Доклинические исследования холодового воздействия для оценки эффективности и функциональной направленности специализированного продукта

Резюме

Усиление адаптационных возможностей организма человека при холодовом воздействии является одним из концептуальных элементов решения вопроса благополучия населения северных регионов России.

Цель работы - определение физической работоспособности, выносливости и исследование морфологических показателей слизистой оболочки трахеи крыс на фоне потребления кондитерских изделий функциональной направленности, содержащих сок ягод лимонника китайского (Schisandra chinensis) и сухой экстракт элеутерококка (Eleutherococcus), при регулярном воздействии холода.

Материал и методы. Исследование проведено на 75 крысах-альбиносах массой тела 190±10 г. В рацион крыс 1-й группы кондитерские изделия функциональной направленности не вводили. Крысы 2-й и 3-й экспериментальных групп 3 раза в день получали по 1 г мармелада и 1 г карамели. Крыс 3-й группы ежедневно 3раза в день дополнительно подвергали холодовому воздействию в климатокамере Memmert (Германия) в течение 1 ч. Группы формировали по принципу аналогов, используя в качестве критерия массу тела (различие по средней массе не превышало 10%), при этом в каждой группе было одинаковое количество самцов и самок. Физическую работоспособность крыс оценивали по времени плавания до полного истощения, статическую выносливость - по времени удержания на вертикальной металлической сетке. Для исследования морфологических показателей слизистой оболочки трахеи крыс после выведения из эксперимента тщательно обработанную без раздавливания изолированную ткань легкого фиксировали в 9% формальдегиде, затем добавляли в парафин и окрашивали раствором гематоксилина и эозина.

Результаты. Исследуемые показатели физической работоспособности и статической выносливости свидетельствуют о том, что холодовое воздействие статистически значимо увеличивало время плавания и время висения крыс на сетке после 30-дневного потребления функциональных кондитерских изделий. Морфологические показатели 2-й экспериментальной группы отличались от показателей 1-й экспериментальной группы несущественно. Содержание реснитчатых и бокаловидных клеток в 3-й экспериментальной группе было выше, чем во 2-й и в 1-й группах лабораторных животных (р<0,05). Соотношение бокаловидных клеток с реснитчатыми у крыс 3-й группы составило 1:3,1, во 2-й группе - 1:3,5 против 1:4,6 в 1-й группе (р<0,05). Таким образом, результаты оценки морфологических показателей слизистой оболочки трахеи крыс в 3-й экспериментальной группе указывают на важную роль секреции в функционировании эпителия при потреблении кондитерских изделий функциональной направленности на фоне длительного воздействия холода. В связи с этим можно предположить, что кондитерские изделия функциональной направленности могут служить средством защиты мукоцилиарного аппарата крыс при длительном холодовом воздействии.

Заключение. Включение в рацион крыс-альбиносов сахаристых кондитерских изделий, включающих сок ягод Schisandra chinensis и сухой экстракт Eleutherococcus обеспечивает повышение физической работоспособности и выносливости и увеличивает регенерацию эпителиального пласта слизистой оболочки трахеи при охлаждении.

Ключевые слова:доклинические испытания, эффективность, специализированный пищевой продукт, функциональный продукт, сахаристые кондитерские изделия, холодовое воздействие, выносливость

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Фролова НА., Резниченко И.Ю., Шкрабтак Н.В., Помозова В.А., Бабий ТВ. Доклинические исследования холодового воздействия для оценки эффективности и функциональной направленности специализированного продукта // Вопросы питания. 2021. Т. 90, № 4. С. 138-143. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-138-143

Развитие отечественной сырьевой базы и внедрение новых технологий пищевых продуктов [1] на основе ценного растительного сырья являются приоритетными направлениями, определенными государственными программами развития пищевой и перерабатывающей промышленности до 2030 г Низкие зимние температуры в северных районах Дальнего Востока и Западной Сибири отрицательно влияют на здоровье человека. Адаптация к холодовому воздействию индивидуальна [2, 3]. Организм человека может справляться с низкими температурами за счет физиологических и поведенческих изменений, которые позволяют ему поддерживать свой энергетический гомеостаз [4-6]. Разработка продуктов на основе адаптогенов из растительного сырья (Schisandra chinensis и Eleutherococcus) для адаптации организма к холодовому воздействию - один из аспектов, которому уделяется большое внимание [7-10].

Адаптогены - это природные соединения, стимулирующие адаптационные биохимические реакции, повышающие устойчивость и выживаемость организма [11-13]. Исследования химического состава Schisandra chinensis и Eleutherococcus свидетельствуют о наличии компонентов, обладающих адаптогенными, иммуномодуляторными и антиоксидантными свойствами, что дает возможность их использования в производстве продуктов функциональной направленности. В ходе исследований поликомпонентного состава Schisandra chinensis и Eleutherococcus установлены некоторые отличительные особенности их химического состава в зависимости от климатических условий произрастания. Проведенные исследования состава ягод Schisandra chinensis и Eleutherococcus в период сбора с 2011 по 2016 г. в Амурской области свидетельствуют о широком спектре биологически активных веществ и высоком уровне ряда минеральных веществ [10, 14-16]. Полученные данные служили обоснованием разработки сахаристых кондитерских изделий с применением продуктов переработки дальневосточного сырья, обладающего адаптогенным действием.

Сахаристые кондитерские изделия пользуются определенным спросом и обладают низкой пищевой плотностью и высокой энергетической ценностью. Состав и технология их получения позволяют моделировать рецептуры и процесс производства без существенных изменений сенсорных характеристик готовых изделий. Ранее по разработанной нами технологии были получены образцы мармелада и карамели функциональной направленности с введением сока ягод Schisandra chinensis и сухого экстракта Eleutherococcus. Пищевая ценность новых изделий составила (в 100 г) для мармелада: углеводы - 46,8 г; аскорбиновая кислота - 32,0 мг; фосфор - 420 мг; калий - 650,6 мг; железо - 1,2 мг; для карамели: углеводы - 66,8 г; аскорбиновая кислота -20,6 мг; фосфор - 307 мг; калий - 550,6 мг; железо - 4,2 мг. Содержание элеутерозида В в мармеладе и карамели составило соответственно 8,17 и 7,84 мг/г; содержание схизандрола A - соответственно 0,62 и 0,58%.

Цель работы заключалась в определении динамической работоспособности, выносливости и исследовании морфологических показателей слизистой оболочки трахеи крыс на фоне потребления кондитерских изделий функциональной направленности при регулярном холодовом воздействии.

Материал и методы

Исследование проведено на крысах-альбиносах массой тела 190±10 г. В помещении для животных поддерживалась температура 23±2 °C, влажность 50±5% и освещение с 09:00 до 21:00. Животные были разделены на 3 группы (по 25 животных в каждой группе). В 1-ю группу входили крысы-альбиносы, которые получали ежедневно по 35 г корма Supreme Science Selective Rat (Supreme, США). Крысы 2-й и 3-й экспериментальных групп 3 раза в день одновременно получали по 1 г мармелада и 1 г карамели функциональной направленности на фоне 30 г корма Supreme Science Selective Rat. Энергетическая ценность рациона для 1-й экспериментальной группы составила 286±2 ккал, для 2-й и 3-й -288±1 ккал. Крыс 3-й группы также ежедневно 3 раза в день подвергали холодовому воздействию в климатокамере Memmert HPP 260 (Memmert GmbH & Co KG, Германия) в течение 1 ч. Группы формировали по принципу аналогов, используя в качестве критерия массу тела (различие по средней массе не превышало 10%), при этом в каждой группе было одинаковое количество самцов и самок. Работа выполнена с соблюдением Правил лабораторной практики в Российской Федерации (ГОСТ 33215-2014. Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур) и международных рекомендаций и правил Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых в экспериментальных работах.

Физическую работоспособность оценивали по времени плавания животных до полного истощения с грузом, который составлял 7% от массы тела, в течение 30 дней. Бассейн для плавания состоял из цилиндрической трубы из поливинилхлорида (внутренний диаметр 20 см х глубина 100 см), расположенной внутри резервуара для воды (внутренний диаметр 30 см х глубина 100 см). Крысы-альбиносы плавали в теплой воде при температуре 40±5 °C. Чтобы избежать влияния скученности, крысы плавали группами по 5 особей [4, 5] из 1, 2 и 3-й экспериментальных групп. Контрольные измерения проводили на 10, 20 и 30-й дни эксперимента.

Выведение животных из эксперимента проводили под легким эфирным наркозом. Трахеи были извлечены и обработаны для парафинового сечения: тщательно обработанную без раздавливания изолированную ткань легкого фиксировали в 9% формальдегиде. Полученные парафиновые срезы депарафинизировали, гидратировали и окрашивали гематоксилином и эозином для отслеживания гистопатологических изменений под электронным микроскопом ЭВМ-100А (Россия).

Данные обрабатывали с использованием пакета программ статистической обработки Statistica 7.0. Статистическую значимость различий определяли с помощью двухфакторного дисперсионного анализа с апостериорным тестом Тьюки для множественных сравнений, непараметрического теста Краскела-Уоллиса с апостериорным тестом. Статистически значимыми считали различия при p<0,05.

Результаты и обсуждение

На рис. 1 представлена динамика средних значений продолжительности плавания крыс на фоне потребления функциональных кондитерских изделий. Установлено, что у экспериментальных животных 1-й группы исследуемый показатель находился на одном уровне на 10-й и 30-й день эксперимента и составлял 150±0,2 мин, что значительно меньше, чем у крыс 2-й и 3-й экспериментальных групп (р<0,05). Потребление функциональных кондитерских изделий увеличивало время плавания в среднем на 30% по сравнению с контрольной группой.

Рис. 1. Продолжительность плавания крыс на фоне потребления функциональных кондитерских изделий (M±m, n=5)

Здесь и на рис. 2, 3: * - статистически значимое отличие (р<0,05) от показателя 1-й группы.

Fig. 1. Swimming duration of mice fed functional confectionery (M±m, n=5)

Here and in Figures 2, 3: * - statistically significant difference (p<0.05) from the 1st group.

Следующим этапом работы стало исследование выносливости - длительности висения крыс-альбиносов, в течение которого экспериментальные животные удерживались на вертикальной металлической сетке (рис. 2).

Рис. 2. Длительность висения на сетке крыс на фоне употребления функциональных кондитерских изделий (M±m, n=10)

Fig. 2. Duration of hovering on the grid of mice fed functional confectionery (M±m, n=10)

Динамика выносливости крыс свидетельствует о том, что включение кондитерских изделий функциональной направленности в рацион экспериментальных животных 2-й и 3-й групп статистически значимо (р<0,05) увеличивало время висения крыс на сетке в среднем на 40-111 и 83-139% от показателя контрольной группы. Длительность висения на сетке крыс в 3-й группе выше, чем во 2-й группе, в среднем на 13-31% (р<0,05).

При гистологическом исследовании экспериментального материала крыс-альбиносов контрольной группы слизистая оболочка имела типичный план строения, характерный для верхних отделов воздухоносных путей. Эпителиальная выстилка во всех экспериментальных группах представлена 6 видами клеток: базальными, промежуточными, мигрирующими, щетинчатыми, бокаловидными и реснитчатыми (рис. 3).

Рис. 3. Морфологические показатели слизистой оболочки трахеи крыс в экспериментальных группах на 30-й день эксперимента (M±m, n=10)

Fig. 3. Morphological parameters of the mucous membrane of the trachea of mice during cooling (M±m, n=10)

Полученные результаты (см. рис. 3) свидетельствуют о том, что морфология слизистой оболочки трахеи крыс при охлаждении на фоне потребления кондитерских изделий функционального назначения имеет характер слизеобразования. Морфологические показатели 2-й экспериментальной группы отличаются от 1-й экспериментальной группы несущественно (р>0,05). Содержание реснитчатых и бокаловидных клеток в 3-й экспериментальной группе выше, чем во 2-й и 1-й группах лабораторных животных. Соотношение бокаловидных клеток с реснитчатыми в 3-й группе составило 1:3,1, во 2-й группе - 1:3,5 против 1:4,6 в 1-й группе (р<0,05), что указывает на важную роль секреции в функционировании эпителия при потреблении кондитерских изделий.

Таким образом, результаты оценки морфологических показателей слизистой оболочки трахеи крыс в 3-й экспериментальной группе указывают на важную роль секреции в функционировании эпителия при потреблении кондитерских изделий функциональной направленности на фоне длительного воздействия холода. В связи с этим можно предположить, что кондитерские изделия функциональной направленности являются весьма эффективным средством защиты мукоцилиарного аппарата крыс при длительном холодовом воздействии.

Заключение

Результаты настоящего исследования показывают, что введение в рацион животных кондитерских изделий на основе адаптогенов растительного происхождения: сока ягод Schisandra chinensis и сухого экстракта Eleutherococcus - снижает физическую усталость, вызванную изнурительными упражнениями. Таким образом, их можно рекомендовать к потреблению волонтерам-добровольцам для проведения клинических исследований по оценке адаптационных возможностей организма человека к физическим нагрузкам и холодовому воздействию.

Литература

1. Бабий Н.В., Помозова В.А., Пеков Д.Б. Особенности проектирования тонизирующих напитков для повышения резистентности организма // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 41, № 2. С. 13-20.

2. Булыгина Е.Н., Когина О.Ю. Влияние холода на организм человека // Бюллетень Северного государственного медицинского университета. 2018. № 1. С. 132-133.

3. Гармаева Д.К., Белолюбская Д.С., Федорова А.И., Аржакова Л.И., Афанасьева О.Г. Влияние холодового стресса на морфофункциональные показатели тимуса в эксперименте // Морфологические ведомости. 2019. Т. 27. № 2. С. 19-23. DOI: https://doi.org/10.20340/mv-mn.19(27).02.19-23

4. Зайцева М.С., Иванов Д.Г., Александровская Н.В. Работоспособность крыс в тесте "Вынужденное плавание с грузом" и причины ее вариабельности // Биомедицина. 2015. № 4. С. 30-42.

5. Зобов В.В., Назаров Н.Г., Выштакалюк В.Б., Галяметдинова И.В., Семенов В.Э., Резник В.С. Эффективность влияния новых производных пиримидина на физическую работоспособность крыс в условиях выполнения теста "Плавание до отказа" // Экология человека. 2015. № 4. С. 28-35.

6. Перова И.Б., Малинкин А.Д., Бессонов В.В., Эллер К.И. Исследование лигнанов и антоцианинов как основных биологически активных веществ полифенольной природы плодов лимонника китайского // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 3. С. 79-87. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10035

7. Фролова Н.А., Резниченко И.Ю. Оценка эффективности употребления функциональных сахаристых кондитерских изделий лабораторными животными при физическом и холодовом стрессе // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2018. № 6-2 (19). С. 23-27.

8. Степакова Н.Н., Резниченко И.Ю., Киселева Т.Ф., Шкрабтак Н.В., Фролова Н.А., Праскова Ю.А. Растительное сырье Дальневосточного региона как источник биологически активных веществ // Пищевая промышленность. 2020. № 3. С. 16-21. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2486-2020-10025

9. Frolova N.A., Reznichenko I.Yu., Shkrabtak (Babii) N.V., Balandin A.V. Analysis of the chemical composition of wildlife raw material of the Far Eastern region having endoecological action // IOP Conf. Series: Earthand Environmental Science. 2020. Vol. 421, N 7. P. Article ID 072011. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/421/7/072011

10. Резниченко И.Ю., Фролова Н.А. Влияние климатических условий на биологическую ценность ягодного сырья Амурской области // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 4. С. 92-100.

11. Салтыкова М.М. Основные физиологические механизмы адаптации человека к холоду // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2017. Т. 103, № 2. С. 138-151.

12. Labbé S.M., Caron А., Bakan I., Laplante M. In vivo measurement of energy substrate contribution to coldinduced brown adipose tissue thermogenesis // FASEB J. 2015. Vol. 29, N 5. P. 2046-2058. DOI: https://doi.org/10.1096/fj.14-266247

13. Rybak O., Hudz N., Svidenko L., Grygorieva О., Makarenko O., Brindza J. The role of herbal adaptogens and immunomodulators in dietary food and phytotherapy // Agrobiodiversity for Improving Nutrition, Health and Life Quality. 2017. N 1. DOI: https://doi.org/10.15414/agrobiodiversity.2017.2585-8246.179-187

14. Jang D., Lee J., Eom S., Lee S. Composition, antioxidant and antimicrobial activities of Eleutherococcus senticosus fruit extracts // J. App. Pharm. Sci. 2016. Vol. 6, N. 3. P. 125-130. DOI: https://doi.org/10.7324/JAPS.2016.60322

15. Załuski D., Olech M., Verpoorte R., Khan I. Phytoconstituents and nutritional properties of the fruits of Eleutherococcus divaricatus and Eleutherococcus sessiliflorus: a study of non-European species cultivated in Poland // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2017. N 11. Article ID 8374295. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/8374295

16. Zhai C., Wang M., Raman V., Rehman J. Eleutherococcus senticosus (Araliaceae) leaf morpho-anatomy, essential oil composition, and its biological activity against Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) // J. Med. Entomol. 2017. Vol. 54, N. 3. P. 658-669. DOI: https://doi.org/10.1093/jme/tjw221

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»
Медицина сегодня
IX Евро-Азиатская конференция по офтальмохирургии.

IX Евро-Азиатская конференция по офтальмохирургии 28-30 апреля 2022 г. в Екатеринбурге состоится IX Евро-Азиатская конференция по офтальмохирургии (ЕАКО). Свое название конференция получила неслучайно, ведь именно в городе, расположенном на границе Европы и Азии, раз в два...

III Съезд онкологов Московской области.

III Съезд онкологов Московской области 22 октября 2021 года состоится III Съезд онкологов Московской области. Специалисты Подмосковья, занимающиеся лечением злокачественных новообразований разных локализаций, снова встретятся, чтобы обсудить проблемы, новые тренды в...

Образовательная сессия "Амбулаторный приём"

Самые актуальные данные по фармакотерапии для вас! Приглашаем врачей поликлиник 14 сентября в 09:00 (мск) присоединиться к научно-образовательной сессии "Амбулаторный приём". Доступен очный и заочный формат мероприятия. ВАС ЖДУТ: насыщенная научная и культурная программа,...


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»