Изменение антиоксидантного потенциала крови экспериментальных животных при нутриционной коррекции окислительного стресса

РезюмеВ ходе проведенных исследований изучено влияние нутриционной коррекции (диеты с высоким содержанием пищевых продуктов с антиоксидантной направленностью) на показатели крови у лабораторных животных при нарушениях метаболизма, связанных с явлениями окислительного стресса. На экспериментальной модели лабораторных животных (кролики-самцы весом 3,5-4,0 кг, n=40) с гнойно-септическими заболеваниями продемонстрировано, что применение нутриционного способа коррекции (замена 100 г зерновой смеси через день на смесь капусты 50 г, моркови 50 г, свеклы 25 г, яблок 25 г, киви 10 г, граната 10 г в расчете на 1 кролика) не уступает по своей эффективности использованию глутатиона (2 г через день). Использование антиоксидантных средств у лабораторных животных позволило на 5-е сутки значительно снизить явления окислительного стресса: статистически значимо повысить антиокислительную емкость крови на 14,9 и 26,6%, а также снизить площадь вспышки люминолзависимой H2O2-индуцированной хемилюминесценции плазмы крови на 44,2 и 48,6% в опытных группах, получающих соответственно нутриционную коррекцию и глутатион. Восстановить потенциал низкомолекулярного звена антиоксидантной системы крови и сбалансировать активность супероксиддисмутазы (снизить) и каталазы (увеличить) удалось на 10-е сутки эксперимента. Эти показатели достоверно отличались от параметров группы, не получающей антиоксидантной коррекции (p<0,05), у последних изучаемые показатели прооксидантно-антиоксидантной системы достигали значений, сопоставимых с данными у интактных животных (n=10) только на 30-е сутки, что подтверждает целесообразность назначения комплексной антиоксидантной терапии.

Ключевые слова:антиоксидантная система, энергетический потенциал, окислительный стресс, пищевые вещества

Вопр. питания. - 2013. - № 6. - С. 75-81.

Одной из актуальных проблем современной медицины является изучение окислительного стресса (ОС), возникающего в организме при многих патологических и некоторых физиологических состояниях. В связи с этим поиск новых способов коррекции нарушений свободнорадикального окисления (СРО) является актуальным. Необходимость в пищевых веществах с антиоксидантными свойствами особо возрастает в связи с увеличением энергетических потребностей организма, которые наблюдаются при интенсивных физических нагрузках [22], что объясняется усилением генерации свободных радикалов, сопровождающей анаэробные и анаэробно-аэробные процессы при выполнении короткой и интенсивной работы, например в скоростно-силовых видах спорта. Психоэмоциональные и физические нагрузки, ведущие к увеличению потребности в витаминах в качестве коэнзимов в ферментных системах, участвующих в утилизации энергии при мышечной деятельности, могут приводить к истощению неспецифических защитных систем, прежде всего антиоксидантной, что в свою очередь является причиной активации процессов перекисного окисления биомолекул (белков, липидов, нуклеиновых кислот) [25].

Нельзя не отметить, что коррекцию процессов СРО необходимо проводить для профилактики и лечения ряда заболеваний, таких как сахарный диабет, бронхиальная астма, инфаркт миокарда, инсульт, ревматоидный артрит, катаракта, нейродегенеративные заболевания и некоторых других [10].

Кроме того, одна из существующих концепций рассматривает поддержание скорости реакций перекисного окисления на физиологическом уровне с помощью антиоксидантов как способ замедления процессов старения и увеличения продолжительности активной жизнедеятельности человека. Этим также объясняется больший интерес в научной литературе к профилактике и коррекции нарушенного гомеостаза в результате патофизиологических проявлений ОС, а разработка новых профилактических и лечебных мероприятий, позволяющих корригировать антиоксидантный статус организма, продолжает оставаться одной из основных задач современной медицины [1, 3, 11, 13, 15, 21, 23, 27, 30, 36]. Необходимо указать, что дополнительный прием витаминов и микроэлементов с целью коррекции их недостатка в рационе питания и потерь в процессе физических нагрузок является широко распространенной практикой среди спортсменов [11, 35]. Однако недостаток информации в ряде аспектов по эффективности и взаимодействию различных классов антиоксидантов не позволяет максимально использовать в спортивном питании комбинации нутриентов и лекарственных средств для коррекции дисбаланса эндогенной антиоксидантной системы.

В клинической практике использование лекарственных средств с антиоксидантным действием распространено достаточно широко, но нередко применяют их только в комплексной терапии уже при сформированном остром или хроническом патологическом процессе [17], когда на фоне сформировавшегося патобиохимического состояния затраты на лечение достигают максимальных показателей, а эффективность становиться невысокой, что связано с формированием различных инкурабельных осложнений.

Большой практический интерес в настоящее время представляет использование диетотерапии для коррекции прооксидантно-антиоксидантного статуса. Поскольку любые потребляемые человеком пищевые продукты влияют на состояние прооксидатно-антиоксидантного баланса в разной степени и с различной направленностью, это создает предпосылки для коррекции антиоксидантного потенциала без использования фармацевтических препаратов при достаточно высокой эффективности за счет длительного систематического воздействия факторов питания [2, 4, 9, 14, 29, 33, 34, 36]. Известно, что применение синтетических антиоксидантов, в том числе парафармацевтиков, ограничено из-за их возможного побочного действия, что проводит к необходимости поиска альтернативных соединений в пищевых продуктах, обладающих высокой антиоксидантной активностью и безвредных для человека.

Учитывая все вышесказанное, целями настоящего исследования были разработка и апробация экспериментального комплексного подхода в диагностике окислительного стресса, а также поиск путей для нутритивной коррекции дисбаланса прооксидантно-антиоксидантной системы организма.

Материал и методы

Изучение эффективности способа нутритивной коррекции антиоксидантного потенциала организма была апробирована на лабораторных животных (кроликах-самцах весом 3,5-4,0 кг, n=50), у которых моделировали ОС путем формирования гнойной раны (абсцесса). После развития у лабораторных животных клиники нагноения раны, которая соответствовала первому (острому) периоду моделирования ОС, снимали швы (на 5-е сутки), что соответствовало второму периоду ОС и в дальнейшем проводили местное лечение гнойной раны под мазевыми повязками до ее полного заживления вторичным натяжением (патент на изобретение № 2 455 703 [5]). Для создания модели абсцесса у животных до начала эксперимента срезали и выбривали шерсть на средней и нижней третях спины. Затем под местной анестезией раствором новокаина 0,5% наносили повреждение мягких тканей (область длинных мышц спины) в предполагаемой зоне формирования абсцесса. В день начала эксперимента проводили разрез скомпрометированной накануне области длиной 3-5 см и в мягкие ткани вводили марлевый шарик диаметром 10 мм, пропитанный 1 мл жидкости с патогенным штаммом S. aureus с концентрацией 10 3 -10 8 КОЕ/мл, в последующем на рану накладывали первичные швы. Через 120 ч с момента проведения имплантации инфицированного инородного тела переводили воспалительный процесс в хронический, формируя гнойную рану, путем снятия кожных швов и удаления инородного тела с последующей санацией полости абсцесса, что обеспечивало регулируемую по тяжести и длительности, двухфазную по характеру экспериментальную модель ОС, позволяющую достоверно оценивать эффективность мероприятий, корригирующих состояние прооксидантно-антиоксидантной системы и направленных на выздоровление животных.

Коррекцию ОС осуществляли с помощью нутритивной терапии, для этого в пищевой рацион вводили продукты, содержащие антиоксиданты (овощи и фрукты). В группе сравнения использовали глутатион, который входит в состав многих биологически активных добавок к пище. Все животные (кролики) были разделены на 4 группы. Животные 1-й группы (контрольная группа, n=12) получали после моделирования ОС обычный рацион (зерновая смесь 100 г/сут) в течение 30 дней. Кролики 2-й группы (опытная группа, n=14) получали после моделирования ОС через день (по перемежающейся схеме) обычный рацион (зерновая смесь 100 г/сут), на другой день диету с антиоксидантами (капуста 50 г, морковь 50 г, свекла 25 г, яблоко 25 г, киви 10 г, гранат 10 г в расчете на 1 кролика в сут). 3-я группа животных (группа сравнения, n=14) получала после моделирования ОС через день (по перемежающейся схеме) обычный рацион (зерновая смесь 100 г/сут), на другой день смесь обычного рациона с глутатионом (2 г глутатиона смешивали с первой порцией зерновой смеси).

4-я группу (интактная группа, n=10) составили животные, которым не проводили моделирование ОС, и они получали обычный рацион (зерновая смесь 100 г/сут). Забор биологического материала (крови) у животных осуществляли на 5-е, 10-е и 30-е сутки эксперимента.

С целью оценки интенсивности СРО был использован метод люминолзависимой H 2 O 2 -индуцированной хемилюминесценции плазмы крови, которую измеряли на хемилюминотестере ЛТ-01 (НПО "Люмин", РФ) по методике [7, 18, 19], полученные результаты выражали в виде максимума вспышки хемилюминесценции (МВХЛ) и площади вспышки хемилюминесценции (ПВХЛ) в условных единицах (усл. ед.). Определение антиокислительной активности (АОА) плазмы крови проводили амперометрическим способом на анализаторе антиоксидантной активности "Яуза-01-ААА" (ОАО НПО "Химавтоматика", РФ) по методу [26] в собственной модификации [8].

Определение активности каталазы (КАТ) проводили в гемолизате эритроцитов (1:200) по методу [28] в собственной модификации [20]. Для определения активности супероксиддисмутазы (СОД) использовали методику [12] в собственной модификации [20]. Комплексную оценку состояния ферментного звена антиоксидантной системы проводили при помощи интегрального показателя функционирования ферментов антирадикальной защиты (ИПФФАРЗ), выражаемому в единицах соотношения каталаза/супероксиддисмутаза (КАТ/СОД) по разработанному методу (патент на изобретение № 2 436 101 [6]).

Для определения базального количества продуктов окислительной модификации в эритроцитах использовали методику [16], в плазме крови - методику [24], полученные результаты выражали в виде тиобарбитурового числа (ТБЧ) в единицах оптической плотности (е.о.п.). Количество тиоловых групп в гемолизате крови определяли с помощью реактива Эллмана по методике [16, 31].

Расчет интегрального показателя состояния прооксидантно-антиоксидантной системы для диагностики окислительного стресса производили по разработанному методу (патент на изобретение № 2 236 008 [17]) и выражали в виде коэффициента окислительной модификации биомолекул эритроцитов (КОМБэр) в окислительных единицах активности (ОЕА).

Статистическую обработку полученных данных осуществляли методами вариационной статистики при помощи ЭВМ с использование свободного программного обеспечения - системы статистического анализа R (R Development Core Team, 2008, достоверным считали различие при р<0,05).

Результаты и обсуждение

В ходе проведенных исследований на 5-е сутки было установлено, что во всех экспериментальных группах (1-й, 2-й и 3-й) наблюдалось развитие дисбаланса в работе прооксидантно-антиоксидантной системы. Наиболее выраженные изменения выявлены в 1-й группе, что характеризовалось достоверными изменениями всех показателей прооксидантно-антиоксидантной системы в сравнении с параметрами в 4-й группе (табл. 1). АОА плазмы крови снизилась на 51,2%, МВХЛ и ПВХЛ повысились соответственно в 2,9 и 2,6 раза, количество SH-групп уменьшилось на 51,8%. В работе ферментного звена АОС развился дисбаланс со снижением каталазной емкости и адаптивным повышением активности СОД, приводящим к нарушению утилизации реактивных молекул перекисной природы и повышению риска образования вторичных свободных радикалов в организме. Во 2-й и в 3-й группах аналогичные изменения были менее выражены, хотя и достоверно отличались от показателей интактных животных (4-я группа). При этом необходимо отметить достоверно более выраженный эффект воздействия низкомолекулярного антиоксиданта глутатиона на показатели антиоксидантной емкости крови.

По-видимому, это происходит за счет частичного восстановления окислено модифицированных дисульфидных групп и пополнения пула свободных тиолов, что, в свою очередь, приводит к достоверным изменениям показателей в сравнении с 1-й группой (табл. 1): повышению АОА на 26,6%, снижению ПВХЛ на 48,6%, интегрального показателя КОМБэр в 2,73 раза и свидетельствует об активной роли глутатиона в регенерации низкомолекулярных антиоксидантных факторов крови [32]. Также следует отметить, что во 2-й группе, получавшей коррекцию с помощью пищевых продуктов с антиоксидантной направленностью, восстановление работы ферментного звена АОС происходило более сбалансировано, что отражает более высокий показатель ИППФАРЗ - на 37,5% выше, чем в 3-й группе. Подобные различия можно объяснить наличием в овощах и фруктах большого разнообразия кофакторов, необходимых для адекватного функционирования в крови ферментов первой и второй линии антирадикальной защиты, повышающих активность КАТ и СОД в условиях ОС. Кроме того, ряд нутриентов с антиоксидантной направленностью способны сами проявлять дисмутазную и пероксидазную активность [4], что также способствует ускорению утилизации первичных свободных радикалов и реактивных молекул в организме, снижая прооксидантную нагрузку на АОС организма.

Проведенное исследование показало, что антиоксидантная диета по эффективности коррекции нарушений прооксидантно-антиоксидантного баланса и влиянию на большинство показателей статистически значимо не отличалась от способа с применением глутатиона (табл. 1).

На 10-е сутки эксперимента в обеих группах, получающих антиоксидантную коррекцию, отмечалось практически полное возвращение к физиологическим значениям показателей АОС, что характеризуется отсутствием статистически значимых отличий неферментативного и ферментативного звеньев АОС лабораторных животных во 2-й и в 3-й группах от показателей интактных животных (табл. 2). Из особенностей применения диеты с высоким антиоксидантным потенциалом стоит отметить несколько замедленное развитие протективного эффекта в сравнении с результатами у животных из группы, получающей глутатион. Это подтверждается отсутствием статически достоверных отличий полученных результатов во 2-й группе для показателей АОС (АОА плазмы, количества SH-групп) на 5-е сутки эксперимента в сравнении с данными в 1-й группе (p>0,05), тогда как в 3-й группе аналогичные показатели отличались статические значимо (p<0,05). Вместе с тем восстановление пролонгированных защитных факторов при использовании одной антиоксидантной диеты во 2-й группе было неполным и на 10-е сутки эксперимента, что подтверждается сохраняющимся повышением ПВХЛ на 25,9% (p<0,05) по сравнению с показателями группы 4.

Восстановление антиоксидантного потенциала крови с одновременным возвращением интенсивности СРО до физиологических значений в 3-й группе связано как с высокой способность глутатиона непосредственно нивелировать избыточное образование свободных радикалов, так и с его участием в регенерации многих низкомолекулярных антиоксидантов, что повышает адаптационные возможности организма в условиях ОС.

В то же время следует указать, что в крови животных 1-й группы, не получающих никакой пищевой коррекции с антиоксидантной направленностью, выявлено выраженное наличие дисбаланса в работе прооксидантно-антиоксидантной системы, характеризующееся достоверным отличием ее показателей от данных, полученных в группе интактных животных (табл. 2).

В 1-й группе установлены достоверные изменения интегральных показателей: повышение КОМБэр (до 17,29 ОЕА), отражающее дефицит факторов, ингибирующих реакции СРО в крови, и снижение ИППФАРЗ на 38,3%, указывающее на разбалансированное функционирование ферментов первой и второй линий антиоксидантной защиты с преобладанием дисмутазной активности, что свидетельствует о перенапряженной работе неспецифических защитных систем и может приводить к избыточному накоплению перекисей в условиях снижения активности КАТ.

Проведенные исследования показателей АОС выявили отсутствие статистически значимых различий между показателями 1-й и 4-й групп (p>0,05) только на 30-е сутки эксперимента, что показывает, насколько длительный период требуется для восстановления баланса прооксидантно-антиоксидантной системы в крови у лабораторных животных при отсутствии дополнительной антиоксидантной коррекции с помощью пищевых нутриентов (2-й группа) и глутатиона (3-й группа).

Полученные результаты позволяют говорить о возможности нутриционной коррекции нарушений прооксидантно-антиоксидантной системы в клинических условиях, однако такие мероприятия возможны только при строгом соблюдении пациентами всех предписаний в рамках диетотерапии.

Выводы

Таким образом, в проведенном исследовании продемонстрирован достаточно высокий уровень эффективности коррекции дисбаланса прооксидантно-антиоксидантной системы с помощью обогащения рациона пищевыми продуктами, содержащими антиоксиданты. Стоит отметить также тот факт, что предложенная методика восстановления потенциала эндогенной АОС приобретает особый интерес в рамках превентивных мероприятий, направленных на профилактику ОС и поддержание активной жизнедеятельности современного человека, в том числе при повышенных физических нагрузках.

Следует отметить, что существуют пищевые продукты как с преобладанием антиоксидантных факторов (овощи, фрукты, молочные продукты), так и с преобладанием прооксидантных компонентов (продукты категории быстрого питания) [4].

При разработке превентивных мероприятий, направленных на поддержание процессов СРО на физиологическом уровне, можно рассматривать использование пищевых продуктов с высокой АОА как потенциальных средств коррекции прооксидантно-антиоксидантного баланса организма человека. Использование антиоксидантной коррекции в модельной системе с гнойно-септическими заболеваниями на лабораторных животных позволяет значительно уменьшить проявления ОС уже на 5-е сутки: статистически значимо повысить антиокислительную емкость крови на 14,9 и 26,6%, а также снизить площадь вспышки хемилюминесценции соответственно на 44,2 и 48,5% в опытных группах, получающих нутриционную коррекцию и глутатион. Используя данный способ, удается практически полностью устранить ОС уже на 10-е сутки, что существенно быстрее в сравнении с методами лечения без применения средств с антиоксидантной направленностью. При этом не отмечено статистически значимых отличий (p>0,05) эффективности диеты, содержащей продукты с высоким антиоксидантным потенциалом, в сравнении с использованием традиционного низкомолекулярного антиоксиданта-парафармацевтика (глутатиона).

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта вуза (ГБОУ ВПО "Кубанский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, 2010-2011 гг., грант № 7).

Литература

1. Базарнова Ю.Г. // Вопр. питания. - 2007. - Т. 76, № 1. - С. 22-26.

2. Байляк М., Господарев Д., Семчишин Г. и др. // Биохимия. - 2008. - Т. 73, вып. 4. - С. 515-523.

3. Балаболкин М.И., Креминская В.М., Клебанова Е.М. // Пробл. эндокринол. - 2005. - Т. 51, № 3. - С. 22-33.

4. Басов А.А., Быков И.М. // Вопр. питания. - 2013. - Т. 82, № 3. - С. 77-80.

5. Басов А.А., Быков И.М., Федосов С.Р., Малышко В.В. Патент на изобретение № 2455703 Российская Федерация, МПК G09B 23/28 (2006.01). - 10.07.2012. - Бюл. № 19. - 12 с.

6. Басов А.А., Павлюченко И.И., Быков И.М., Федосов С.Р., Губарева Е.А. Патент на изобретение № 2436101, Российская Федерация, МПК G01N33/573. - 10.12.2011. - Бюл. № 34. - 20 с.

7. Басов А.А., Павлюченко И.И., Плаксин А.М. и др. // Вестн. новых мед. технологий. - 2003. - Т. 10, № 4. - С. 67-68.

8. Басов А.А., Федосов С.Р., Канус И.С. и др. // Соврем. пробл. науки и образов. - 2006. - № 4, прил. 1. - С. 149.

9. Гаппаров М.М.Г., Суханов Б.П., Тутельян В.А. Питание в борьбе за выживание. - М.: Академкнига, 2003. - 448 с.

10. Евсеев В.Н., Кузнецов О.Р., Румянцева С.А. // Рос. мед. журн. - 2009. - Т. 17, № 5. - С. 332-334.

11. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Никитюк Д.Б. // Вопр. питания. - 2009. - Т. 78, № 3. - С. 67-77.

12. Костюк А.В., Потапович А.И., Ковалева Ж.В. // Вопр. мед. химии. - 1990. - № 2. - С. 88-91.

13. Кулинский В.И., Леонова З.А., Колесниченко Л.С. и др. // Биомед. химия. - 2007. - Т. 53, вып. 1. - С. 91-98.

14. Лакомкин В.Л., Коновалова Г.Г., Каленикова Е.И. и др. // Биохимия. - 2005. - Т. 70, вып. 1. - С. 97-104.

15. Макеева А.В., Попова Т.Н., Матасова Л.В. // Биомед. химия. - 2007. - Т. 53, вып 2. - С. 181-189.

16. Орехович В.Н. Современные методы в биохимии. - М.: Медицина, 1977. - 293 с.

17. Павлюченко И.И., Басов А.А., Федосов С.Р. Патент на изобретение № 2236008, Российская Федерация, МПК G01N33/48. - 10.09.2004. - Бюл. № 25.- 10 с.

18. Павлюченко И.И., Басов А.А., Федосов С.Р. Патент на полезную модель № 54787 Российская Федерация, A61K 33/00. - 27.07.2006. - Б. 21. - 2 с.

19. Павлюченко И.И., Федосов С.Р., Басов А.А. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006611562. - 16.03.2006. - 1 с.

20. Павлюченко И.И., Федосов С.Р., Басов А.А. и др. // Открытое образование. - 2006. - № 3. - С. 425-427.

21. Перевозкина М.Г., Кудрявцев А.А., Третьяков Н.Ю., Сторожок Н.М. // Биомед. химия. - 2007. - Т. 53, вып. 2. - С. 146-158.

22. Полиевский С.А. Основы индивидуального и коллективного питания спортсменов. - М.: Физкультура и спорт, 2005. - 384 c.

23. Тутельян В.А. // Вопр. питания. - 1996. - № 6. - С. 3-12.

24. Ушкалова В.Н., Иоанидис Н.В., Кадочникова Г.Д. и др. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1993. - 182 с.

25. Яковлев Н.Н. Факторы, определяющие потребность в витаминах при мышечной деятельности // Теория и практика физической культуры. - 1977. - № 5. - С. 22-27.

26. Яшин А.Я. // Рос. хим. журн. - 2008. - Т. LII, № 2. - С. 130-135.

27. Arora A., Byrem T.M., Nair M.G. et al. // Arch. Biochem. Biophys. - 2000. - Vol. 373. - P. 102-109.

28. Beers R., Sizer I. // J. Biol. Chem. - 1952. - Vol. 195. - P. 133.

29. Cos P., De Bruyne T., Hrmans N. et al. // Curr. Med. Chem. - 2003. - Vol. 10. - P. 1345-1359.

30. Lichenthaler R., Marx F. // J. Agric. Food Chem. - 2005. - Vol. 53. - P. 103-110.

31. Robyt J.F., Ackerman R.J., Chittenden C.G. // Arch. Biochem. - 1971. - Vol. 147. - P. 262-269.

32. Song J.J., Rhee J.G., Suntharalingan M. et al. // J. Biol. Chem. - 2002. - Vol. 277. - P. 46566-46575.

33. Verhoeyen M.E., Bovy A., Collins G. et al. // J. Exp. Bot. - 2002. - Vol. 11. - P. 2099-2106.

34. Vladimorov Yu. Abstrakt Book The 11th International Congress PHYTOPHARM. - Leiden, 2007. - P. 32.

35. Volpe S.L. // Clin. Sports Med. - 2007. - Vol. 26, N 1. - P. 119-130.

36. Wu X., Gu L., Holden J. et al. // J. Food Composition Analysis. - 2004. - Vol. 17. - P. 407-422.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»