Действие йодстевиолгликозида ребаудиозид «А» на про- и антиоксидантную системы тканей при экспериментальном гипотиреозе

УДК 616.441:612.392.64

Л.Ф. Рахматуллина¹, В.Н.Козлов², Г.А.Байбурина¹,

Д.Э. Байбурина¹, Ф.Х. Камилов¹

¹ ФГБОУ ВО Башкирский государственный медицинский университет Минздрава России,

г. Уфа, Российская Федерация;

² ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления

им. К.Г. Разумовского (ПКУ)» Башкирский институт технологий и управления (филиал),

г. Мелеуз, Российская Федерация

Резюме. Цель исследования. Оценить выраженность процессов свободнорадикального окисления, активность компонентов ферментативного звена антиоксидантной системы тканей в условиях йодной недостаточности при экспериментальном гипотиреозе и изучить эффективность последующего действия нового йодсахаридного комплекса на основе ребаудиозида «А». Методы. Состояние прооксидантной системы изучали методом железоиндуцированной хемилюминесценции и по содержанию в тканях продуктов, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой (ТБК). Определяли активность супероксиддисмутазы (СОД), глутатионпероксидазы (ГПО) и каталазы. Йододефицитный гипотиреоз моделировали у половозрелых самцов белых беспородных крыс внутрижелудочным введением тиамозола (мерказолила) в течение 21 суток из расчета 2,5 мкг/100г массы тела. Развитие гипотиреоза контролировали определением в плазме крови содержания тиреотропного гормона (ТТГ) и свободного тироксина (сT₄). Результаты. Развитие гипотиреоза сопровождалось усилением в тканях (головной мозг, печень, почки) показателей базальной железоиндуцированной активности радикалообразования, статистически значимым увеличением уровня ТБК-активных соединений, характеризуя развитие окислительного стресса. Одновременно наблюдалось выраженное снижение активности СОД, ГПО и каталазы. Использование в восстановительном периоде после прекращения интоксикации тиреостатиком йодстевиолгликозида ребаудиозида «А» в дозе 2-3 мкг йода/100 г массы крыс ежедневно в течение 30 суток повышало функциональное состояние щитовидной железы, способствовало усилению активности ферментов антиоксидантной защиты и снижению до физиологического уровня течения процессов свободнорадикального оксиления.

Ключевые слова: экспериментальный гипотирез, свободнорадикальное окисление, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, каталаза

Конфликт интересов отсутствует.

Контактная информация автора, ответственного за переписку:

Байбурина Гульнар Анузовна

gulnar.2014@mail.ru

Дата поступления 23.11.2020 г.

Образец цитирования:

Рахматуллина Л.Ф., Козлов В.Н., Байбурина Г.А., Байбурина Д.Э., Камилов Ф.Х. Действие йодстевиолгликозида ребаудиозид «А» на про- и антиоксидантную системы тканей при экспе-риментальном гипотиреозе. http://vestnikural.ru/article/1152 [Электронный ресурс] Вестник уральской медицинской академической науки. 2020, Том 17, №4, с. 299–312, DOI: 10.22138/2500-0918-2020-17-4-299-312

Более двух третей административных территорий России относятся к зонам биогеохимических провинций йододефицита. Актуальность проблемы йодной недостаточности определяется и низкой эффективностью массовой профилактики: медиана йодурии у россиян в среднем составляет 82,2 мкг/л (норма 150-200 мкг/л) [1]. При гипотиреозе, вызванном низким потреблением йода и другими причинами, поражаются большинство органов и систем, усиливается образование активных форм кислорода, уровень продуктов липопероксидации, развивается окислительный стресс, снижается эффективность ферментативного и неферментативного звеньев антиоксидантной системы [2, 3, 4].

Массовая профилактика йодного дефицита, рекомендованная экспертами ВОЗ, наиболее эффективный и экономичный метод восполнения недостаточного поступления йода в популяции, который достигается введением йода (йодида или йодата калия) в пищевую соль, используемую в домохозяйствах или пищевой промышленности [5]. Более 120 стран мира в качестве национальной стратегии преодоления дефицита йода выбрали йодирование соли и приняли соответствующие законодательные акты. Предпринятые меры и результаты внедрения данной стратегии позволили Международному комитету по контролю за йододефицитными заболеваниями и глобальной сети по йоду включить большинство стран в перечень целевых уровней обеспечения питания йодом [6]. Вместе с тем, появляется все больше сообщений о побочных эффектах использования йодированной соли (развитие индуцированного йодом гипертиреоза, аутоиммунного тириодита, зоба) [7, 8, 9]. Гиперйодизация развивается в результате быстрого всасывания йода, избыточно поступающего с поваренной солью. Йодид при этом изменяет метаболические процессы в клетках фолликул щитовидной железы, оказывая влияние на каскад сигнальных передач цАМФ и Са²⁺-инозитолтрифосфатным путям [7]. Лица, находившиеся раннее в йододефицитном состоянии, более чувствительны к повышению содержания йода, у них чаще выявляются нарушения функции щитовидной железы при увеличении поступления микроэлемента даже до физиологическог уровня [10].

Положительный эффект на состояние щитовидной железы отмечен при потреблении йодированных чая, молока и молочных продуктов, хлеба и хлебобулочных изделий, яиц и других продуктов повседневного спроса, а также морепродуктов и морских водорослей [7, 8, 11, 12, 13]. В отличие от йодированной соли йод в них стабилизирован органической матрицей, что обеспечивает стабильность микроэлемента в верхних отделах желудочно- кишечного тракта, способствует более равномерному во времени его усвоению, предотвращая развитие эффекта Вольфа-Чайкова [3, 7].

Для расширения ассортимента йодсодержащих фортифицированных продуктов особое внимание привлекают применяемые в пищевой промышленности углеводные структуры (пектины, инсулины), обладающие адъювантными свойствами в отношении йода [12, 13].

Целью исследования явилась оценка выраженности процессов свободнорадикального окисления, активности ферментативного звена антиоксидантной системы тканей в условиях йодной недостаточности при экспериментальном гипотиреозе и эффективности последующего действия нового йодсахаридного комплекса на основе стевиолгликозида ребаудиозид «А».

Материалы и методы исследования

Исследования проведены на нелинейных белых крысах-самцах 190-230 г, содержащихся в условиях вивария на сбалансированном питании (комбикорм для лабораторных животных ЗАО «Ассортимент –Агро», Россия) со свободным доступом к воде. Проведение экспериментов осуществлено с соблюдением этических норм и рекомендаций по гуманному обращению с лабораторными животными (приказ Минздрава России №199н от 01.04.2016 г. «Об утверждении Правил надлежащей лабораторной практики»). Забой животных проведен под легким эфирным наркозом.

Животные были разделены на 4 группы: первую (контрольную) составили интактные. Йододефицит у крыс второй, третьей и четвертой групп моделировали внутрижелудочным введением в течение 21 суток тиамазола в дозе 2,5 мг/100 г массы тела ежедневно. Животных первой (контрольной) и второй (опытной) групп забивали на 22-е сутки, а крыс третьей (сравнения) и четвертой (основной) групп — через 30 дней после последнего введения тиреостатика. В восстановительном периоде крысы третьей группы находились на виварном питании, а четвертой — дополнительно перорально получали раствор нового йодсахаридного комплекса из расчета 2-3 мкг йода на 100 г массы ежедневно [14]. Ребаудиозид «А» выделен из растения Stevia rebaudiana Bertani, используется в пищевой промышленности как безопасный подсластитель, заменяющий сахарозу. Он устойчив при хранении, совместим с пищевыми технологиями, биоразлагаем, оказывает гипотензивное и гиполипидемическое действие и применяется в процессе лечения ожирения и снижении избыточного веса [15].

В плазме крови животных определяли содержание ТТГ и сT₄ методом иммуноферментного анализа на анализаторе StatFox-2100 (США) с использованием наборов реагентов DRG Diagnosties GmbH (Германия) u Т₄ свободный — ИФА-Бест (ЗАО «Вектор Бест», Россия). В гомогенатах тканей (головной мозг, печень, почки) оценивали процессы свободнорадикального окисления методом хемилюминесценции (хемилюминометр ХЛ-03, Россия) с обработкой результатов в автоматическом режиме. Индуцирование свободнорадикального окисления осуществляли раствором соли двухвалентного железа. В гомогенатах тканей также определяли содержание соединений, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой, (реагенты ООО «Агат-Мед», Россия), активность каталазы [16], супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы (реагенты Radox Laboratories Ltd, Дания).

Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы Statistica 8.0 с расчетом средних значений и среднеквадратичных отклонений (М±σ), данные обрабатывали с использованием однофакторного дисперсионного анализа ANOVA. Для апостериорных сравнений использовали post-hoc анализ и тест Бонферрони.

Результаты и обсуждение

Введение тиамазола, ингибирующего процессы йодирования радикалов тирозина в составе тиреглобулина, сопровождалось у крыс опытной группы снижением содержания в плазме крови свободного тироксина и повышением тиреотропина, что характерно для состояния гипотиреоза (таблица 1). У животных группы сравнения, находившихся на виварном питании в восстановительном периоде в течение 30 суток, после прекращения введения тиреостатика гипофункция щитовидной железы продолжала сохраняться. В четвертой основной группе крыс, получавших в восстановительном периоде йодстевиолгликозид ребаудиозид «А», наблюдалось снижение ТТГ и повышение сТ₄ до уровня значений контрольной группы, что свидетельствует о нормализации гипофизарно-тиреоидного статуса.

Таблица 1.

Изменения гипофизарно-тиреоидного статуса при интоксикации крыс тиамазолом и последующей реабилитации йодсахаридным комплексом, М±δ

Примечания: в данной и последующих таблицах статистическая значимость различий р — с контрольной группой, p₁ — с опытной и p₂ — с группой сравнения. ANOVA, тест Бонферрони.

Гипофункция щитовидной железы при йододефиците сопровождалась изменениями про- и антиоксидантных систем. У крыс опытной группы в тканях статистически значимо повышалась спонтанная светимость, характеризующая базальную активность радикалообразования (таблица 2). В гомогенатах головного мозга спонтанная светимость при гипотиреозе была выше, чем у интактных крыс на 51,2% (р=0,0007), в печени на 82,6% (р=0,0001), в почках на 45,6% (р=0,0008). Амплитуда быстрой вспышки, которая отображает выраженность радикалообразования после индуцирования процесса ионами двухвалентного железа, также повышалась, но достигала статистически значимых различий только в печени. Максимальная светимость и светосумма являются показателями, свидетельствующими о способности течения свободнорадикальных процессов в биосубстрате при инициации их ионами металлов переменной валентности. У животных с йоддефицитным гипотиреозом эти показатели в тканях также были достоверно более высокими. У животных группы сравнения показатели свободнорадикального окисления снижались, однако спонтанная светимость во всех исследуемых тканях оставалась повышенной, характеризуя продолжающуюся интенсификацию радикалообразования. В головном мозге этой группы крыс на более высоком уровне, чем у животных контрольной группы, сохранялась максимальная светимость, в печени и почках — амплитуда быстрой вспышки и светосумма (р<0,02).

У крыс основной группы, получивших в восстановительном периоде йодсахаридный комплекс, показатели хемилюминесценции снижались и статистически значимо не отличались от данных контрольной группы.

Результаты изучения содержания в тканях крыс веществ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, являющихся преимущественно вторичными продуктами перекисного окисления липидов (малоновый диальдегид, 4-гидрокси-2-ноненаль и другие альдегиды и кетоны), не противоречат данным исследования процессов свободнорадикального окисления методом хемилюминесценции (таблица 3). У крыс опытной группы уровень продуктов липопероксидации был повышенным, у животных основной группы их содержание резко снижалось, но не достигало контрольного, хотя в тканях головного мозга и печени было достоверно ниже, чем в группе сравнения.

Таблица 2

Интенсивность хемилюминесценции гомогенатов тканей крыс при экспериментальном гипотиреозе и последующей коррекции йододефицита йодсахаридным комплексом, М±δ

Таблица 3

Интенсивность процессов липопероксидации по уровню накопления продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, в гомогенатах тканей крыс при экспериментальном гипотиреозе и последующей коррекции йододефицита йодсахаридным комплексом, М±δ

Таблица 4

Активность ферментов антиоксидантной защиты в тканях крыс с экспериментальным гипотиреозом и при последующей его коррекции йодсахаридным комплексом, М±δ

Таким образом, результаты изучения процессов свободнорадикального окисления в тканях показывают, что при развитии йододефицитного гипотиреоза наблюдается усиление окислительных процессов с развитием оксидативного стресса, выраженного в разных органах с различной интенсивностью. Применение в последующем нового йодсодержащего комплекса на основе ребаудиозида «А» в восстановительном периоде приводит к снижению и нормализации процессов свободнорадикального окисления на фоне улучшения функционального состояния щитовидной железы и достижения физиологического уровня секреции тиреотропина.

Однако до настоящего времени нет единого мнения о механизмах влияния йодированных тиреоидных гормонов на процессы свободнорадикального окисления. При обсуждении механизмов развития окислительного стресса при дисфункции щитовидной железы дискутируется способность тиреоидных гормонов модулировать митохондриальную функцию (массу митохондрий, течение окислительного фосфорилирования, интенсивность биосинтеза митохондриальных белков, фоофолипидов, ДНК) и, как следствие, изменение уровня и активности прооксидантов, развитие и выраженность свободнорадикальных процессов [4, 16], а также сдвиги степени насыщенности жирных кислот как основных объектов перекисного окисления липидов биологических мембран, изменение уровня рецепторов, повышение чувствительности к катехоламинам и другие механизмы [2, 3, 17, 18]. Дисбаланс в системе про- и антиоксидантов при гипофункции щитовидной железы может быть связан со снижением активности антиоксидантной системы, которая развивается на фоне усиления процессов свободнорадикального окисления [2, 3, 19]. Однако по данным других авторов [20], при экспериментальном гипотиреозе, вызванном введением тиреостатика, интенсификация перекисного окисления липидов сопровождается повышением активности ферментов антиоксидантной защиты.

В этой связи в тканях было проведено определение активности основных ферментов антиоксидантной системы — супероксиддисмутазы (СОД), глутатионперексидазы (ГПО) и каталазы (таблица 4).

Развитие гипотиреоза у животных опытной группы сопровождалось статистически значимым снижением активности антиоксидантных ферментов. У крыс группы сравнения: после 30-дневного восстановительного периода активность ферментов несколько восстанавливалась, но активность СОД сохранялась достоверно сниженной во всех тканях, активность ГПО и каталазы была значительно ниже, чем в контрольной группе в печени и почках. У животных, находившихся на йодообогащенном питании (основная группа), к концу восстановительного периода в отличие от крыс группы сравнения наблюдался статистически более высокий уровень активности антиоксидантных ферментов в тканях. Эти изменения показателей ферментативного звена антиоксидантной системы происходили на фоне нормализации содержания в крови тиреотропина и свободного тироксина.

Полученные результаты подчеркивают, что метаболические сдвиги про- и антиоксидантных систем в тканях, установленных у животных, связаны с изменениями функционального состояния щитовидной железы и указывают на эффективность влияния на эти процессы нового йодсахаридного комплекса на основе стевиолгликозида ребаудиозид «А».

Заключение

Экспериментальный гипотиреоз, вызванный ежедневным введением тиамазола (мерказолила) в дозе 2,5 мг/100 г массы животного в течение трех недель, приводит к развитию окислительного стресса с повышением в тканях головного мозга, печени и почек интенсивности хемилюминесценции, уровня продуктов перекисного окисления липидов и снижением активности основных антиоксидантных ферментов — супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и каталазы.

Йодообогащение питания животных с гипотиреозом путем ежедневного добавления в корм йодсахаридного комплекса на основе стевиолгликозида ребаудиозид «А» из расчета 2,5 мкг йода на 100 г массы в течение месячного восстановительного периода способствует восстановлению функционального состояния щитовидной железы, показателей про- и антиоксидантной систем.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Платонова Н.М., Трошина Е.А. Йодный дефицит: решение проблемы в мире и России (25-летний опыт). Consilium medicum. 2015; 17(4):44-50.
2.      Ременякина Е.И., Павлюченко И.И., Охременко О.С., Панасенкова Ю.Е. Сравнитель-ный анализ состояния про-/антиоксидантной защиты у пациентов с дисфункцией щитовидной железы различного генеза. Современные проблемы науки и образования. 2014; 2. URL: http://www.science-education.ru/116-12596
3.      Лыгденов Д.В., Сердонова Е.В., Жамсаранова С.Д. Влияние органических форм йода и цинка на соотношение прооксидантных и антиоксидантных систем организма при йодной недостаточности. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017; 7(23, Suppl.4): 36-43.
4.      De Castro AL, Tavares AV, Campos C, Fernandes RO, Siquera R, Conzatti A. et al. Cardioprotective effects of thyroid hormones in a rat model of myocardial infarction are associated with oxidative stress reduction. Mol Cell Endocrinol. 2014; 391(1-2):22-9. doi: 10.1016/j.mce.2014.04.010.
5.      WHO. Guideline: fortification of food-grade salt with iodine for the prevention and control of iodine deficiency disorders. Geneva, 2015.
6.      Мохорт Т.В., Коломиец Н.Д., Петренко С.В., Федоренко Е.В., Шепелькевич А.П., Солн-цева А.В. Проблема йодной обеспеченности в республике Беларусь: результаты внедрения стратегии ликвидации йодного дефицита. Международныйэндокринологическийжурнал. 2016; 73(1):11-18.
7.      Choudhry H, Nasrullah M. Iodine consumption and cognitive performance: Confirmation of adequate consumption. Food Sci Nutr. 2018; 6(6):1341-1351. doi: 10.1002/fsn3.694. eCollection 2018 Sep.
8.      Santos JAR, Christoforou A, Trieu K, McKenzie BL, Downs S, Billot L. et al. Iodine fortifica-tion of foods and condiments, other than salt, for preventing iodine deficiency disorders. Cochrane Database Syst Rev. 2019; 2(2):CD010734. doi: 10.1002/14651858.CD010734.pub2.
9.      Bali S, Tomar A, Nayak PK, Belwal R. No Longer Prevalent and Urinary Iodine Excretion Is above Normal among School Going Children in Jabalpur, India: Is This Major Health Problem Al-ready Solved? J Trop Pediatr. 2019; 65(5):457-462. doi: 10.1093/tropej/fmy076.
10.    Farebrother J, Zimmermann MB, Andersson M. Excess iodine intake: sources, assessment, and effects on thyroid function. Ann N Y Acad Sci. 2019; 1446(1):44-65. doi: 10.1111/nyas.14041.
11.    Дани Д.Т. Отрицательные эффекты йодной недостаточности и ее ликвидация путем йодных добавок. В кн.: Болезни щитовидной железы / Под ред. Л.И. Бравермана. – М.: Медицина, 2000. – С. 378-391.
12.    Даниленко А.Л., Камилов Ф.Х., Мамцев А.Н., Козлов В.Н., Пономарев Е.Е. Эффективность реализации программы «Школьное молоко» в профилактике йодной недостаточности. Вопросы питания. 2015; 84(2):53-58.
13.    Козлов В.Н., Пономарёв Е.Е., Пономарева Л.Ф. Витаминный состав хлеба, обогащённого йодом. Приволжский научный вестник. 2012; 4(8): 22-25.
14.    Камилов Ф.Х., Конкина И.Г., Муринов Ю.И., Иванов С.П., Байбурина Г.А., Козлов В.Н. и др. Йодосодержащаябиологическиактивнаядобавкакпище. ПатентРФ № 2716971; 2020.
15.    Jiewen Z. Kinetics of rebaudioside A degradation in buffer solutions as affected by uv light exposure: diss. Auburn, Alabama; 2016. 90 p.
16.    Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарева В.Е. Метод определения активности каталазы. Лабораторноедело. 1988; 1:16-19.
17.    Jabbar A, Pingitore A, Pearce SHS., Zaman A, Iervasi G, Razvi S. Thyroid hormones and car-diovascular disease. Nat. Rev. Cardiol. 2017; 14(1):39-55. doi: 10.1038/nrcardio.2016.174.
18.    von Hafe M, Neves JS, Vale C, Borges-Canha M, Leite-Moreira A. The impact of thyroid hormone dysfunction on ischemic heart disease. Endocr Connect. 2019; 8(5):R76-R90. doi: 10.1530/EC-19-0096.
19.    Коноплянко В.А., Клебанов Р.Д. Патофизиологические процессы при гипотиреозе в эксперименте. Здоровье и окружающая среда. 2015; 2(25):102-105.
20.    Сабанов В.И., Джиоев И.Г., Лолаева А.Т. Активность перекисного окисления липидов, антиоксидантной защиты и состояния миокарда при экспериментальном гипер- и гипотиреозе. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017; 2(6):241-244.

Авторы

Рахматуллина Лилиана Фавадисовна

ФГБОУ ВО Башкирский государственный медицинский университет Минздрава России

Ассистент кафедры патофизиологии

Российская Федерация, 450008, г. Уфа, ул. Ленина, 3

Козлов Валерий Николаевич

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского (ПКУ)» Башкирский институт технологий и управления (филиал)

Доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры «Технологии пищевых производств»

Российская Федерация, 453850, Республика Башкортостан, г. Мелеуз, ул. Смоленская, д. 34

Байбурина Гульнар Анузовна

ФГБОУ ВО Башкирский государственный медицинский университет Минздрава России

Кандидат медицинских наук, доцент, доцент кафедры патофизиологии

Российская Федерация, 450008, г. Уфа, ул. Ленина, 3

gulnar.2014@mail.ru

Байбурина Дина Эльгизовна

ФГБОУ ВО Башкирский государственный медицинский университет Минздрава России

студентка третьего курса педиатрического факультета

Российская Федерация, 450008, г. Уфа, ул. Ленина, 3

Камилов Феликс Хусаинович

ФГБОУ ВО Башкирский государственный медицинский университет Минздрава России

Доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры биологической химии

Российская Федерация, 450008, г. Уфа, ул. Ленина, 3