The specific changes in the activity of the antioxidative system of blood under the influence of courses of treatment with the use of mineral water from the Pyatigorsk source modified by nano-scale particles of selenium (an experimental study)

Full Text

В последние годы все большее внимание специалистов привлекают вопросы комплексного применения природных лечебных факторов для оптимизации физиотерапевтических воздействий, фитотерапии и медикаментозного лечения хронических заболеваний и разработки на их основе новых высокоэффективных медицинских технологий, направленных на коррекцию протекающих в организме метаболических процессов [1-3]. Сочетание медикаментозной терапии и внутреннего приема минеральных вод (МВ) с физиотерапевтическими процедурами позволяет проводить санаторно-курортное лечение пациентов с разными стадиями активности эрозивно-язвенного поражения верхних отделов пищеварительного тракта [4, 5]. В зависимости от минерализации и физико-химического состава МВ обладает потенциальными свойствами повышать активность специфических систем организма и уменьшать негативное влияние неспецифических защитных реакций, что позволяет обоснованно использовать различные природные источники Кавказских Минеральных Вод в превентивной курортологии [6]. МВ, являясь носителем макро- и микроэлементов, применяется в коррекции дисэлементозов, связанных с недостаточностью поступления в организм эссенциальных микроэлементов, в том числе при нарушении их усвоения, вследствие патологических процессов желудочнокишечного тракта [7]. Сохраняется актуальность профилактики патологий, ухудшающих качество и продолжительность жизни взрослого населения при ишемической болезни сердца, бронхолегочной патологии и раке, развитие которых связывают с рядом факторов, включающих селенодефицитные состояния [8, 9]. Роль селена ассоциируется с поддержанием высокого антиоксидантного потенциала плазмы, определяющего активность глутатионпероксидазы и уменьшающего вероятность развития атероскелеро- за и связанных с ним заболеваний [10]. В современных работах, посвященных исследованию состава МВ, показано, что микроэлементы в природных водах присутствуют в виде наноструктур и в зависимости от их размеров характеризуются дисперсным моно- и полимодальным распределением [11]. Переход от «микро» к «нано» представляет в науке новую отрасль, касающуюся разработки и внедрения наноматериалов в биологии и медицине. Поэтому обогащение наночастицами селена МВ, в которой этот микроэлемент практически не определяется, является перспективным направлением в исследовании природных вод, модифицированных наноструктурами биогенных металлов, необходимых в профилактике социально значимых заболеваний [12, 13]. Цель исследования - изучить влияние модифицированной наночастицами (НЧ) селена МВ Пятигорского источника на состояние антиоксидантной системы у животных в эксперименте. Материал и методы В исследование включено 46 крыс-самцов линии Вистар 3-месячного возраста. Все животные находились в условиях вивария на стандартном рационе со свободным доступом к воде. МВ Пятигорского источника с минерализацией 5,01 г/л (слабоуглекислую сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридную кальциевонатриевую) модифицировали НЧ селена непосредственно перед поением животных в двух дозах - 40 и 20 мкг/кг. Использовали НЧ селена диаметром не более 35 нм (по данным фотокорреляционной спек- трофотометрии), предоставленные наноцентром Северо-Кавказского федерального университета (Ставрополь). МВ назначали из расчета 1-1,5 мл на 100 г массы тела животного. Животные распределены по 6 группам: в 1-ю (контрольную) группу (n = 6) включены животные, которые находились на свободном поении водопроводной водой (ВВ); 2-я группа (n = 8) получала курс МВ, 3-я (n = 8) - курс МВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг, 4-я (n = 8) - курс МВ с НЧ селена в дозе 20 мкг/кг, 5-я (n = 8) - курс ВВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг, 6-я (n = 8) - курс ВВ с НЧ селена в дозе 20 мкг/кг. Курсовое поение проводили в течение 21 дня и на 22-й день животных декапитировали под легким эфирным наркозом. Исследовали клинические показатели крови животных унифицированными методами: проводили подсчет лейкоцитов в счетной камере Горяева и определяли лейкоцитарную формулу посредством морфологической оценки форменных элементов крови. В сыворотке крови животных определяли уровень глутатионпероксида- зы - Gpx1 (производитель «Abfrontier»), модифицированных малоновым диальдегидом (МДА) окисленных липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) (МБА-oxLDL, «Biomedica Gruppe»), аминотранс- фераз (аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартата- минотрансферазы (АСТ)), общего белка и глюкозы. Статистический анализ результатов выполняли с использованием критерия Ньюмана-Кьюлса для множественных межгрупповых сравнений (различия считали достоверными при р < 0,05, средние величины представлены медианами (Ме) и процен- тилями 25-75). Результаты и обсуждение В оценке активации адаптационных систем лейкоцитарный профиль крови - наиболее доступный и информативный индикатор внешнесредовых воздействий. Изменения общего содержания лейкоцитов крови наблюдались в некоторых опытных группах в сравнении с контрольной (табл. 1). Прослеживалась умеренная лейкоцитарная реакция периферической крови у животных, получавших нативную МВ и ВВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг, по сравнению с контрольными, однако статистически достоверных различий не выявлено. Во всех группах определялся лимфоцитарный профиль лейкоцитов крови, который соответствовал гематологическим показателям крови у крыс Вистар в возрасте 3-4 мес [14]. В результате ранее проводимых работ определены некоторые механизмы действия МВ на мобилизацию адаптационных систем, сопровождающегося интенсификацией метаболических процессов, изменением уровня субстратов окисления, ферментов как в крови, так и в тканях [15]. После курсового поения животных МВ наблюдалось достоверное увеличение уровня глюкозы в крови, при этом он не превышал физиологической нормы (табл. 2). Поение животных ВВ с НЧ селена в дозе 20 мкг/кг, напротив, снижало уровень глюкозы, приближая его к нижним границам нормального содержания в крови. Содержание общего белка в крови практически не различалось между группами, кроме группы животных, получавших ВВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг. Таблица 2 Биохимические показатели крови после курсового поения животных природной и модифицированной МВ с НЧ селена (Ме (25-75°/)) Группа животных Глюкоза, ммоль/л Общий белок, г/л Глутатионпероксидаза, нг/мл МДА-модифицированные окисленные ЛПНП, нг/мл АСТ, Ед/л АЛТ, Ед/л 1-я 4 (4-4,4) 64,2 (62,5-66) 2,4 (2-5,4) 0,9 (0,3-1,5) 231 (223-238) 78(78-92) 2-я 4,8* (4,6-5) 62,8 (61,9-64,3) 6,8 (2,8-9,7) 0,8 (0,5-1,14) 268,7 (236-301) 82,6 (78,6-96) 3-я 4,7 (4,2-5,2) 65,4 (63,6-67,7) 8,4 (4,7-9,7) 1,1 (0,9-1,4) 235,6 (185-277) 101,1 (81,5-107,6) 4-я 4,4 (3,8-5) 60,8 (52,7-63) 7,1 (4,7-12) 0,95 (0,6-1,4) 247,8 (182,4-270) 95,9 (76,2-112,8) 5-я 4,3 (3,9-4,5) 57,9* (53,3-61,9) 8,1 (2,7-11,3) 1 (0,8-1,4) 220,7 (198-235,7) 78,3 (64,6-84,8) 6-я 3,6* (3,4-3,8) 63,4 (61,3-64,5) 3,6 (2,1-6,8) 1,05 (0,6-2,4) 251 (217-305) 82 (72,7- 90,7) Примечание. * - вероятность различия между контрольной и опытными группами при использовании критерия Ньюмана - Кьюлса при р < 0,05. Реализация механизмов адаптации невозможна без усиления окислительных процессов и влияния на состояние про- и антиоксидантной систем. Уровень аминотрансфераз (АЛТ, АСТ) в крови является одним из признаков целостности клеточных и субклеточных мембран, их оценка входит в систему анализа метаболического напряжения при изучении физиологических механизмов адаптации [16]. В данном исследовании уровни АЛТ и АСТ в крови животных находились в пределах значений видовой нормы для крыс линии Вистар, и достоверные различия между группами отсутствовали. Однако после курса МВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг у половины опытных крыс в группе наблюдалась тенденция к повышению уровня АЛТ на 10% по сравнению с контрольными животными (см. табл. 2). Увеличение в крови уровня АЛТ определяет меру устойчивости тканей к окислительному стрессу в условиях интенсификации метаболизма. В оценке повреждающего действия свободными радикалами в тканях наиболее информативным является содержание МДА-модифицированных окисленных ЛПНП. Повышение активности в системах, обеспечивающих Оригинальные статьи Группа животных Лейкоциты. •109/л ' Палочкоядерные нейтрофи- лы, отн. % Сегментоядерные нейтрофи- лы, отн. % Лимфоциты, отн. % Моноциты, отн. % 1-я 10,3 (10,1-11,3) 2(1-2) 16 (14-17) 82 (81-83) 0 (0-1,0) 2-я 14,7 (11,3-16,8) 1 (0-1,5) 12 (9,5-14) 84 (81,5-88,5) 2,5 (1,5-4) 3-я 12,2 (9,2-16,6) 1,5 (1-3) 13 (10,5-14,5) 84,5 (80-87,5) 1 (0,5-3,5) 4-я 9,4 (7,7-12,1) 1 (0,5-1,5) 15,5 (13,5-16) 83 (82-84) 1 (0,5-2) 5-я 13,7 (11,5-17,2) 1 (0-2,5) 11 (6,5-17,5) 87 (79-93) 1 (0-1) 6-я 10,5 (9,3-17,2) 0,5 (0-1) 10,5 (7,5-15,5)88,5 (83,5-91,5) 0,5 (0-1) Таблица Содержание лейкоцитов в крови у животных после курсового поения природной и модифицированной МВ с НЧ селена (Ме (25-75о/ )) 1 окислительные процессы, приводит к увеличению потребности в анти- оксидантной защите тканей. Появляются условия для неполного восстановления кислорода и запуска каскада реакций, прерывание которых возможно на ранних этапах пере- кисного окисления липидов за счет внутриклеточных ферментов [10]. Поступление в организм селена существенно отражается на анти- оксидантной системе защиты мембран от повреждающего действия гидроперекисей (ГП). В присутствии перекисей и при увеличении доступного селена повышается активность ГП. При проведении межгрупповых сравнений достоверных различий по уровню ГП в крови животных не обнаружено (см. табл. 2). Представленные данные указывают на смещение медианы ГП в опытных группах в сторону повышения ее значений (вправо) по сравнению с животными интактной группы, где минимальное значение ГП равно 0,7 нг/мл, а максимальное - 7 нг/мл (см. табл. 2). В опытных группах у половины животных и более уровень ГП превышал 7 нг/мл: при курсовом поении МВ - у 50%, поении МВ с НЧ селена в дозах 20 и 40 мкг/кг - у 75% животных, после поения ВВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг - у 62,5% и ВВ с НЧ селена в дозе 20 мкг/кг - у 25% животных. Таким образом, при курсовом поении МВ с добавлением НЧ селена в обеих концентрациях наблюдалось наибольшее увеличение емкости антиоксидантный системы на этапе восстановления ГП в отличие от курсового поения НЧ селена, растворенными в воде, в которой низкая концентрация селена практически не влияла на активность ГП. Содержание МДА-модифицированных окисленных ЛПНП в крови животных сравниваемых групп практически не отличалось от аналогичного показателя у крыс контрольной группы. Отсутствие различий в содержании в плазме крови МДА- модифицированных окисленных ЛПНП вне зависимости от используемых комбинаций МВ с НЧ селена и ВВ с НЧ селена позволяет отнести НЧ селена в дозах от 20 до 40 мкг/кг к физиологическим, а курсовое применение МВ с НЧ селена считать способным влиять на регуляцию уровня ГП в крови. Original article Особенности взаимодействия систем, ответственных за интенсификацию метаболизма и сопряженных процессов окислительно-восстановительного редокс-потенциала в зависимости от используемых бальнеофакторов, прослеживаются в формировании взаимосвязей между экспрессией селензависимого фермента антиоксидантной системы ГП, содержанием МДА-модифицированных окисленных ЛПНП и неспецифической лейкоцитарной реакцией крови, содержанием субстратов окисления (белка и глюкозы) в крови, показателями аминотрансфераз в крови. При адаптации к природным, в том числе экстремальным, факторам происходит интегрирование систем различных уровней, заинтересованных в жизнеобеспечении организма, таким образом, что появление корреляционных связей между исследуемыми биохимическими параметрами крови может быть результатом ряда реакций, участвующих в формировании функциональных систем под влиянием курсового воздействия исследуемых бальнеофакторов. У здоровых животных определяется обратная корреляционная связь между уровнями АСТ и АЛТ (г = -0,9; p = 0,03), прямая взаимосвязь между АЛТ и МДА-модифицированными окисленными ЛПНП (г = 0,9; p = 0,03). Наиболее сильная обратная связь существует между уровнем АЛТ и концентрацией глюкозы в крови (r = -0,9; р = 0,004), подтверждая взаимосвязь между сохранением целостности клеточных мембран и обеспечением клеток организма энергетическим субстратом. Взаимосвязь между концентрацией АСТ и количеством лейкоцитов в крови (г = 0,9; p = 0,03) может рассматриваться как один из уровней иммунологического контроля за антигенно-структурным гомеостазом организма при нарушении субклеточных структур. Курсовое поение растворенными в воде НЧ селена привело к проявлению связей между субстратами пластического и углеводного обмена - между содержанием глюкозы и общего белка в крови при использовании НЧ селена в дозе 20 мкг/кг (г = 0,6; р = 0,06) и усилением этой взаимосвязи при использовании НЧ селена в дозе 40 мкг/кг (г = 0,8; р = 0,02). Оценка уровней АЛТ, МДА-модифицированных окисленных ЛПНП и ГП в контексте общей метаболической активации и увеличения количества прямых корреляционных связей при курсовом поении животных НЧ селена позволяет судить об их влиянии по крайней мере на процессы субстратного регулирования. При курсовом поении НЧ селена в дозе 20 мкг/кг определяется взаимосвязь между уровнями АЛТ и общего белка (г = 0,7; р = 0,03) в крови, при курсовом поении НЧ селена в дозе 40 мкг/кг - между уровнями АЛТ и глюкозы (г = 0,7; р = 0,03), МДА-модифицированных окисленных ЛПНП и общего белка (г = 0,6; р = 0,07) и ГП и общего белка (г = 0,7; р = 0,05). Неспецифические механизмы интенсификации метаболизма при курсовом поении МВ отражались на корреляционных связях в этой группе. Отмечено наличие обратной связи между уровнями МДА- модифицированных окисленных ЛПНП и глюкозы в крови (г = -0,7; р = 0,02). Подобная связь между МДА-модифицированными окисленными ЛПНП и глюкозой в крови (г = -0,65; р = 0,03) наблюдалась в группе животных, получавших МВ с НЧС в дозе 20 мкл/кг. Усиливались связи, характерные для животных, получавших курсы НЧ селена: при курсовом поении МВ с НЧ селена в дозе 20 мкл/кг - между содержанием глюкозы и общего белка в крови (r = 0,8; р = 0,008) и между уровнями АЛТ и общего белка (г = 0,8; р = 0,002). Курсовое поение МВ с НЧ селена в дозе 40 мкг/кг привело к появлению обратной связи между уровнями ГП и АСТ (г = -0,7; р = 0,05), которая может отражать образование функциональных взаимосвязей между различными уровнями регуляции, повышая емкость антиоксидантной системы за счет уровня глутатионпероксидазы в крови, с одной стороны, и обеспечивая стабилизацию субклеточных структур - с другой. Выводы 1. Интегративная оценка эффективности антиок- сидантной защиты по содержанию МДА-модифи- цированных окисленных ЛПНП крови показала устойчивость липидов к свободнорадикальному окислению в условиях курсового поения животных нативной и модифицированной НЧ селена МВ. 2. Модифицированная НЧ селена МВ в обеих дозах практически одинаково повышала уровень глу- татионпероксидазы в крови животных. Полученные данные свидетельствовали, что использование наименьшей дозы НЧ селена (20 мкг/кг) с МВ приводило к увеличению емкости антиоксидантной системы у здоровых животных, как и при дозе 40 мкг/кг НЧ селена с МВ. Это в последующем позволит подобрать оптимальное количество НЧ для повышения биопотенциала МВ. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

About the authors

Natalia V. Efimenko

The FSBI Pyatigorsk state scientific and research institute of balneology, FMBA Russia

Email: orgotdel@gniik.ru
Honored doctor of the Russian Federation, doctor of medicine, professor, the director of The FSBI For correspondence: PSSRIB, FMBA Russia 357500, Pyatigorsk, Russia

A. V Abramtsova

The FSBI Pyatigorsk state scientific and research institute of balneology, FMBA Russia

357500, Pyatigorsk, Russia

References

Supplementary files