Развитие адаптивных реакций при применении питьевой минеральной воды и электромагнитного излучения на фоне действия высококалорийной диеты на модели экспериментального метаболического синдрома

Метаболический синдром вызывает значительные структурно-функциональные нарушения в разных органах и системах организма [1—4]. В условиях моделирования этого синдрома, которое в проведенной ранее работе [5, 6] осуществляли с применением высококалорийной диеты, было показано, что питьевая сульфатная минеральная вода (МВ) и низкочастотное электромагнитное излучение (ЭМИ) сверхвысокой частоты (СВЧ) в той или иной мере усиливают интенсивность развития адаптационно-защитных и компенсаторных процессов [7, 8]. Однако действие этих факторов на механизмы важнейших адаптационных реакций, в частности антиоксидантной защиты, белкового синтеза, процессов клеточной и внутриклеточной регенерации, остаются еще малоизученными и недостаточно ясными. Таким образом, представляется важным исследовать особенности развития адаптационных реакций при действии МВ и ЭМИ СВЧ в разных условиях их применения — как на фоне влияния этиологического (патогенного) фактора, каким становится высококалорийная диета в этом эксперименте, так и после его устранения (отмены). При этом создаются новые условия для развития защитных сил организма, что может отразиться на механизмах адаптации и эффективности действия используемых лечебных физических факторов. Все эти вопросы имеют непосредственное отношение к разработке новых более эффективных этиологических и патогенетических методов санаторно-курортного лечения, однако они практически не освещены в литературе.

Цель исследования — выявить особенности развития адаптационно-защитных реакций при сочетанном применении питьевой сульфатной МВ и низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ на фоне действия высококалорийной диеты и после ее отмены на раннем этапе развития экспериментального метаболического синдрома.

Работа выполнена на 40 нелинейных крысах-самцах массой 200—220 г. Животные были получены из питомника «Столбовая» НЦБМТ ФМБА России. Исследование выполняли в соответствии с Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.1977 №755) и требований Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986). Модель метаболического синдрома воспроизводили в течение 60 сут с применением высококалорийной диеты с избыточным потреблением насыщенных жиров и углеводов (добавление 20% маргарина к стандартному корму и 20% раствора фруктозы в качестве питья [5].

Все животные были разделены на 5 групп (2 опытные, 2 контрольные и 1 интактную). В 1-й опытной группе крысы получали сульфатную МВ в сочетании с ЭМИ СВЧ на фоне применения высококалорийной диеты; контролем к этой группе служили крысы, получавшие только высококалорийную диету (1-я контрольная группа). Во 2-й опытной группе крысы также получали сульфатную МВ в сочетании с ЭМИ СВЧ, но после окончания моделирования метаболического синдрома и устранения (отмены) высококалорийной диеты; контролем к этой группе служили крысы, получавшие стандартный корм после устранения высококалорийной диеты (2-я контрольная группа). Группа интактных животных никаким воздействиям не подвергалась. Все животные содержались в стандартных условиях вивария. Питьевую сульфатную кальциево-натриевую МВ (концентрация сульфат-ионов 1,6 г/л, минерализация 3,6 г/л,) животным начинали вводить на 8-е сутки от начала диеты (в 1-й опытной группе) и сразу после отмены диеты (во 2-й опытной группе), внутрижелудочно, 1 раз в день по 3 мл через иглу с оливой на конце в течение 24 сут. После окончания курса поения МВ начинали проводить курс из 12 процедур низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ от аппарата «Акватон-2» (площадь потока мощности менее 1 мкВт/см², частота около 1000 мГц), ежедневно, по 2 мин на поясничную область (зона проекции надпочечников). Животных опытных и контрольных групп декапитировали одновременно на следующие сутки после окончания курса процедур. Объектами исследования являлись печень, семенники, кровь. Методы исследования: биохимические — в сыворотке крови определяли уровень глюкозы и инсулина с помощью биохимического анализатора KONELAB PRIME 30i («Термофишер», Япония) и наборов «Вектор-Бест» (Россия), антиоксидантную активность (АОА) выявляли с помощью модельной системы в виде суспензии липопротеидов желтка куриного яйца, содержание нуклеиновых кислот (РНК и ДНК) определяли двуволновым спектрофотометрическим методом в модификации; содержание белка — биуретовым методом [7]; светооптические — обзорные (гематоксилин и эозин), морфометрические — подсчет 100 извитых семенных канальцев (ИСК) с разным числом генераций половых клеток (от 4 до 0) и 50 клеток Сертоли на условную единицу площади. Для электронно-микроскопических исследований кусочки печени фиксировали в 2,5% растворе глютаральдегида, постфиксировали в 1% растворе OsO₄, после обезвоживания заключали в смесь эпон-аралдит. Исследование образцов проводили с помощью электронного микроскопа Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss STM Nano Technology System Division.

Достоверность различий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента.

При биохимическом исследовании сыворотки крови у животных контрольных групп было установлено повышение уровня глюкозы, особенно в 1-й контрольной группе (на 14,3%; p<0,01) по сравнению с интактной группой, при этом уровень инсулина проявлял тенденцию к снижению. В печени характерным являлось достоверное снижение содержания РНК (p<0,01), ДНК (p<0,01), общего белка (p<0,01), ослабление АОА. Во 2-й контрольной группе, т.е. в условиях отмены диеты, указанные показатели снижались в меньшей степени за счет усиления естественных адаптационно-защитных реакций организма. Морфологические изменения в печени характеризовались развитием дистрофических, а иногда и некробиотических процессов, часто обнаруживались клетки с просветленной цитоплазмой и с явлениями жировой дистрофии. Общее число деструктивно измененных гепатоцитов в 1-й контрольной группе возрастало более чем в 4 раза по сравнению с интактными животными. Во 2-й контрольной группе эти явления дистрофии и деструкции проявлялись слабее. В семенниках наблюдался тот же характер структурно-функциональных нарушений, что и в печени. Все эти данные указывают на то, что применение высококалорийной диеты вызывает в организме целый комплекс различных структурно-метаболических нарушений, связанных с изменениями обменных процессов и развитием дезадаптационных расстройств на раннем этапе формирования метаболического синдрома. Наиболее выраженные нарушения происходили на фоне действия диеты, после ее устранения степень этих нарушений проявлялась слабее.

Применение питьевой МВ и ЭМИ СВЧ оказывало разное влияние на интенсивность развития адаптационно-защитных и компенсаторных реакций у животных опытных групп. Биохимический анализ крови показал, что повышенный уровень глюкозы у животных 1-й опытной группы снижался в виде тенденции, тогда как во 2-й опытной группе этот показатель был достоверно снижен (на 26,2%; p<0,01) и проявлялся в сочетании с наиболее высоким уровнем инсулина (табл. 1). В печени адаптационные метаболические сдвиги имели следующие особенности: в 1-й опытной группе на фоне диеты наблюдалось наиболее выраженное усиление АОА по сравнению с контролем (на 69,2%; p<0,01), которое сочеталось с менее выраженной активацией белоксинтезирующих процессов, при этом содержание РНК возрастало на 7,13% (p< 0,01), ДНК — на 13,0% (p<0,01), общего белка — на 24,5% (см. табл. 1, рис. 1). Во 2-й опытной группе, т.е. после устранения диеты, интенсивность АОА в печени проявлялась слабее по сравнению с контролем, что было связано с усилением ее исходной естественной активности, хотя в целом она продолжала оставаться высокой (как и в 1-й опытной группе). В этих условиях происходило выраженное усиление интенсивности белкового синтеза про сравнению с контролем, на что указывало увеличение содержания РНК на 24,1% (p<0,01), ДНК на 19,8% (p<0,01) и общего белка на 29,4% (см. табл. 1, рис. 1). Все указанные показатели превышали также уровень таковых и в 1-й опытной группе. В семенниках в целом отмечалась та же закономерность в интенсивности развития адаптационных сдвигов, что и в печени (табл. 2, рис. 2): у животных 1-й опытной группы на фоне диеты резко интенсифицировалась АОА (на 72,4%; p<0,01) по сравнению с контролем, тогда как белковый синтез проявлялся явно слабее, чем АОА. После устранения диеты активность белоксинтезирующих процессов отчетливо возрастала как по сравнению с контролем, так и по сравнению с 1-й опытной группой, причем в наибольшей мере это касалось содержания РНК: увеличение на 36,7% (p<0,01) и на 23,9% (p<0,01) соответственно.

Таблица 1. Динамика биохимических показателей крови, нуклеиновых кислот и белка в печени под влиянием МВ и ЭМИ СВЧ при экспериментальном метаболическом синдроме (M±m)

Примечание.* — p<0,01 по сравнению с интактной группой; ** — p<0,01 по сравнению с контрольной группой.

Рис. 1. Динамика уровня антиоксидантной активности, нуклеиновых кислот и общего белка в печени крыс под влиянием МВ и ЭМИ СВЧ при экспериментальном метаболическом синдроме.

Здесь и на рис. 2: 1 — 1-я контрольная группа; 2 — 1-я экспериментальная группа; 3 — 2-я контрольная группа; 4 — 2-я экспериментальная группа. * — p<0,01 по сравнению с интактной группой; ** — p<0,01 по сравнению с контрольной группой.

Таблица 2. Изменение метаболических процессов в семенниках крыс под влиянием МВ и ЭМИ СВЧ при экспериментальном метаболическом синдроме (M±m)

Примечание. * — p<0,01 по сравнению с интактной группой; ** — p<0,01 по сравнению с контрольной группой.

Рис.2. Динамика уровня антиоксидантной активности, нуклеиновых кислот и общего белка в семенниках крыс под влиянием МВ и ЭМИ СВЧ при экспериментальном метаболическом синдроме.

Следовательно, при действии питьевой МВ и ЭМИ СВЧ на фоне диеты как в печени, так и в семенниках крыс было выявлено отчетливое усиление защитной функции АОА, тогда как в условиях устранения этого фактора в большей степени возрастала интенсивность белоксинтезирующих реакций, направленных на развитие компенсаторно-приспособительных и восстановительных процессов.

На светооптическом и ультраструктурном уровнях также отмечались различия в интенсивности адаптационных реакций между опытными группами. Так, в печени у животных 2-й опытной группы в большей степени уменьшалась выраженность дистрофических и дегенеративных процессов, при этом возрастало число двуядерных гепатоцитов (на 12,3%), а также двуядрышковых и трехядрышковых ядер по сравнению с контролем и 1-й опытной группой. В семенниках животных 1-й опытной группы повышалось содержание клеток Сертоли (на 18,8%, p<0,01), что было связано, видимо, с необходимостью выполнения их многочисленных функций, тогда как во 2-й опытной группе, после устранения диеты и улучшения условий для функционирования органа их количество снижалось, хотя и продолжало оставаться выше уровня интакта. На ультраструктурном уровне в гепатоцитах наиболее характерные изменения были обнаружены со стороны митохондрий, количество которых в 1-й опытной группе возрастало по сравнению с контролем на 48,7% (p<0,01). Однако при этом уменьшалась их средняя площадь на 34,0% (p<0,05), что приводило к снижению суммарной (общей) площади митохондрий несмотря на увеличение их численности. Во 2-й опытной группе количество митохондрий проявляло только тенденцию к увеличению по сравнению с 1-й опытной группой (на 9,6%), но главное отличие заключалось в другом: их средняя и суммарная площадь повышались на 33,2 и 39,7% соответственно. В основе этих сдвигов лежат различия в интенсивности процессов внутриклеточной регенерации: ослабление внутримитохондриальной формы регенерации у животных 1-й опытной группы и значительное ее усиление во 2-й опытной группе, что способствовует укреплению биоэнергетических ресурсов в ткани печени. Наряду с митохондриями в отдельных гепатоцитах обнаруживалось увеличение и других ультраструктур — гранулярной эндоплазматической сети, небольшие скопления рибосом и полисом, что может также свидетельствовать о развитии процессов регенерации.

Таким образом, применение МВ и ЭМИ СВЧ в разных условиях развития экспериментального метаболического синдрома — на фоне действия высококалорийной диеты и после ее устранения — вызывало активацию разных по своему характеру и степени интенсивности адаптационно-защитных реакций. При применении МВ и ЭМИ СВЧ на фоне диеты в наибольшей мере происходило усиление активности защитной эндогенной антиоксидантной системы, направленной на нейтрализацию (ликвидацию) негативного действия этого фактора и на защиту организма в целом. Развивающиеся при этом белоксинтезирующие процессы хотя и усиливались, но проявлялись явно слабее, чем защитная антиоксидантная функция организма. Другой характер адаптивных сдвигов происходил после устранения высококалорийной диеты. В этих условиях в организме усиливались естественные природные адаптационные реакции, которые при действии МВ и ЭМИ СВЧ в еще большей степени повышали свою активность. Это проявлялось в более выраженном снижении уровня глюкозы в крови, в увеличении содержания нуклеиновых кислот и общих белков, что способствовало усилению процессов клеточной и внутриклеточной регенерации, необходимых для восстановления поврежденных и образования новых клеточных структур. Следовательно, в зависимости от наличия или отсутствия высококалорийной диеты действие МВ и ЭМИ СВЧ оказывало более выраженную поддержку тем адаптационным реакциям, которые необходимы организму в данных конкретных условиях метаболического синдрома: соответственно вначале это проявлялось в повышении АОА, а затем, после устранения негативного фактора, в усилении стимуляции биосинтетических и регенеративных процессов. Ускоренное их развитие было обусловлено антиоксидантным, мембраностабилизирующим и детоксицирующим действием МВ и ЭМИ СВЧ на различные функциональные системы и механизмы нейроэндокринной регуляции.

Результаты исследования могут быть использованы для разработок проблемы регуляции адаптивных реакций с применением лечебных физических факторов и создания новых высокоэффективных методов профилактики и лечения метаболического синдрома.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Ю.Н. Королев; сбор и обработка материала, статистическая обработка данных — Л.А. Никулина, Л.В. Михайлик; написание текста и редактирование — Ю.Н. Королев.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.