Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы
Важнейшим в теоретическом и практическом отношении в концепции оптимального (здорового) питания является положение о необходимости адекватного снабжения организма макро- и микронутриентами, в том числе эссенциальными микроэлементами [Тутельян В.А., 2005; Погожева А.В., 2010]. Глобальная проблема недостаточной микронутриентной обеспеченности населения различных регионов определяет необходимость научного обоснования, разработки и комплексной медико-биологической оценки безопасности и эффективности использования в питании новых пищевых источников эссенциальных микроэлементов, получаемых с помощью инновационных биотехнологических подходов. С общебиологических позиций, учитывающих эволюционный фактор, очевидна целесообразность использования в питании человека органических форм микроэлементов [Мазо В.К. и др., 2009; Serfass R.E., 2003]. Пищевые источники этих микроэлементов, жизненно необходимых организму человека, должны отвечать требованиям безопасного использования в питании и высокой эффективности для восполнения микроэлементной недостаточности. Это положение относится, в частности, к цинку и селену - эссенциальным микроэлементам, обладающим выраженным антиоксидантным и иммуномодулирующим действием и широко используемым в составе специализированных пищевых продуктов и биологически активных добавках (БАД) [Коденцова В.М. и др., 2011; Багрянцева О.В. и др., 2012; Patrick L., 2004; Prasad AS., 2008]. Специалистами разработано и осуществлено биотехнологическое получение новых пищевых органических форм селена и цинка, проведена в эксперименте оценка их острой токсичности [Зорин С.Н. и др., 2007; Vegarud G.E., 2000; Vanden Berghe D.A., 2002; Costa J.A.V., 2004]. Однако крайне недостаточно исследовано влияние этих пищевых источников селена и цинка на состояние барьера желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), обеспечивающего защиту внутренней среды организма от потенциально возможного избыточного проникновения чужеродных антигенов, токсинов микрофлоры, вирусов и микроорганизмов [Ногаллер А. М. и др., 2008; Finamore A, 2008; Tran CD, 2009; Zhong W, 2010]. Барьерная функция ЖКТ, как известно, реализуется за счет совокупного действия составляющих её компонентов: пищеварительно-транспортного конвейера (желудочно-кишечной моторики, секреции пищеварительных соков, полостного и пристеночного пищеварения), активности ассоциированной с кишечником лимфоидной ткани и, самым существенным образом, эпителиального слоя слизистых оболочек [Daniel R Clayburgh, 2004]. Повышенное поступление белковых макромолекул во внутреннюю среду организма свидетельствует о нарушенной целостности барьера ЖКТ, в первую очередь, эпителия тонкой кишки как зоны преимущественного всасывания нутриентов.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБУ «НИИ питания» РАМН по темам №069 «Экспериментально-клиническая оценка биодоступности новых источников органических соединений некоторых эссенциальных микроэлементов (цинк, селен, йод, медь, марганец)» и №080 «Разработка системы лабораторных тестов для выявления дифференциальной диагностики пищевой аллергии».
Цель работы - экспериментальная оценка биодоступности органических форм селена и цинка и их влияния на состояние слизистой оболочки тонкой кишки лабораторных животных (крыс).
1.2. Основные задачи исследования
1. Провести сравнительную физиолого-биохимическую оценку биодоступности органической (ферментолизат селенсодержащих пищевых дрожжей) и неорганической (селенит натрия) форм селена в эксперименте на растущих крысах-самцах линии Вистар.
2. Количественно охарактеризовать всасывание модельного белкового антигена – куриного овальбумина в ЖКТ растущих крыс-самцов линии Вистар, получавших рацион с адекватным и десятикратно повышенным содержанием селена в составе ферментолизата селенсодержащих пищевых дрожжей.
3. Охарактеризовать состояние слизистой оболочки тонкой кишки растущих крыс-самцов линии Вистар в условиях различной обеспеченности селеном с использованием морфологических методов исследования.
4. Оценить сенсибилизирующее действие ферментолизата селенсодержащих пищевых дрожжей с использованием модели системной анафилаксии у взрослых крыс-самцов линии Вистар.
5. Оценить биодоступность комплекса цинка с ферментолизатом белка мяса мидий в эксперименте на растущих крысах-самцах линии Вистар.
6. Количественно охарактеризовать всасывание модельного белкового антигена – куриного овальбумина в ЖКТ растущих крыс-самцов линии Вистар в условиях различной обеспеченности животных цинком.
1.3. Научная новизна
Впервые установлено, что проницаемость барьера ЖКТ лабораторных животных (растущих крыс) относительно модельного антигена - овальбумина не нарушается (не возрастает) при десятикратном превышении в корме адекватного содержания селена в органической форме - ферментолизате селенсодержащих пищевых дрожжей.
С использованием морфологических методов исследования показано, что как адекватное, так и десятикратно повышенное поступление с рационом селена в органической форме (ферментолизат селенсодержащих пищевых дрожжей) препятствует развитию неблагоприятных изменений в слизистой оболочке тонкой кишки, отмечаемых у крыс, потреблявших селендефицитный рацион.
Показано, что обогащение общевиварного рациона крыс ферментолизатом селенсодержащих пищевых дрожжей (дополнительно 5 мкг селена на крысу в сутки) не приводит к усилению тяжести реакции системной анафилаксии и степени сенсибилизации.
Впервые установлено, что потребление крысами цинка в форме комплекса с ферментолизатом мяса мидий снижает у этих животных проницаемость защитного барьера ЖКТ, характеризуемую всасыванием модельного антигена - овальбумина.
1.4. Практическая значимость работы
Установленная экспериментально в опытах in vivo высокая биодоступность и безопасность органических форм селена и цинка определяют перспективность их дальнейшей клинической апробации для использования в широком спектре продуктов оздоровительного действия, в том числе БАД к пище и специализированных пищевых продуктов, предназначенных для восполнения микроэлементной недостаточности. Экспериментально доказанное для ферментолизата селенсодержащих пищевых дрожжей отсутствие неблагоприятного воздействия на состояние защитного барьера ЖКТ, а также сенсибилизацию и тяжесть анафилактических проявлений у лабораторных животных является дополнительным обоснованием безопасности его использования в составе БАД к пище и специализированных пищевых продуктов. Предложена комплексная экспериментальная оценка эффективности и безопасности использования в питании органических форм пищевых источников селена, включающая не только характеристику биодоступности, восполнения микроэлементной недостаточности, но и влияния на состояние защитного барьера ЖКТ и на анафилактическую чувствительность, которая может быть использована для аналогичной комплексной оценки новых пищевых источников других эссенциальных микроэлементов.
1.5. Внедрение результатов в практику
Материалы диссертации использованы в специализированном курсе лекций «Биохимия эссенциальных микроэлементов» ФГБУ «НИИ питания» РАМН.
1.6. Апробация работы
Материалы диссертационной работы были доложены на X Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье», Москва, 1-3 декабря 2008 г., на III съезде общероссийского союза общественных объединений «Российское общество медицинской элементологии», Москва, 11-13 мая 2012 г.
1.7. Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемом научном журнале, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ, и 1 публикация в сборнике Материалов X Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье».
1.8. Личный вклад соискателя
Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии. Постановка задач, интерпретация полученных результатов осуществлялись совместно с научным руководителем и другими соавторами публикаций.
1.9. Объём и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов. Указатель литературы содержит 71 российский и 124 зарубежных источника. Объем работы составляет 121 страницу машинописного текста, содержит 5 рисунков, 2 фотографии, 1 схему и 17 таблиц.
