Оценка цитолитического эффекта тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня

Вопр. питания. 2017. Т. 86. № 1. С. 35-40.

Расширение ассортимента отечественных продуктов, в том числе специализированного назначения, -одна из приоритетных задач пищевой и перерабатыва­ющей промышленности, что определяется указами Пре­зидента РФ и постановлениями Правительства РФ [1]. Основное внимание направлено на обеспечение качества и безопасности разрабатываемой продукции, формиру­ющей здоровье нации [2].

Одной из востребованных групп продуктов функцио­нального назначения являются тонизирующие напитки, объем производства которых неуклонно растет как в нашей стране, так и за рубежом. Отличительная осо­бенность безалкогольных тонизирующих напитков -их способность оказывать стимулирующее действие на организм человека в целом и на функциональную активность отдельных органов и тканей [3]. В част­ности кофеин способен улучшать настроение и когни­тивные функции [4], а экстракт женьшеня оказывает модулирующее действие на фагоцитарную активность лейкоцитов, пролиферацию лимфоцитов и выработку антител [3, 5]. Являясь адаптогенным средством рас­тительного происхождения, препараты женьшеня ока­зывают стимулирующее воздействие на центральную нервную систему и метаболические процессы в организ­ме, поэтому они широко используются для повышения умственной и физической работоспособности, лече­ния амнезии [6], улучшения мнестических процессов при старении и ишемических повреждениях головного мозга [7, 8].

Однако, несмотря на широкое применение тонизиру­ющих компонентов женьшеня и многочисленные иссле­дования, остается нерешенным вопрос о безопаснос­ти длительного употребления тонизирующих напитков, содержащих растительные адаптогены. В связи с этим необходима не только оценка влияния на организм, отдельные органы и ткани разового употребления опре­деленных доз и концентраций тонизирующих напитков, более актуальна разработка способов прогнозирования безопасности длительного употребления различных доз тонизирующих напитков, в частности прогнозирование риска развития цитолиза в различных органах и тканях.

Цель исследования - оценить риск развития цитолиза в сердце, печени, головном мозге и скелетных мышцах при длительном употреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня и возможность его математи­ческого прогнозирования.

Материал и методы

Исследование выполнено на половозрелых крысах-самцах линии Вистар с исходной массой тела 461±23 г (n=30) в соответствии с принципами Европейской конвенции (Страсбург, 1986) о гуманном обращении с животными, используемыми для экспериментов или в иных научных целях.

Животные были разделены на 2 группы: опытную (n=15) и контрольную (n=15), животным которой вместо тонизирующего напитка вводили соответствующий объем водопроводной воды, очищенной с помощью бы­тового фильтра "Барьер".

Тонизирующие напитки готовили в соответствии с ГОСТ Р 52844-2007 с использованием сухого экс­тракта женьшеня (ЗАО "Лекарственные травы", РФ). Приготовленный напиток, содержащий 46 мг/л панаксозидов, вводили из расчета 15 мкг на 1 кг массы тела глоточным зондом троекратно (в 9.00, 13.00 и 17.00 ч) ежедневно на протяжении 21 сут.

Животных выводили из эксперимента путем декапитации после предварительной ингаляции диэтилового эфира. Смешанную кровь отбирали в стериль­ные пробирки с ЭДТА-К₃ и центрифугировали (10 мин, 4000 об/мин, центрифуга СМ-12 с угловым ротором с крутящим моментом 2100g). До проведения анализа плазму крови хранили (3-5 сут) в морозильной камере при -18 °С. Плазма подвергалась только однократному замораживанию-оттаиванию.

Активность ферментов - маркеров цитолиза оп­ределяли спектрофотометрически на СФ-2000 (ЗАО "ОКБ Спектр", РФ) при 37 °С с использованием на­боров реактивов аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) (ООО "Ольвекс Диагностикум", РФ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) (АО "ДИАКОН-ДС", РФ) и креатинкиназы (КК) ("HUMAN", Германия).

Прогноз риска развития цитолиза при длительном употреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня оценивали методом трехфакторного регрес­сионного анализа с построением математической мо­дели средствами пакета анализа в Microsoft Office Excel 2010, который позволяет:

1. Производить расчет различного вида регрессион­ных моделей.

2. Проверять гипотезу адекватности модели имею­щимся наблюдениям.

3. Использовать модель для прогнозирования значе­ний зависимой переменной при новых значениях неза­висимой переменной.

Результаты и обсуждение

При употреблении крысами тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня в течение 21 сут не произошло таких изменений активности аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и кератинкиназы (КК), которые отражают цитолиз (табл. 1), что свидетельствует о био­логической безопасности длительного употребления данного напитка. Это подтверждается также отсутс­твием достоверных различий активности ферментов -маркеров цитолиза с таковыми у животных контроль­ной серии, которые вместо тонизирующего напитка получали очищенную воду.

Однако, несмотря на отсутствие различий, нельзя с полной уверенностью исключить возможность развития цитолиза при других вариантах потребления тонизирующих напитков, так как при повышении концентрации или объема потребляемого напитка вследствие увеличения стимулирующего действия возможно такое возрастание функциональной актив­ности гепатоцитов, кардиомиоцитов, клеток крови, головного мозга и скелетных мышц, которое может привести к их цитолизу. Поэтому для математической оценки прогноза развития цитолиза с использовани­ем математических моделей была выбрана модель, в которой в качестве функции отклика определяется общая активность ЛДГ.

При этом авторы исходили из того, что ЛДГ явля­ется внутриклеточным ферментом, который имеется практически во всех клетках организма, но пред­ставлен в них в виде пяти различных изоферментов с достаточно выраженной тканевой и органной специфичностью. Повышение в крови активности изоферментов ЛДГ₁ и ЛДГ₂ отражает преимущест­венно цитолиз кардиомиоцитов, ЛДГ₃ - клеток легоч­ной ткани, ЛДГ₄ и ЛДГ₅ - гепатоцитов и скелетных мышц. Эти свойства отличают ЛДГ как фермент -маркер цитолиза от других ферментов-маркеров с более узкой специфичностью. Поэтому представля­лось целесообразным оценить корреляционную зави­симость между изменениями общей активности ЛДГ как интегрального маркера цитолиза и активности других маркеров (АЛТ, АСТ и КК) при длительном потреблении тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня.

Построение трехфакторной модели сводится к вы­воду нелинейного уравнения регрессии, которое опре­деляет эмпирическую зависимость функции отклика общей активности ЛДГ (Y) от независимых факторов активности ферментов АЛТ (X₁), АСТ (Х₂), КК (Х₃) и их взаимодействий. Вид и численные значения парамет­ров уравнения регрессии устанавливают с помощью метода наименьших квадратов отклонений эмпиричес­ких данных от выравненных (восстановленных модель­ных данных).

Факторный эксперимент характеризуется количест­венными показателями, выраженными в Ед/л: X₁ - АЛТ; Х₂ - АСТ; Х₃ - КК; функция отклика Y - ЛДГ (табл. 2). Целью регрессионного анализа является определение такого сочетания факторов Х₁, Х₂, Х₃, при котором зна­чение функции отклика принимает значение в референ­тных пределах.

В результате моделирования уравнение изменения активности ЛДГ у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с женьшенем, имеет вид:

Y = 9,19X₁ + 1659,88X₂ - 3,75X₃ - 0,55Х₂3 - 34977,11;

31,4≤X₁≤34,6; 29,7≤X₂≤33,3; 10≤X₃≤15.

Регрессионная статистика дала высокую оценку ка­чества модели. Значение множественного коэффици­ента детерминации R²=0,97 показывает, что 97% общей вариации активности ЛДГ у крыс объясняется вариаци­ей факторных признаков. Выбранные факторы оказы­вают существенное влияние на изменение ЛДГ у крыс. Уровень значимости 3х10⁸ подтверждает значимость коэффициента детерминации и уравнения изменения активности ЛДГ у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстрактом женьшеня.

Показатель средней ошибки аппроксимации 3,49% характеризует достаточно высокую адекватность полученного уравнения. Отметим статистическую значимость всех параметров: стандартные ошибки параметров уравнения меньше соответствующих ко­эффициентов.

Таким образом, полученная модель позволяет адек­ватно оценить изменение активности ЛДГ у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстрактом женьшеня, при изменении факторов в референтных диапазонах (рис. 1).

Поверхность отклика позволяет сделать вывод, что у крыс, потреблявших тонизирующий напиток с экстра­ктом женьшеня, значения ЛДГ изменяются в пределах референтных значений (170-480 Ед/л).

Для определения максимального (минимального) значения ЛДГ в областях изменения активности фер­ментов АСТ, АЛТ, КК решалась задача нелинейного программирования методом обобщенного приведенно­го градиента:

Y=9,19X₁+1659,88X₂-3,75X₃ -0,55X₂3-34977,11→max (min);

31,4≤X₁≤34,6; 29,7≤X₂≤33,3; 10≤X₃≤15.

В результате наибольшее значение активности ЛДГ у крыс при длительном потреблении тонизирующего на­питка по оценке полученной модели состав ит 423,9 Ед/л при активности ферментов АЛТ - 34,6 Ед/л, АСТ -31,7 Ед/л, КК - 10 Ед/л. Наименьшее значение актив­ности ЛДГ по полученной модели составит 170 Ед/л при уровне АЛТ - 31,4 Ед/л, АСТ - 29,7 Ед/л, КК 15 Ед/л.

Наибольшее влияние на изменения активности ЛДГ оказывает изменение активности АСТ, увеличение ак­тивности АЛТ приводит к увеличению активности ЛДГ, тогда как КК оказывает противоположное действие: увеличение активности КК приводит к снижению актив­ности ЛДГ.

Аналогичным образом проводили построение мате­матической модели для животных контрольной группы (рис. 2).

В результате моделирования уравнение изменения активности ЛДГ у крыс контрольной группы, потребляв­ших воду, имеет вид:

Y=21,72X₁+238,1X₂+2,12X₃ -0,09Х₂3-5187,01;

33,7≤X₁≤34,3; 29,9≤X₂≤31,5; 11≤ X₃≤15.

Поверхность отклика позволяет сделать вывод, что у крыс контрольной группы значения ЛДГ варьируют в меньшем диапазоне (270-305 Ед/л).

При решении задачи нелинейного программирования методом обобщенного приведенного градиента наи­большее значение активности ЛДГ у крыс контроль­ной группы по полученной модели составит 304,9 Ед/л при активности ферментов АЛТ - 34,3 Ед/л, АСТ -29,9 Ед/л, КК - 15 Ед/л. Наименьшее значение активнос­ти ЛДГ по полученной модели составит 270 Ед/л при ак­тивности АЛТ - 33,7 Ед/л, АСТ - 31,5 Ед/л, КК - 11 Ед/л.

Таким образом, длительное потребление (21 день) тонизирующего напитка с экстрактом женьшеня не сопровождается патогенетически значимым увеличени­ем цитолиза, оцениваемого по изменению активности в крови ферментов - маркеров цитолиза АЛТ, АСТ, КК и ЛДГ в сердце, печени, мозге и скелетных мышцах. Это совпадает с оценкой прогноза цитолиза с помощью трехфакторных математических моделей. Вместе с тем разработанные математические модели позволили ус­тановить, что при изменении режима дозирования и кон­центрации напитка возможно повышение активности ЛДГ, соответствующее таковому при цитолизе.

Сведения об авторах

Татьяна Вячеславовна Котова

Cтепень/зв.: кандидат фармацевтических наук, доцент

Должность: доцент кафедры торгового дела

Место работы: Кемеровский институт (филиал) ФГБОУ ВО "Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова"

Почтовый адрес: 650992, г. Кемерово, пр. Кузнецкий, д. 39

Телефон: (3842) 75-76-15

e-mail: t_kotova@inbox.ru

Алла Николаевна Солопова

Cтепень/зв.: кандидат технических наук, доцент

Должность: доцент кафедры информационных технологий и прикладной математики

Место работы: Кемеровский институт (филиал) ФГБОУ ВО "Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова"

e-mail: allaslp@mail.ru

Андрей Сергеевич Сухих

Cтепень/зв.: кандидат фармацевтических наук, доцент

Должность: старший научный сотрудник центральной научной исследовательской лаборатории

Место работы: ФГБОУ ВО "Кемеровский государственный медицинский университет" Минздрава России

e-mail: suhih_as@list.ru

Александр Сергеевич Разумов

Cтепень/зв.: доктор медицинских наук, профессор

Должность: старший научный сотрудник центральной научной исследовательской лаборатории

Место работы: ФГБОУ ВО "Кемеровский государственный медицинский университет" Минздрава России

e-mail: De-Na@yandex.ru

Анна Сергеевна Березина

Должность: старший преподаватель кафедры менеджмента и агробизнеса

Место работы: ФГБОУ ВО "Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт"

e-mail: berezina_1979@mail.ru

Валерий Михайлович Позняковский

Cтепень/зв.: доктор биологических наук, профессор

Должность: профессор кафедры гостиничного и ресторанного бизнеса

Место работы: ФГБОУ ВО "Сочинский государственный университет"

e-mail: poznyakovskiy48@mail.ru