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»
РОСМЕДОБР 2021
Вскрытие
Медицина сегодня
III Конгресс "Психическое здоровье человека XXI века"

ДЕТИ. ОБЩЕСТВО. БУДУЩЕЕ. III Конгресс "Психическое здоровье человека XXI века" Более 10 тысяч медицинских и немедицинских специалистов в сфере охраны психического здоровья, а также представителей социально-ориентированных НКО, деловых кругов, СМИ из 37 стран стали...

II Национальный междисциплинарный конгресс "Времена года. Женское здоровье от юного до серебряного и золотого возраста".

Пресс-релиз 21 и 22 октября 2021 года состоится II Национальный междисциплинарный конгресс "Времена года. Женское здоровье от юного до серебряного и золотого возраста" . Конгресс будет посвящен 20-летию Российской Ассоциации Маммологов и 15-летию первой кафедры клинической...

VIII Байкальские офтальмологические чтения "Визуализация в офтальмологии. Настоящее и будущее"

VIII Байкальские офтальмологические чтения "Визуализация в офтальмологии. Настоящее и будущее" 4-5 декабря 2021 года состоится Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием VIII Байкальские офтальмологические чтения "Визуализация в офтальмологии....


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»