Влияние β-глюканов дрожжей на усвоение витаминов и минеральных веществ у крыс

Коденцова Вера Митрофановна; Бекетова Нина Алексеевна; Вржесинская Оксана Александровна; Кошелева Ольга Васильевна; Гусева Галина Владимировна; Зотов Владимир Алексеевич ; Леоненко Светлана Николаевна; Жилинская Наталия Викторовна

Резюме

Несмотря на использование дрожжевых β-глюканов в составе пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище, данных об их влиянии на обмен витаминов и минеральных веществ недостаточно.

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

Материал и методы. Дефицит микронутриентов у крыс-самцов Вистар с исходной массой тела 61,6±0,8 г вызывали в течение 24 сут уменьшением в 5 раз содержания в витаминной смеси полусинтетического рациона витамина D и всех витаминов группы В и в 2 раза в минеральной смеси железа, меди и цинка. После подтверждения развития у животных недостатка микронутриентов в дефицитный рацион в течение 5 сут вводили недостающие витамины и микроэлементы либо на фоне обогащения рациона β-глюканом (1,5%) (+Вит+Мет+βГ), либо без его добавления (+Вит+Мет). Витамины В₁ и В₂ в печени, рибофлавин в сыворотке крови, тиамин, рибофлавин и 4-пиридоксиловую кислоту (4-ПК) в моче, собранной за 18 ч, определяли флуориметрически; ретинол, пальмитат ретинола, α-токоферол в сыворотке крови и печени - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии; макро- и микроэлементы в печени, сыворотке крови и моче - методом атомно-абсорбционной спектрометрии или по стандартным методикам на биохимическом анализаторе.

Результаты. Содержание животных на дефицитном рационе в течение 24 сут привело к снижению в 17,8 раза экскреции рибофлавина с мочой, уменьшению на 27,3% его концентрации в сыворотке крови и на 7,8% в печени, снижению в 3 раза содержания витамина В₁ в печени, уменьшению экскреции 4-ПК в 2,8 раза и меди - на 25,7%, а также повышению содержания в печени витамина А на 44% и марганца на 19,2% (p<0,05). Восполнение недостающих микронутриентов в рационе вне зависимости от наличия β-глюканов полностью устранило дефицит витамина В₂, при этом в присутствии полисахарида у крыс группы +Вит+Мет+βГ наблюдалось статистически значимое увеличение содержания витамина В₂ в печени на 7,5% (p<0,05) относительно контроля, при повышенной на 19,1% (p<0,10) экскреции рибофлавина по сравнению с выведением у крыс +Вит+Мет. Содержание в печени животных групп +Вит+Мет и +Вит+Мет+βГ витамина В₁ хотя и не восстановилось полностью до уровня у контрольных крыс, однако на фоне β-глюканов оно было выше на 14,5% (p<0,05). Экскреция с мочой тиамина и 4-ПК при наличии в рационе β-глюканов достигла уровня крыс контрольной группы, тогда как у крыс из группы +Вит+Мет составила 60,8-69,2% от показателя в контроле. Включение в рацион β-глюканов вызывало снижение содержания витамина Е в печени крыс на 36,2% (р<0,05) по сравнению с уровнем у животных группы +Вит+Мет. Экскреция железа и меди в отсутствие β-глюканов не восстановилась полностью (составив 60,9-74,0% от контроля), тогда как при их наличии уже не отличалась от показателя у животных контрольной группы. Экскреция цинка у животных группы +Вит+Мет+βГ, наоборот, была ниже, чем в контроле на 29,2% (р<0,01). Сниженная концентрации магния в сыворотке крови (на 9,0%, р<0,05) при одновременно повышенном (на 12,7%, р<0,10) выведении его с мочой при включении β-глюканов в рацион свидетельствует об уменьшении ретенции и ухудшении обеспеченности этим минеральным веществом.

Заключение. Наличие в составе рациона β-глюканов дрожжей улучшало усвоение витаминов группы В, способствовало усвоению железа и меди, но ухудшало обеспеченность витамином Е и магнием, снижало усвоение цинка.

Ключевые слова: β-глюканы; дрожжи; сочетанная недостаточность микронутриентов; витамин D; витамины группы B; коррекция; цинк; железо; медь; крысы

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.

Литература

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. Vol. 16, N 6. Article ID 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. Vol. 9, N 5. Article ID 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. Vol. 22, N 2. Article ID 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. Vol. 20, N 16. Article ID 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. Vol. 13. Article ID 111. DOI: https://doi.org/10.1186/s13098-021-00729-1

6. Курочкина А.С., Красноштанова А.А. Исследование сорбционной способности растворимых форм дрожжевого бета-глюкана // Бутлеровские сообщения. 2020. Т. 63, № 9. С. 43-50.

7. Карманов А.П., Канарский А.В., Кочева Л.С., Канарская З.А., Гематдинова В.М., Богданович Н.И. и др. Биосорбенты на основе полисахаридов. Оценка сорбционной способности в отношении урана и тория // Химия растительного сырья. 2019. № 4. С. 431-440. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.2019045210

8. Коденцова В.М., Рисник Д.В. Разнообразие β-глюканов: свойства, адекватные и клинически эффективные дозы // Медицинский алфавит. 2022. № 16. С. 121-126. DOI: https://doi.org/10.33667/2078-5631-2022-16-121-126

9. Vetter J. The mushroom glucans: molecules of high biological and medicinal importance // Foods. 2023. Vol. 12, N 5. Р. 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. Vol. 15. Article ID 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. Vol. 26, N 12. Article ID 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. Vol. 60, N 8. P. 4175-4187. 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. Vol. 8, N 12. Article ID 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. Vol. 9. Article ID 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. Vol. 10, N 8. Article ID 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. Vol. 101, N 2. P. 349-358. DOI: https://doi.org/10.1111/jpn.12452

17. Коденцова В.М., Кошелева О.В., Вржесинская О.А., Гусева Г.В., Зотов В.А., Леоненко С.Н. и др. Влияние обогащения рациона крыс β-глюканами овса на усвоение витаминов группы В, минеральных веществ и липидный обмен // Вопросы питания. 2024. Т. 93, № 1. С. 72-79. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-1-72-79

18. Спиричев В.Б., Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Бекетова Н.А., Харитончик Л.А., Алексеева И.А. и др. Методы оценки витаминной обеспеченности населения : учебно-методическое пособие. Москва : ПКЦ Альтекс, 2001. 68 с.

19. Сокольников А.А., Коденцова В.М., Исаева В.А. Сравнительная оценка биохимических критериев обеспеченности организма тиамином // Вопросы медицинской химии. 1993. Т. 39, № 3. С. 50-53.

20. Вржесинская О.А., Коденцова В.М., Спиричев В.Б., Алексеева И.А., Сокольников А.А. Сравнительная оценка рибофлавинового статуса организма с помощью различных биохимических методов // Вопросы питания. 1994. Т. 63, № 6. С. 9-12.

21. Якушина Л.М., Бекетова Н.А., Бендер Е.Д., Харитончик Л.А. Использование методов ВЭЖХ для определения витаминов в биологических жидкостях и пищевых продуктах // Вопросы питания. 1993. Т. 62, № 1. С. 43-48.

22. Апрятин С.А., Бекетова Н.А., Вржесинская О.А., Ригер Н.А., Евстратова В.С., Трусов Н.В. и др. Влияние В-витаминного дефицита на биохимические, иммунологические показатели и микроэлементный статус крыс и мышей различных линий // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 4. С. 14-24. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10037

23. Тышко Н. В., Садыкова Э.О., Тимонин А.Н., Шестакова С.И., Мустафина О.К., Сото С.Х. Изучение влияния интоксикации кадмием на модели витаминно-минеральной недостаточности у крыс // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 1. С. 63-71. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10007

24. Бекетова Н.А., Коденцова В.М., Леоненко С.Н., Кошелева О.В., Вржесинская О.А., Сото С.Х. и др. Влияние обогащения рациона крыс инулином на усвоение некоторых витаминов и минеральных веществ // Микроэлементы в медицине. 2021. Т. 22, № 3. С. 47-57. DOI: https://doi.org/10.19112/2413-6174-2021-22-3-47-57

25. Коденцова В.М., Леоненко С.Н., Бекетова Н.А., Кошелева О.В., Вржесинская О.А., Сокольников А.А. и др. Инулин как компонент обогащенных пищевых продуктов: влияние на микронутриентный статус организма // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2022. № 3. Р. 34-42. DOI: https://doi.org/10.29296/25877313-2022-03-05

26. Погожева А.В., Коденцова В.М., Шарафетдинов Х.Х. Роль магния и калия в профилактическом и лечебном питании // Вопросы питания. 2022. Т. 91, № 5. С. 29-42. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-5-29-42

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© ООО Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа». Использование текстового и иллюстративного материала данного издания для обучения любых систем искусственного интеллекта, включая машинное обучение и нейросети, запрещено без письменного разрешения правообладателя.