Дата публикации: 01.03.2022
DOI: 10.51871/2588-0500_2022_06_01_4
УДК 615.327+615.03; 616-008.9 (470.43)
ВЛИЯНИЕ КУРСОВОГО ПРИЁМА МИНЕРАЛЬНОЙ ВОДЫ «МАШУК-19» И L-КАРНИТИНА НА МЕТАБОЛИЗМ ЗДОРОВЫХ ЖИВОТНЫХ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
М.Е. Котова, Л.А. Пигунова
Пятигорский научно-исследовательский институт курортологии – филиал ФГБУ «Северо-Кавказский федеральный научно-клинический центр ФМБА», г. Пятигорск, Россия
Аннотация. Целью исследования являлась оценка влияния курсового приёма минеральной воды «Машук-19» и L-карнитина на метаболизм здоровых животных в эксперименте. Курсовое поение минеральной водой «Машук-19» самостоятельно и в сочетании с L-карнитином оказывали однонаправленное влияние на организм здоровых животных по параметрам набора массы тела, снижения гликемии, уровней гормонов щитовидной железы, кортизола и повышения уровня инсулина. Отмечен более значительный рост уровня инсулина в 1,5 раза (по значениям медиан) в группе «Машук-19» + L-карнитин по сравнению с группой «Машук-19». На уровень С-пептида оба курса бальнеофакторов оказывают понижающее воздействие. В группе с L-карнитином С- пептид оказался на 12% ниже интактных значений, а в группе «Машук-19» – лишь на 3,5%.
Ключевые слова: минеральная вода, «Машук-19», метаболизм, гормоны, L-карнитин, крысы, эксперимент.
THE EFFECT OF COURSE INTAKE OF “MASHUK-19” MINERAL WATER AND L-CARNITINE ON THE METABOLISM OF HEALTHY ANIMALS IN THE EXPERIMENT
M.E. Kotova, L.A. Pigunova
Pyatigorsk Scientific and Research Institute of Balneology – the branch of the FSBI “North-Caucasian Federal Research-Clinical Center of FMBA of Russia”, Pyatigorsk, Russia
Annotation. The purpose of the study was to evaluate the effect of the course intake of the “Mashuk-19” mineral water and L-carnitine on the metabolism of healthy animals in the experiment. Course intake of the “Mashuk-19” mineral water separately and in combination with L-carnitine had a unidirectional effect on the body of healthy animals in terms of body mass gain, reduced glycemia, thyroid hormone and cortisol levels and increased insulin levels. We have revealed a more significant increase in insulin levels by 1,5 times in the “Mashuk-19” + L-carnitine group compared to the “Mashuk-19” group. Both courses have a lowering effect on the level of C-peptide. In the L-carnitine group, the C-peptide was 12% lower than the intact values, in the “Mashuk-19” group – only 3,5% lower.
Key words: mineral water, “Mashuk-19”, metabolism, hormones, L-carnitine, rats, experiment.
Введение. Важной тенденцией в развитии курортологии Российской Федерации в последние десятилетия является усиление и модификация биопотенциала питьевых минеральных вод. Наши исследования в этом направлении опираются на отечественный и зарубежный опыт, что теоретически и практически обосновывает создание новых лечебно-профилактических алгоритмов, основанных на совместном применении различных фармацевтических препаратов, биологически активных веществ, витаминов с питьевыми минеральными водами [1].
В современном мире качество жизни человека зависит от его физического, психологического и эмоционального состояния. Для поддержания здоровья населения, наряду с борьбой за здоровый образ жизни и медикаментозным вмешательством, немалую роль играет использование природных факторов. Так, профилактика минеральными водами (МВ) и возможность модификации потенциала их биологической активности позволяют влиять на обменные процессы в организме, укреплять иммунитет, снимать усталость и переутомление, уменьшать мышечную слабость [2].
В более ранних исследованиях было установлено, что модификация активности МВ с выраженным биологическим потенциалом (с высокой минерализацией от 8 до 12 г/л) не дает желаемого эффекта. [3].
Поэтому для комбинирования с L-карнитином нами была выбрана углекислая сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридная (кальциево-натриевая) кремнистая, магниевая термальная лечебно-столовая МВ «Машук-19» со средней минерализацией: 5,5 - 6,5 г/л, проявляющая положительный корригирующий эффект при заболеваниях печени и желчевыводящих путей, а также при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и болезнях обмена веществ Химический состав «Машук-19» отображён в формуле Курлова [4]:
Для модификации биологического эффекта МВ «Машук-19» нами был использован L-карнитин, основной функцией которого является транспорт жирных кислот через мембраны в митохондрии для их последующего окисления [5]. L-карнитин является водорастворимым соединением, которое человек получает, как при приеме пищи, так и в результате биосинтеза [6-7].
Целью исследования являлась оценка влияния курсового приёма МВ «Машук-19» и L-карнитина на метаболизм здоровых животных в эксперименте.
Методы и организация исследования. Для изучения влияния курсового поения экспериментальных животных МВ «Машук-19» с L-карнитином использовали крыс-самцов линии Вистар 4-х месячного возраста, сопоставимых по массе (200-260 грамм при введении в эксперимент). В соответствии с дизайном исследования, 18 животных с групповыми и индивидуальными метками распределяли на контрольную и две опытные группы. Опытные группы получали курсовое (21 день) поение нативной и модифицированной МВ внутрижелудочно через зонд. Объём вводимой жидкости составлял 1,5 мл на 100 г массы животного. В группе с курсовым поением МВ с L-карнитином, препарат добавляли из расчёта 26,7 мкл препарата «Элькар» на 100 г массы животного.
Контрольная группа КГ (интактная, n=6) – здоровые животные, курс водопроводной воды; опытная группа 1 (n=6) – здоровые животные, курс МВ «Машук-19»; опытная группа 2 – здоровые животные, курс МВ «Машук-19» с L-карнитином.
В сыворотке крови животных определяли содержание инсулина, кортизола, С-пептида, уровень глюкозы и гормонов щитовидной железы (Т3, Т4).
Содержали животных в стандартных условиях вивария ПНИИК ФФГБУ СКФНКЦ ФМБА России, регламентируемых СП 2.2.1.3218-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев)»; ГОСТ 33215-2014 – «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными». Работа с животными проводилась по принципам гуманного обращения с животными в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых в эксперименте и других научных целях (ETS № 123, Strasbourg, 1986) с изменениями от 22 июня 1998 года. Все животные имели свободный доступ к питьевой воде и получали ежедневно стандартный лабораторный корм. Животных выводили из эксперимента путем декапитации под легким эфирным наркозом.
Полученные данные обрабатывали пакетом прикладных программ Statistica 6,0 (StatSoft, Inc., США, для операционной системы Windows) и Microsoft Excel. Статистический анализ результатов осуществляли в статистической программе R с использованием непараметрических критериев для сравнения независимых переменных Манна-Уитни (достоверность различий считали при р<0,05), средние величины представлены медианами (Ме) и 25-75% процентилями. Различия считали значимыми при р<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. В процессе исследований нами была проведена оценка динамики массы тела экспериментальных животных в опытных группах с курсовым поением МВ «Машук-19», МВ «Машук-19» с L-карнитином и в контрольной интактной группе (КГ). Данные этой части эксперимента отражены на рисунке.
Контрольными точками замеров массы тела животных нами выбраны 1, 16 и 35 дни эксперимента. Как видно из рисунка, во всех экспериментальных группах наблюдалась стабильная положительная динамика роста массы тела. Активнее всего набор массы происходил в интактной группе и составил к концу эксперимента прирост 31% от начальной массы (р<0,05). В группе животных, принимавших МВ «Машук-19», прирост минимальный – 14% (р<0,05); в группе с курсовым поением МВ и L-карнитином набор массы тела составил 22% (р<0,05).
Рис. Динамика набора массы тела животных в эксперименте
Примечание: * – р<0,05, статистически значимые различия показателей массы животных 1 дня эксперимента с массой 16 и 35 дней эксперимента
По литературным данным известно, что L-карнитин повышает интенсивность окисления жирных кислот в митохондриях клеток различных тканей и, соответственно, повышает энергообеспеченность этих тканей при повышенных физических нагрузках, что приводит к наращиванию мышечной массы и снижению жировой компоненты [7].
На 35 день эксперимента в опытных группах 1 и 2 показатель массы животных был значительно меньше по сравнению с массой интактной группы: на 17% и 9% соответственно. Минимальный привес при применении нативной МВ хорошо коррелирует с достаточно высоким уровнем кортизола в этой группе (табл.), характеризующим уровень стресса, который был близок к значениям в контрольной группе и превышал уровень опытной группы 2, получавшей курс МВ с L-карнитином на 31%.
Применение как МВ, так и МВ с L-карнитином приводило к снижению темпа роста массы тела животных. Различия между группами МВ и МВ с L-карнитином по этому показателю незначительны.
Известно, что в механизмах действия МВ на организм существенная роль принадлежит относительно мягкому стрессорному компоненту, который провоцирует в организме и, в частности, в гликогомеостатической системе формирование взаимосвязи гормонального регуляторного комплекса с исполнительными ферментативными механизмами энергетического обмена, обеспечивающими достижение цели – развитие адаптационного процесса [3]. На реализацию механизмов действия МВ оказывает влияние ряд факторов, среди которых к наиболее значимым относят минерализацию и химический состав воды МВ «Машук-19». Анализ литературных данных [8] показал, что в основе механизма питьевых минеральных вод лежит их инсулинстимулирующий эффект с последующим повышением интенсивности утилизации глюкозы клеткой и активизацией пентозофосфатного шунта, как одного из путей внутриклеточного использования глюкозы.
Обеспечивается это воздействие МВ повышением исходно сниженной активности липопротеидлипазы и указывает на усиление активности метаболических процессов, приводящих к нормализации липидного обмена. Влияние же на электролитный обмен по уровню калия и натрия в плазме крови и эритроцитах после курсового приёма МВ «Машук-19» приводит к снижению дегидратации тканей, что также способствует снижению массы тела. [9].
Гормоны щитовидной железы играют эссенциальную роль в карнитинзависимом транспорте жирных кислот и повышают биодоступность карнитина [10]. Этим можно объяснить тенденцию к снижению уровней гормонов Т3 и Т4 за счёт изменения уровня экскреции (табл.). В группе по медианам МВ «Машук-19» + L-карнитин эти показатели снизились на 43% и 16% соответственно. Следует отметить, что в обеих опытных группах снижение уровней гормонов щитовидной железы было примерно одинаковым (недостоверной разницей в 4% допустимо пренебречь).
Таблица
Показатели углеводного обмена и его регуляции в крови животных после курсового поения МВ и МВ с L-карнитином
Группы
Показатели |
КГ (интактная) |
МВ «Машук-19» |
МВ «Машук-19» + L карнитин |
Ме 25-75‰ |
|||
Глюкоза (ммоль/л) |
5,0 (4,75-5,62) |
4,52 (4,27-5,01) |
4,55 (3,95-4,95) |
С-пептид пмоль/мл |
544 (344-716) |
525 (289-822) |
479 (252-498) |
Инсулин (нг/мл |
0,45 (0,41-0,85) |
0,99 (0,55-1,87) |
1,49* (0,91-1,74) |
Кортизол (нмоль/л) |
69,8 (54,1-87,7) |
71,2 (41,0-94,2) |
44,1 (29,6-73,4) |
Т3(нмоль/л) |
2,1 (1,68-2,77) |
1,2 (0,9-2,4) |
1,2 (1,11-1,43) |
Т4 (нмоль/л)
|
83,6 (61,7-88,8) |
68,0 (57,0-70,0) |
70,9 (56,1-82,4) |
Примечание: * – р<0,05 – статистически значимые различия гормональных показателей в опытной группе МВ «Машук-19» + L-карнитин по сравнению с контрольной группой (интактными животными).
То, что курс МВ «Машук-19» самостоятельно примерно также снижает уровень гормонов щитовидной железы, возможно связано со стрессорным эффектом МВ на организм животных. L-карнитин и МВ усиливают неокислительную утилизацию глюкозы в условиях эугликемической гиперинсулинемии у здоровых животных [11], но взаимоусиливающего гипогликемического эффекта при этом не наблюдается. В обеих опытных группах с курсовым приёмом бальнеофакторов уровень глюкозы ниже, чем в интактной, на 15-16%.
Отмечалась тенденция значительного роста содержания инсулина в крови у животных опытных групп (табл.): приблизительно в 2 раза в группе с курсом МВ «Машук-19» и в 3 раза в группе животных, принимавших МВ с L-карнитином (р<0,05) по сравнению с интактным контролем.
Кортизол и инсулин имеют разнонаправленное действие. В связи с этим обращает на себя внимание снижение уровня кортизола на 37% по сравнению с интактными значениями в группе МВ «Машук-19» + L-карнитин, что коррелирует со значительным увеличением выработки инсулина (табл.) в этой группе.
Обращает внимание на себя факт непропорциональности роста уровня инсулина и незначительного снижения уровня глюкозы в опытных группах. Частично это можно объяснить нарастанием массы тела в ходе эксперимента. При этом «избыток липидов» может усиливать резистентность к инсулину через многочисленные механизмы, в частности – через накопление жирных ациловых производных и метаболитов коэнзима А (КоА) в мышцах, и подавлять как сигналинг инсулина, так и окисление глюкозы. Поэтому L-карнитин, который снижает накопление жирных кислот, их ациловых производных КоА и их метаболитов на начальном этапе, непосредственно после курсового поения здоровых животных приводит к значительному росту инсулина и превентивно повышает ресурс для снижения инсулинорезистентности [12-13]. Уровень С-пептида в группе здоровых животных, принимавших МВ совместно с L-карнитином, парадоксально низок по сравнению с уровнем инсулина (табл.). Также в этой группе уровень кортизола ниже интактных значений примерно на 40%.
Это даёт возможность предположить, что тенденция резкого подъёма уровня инсулина в группе животных, получавших в процессе курсового поения МВ с L-карнитином, определяется применением L-карнитина, который в этом случае проявляет свой катаболический эффект по отношению к длинноцепочечным жирным кислотам и усиливает выработку инсулина. Этот факт требует дальнейшего экспериментального изучения.
Заключение. Таким образом, курсовое применение МВ «Машук-19» самостоятельно и в сочетании с L-карнитином оказывают однонаправленное влияние на организм здоровых животных по параметрам набора массы тела, тенденции к снижению гликемии, уровней гормонов щитовидной железы, кортизола и повышению уровня инсулина. Отмечался тенденция роста уровня инсулина в группе МВ «Машук-19» + L-карнитин, превышающий уровень этого показателя в 1,5 раза по сравнению с группой МВ «Машук-19». Этот эффект связан с участием L-карнитина в транспорте длинноцепочечных жирных кислот через внутреннюю мембрану в матрикс МХ. На уровень С-пептида оба курса бальнеофакторов оказывают понижающее воздействие. В группе с L-карнитином С-пептид оказался на 12% ниже интактных значений, а в группе МВ «Машук-19» – лишь на 3,5%.
Очевиден дополнительный метаболический эффект L-карнитина при совместном применении с МВ «Машук-19». Изучение его воздействия представляет научный интерес для дальнейших исследований на модели метаболического синдрома.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Бобровницкий И.П. Питьевое применение минеральных вод в восстановительной и экологической медицине / И.П. Бобровницкий, В.К. Фролков, С.Н. Нагорнев // Москва. – 2016. – 120 с.
- Еделев Д.А. Применение физических и природных факторов в восстановительной коррекции функциональных резервов человека / Д.А. Еделев, В.К. Фролков, И.П. Бобровницкий, Л.В. Михайленко // Москва – 2009. – 263 с.
- Ефименко Н.В. Механизмы действия питьевых минеральных вод / Н.В. Ефименко, В.Ф. Репс // Курортная медицина. – 2013. – № 3. – С. 106-109.
- Потапов Е.Г. Гидроминеральные ресурсы куроротов КМВ / Е.Г. Потапов // Сборник: Актуальные направления сбалансированного развития горных территорий в контексте междисциплинарного подхода. Материалы I Международной научной конференции. – Карачаевск. – 2019. – С. 14-22.
- Штерман С.В. L-карнитин: биоэнергия в каждой клетке / С.В. Штерман // Спорт и Культура-2000. – Москва. – 2011. – 125 с. ISBN: 978-5-91775-049-1
- Трухан Д.И. Роль и место L-карнитина в цитопротекции и коррекции метаболических процессов у пациентов с метаболическим синдромом / Д.И. Трухан // Медицинский Совет. – 2017. – № 12. – С. 182-187.
- Сизова Ж.М. Применение L-карнитина в общей врачебной практике / Ж.М. Сизова, Е.В. Ших, А.А. Махова // Терапевтический архив. – 2019. – Т. 91(1). – С. 114-120.
- Репс В.Ф. Метаболические механизмы действия модифицированных бальнеосредств / В.Ф. Репс // Пятигорск. – 2001. – 176 с.
- Нанизиашвили И.С. Внутреннее применение минеральных вод при сахарном диабете / И.С. Нанизиашвили, Г.М. Крашеница // Питьевые минеральные воды. Сборник научных трудов. – Пятигорск. –1976. – С. 83.
- An J.H. Kim L-carnitine supplementation for the management of fatigue in patients with hypothyroidism on levothyroxine treatment / J.H. An, Kim Y.J., Kim K.J. S.H. Kim, N.H. Kim, H.Y. Kim, N.H. Kim, K.M. Choi, S.H. Baik, D.S. Choi,
G. Kim // Endocr J. – Oct 29, 2016. – Vol. 63(10). – P. 885-895. DOI: 10.1507/endocrj.EJ16-0109. - Adeva-Andany M.M. Significance of l-carnitine for human health / M.M. Adeva-Andany, I. Calvo-Castro, C. Fernández-Fernández, C. Donapetry-García, A.M. Pedre-Piñeiro // IUBMB Life. – 2017. – Vol. 69(8). – P. 578-594. DOI: 10.1002/iub.1646. PMID: 28653367.
- Mynatt R.L. Carnitine and type 2 diabetes / R.L. Mynatt // Diabetes Metab. Res. Rev. – 2009. – Suppl 1(Suppl 1). – P.45-49. DOI: 10.1002/dmrr.987.
- Wessels B. Carnitine supplementation in high-fat diet-fed rats does not ameliorate lipid-induced skeletal muscle mitochondrial dysfunction in vivo / B. Wessels, N.M. van den Broek, J. Ciapaite, S.M. Houten, R.J. Wanders, K. Nicolay, J.J. Prompers // Am J Physiol Endocrinol Metab. – Oct 1, 2015. – Vol. 309 (7). – P. E670-8. DOI: 10.1152/ajpendo.00144.2015. PMID: 26286868.
REFERENCES
- Bobrovnitskij I.P. Drinking use of mineral waters in restorative and ecological medicine / I.P. Bobrovnitskij, V.K. Frolkov, S.N. Nagornev // M. – 2016. – 120 p.
- Edelev D.A. Application of physical and natural factors in restorative correction of human functional reserves / D.A. Edelev, V.K. Frolkov, I.P. Bobrovnitskij, L.V. Mikhajlenko // M. – 2009. – 263 p.
- Efimenko N.V., Mechanisms of action of drinking mineral waters / N.V. Efimenko, V.F. Reps // Resort Medicine. – 2013. – Vol. 3. – P. 106-109.
- Potapov E.G. Hydromineral resources of the Caucasian Mineral Waters resorts / E.G. Potapov // From the collection: Relevant Directions of the Balanced Development of Mountain Territories in the Context of the Multidisciplinary Approach. Materials of the First International Scientific Conference. – Karachaevsk. – 2019. – P. 14-22.
- Shterman S.V. L-carnitine: bioenergy in every cell / S.V. Shterman // Sports and Culture-2000. – Moscow. – 2011. – 125 p. ISBN: 978-5-91775-049-1.
- Trukhan D.I. The role and place of L-carnitine in cytoprotection and correction of metabolic processes in patients with metabolic syndrome // Medical Council. – 2017. – № 12. – P. 182-187.
- Sizova Zh.M. Use of L-carnitine in general medical practice / Zh.M. Sizova, E.V. Shikh, A.A. Makhova // Therapeutic Archive. – 2019. – Vol. 91 (1). – P. 114-120.
- Reps V.F. Metabolic mechanisms of the effect of modified balneological means/ V.F. Reps // Pyatigorsk. – 2001. – 176 p.
- Naniziashvili I.S. Internal use of mineral water in diabetes mellitus / I.S. Naniziashvili, G.M. Krashenitsa // Drinking Mineral Water. Collection of Scientific Papers. – Pyatigorsk. – 1976. – P. 83.
- An J.H. Kim L-carnitine supplementation for the management of fatigue in patients with hypothyroidism on levothyroxine treatment / J.H. An,
Y.J. Kim, K.J. Kim, S.H. Kim, N.H. Kim, H.Y. Kim, N.H. Kim, K.M. Choi, S.H. Baik, D.S. Choi, S.G. Kim // Endocr J. – Oct 29, 2016. – Vol. 63(10). – P. 885-895. DOI: 10.1507/endocrj.EJ16-0109. - Adeva-Andany M.M. Significance of l-carnitine for human health / M.M. Adeva-Andany, I. Calvo-Castro, C. Fernández-Fernández, C. Donapetry-García, A.M. Pedre-Piñeiro // IUBMB Life. – 2017 – Vol. 69(8). – P. 578-594. DOI: 10.1002/iub.1646. PMID: 28653367.
- Mynatt R.L. Carnitine and type 2 diabetes / R.L. Mynatt // Diabetes Metab. Res. Rev. – 2009. – Suppl 1(Suppl 1). – P.45-49. DOI: 10.1002/dmrr.987.
- Wessels B. Carnitine supplementation in high-fat diet-fed rats does not ameliorate lipid-induced skeletal muscle mitochondrial dysfunction in vivo / B. Wessels, N.M. van den Broek, J. Ciapaite, S.M. Houten, R.J. Wanders, K. Nicolay, J.J. Prompers // Am J Physiol Endocrinol Metab. – Oct 1, 2015. – Vol. 309 (7). – P. E670-8. DOI: 10.1152/ajpendo.00144.2015. PMID: 26286868.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
Маргарита Евгеньевна Котова – младший научный сотрудник отдела изучения механизмов действия физических факторов ПНИИК ФФГБУ СКФНКЦ ФМБА России, Пятигорск, е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Людмила Александровна Пигунова – научный сотрудник отдела изучения механизмов действия физических факторов ПНИИК ФФГБУ СКФНКЦ ФМБА России, Пятигорск, е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS:
Margarita Evgenievna Kotova – Junior Researcher of the Head of the Department of Researching Mechanisms of Physical Factors’ Action, Pyatigorsk Scientific and Research Institute of Balneology – the branch of the FSBI “North-Caucasian Federal Research-Clinical Center of FMBA of Russia”, Pyatigorsk, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Lyudmila Aleksandrovna Pigunova – Researcher of the Department of Researching Mechanisms of Physical Factors’ Action, Pyatigorsk Scientific and Research Institute of Balneology – the branch of the FSBI “North-Caucasian Federal Re-search-Clinical Center of FMBA of Russia”, Pyatigorsk, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Для цитирования: Котова М.Е. Влияние курсового приёма минеральной воды «Машук-19» и L-карнитина на метаболизм здоровых животных в эксперименте / М.Е. Котова, Л.А. Пигунова // Современные вопросы биомедицины. – 2022. – Т. 6. – № 1. DOI: 10.51871/2588-0500_2022_06_01_4
For citation: Kotova M.E. The effect of course intake of the “Mashuk-19” mineral water and L-carnitine on the metabolism of healthy animals in the experiment / M.E. Kotova, L.A. Pigunova // Modern Issues of Biomedicine. – 2022. – Vol. 6. – № 1. DOI: 10.51871/2588-0500_2022_06_01_4