 26-27 мая 2004 г. Адаптация к условиям АПК РФ общей методологии отслеживания и интегрированного контроля качества и безопасности мясных продуктов: Сб. докл. Ч. II. / Сост.: A.B. Устинова, Н.Е. Белякина, И.К Морозкина. - М.: ВНИИМП РАСХН, 2004. - С. 212-216.

11. Boelsma E., Hendriks H. F., Roza L. Nutritional skin care; health effects of micronutrients and fatty acids // Am. J. Clin. Nutr. - 2001. - Vol. 73, N 5. - P. 853-864.

12. Krinke G.J., Bullock G.R., Bunton T. The Laboratory Rat (Handbook of Experimental Animals). - San-Diego: Academic Press, 2000. - 756 p.

13. Lewi P.J., Marsboom R.P. Toxicology Reference Data. Wistar rat. - Amsterdam: Holland: Elsevier/North-Holland Biochemical Press, 1981. - P. 358

14. Thies F., Garry J.M., Yaqoob P. et al. Association of n-3 polyunsaturated fatty acids with stability of atherosclerotic plaques: a randomised controlled trial // Lancet. - 2003. - Vol. 361. - P. 477-485.

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.