Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Углеводный обмен в норме и при сахарном диабете 11
1.1. Физиология углеводного обмена 11
1.2. Нарушения углеводного обмена при сахарном диабете 20
1.3. Использование нелекарственных средств для коррекции патофизиологических нарушений при сахарном диабете 26
ГЛАВА II. Объекты и методы исследования 36
2.1. Организация и дизайн экспериментов 36
2.2. Физико-химические методы анализа
2.2.1. Определение концентрации глюкозы в крови 40
2.2.2. Определение содержания гликогена в печени 40
2.2.3. Определение инсулинорезистентности и толерантности к глюкозе 41
2.2.4. Определение концентрации инсулина, С-пептида и кортикостерона в плазме крови 41
2.2.5. Определение биоэлементов в тканях 43
2.2.6. Определение содержания триглицеридов в крови 43
2.2.7. Морфологический анализ поджелудочной железы 44
2.3. Статистические методы анализа 44
ГЛАВА III. Результаты собственных исследований 46
3.1. Влияние куркумы на биохимические показатели крови крыс в норме и при сахарном диабете 46
3.2. Анализ механизмов действия куркумы на углеводный обмен 51
3.2.1. Особенности процессов всасывания глюкозы в ЖКТ при использовании куркумы в качестве пищевой добавки 52
3.2.2 Влияние куркумы на депонирование углеводов в печени 54
3.2.3 Влияние куркумы на микроэлементный состав тканей крыс в норме и при сахарном диабете 55
3.2.4 Влияние куркумы на концентрацию инсулина, С-пептида и кортикостерона в плазме
3.2.5 Морфологические особенности поджелудочной железы крыс в норме и при сахарном диабете после приема куркумы в качестве пищевой добавки 65
3.3 Анализ различных компонентов куркумы, обладающих гипогликемическим эффектом 69
3.4. Анализ влияния антиоксиданта «Селенофан» на углеводный обмен при сахарном диабете 72
ГЛАВА IV. Обсуждение результатов 77
Выводы 87
Список литературы
- Использование нелекарственных средств для коррекции патофизиологических нарушений при сахарном диабете
- Определение концентрации глюкозы в крови
- Особенности процессов всасывания глюкозы в ЖКТ при использовании куркумы в качестве пищевой добавки
- Морфологические особенности поджелудочной железы крыс в норме и при сахарном диабете после приема куркумы в качестве пищевой добавки
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сахарный диабет (СД) представляет
серьезную медико-социальную проблему в связи с повсеместным
прогрессирующим ростом заболеваемости, хроническим течением и высокой частотой инвалидизирующих осложнений [Шестакова М.В., 2007; Аметов А.С., 2011]. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) СД определен как «эпидемия неинфекционного заболевания» XXI века, представляющая угрозу национальной безопасности всех стран [Глобальный доклад ВОЗ, 2016].
В настоящее время в мире насчитывается более 415 млн больных СД и, по прогнозам ВОЗ, к 2040 г общее число достигнет 642 млн [Атлас диабета IDF, 2015]. За последние 15-20 лет численность больных СД в России увеличилась вдвое. В 2011 году, по данным Государственного регистра, общее число россиян с СД превысило 3,16 млн человек и по прогнозу к 2030 г может достигнуть 5,4 млн человек [Дедов И.И., Шестакова М.В., 2011].
На сегодняшний день для проведения медикаментозной терапии больных СД применяются инъекции инсулина и пероральные сахароснижающие препараты следующих групп: бигуаниды (метформин и др.); секретогены инсулина, производные сульфанилмочевины (глибенкламид, глипизид, гликлазид и др.); производные аминокислот и др. [Nauck M.A. et al., 2004]. Эти препараты, применяемые в клинической практике, несмотря на различный механизм действия, имеют, как правило, побочные эффекты [Аметов А.С., 2008; Балаболкин М.И., Клебанова Е.М., 2008].
В этой связи поиск и изучение природных корректоров углеводного
метаболизма среди лекарственных растений весьма целесообразно, поскольку
многие из них оказывают влияние на сохранение структурного,
функционального, биохимического гомеостаза [Чекина Н.А. с соавт., 2010], чего нельзя сказать о синтетических медикаментах. Внимание исследователей привлекают не только противодиабетические, но и сочетающиеся с ними ангиопротективные свойства растений, которые позволяют отдалить осложнения СД [Барнаулов О.Д., 2008].
Однако, несмотря на широкое применение растений в терапевтической практике, физиологические механизмы действия растительных препаратов остаются мало изученными.
Степень разработанности темы исследования. На сегодняшний день в литературе недостаточно данных, описывающих физиологические механизмы действия ряда растений, в том числе корневища куркумы длинной (Curcuma longa). Имеются сведения, согласно которым использование куркуминоидов (активный компонент куркумы) позволяет уменьшить концентрацию глюкозы в крови и повысить чувствительность к инсулину благодаря увеличению окисления жирных кислот в скелетных мышцах крыс с СД [Murugan P., Pari L., 2006]. Curcuma longa используется также в составе лечебных трав для снижения уровня глюкозы в крови [Sharma N. et al., 1989].
Получен ряд патентов в мире на использование куркумы в качестве гипогликемического средства. Так, описана фармацевтическая композиция, содержащая набор лекарственных растений или их экстрактов, включая
определённую массовую долю корневища куркумы длинной, для регуляции концентрации глюкозы и жира в крови [Патент РФ № 2009119719/15, 2011].
Согласно патенту корейских ученых, предлагается лекарственная смесь трав, в составе которой присутствует Curcuma longa, для лечения больных с инсулин-независимым диабетом и его осложнениями, демонстрирующая лечебный и профилактический эффект в виде снижения содержания глюкозы в крови [Patent KR20020011015].
Для профилактики диабета и лечения связанных с ним осложнений предлагается композиция лекарственных трав, содержащая в своём составе определённую долю корневища куркумы, которая используется для улучшения функции почек, профилактики диабетической ретинопатии и т. п. [United States Patent № US 20110236488 A1, 2012].
Несмотря на описанные гипогликемические свойства куркумы, на этапе
настоящего исследования механизм действия этого растения и ее компонентов
на уровне целостного организма, а также на уровне отдельных звеньев системы
регуляции углеводного обмена практически не изучен. Имеются лишь
одиночные работы, показывающие, что куркума вызывает замедление развития
стрептозотоцинового диабета у белых крыс в эксперименте и способствует при
этом нормализации липидного обмена [Murugan P. et al., 2006]. Кроме того,
куркумин способен предотвращать индукцию гликолиза за счет активации
ключевых ферментов гликогенеза [Sajithlal G.B. et al., 1998], уменьшать
повреждения почек [Babu P.S., Srinivasan K., 1997], снижать уровень глюкозы,
гликозилированного гемоглобина [Arun N., 2002], а также
инсулинорезистентность тканей [Murugan P, Pari L., 2007].
Недостаток и разрозненность представлений о путях гипогликемического влияния куркумы на различные звенья регуляции углеводного обмена послужило основанием для выполнения настоящей работы.
Цель работы: изучить физиологические механизмы действия куркумы на процессы, лежащие в основе углеводного обмена в норме и при аллоксан-индуцированном СД у крыс.
Задачи исследования:
-
Исследовать биохимические показатели плазмы крови у интактных крыс (контроль) и у животных с аллоксановой моделью СД при стандартном питании, а также при использовании куркумы в качестве пищевой добавки.
-
Изучить механизмы действия куркумы на различные звенья углеводного обмена в норме и при аллоксан-индуцированном СД, а именно: всасывание глюкозы в пищеварительном тракте, депонирование углеводов в тканях, инкрецию глюкорегуляторных гормонов, чувствительность тканей к инсулину и толерантность тканей к избыточному поступлению глюкозы.
3. Выяснить структурные компоненты куркумы, вызывающие
гипогликемический эффект у крыс с аллоксановым СД.
4. Оценить влияние куркумы на микроэлементный состав тканей крыс в норме
и при сахарном диабете.
5. Определить возможность использования АО для коррекции углеводного
обмена в норме и при СД.
6. Описать морфофункциональное состояние поджелудочной железы у крыс с аллоксановым СД при использовании порошка корневища куркумы.
Научная новизна. Впервые изучены механизмы влияния порошка корневища куркумы на уровне целостного организма, а также на уровне отдельных звеньев регуляции углеводного обмена в норме и при экспериментальной модели аллоксан-индуцированного СД у крыс.
Впервые показано, что пероральный приём порошка корневища Curcuma
longa в дозе 2% от массы корма в норме и при аллоксан-индуцированном СД
уменьшает скорость всасывания глюкозы в желудочно-кишечном тракте крыс
за счет ингибирования активности Na+-глюкозного котранспортера.
Установлено, что приём порошка корневища куркумы стимулирует процесс
гликогенеза в печени, в результате чего происходит перераспределение
углеводов между плазмой крови и печенью. Показано, что Curcuma longa
повышает концентрацию инсулина, С-пептида и снижает уровень
кортикостерона в плазме в норме и при СД. Впервые выявлено, что приём
порошка корневища куркумы увеличивает чувствительность тканей к
основному сахароснижающему гормону – инсулину и повышает толерантность
организма к избыточному поступлению глюкозы. Установлено, что
гипогликемический эффект Curcuma longa обусловлен комплексом входящих в
состав растения компонентов: куркумином и витаминами С и Е, каждый из
которых в отдельности обладает слабым и непродолжительным
сахаропонижающим эффектом. Наиболее выраженный и продолжительный гипогликемический эффект оказывают АО, о чем свидетельствует модель с использованием искусственного АО «Селенофана». Выявлено, что приём Curcuma longa способствует частичной регенерации структурных элементов поджелудочной железы, усилению кровотока в капиллярах органа, что может способствовать улучшению функционального состояния эндокриноцитов и повышению продукции инсулина.
Положения, выносимые на защиту:
1. Curcuma longa оказывает гипогликемический эффект в норме и при
аллоксан-индуцированном СД у крыс в результате:
а) уменьшения интенсивности всасывания глюкозы в тонком
кишечнике;
б) активации процесса гликогенеза в печени;
в) увеличения в плазме концентрации инсулина и С-пептида и
снижения концентрации контринсулярного (кортикостерон) гормона;
г) повышения чувствительности тканей к основному
сахаропонижающему гормону – инсулину;
д) повышения толерантности тканей к избыточному поступлению
глюкозы;
е) частичной регенерации -клеток островков Лангерганса и
уменьшения структурных повреждений клеток и межклеточного
вещества.
2. Гипогликемический эффект Curcuma longa обусловлен
структурными компонентами растения – куркумином, витаминами и
биологически активными веществами, обладающими мощным антиоксидантным действием.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследования вносят вклад в понимание механизмов действия куркумы на различные звенья регуляции углеводного обмена. Полученные в работе данные позволяют рекомендовать порошок корневища Curcuma longa в качестве дополнительного средства для коррекции нарушений углеводного обмена при СД и профилактики осложнений.
Степень достоверности и апробация результатов. Высокая степень
достоверности результатов подтверждается достаточным количеством
экспериментального материала, использованием набора современных методов исследования различных звеньев регуляции углеводного обмена и выбором адекватных критериев для статистической обработки результатов.
Материалы настоящего исследования докладывались и обсуждались на
IX международной научно-практической конференции «Новости передовой
науки-2013» (17–25 мая 2013 г., София), I Международной научной
конференции «Лекарственные растения: фундаментальные и
прикладные проблемы» (Новосибирск, 2013), XIV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука XXI века» (14–17 мая 2013 г., Красноярск), I Российском конгрессе по комплементарной медицине XXI (31 мая–01 июня 2013, Москва), ХХII Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (16–20 сентября 2013, Москва-Волгоград), международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (7–11 апреля 2014, Москва), IV съезде физиологов СНГ (8–12 октября 2014 г., Сочи-Дагомыс), VII Всероссийская научно-практическая конференция (Новосибирск, 2015), VII всероссийская молодежной научная конференция, посвященная памяти академика РАН Н.А. Агаджаняна «Вопросы фундаментальной и прикладной физиологии в исследованиях студентов вузов» (Киров, 15 мая 2015), 4th International Interdisciplinary conference on Modern problems in systemic regulation of physiological functions» (Moscow, Russia, September 17–18, 2015).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 1 монографии, 21 научных статьях и материалах конференций, в том числе 4 статьях в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК. Зарегистрирован 1 патент.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц, иллюстрирована 16 рисунками. Работа состоит из введения, четырех глав (обзор литературы, объекты и методы исследования, результаты собственных исследований, обсуждение), выводов и списка литературы. Библиографический указатель содержит 225 источников литературы, из них 124 отечественных и 101 зарубежных публикаций.
Использование нелекарственных средств для коррекции патофизиологических нарушений при сахарном диабете
Углеводный обмен – процесс усвоения углеводов в организме, их расщепление с образованием промежуточных и конечных продуктов (деградация, диссимиляция), а также новообразование из соединений, не являющихся углеводами (глюконеогенез), или превращение простых углеводов в более сложные [Кендыш А.М., 1976].
Известно, что основным параметром регулирования углеводного обмена является поддержание концентрации глюкозы в крови на определенном уровне, колебания которого очень невелики (3,3–6,2 ммоль/л) [Песин Я.М., Великородова М.Я., 2014]. Это определяется тем, что глюкоза является веществом, которое необходимо для обеспечения энергетических потребностей клеток организма. В особом положении находятся клетки мозга, которые для нормального протекания внутриклеточных процессов и своего существования могут получать глюкозу только непосредственно из плазмы крови [Buskalew V.M., Gruber K.A., 1984; Block G.N.,1992; Babu P.S., 1998]. Потребность мозга в глюкозе в сутки достигает 120 г (около 20% пула глюкозы), мышечной ткани – 30–100 г (5–16,5%), эритроцитов, семенников, клеток мозгового вещества почек – 40 г (6,5%), жировой ткани и кожи – 10% [Лысиков Ю.А., 2013].
В кровь глюкоза поступает из нескольких источников: из продуктов питания в результате всасывания и путем выделения из клеток самого организма. Углеводы пищи представлены в виде крахмала, гликогена и дисахаридов (сахарозы, лактозы, мальтозы). Они уже в ротовой полости начинают подвергаться расщеплению под действием амилаз [Конь И.Я, 2005].
Всасывание углеводов происходит только в виде моносахаридов, в основном, в тонком кишечнике. Небольшое их количество может также всасываться в толстом кишечнике. Всасывание глюкозы не зависит от ее концентрации в химусе. Глюкоза аккумулируется в эпителиоцитах, и последующий ее транспорт в межклеточные пространства и в кровь происходит в основном по градиенту концентрации [Лысиков Ю.А., 2013].
Существуют многочисленные работы, проведенные в различных лабораториях, по исследованию транспорта глюкозы из полости тонкого кишечника во внутреннюю среду организма [Уголев А.М., 1986; Papenheimer J.R.,1990; Громова Л.В., Груздков А.А., 1993; Kellett G.L., 2001; Громова Л.В. с соавт., 2002]. Всасывание глюкозы в тонкой кишке обеспечивается преимущественно Na+-зависимой системой транспорта [Bowman B.B., 1989]. Активация транспорта глюкозы происходит по схеме: «связывание инсулина с рецептором активация рецепторной киназы (тирозинкиназы) активация аденилатциклазы образование цАМФ активация G-белка высвобождение инозитолфосфат-олигосахаридов из липидов мембран активация переносчика глюкозы ГЛЮТ» [Landsberg L.,Young J.B., 1985; Дедов И.И., 2000; Балаболкин М.И. с соавт., 2003].
Выделяют 2 класса транспортеров глюкозы: к первому классу относят Na+ глюкозный котранспортер, ко второму – 5 изоферментов непосредственных глюкозных транспортеров (ГЛЮТ) [Pan W.H. et al.,1986; Weidmann P., Ferrari P., 1991; Дедов И.И., 2000]. Na+-глюкозный котранспортер (симпортер) экспрессируется в реснитчатых клетках тонкой кишки и проксимальных канальцев почек. Этот белок осуществляет активный транспорт глюкозы из просвета кишки или нефрона против градиента её концентрации путём связывания глюкозы с теми ионами Na+, которые перемещаются по градиенту концентрации [Weidmann P., Ferrari P., 1991; Felber J.P. et al.,1995]. Второй класс переносчиков глюкозы представлен мембранными белками, находящимися на поверхности всех клеток и осуществляющими транспорт глюкозы по градиенту её концентрации (облегченная диффузия) [Шилов А.М., Авшалумов А.Ш., 2009].
В силу высокой осмотической активности глюкоза не может накапливаться в клетках. После поступления глюкозы в клетки начинается процесс фосфорилирования (c расходом энергии АТФ), в результате которого образуется глюкозо-6-фосфат. Эту реакцию во всех клетках осуществляет фермент гексокиназа, фосфорилирующий не только глюкозу, но и другие сахара – фруктозу и маннозу. Следует подчеркнуть, что глюкозо-6-фосфат не может выходить из клетки обратно в кровь. В клетках печени находится еще один фосфорилирующий глюкозу фермент – глюкокиназа. Благодаря этому печеночные клетки могут накапливать больше глюкозы в форме глюкозо-6-фосфата, в результате чего клетки печени быстрее утилизируют глюкозу крови, что очень важно при гипергликемии [Николаев А.Я., 2004].
Определение концентрации глюкозы в крови
В группе животных с аллоксан-индуцированной моделью СД (2 группа), потреблявших с кормом порошок куркумы, на 3 сутки уровень глюкозы достоверно отличался от фонового значения, но был ниже, чем в 1-ой группе, а уже на 6 сутки концентрация моносахарида статистически значимо отличалась от аналогичного показателя группы 1-ой группы и приближалась к фоновому значению. Подобная тенденция сохранялась на протяжении всего наблюдения и на 24 сутки концентрация глюкозы не отличалась от контрольного значения.
Исходя из этого, можно предположить, что порошок корневища куркумы одинаково эффективно оказывал гипогликемическое действие как при кратковременном (6 суток), так и длительном (24 суток) воздействии.
Так как нарушения углеводного обмена нередко сопряжены с изменениями липидного обмена [Котюжинская С.Г., Гоженко Е.А., 2012], то представлялось важным оценить содержание интегрального показателя жирового обмена – триглицеридов (ТГ) у крыс с аллоксановой моделью СД.
В ходе эксперимента выявлено достоверное увеличение ТГ у крыс с моделью СД на стандартном корме (2 группа), что согласуется с литературными данными (табл. 3.2) [Ho J.E. et al., 2003]. Содержание ТГ в группе животных с диабетом на фоне приема куркумы (3 группа) было достоверно ниже аналогичных показателей 2-ой группы и практически не отличалось от контрольных значений. Это свидетельствует о том, что при СД куркума способствовала нормализации не только углеводного, но и липидного обмена.
Для ориентировочной оценки точки приложения куркумы как гипогликемического средства на следующем этапе работы был проведен тест на инсулинорезистентность, позволяющий проверить чувствительность тканей к введению экзогенного гормона.
При исследовании чувствительности к инсулину у здоровых животных, находящихся на стандартном корме, обнаружено достоверное снижение концентрации глюкозы в плазме крови в 1-й и 2-ой часы после введения инсулина, что свидетельствует об адекватной чувствительности тканей к гормону (табл. 3.3). В контрольной группе (1 группа) к 3 часу эксперимента происходило восстановление концентрации глюкозы практически до фоновых значений, а в группе здоровых животных, потреблявших с кормом порошок куркумы (2 группа), гипогликемический эффект на введение инсулина проявлялся слабее, но сохранялся значительно дольше.
В группе животных с аллоксановой моделью СД, в рацион которых входил только стандартный корм (3 группа), наблюдалось отсутствие ответной реакции на введение инсулина в отличие от аналогичных показателей здоровых животных (1 группа). У крыс с СД на фоне приема куркумы (4 группа) достоверное понижение концентрации глюкозы на введение инсулина проявилось на 2-ой и 3-ий часы после инъекции. Таблица 3.3. Концентрация глюкозы в крови крыс после введения инсулина, ммоль/л (M±m) № группы Группы животных п67 5 7 Фон Время после инъекции, час 2 3 1 Контроль 4,1±0,2 зд±о,з+ 3,2±0,3+ 3,7±0,4 2 Контроль+ куркума 5,5±0,1 5,2±0,1 5,1±0,2 4,9±0,2+ 3 сд 11,8±2,7 15,9±3,2 17,6±2,4 16,0±2,8 4 СД+куркума 10,9±2,1 10,0±1,7 А+8,7±1,5 Примечание: см. табл. 3.1 Таким образом, порошок корневища куркумы повышал чувствительность тканей к инсулину при СД, что может объяснить один из механизмов гипогликемического эффекта препарата. На следующем этапе работы проводили пероральный глюкозо-толерантный тест для определения степени поглощения тканями данного моносахарида.
Из таблицы 3.4 видно, что фоновые показатели концентрации глюкозы в контрольных группах находятся в пределах физиологической нормы, однако в группе животных с СД, как находящихся на стандартном корме (3 группа), так и потреблявших куркуму (4 группа), наблюдалось статистически значимое повышение концентрации моносахарида в крови по сравнению с контрольными значениями. Однако прием порошка куркумы вызывал достоверное снижение фоновой концентрации глюкозы у крыс с СД по сравнению с животными на стандартном корме (3 группа). После введения 30%-го раствора глюкозы в контрольной группе (1 группа) наблюдалось незначительное, но статистически значимое увеличение концентрации глюкозы в крови в первый час, которая не выходила за пределы физиологической нормы. В этой группе данный показатель восстанавливался практически до фоновых значений уже на 2-ой час наблюдения. Во 2-ой группе не было обнаружено повышения концентрации глюкозы в крови, несмотря на сахарную нагрузку.
Наряду с этим, в группах с СД на фоне приема как стандартного корма (3 группа), так и куркумы (4 группа) уровень глюкозы в крови животных после глюкозной нагрузки повышался в первый час и оставался достоверно более высоким на протяжении 2-х часов в 3-ей группе. В 4-ой группе уже на 2 час после введения раствора глюкозы содержание моносахарида не отличалось от фоновых значений, в то время как в 3-ей группе данный показатель восстанавливался только к 3 часу эксперимента. Представленные данные свидетельствуют о повышении способности тканей депонировать глюкозу под влиянием куркумы как у здоровых животных, так и при СД.
Обобщая результаты данного раздела, можно заключить, что куркума обладает достаточно выраженным гипогликемическим эффектом как у здоровых животных, так и на фоне СД, что обусловлено повышением чувствительности тканей к основному сахароснижающему гормону-инсулину и повышением толерантности организма к избыточному поступлению углеводов. Для выяснения механизмов этого эффекта и было предпринято следующее исследование.
Материалы, изложенные в настоящем разделе, опубликованы нами лично в соавторстве с Айзманом Р.И., Корощенко Г.А., Герасёвым А.Д., Суботяловым М.А., Луканиной С.Н., Сахаровым А.В. [Гайдарова А.П., 2013; Гайдарова А.П., 2013; Айзман Р.И. с соавт., 2014; Айзман Р.И. с соавт., 2014; Гайдарова А.П., 2014; Айзман Р.И. с соавт., 2015; Гайдарова А.П., Недовесова С.А., 2015].
Наши данные (глава 3.1) и анализ литературных источников свидетельствуют о возможности применения куркумы для понижения концентрации глюкозы в крови [Корощенко Г.А. с соавт., 2011, Patent Application No. KR20020011015, Arun N., Nalini N., 2002; Gupta C.S. et al., 2013]. Однако физиологические механизмы действия растения на разные звенья системы регуляции углеводного баланса в норме и патологии не изучались. Поэтому представлялось важным выяснить механизмы гипогликемического эффекта куркумы у крыс с СД.
Особенности процессов всасывания глюкозы в ЖКТ при использовании куркумы в качестве пищевой добавки
Возможно, это обусловлено нарушением синтеза гликогена при СД в результате снижения активности гликогенсинтетазы и ослабления процессов окисления глюкозы вследствие дефекта в пируватдегидрогеназном комплексе [Согуйко Ю.Р., 2013]. Однако, у крыс с моделью СД на фоне приема куркумы (4 группа) содержание гликогена в печени повышалось почти до контрольного уровня и достоверно отличалось от аналогичных показателей диабетических животных, потреблявших стандартный корм (3 группа). Следует отметить, что у здоровых крыс на фоне приема куркумы (2 группа) уровень гликогена в печени был достоверно ниже контрольных значений (табл. 3.5), что, вероятно, обусловлено снижением концентрации глюкозы в крови у животных данной группы (табл. 3.1).
Очевидно, что одним из механизмов уменьшения концентрации глюкозы в крови на фоне СД после приема порошка корневища куркумы является перераспределение углеводов между плазмой крови и печенью за счет активации процессов гликогенеза.
Материалы, изложенные в настоящем разделе, опубликованы нами лично в соавторстве с Айзманом Р.И., Корощенко Г.А., Суботяловым М.А., Сазоновой О.В., Селивановой С.В., Кудрявцевой Н.А. [Гайдарова А.П. с соавт., 2013; Корощенко Г.А. с соавт., 2013; Гайдарова А.П., Кудрявцева Н.А., 2014; Гайдарова А.П. с соавт., 2015; Айзман Р.И., Гайдарова А.П., 2015].
Одним из важнейших и обязательных условий нормального функционирования организма является поддержание на органном и тканевом уровнях содержания макро- и микроэлементов [Агаджанян Н.А., Скальный А.В., 2001]. Баланс биоэлементов обусловлен их ролью в процессах жизнедеятельности [Селятицкая В.Г.с соавт., 2012] и определяется участием практически во всех видах обмена веществ организма: они являются кофакторами многих ферментов, витаминов, гормонов, участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения, дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании, иммунных реакциях и многих других биохимических и физиологических процессах [Скальный А.В., Рудаков И.А., 2004].
В литературе имеются одиночные сведения о распределении некоторых макро- и микроэлементов в тканях крыс в норме [Сиренко Е.В. 2006; Чурин Б.В., 2012] и при СД [Селятицкая В.Г.с соавт., 2012; Эльбекьян К.С. с соавт., 2011].
Нарушения их баланса при СД проявляются в разнонаправленных изменениях содержания отдельных биоэлементов в крови и тканях [Failla M.L., Kiser R.A., 1981]. Так, имеются данные о снижении концентрация натрия, калия, цинка и меди при одновременном увеличении уровня кальция и железа в крови мышей при аллоксановом диабете [Эльбекьян К.С. с соавт., 2011]. В то же время в тканях печени и легких у крыс наблюдается увеличение цинка, меди, марганца и молибдена. Это позволяет предположить связь изменений содержания макро- и микроэлементов либо с тяжестью заболевания, либо с действием каких-либо дополнительных факторов [Селятицкая В.Г.с соавт., 2012].
Деформированный минеральный обмен может вносить определенный вклад в патогенез заболевания и изменять ответ на лекарственное воздействие [Эльбекьян К.С., 2011]. Поэтому на следующем этапе работы представлялось важным проанализировать элементный статус здоровых крыс, животных с экспериментальной моделью СД и на фоне приема порошка корневища куркумы.
Результаты исследования содержания основных макро- и микроэлементов в тканях и органах депо – печени, мышцах, поджелудочной железе и почках интактных крыс и животных, в рацион которых входил порошок корневища куркумы (контроль), представлены в таблице 3.6. Видно, что независимо от вида ткани, содержание ионов в них распределилось следующим образом по степени убывания: К Na Mg Ca Fe Zn Cu Mn Mb Cr. Таблица 3.6. Элементный состав тканей и органов здоровых крыс (мкг/г) (М ± т)
Примечание: см. табл. 3.1 Сравнение среднего содержания каждого элемента по всем исследованным органам подтвердило это распределение и, вероятно, отражает пул данного минерального вещества в организме (табл.3.7). Однако, в диапазоне нормального содержания каждого элемента его распределение между тканями неодинаково. Так, в печени обнаружено наибольшее содержание Fe, Mn и Zn, в почке – Na и Cu, в поджелудочной железе – Ca, а в мышечной ткани – K и Mg, при этом меньше всего Ca и Na аккумулировано в печени, Mn и Mg – в почках, K – в поджелудочной железе, Cu, Fe и Zn – в мышцах.
Среднее суммарное содержание элементов в тканях крыс по данным исследования печени, почек, мышц и поджелудочной железы (мкг/г) К Na Mg Са Fe Zn Сu Mn Mo Сr 2667,2 719,4 149,4 36,4 22,6 13,8 2,2 0,7 0,3 0Д При анализе минерального состава органов и тканей здоровых крыс, потреблявших с кормом куркуму, практически не обнаружено изменения содержания биоэлементов в органах и тканях, за исключением повышения Fe и Cr только в печени.
Учитывая литературные данные о наличии в растении широкого спектра биоэлементов [Корощенко Г.А. с соавт., 2011], необходимо было определить их содержание, поскольку прием куркумы с кормом мог повлиять на общий пул биоэлементов в организме животных. В таблице 3.8 представлена количественная характеристика биолементов в куркуме.
Поскольку контрольные и экспериментальные животные получали куркуму с пищей, мы сопоставили минеральный состав корма и то дополнительное количество биоэлементов, которое крысы получали с порошком растения (табл.3.9). Как видно, добавочное количество минеральных веществ, поступаемых в организм с куркумой, составляет ничтожно малую величину по сравнению с содержанием этих элементов в корме животных. Поэтому трудно было ожидать увеличения содержания макро- и микроэлементов в органах и тканях крыс, получавших с кормом куркуму. На следующем этапе представлялось важным проанализировать элементный состав органов и тканей крыс на фоне аллоксановой модели СД. Из рисунка 3.3 видно, что по сравнению с аналогичными показателями интактных животных, происходило достоверное повышение концентрации Cu, Fe и Zn в почках, Fe – в печени, Ca, K, Mg и Fe – в поджелудочной железе и Fe – в мышечной ткани.
Морфологические особенности поджелудочной железы крыс в норме и при сахарном диабете после приема куркумы в качестве пищевой добавки
Анализ содержания гликогена в тканях печени показал, что на фоне аллоксанового диабета уровень данного полисахарида был ниже показателей контрольной группы, что может быть обусловлено нарушением синтеза гликогена при СД в результате снижения активности гликогенсинтетазы и ослабления процессов окисления глюкозы вследствие дефекта в пируватдегидрогеназном комплексе [Согуйко Ю.Р. с соавт., 2013]. Однако, под влиянием приема куркумы в печени крыс с аллоксан-индуцированным СД содержание гликогена повышалось практически до контрольного уровня и статистически значимо отличалось от аналогичных показателей животных с СД, потреблявших стандартный корм (табл. 3.5).
Следующей точкой приложения куркумы в регуляции концентрации глюкозы в крови могли быть глюкорегуляторные гормоны. Исследования показали, что на фоне приёма порошка корневища куркумы в крови животных отмечен более высокий уровень инсулина и С-пептида по сравнению с аналогичной группой, не получавшей куркуму. Изменение инкреторной функции поджелудочной железы на фоне приёма порошка корневища куркумы было обусловлено более высокой степенью сохранности клеток островков Лангерганса (рис.3.5). Наши данные подтверждаются литературными, свидетельствующими, что приём порошка корневища куркумы способствовал сохранению и/или восстановлению клеток эндокринной части в условиях введения аллоксана [Корощенко Г.А. и др., 2011].
Для ориентировочной оценки точки приложения куркумы как гипогликемического средства на следующем этапе работы был проведен тест на инсулинорезистентность, позволяющий проверить чувствительность тканей к введению экзогенного гормона. Показано, что порошок корневища куркумы повышал чувствительность тканей к инсулину при СД (табл. 3.3), при этом стимуляция секреции данного гормона (табл. 3.1), вероятно, могла способствовать более быстрому переходу глюкозы в депо, что может объяснить один из механизмов гипогликемического эффекта препарата. В целях определения степени поглощения тканями глюкозы проведен пероральный глюкозо-толерантный тест. Полученные данные (табл.3.4) свидетельствуют о повышении способности тканей депонировать данный моносахарид под влиянием куркумы как у здоровых животных, так и при экспериментальном диабете, что также могло явиться еще одним механизмом уменьшения концентрации глюкозы в крови при СД.
В регуляции углеводного обмена и синтезе инсулина важную роль играют различные макро- и микроэлементы [Скальный А.В., Рудаков И.А, 2004], поэтому на следующем этапе работы представлялось важным проанализировать изменения минерального обмена в норме и при СД до и после приема куркумы.
По среднему содержанию элементов в изученных органах здоровых животных можно составить представление об их пуле в целостном организме: К Na Mg Ca Fe Zn Cu Mn Mb Cr. Однако по каждому элементу имеется определенный диапазон колебаний содержания между органами. Особенно отчетливо это проявляется по макроэлементам, хотя и среди микроэлементов имеется аналогичная тенденция. Так, содержание калия в разных органах колеблется от 2234,9 до 3517,4 мкг/г, тогда как содержание следующего в ряду макроэлемента натрия имеет диапазон от 453,9 до 1150,2 мкг/г, а микроэлемента цинка – от 9 до 19,4 мкг/г (табл. 3.6). Для СД характерно изменение микро- и макроэлементного статуса в резервном пуле организма [Селятицкая В.Г. с соавт., 2012]. Наши данные совпадают с литературными об увеличении содержания ряда элементов в органах крыс при СД [Селятицкая В.Г. с соавт., 2012; Скальный А.В., Рудаков И.А., 2004; Сиренко Е.В., 2006]. Однако, трактовать механизм этих элементных сдвигов сложно. Можно предположить, что статистически значимое увеличение содержания железа в печени у крыс с аллоксан-индуцированным СД и после приема куркумы, по сравнению с показателями интактных животных, является отражением развития окислительного стресса. Известно, что избыток данного эссенциального микроэлемента в организме может играть роль промотора перекисного окисления липидов и способствовать его развитию [Sullivan J.L., 1981], что подтверждают полученные данные о повышении при СД концентрации одного из гормонов стресса – кортикостерона (табл. 3.11).
В литературе имеются данные о накоплении Cu и Zn в печени и других тканях крыс с диабетом. Авторы объясняют накопление макро- и микроэлементов экспрессией Zn-, Cu-содержащих супероксиддисмутаз и металлотионеинов, и расценивают это как защиту от действия окислительного стресса [Cai L., 2004; Madsen-Bouterse S.A. et al., 2010]. В нашем исследовании не выявлено повышения концентрации Cu и Zn в поджелудочной железе крыс при диабете, однако содержание цинка возрастало в почке после приема куркумы.
По другим элементам прием куркумы у крыс с СД не вызывал каких-либо изменений их содержания в тканях.
Знание о содержании макро- и микроэлементов в органах и тканях здоровых животных разного эволюционного уровня важно для понимания формирования механизмов их гомеостатической регуляции в норме. Литературные данные не дают в полном объеме представления о распределении биоэлементов в здоровом организме [Скальный А.В., Рудаков И.А., 2004; Сиренко Е.В., 2006], поэтому полученные нами данные могут служить ориентиром для оценки минерального состава тканей млекопитающих (крыс) как в норме, так и при патологии, поскольку элементный дисбаланс может играть существенную роль в патогенезе заболеваний [Селятицкая В.Г. с соавт., 2012].
В последние годы в фитомедицине ключевым моментом является исследование взаимодействия веществ, входящих в состав растений [Вагнер Х., Ульрих-Мерцених Г., 2016]. Так как порошок корневища Curcuma longa является многокомпонентным соединением [Srinivas L. еt al., 1992; Мусатов М.И., Гайдуль К.В., 2015], на следующем этапе исследования представлялось важным проанализировать действие некоторых из его составляющих в гипогликемическом эффекте растения. Одними из наиболее изученных компонентов куркумы рассматриваются куркумин [Гольдина И.А., Гайдуль К.В., 2015], а также широкий спектр витаминов, в частности С и Е, обладающих антиоксидантыми свойствами.
Показано, что входящие в состав корневища куркумы куркумин, витамины С и Е, оказывают менее существенное влияние на снижение концентрации глюкозы в плазме крови крыс с СД по сравнению с целым растением. Поэтому можно было думать, что кроме исследованных компонентов, входящих в состав растения, важную роль в гипогликемическом эффекте куркумы играют другие, не анализируемые в настоящем исследовании вещества. В первую очередь, мы обратили внимание на АО, которые используются для коррекции углеводного обмена при его нарушениях нередко в качестве симптоматических средств [Бондарь И.А., Климонтов В.В., 2001]. Чтобы исключить влияние других компонентов, мы выбрали для проведения эксперимента искусственный АО «Селенофан», в структуре которого присутствуют фенольные и селенидный фрагменты, что позволяет, воздействуя на разные пути генерации активных форм кислорода, эффективно защищать клетки от окислительных повреждений [Хольшин С.В. с соавт., 2013].