EFFECT OF EXTRACT FROM MARINE BROWN ALGAE SACCHARINA JAPONICA (J.E. ARESCHOUG) ON STRESS-INDUCED ERYTHROCYTE MEMBRANE DISORDERS

В современных условиях жизни человек постоянно подвергается влиянию факторов стресса, негативное действие которых истощает защитные силы организма и приводит к развитию большого числа социально значимых заболеваний: ожирение, сахарный диабет, болезни сердца и многие другие. В результате формируется состояние оксидативного стресса, главными участниками которого являются реактивные формы кислорода, атакующие ключевые биологические молекулы: белки, нуклеиновые кислоты и липиды

Изменение качества и скорости биохимических реакций при стрессе и нарушении процессов метаболизма в организме носит универсальный характер

При этом отмечаются нарушения в плотности упаковки и соотношении отдельных компонентов липидного бислоя мембран, ухудшаются их эластические свойства

Известно, что растительные полифенолы (ПФ) проявляют высокую антиоксидантную активность в процессах репарации мембранных структур

Морские водоросли являются богатым источником биологически активных соединений, таких как витамины (А, В1, В2, В12, С, D), пищевая клетчатка, белки, полисахариды, микроэлементы и др. Полифенольные соединения, входящие в их состав, определяют фармакологическую ценность водорослей. Взаимодействуя с клеточными мембранами, ПФ способны изменять фазовое состояние липидов мембраны и ее структурную организацию

На основании этого из бурой водоросли сахарины японской (Saccharina japonica) был выделен экстракт с высоким (до 35%) содержанием ПФ.

Была проведена серия оригинальных экспериментов на животных, подвергшихся стрессу. Цель исследования – оценить эффект экстракта из бурой водоросли сахарины японской на изменение структуры эритроцитарных мембран крыс и их физиологических свойств в условиях стресса.

Водоросли сахарины японской были собраны в бухте Западная (о. Попова, залив Петра Великого, Японское море). Свежие слоевища высушивали при температуре не выше 50oС. Используя метод реперколяции, этиловым спиртом (70%) проводили экстракцию сырья (измельченного) в соотношении 1:1 (об/об). На выходе получали 1 л экстракта на 1 кг сырья. Конечный экстракт получали упариванием до сухого остатка при вакууме и последующим ресуспендированием в воде. Количественное содержание общих ПФ проводили с использованием реактива Фолина-Чокальтеу

В опыте использовали белых крыс-самцов линии Wistar (вес животного 180-200 г). Условия содержания и рацион питания крыс – стандартные. Стресс вызывали путем вертикальной фиксации животных за дорзальную шейную складку на 24 часа

Для сбора крови из шейной зоны животных применяли специальные пробирки с гепарином. Мембранную массу эритроцитов получали центрифугированием с последующим помещением в дистиллированную воду. С помощью системы растворителей (хлороформ : метанол (2 : 1, по объему)) готовили экстракты общих липидов (ОЛ)

Важным показателем, отражающим степень окислительного стресса, является уровень МДА, представляющего собой высокоактивное соединение. У животных 2-й группы (стресс) показатель МДА в мембранах эритроцитов был на 15% выше, чем в контроле (7.71±0.29 мкмоль/мл против 6.70±0.34 мкмоль/мл в контроле; р<0.001). Имеется предположение, что реакции МДА с липидами и белками мембран нарушают их важнейшие свойства и функции, такие как текучесть, ионный транспорт, ферментативная и рецепторная активности

При оценке количества общих ФЛ при стрессе отмечалось снижение их количества на 20% (р<0.001) (52.16±1.95%) по отношению к контролю (65.00±1.90%). А уровень холестерина (ХС) в эритроцитах, напротив, на 12% (р<0.01) превышал контрольные показатели. В результате коэффициент ХС/ФЛ повысился до 0.47±0.03 (в контроле 0.34±0.02; р<0.001). Этот параметр указывает на усиление жесткости клеточных мембран.

 В составе НЛ регистрировалось повышенное относительно контроля количество триацилглицеринов (ТАГ) на 11% (р<0.05) и свободных жирных кислот (СЖК) на 25% (р<0.001) (табл.). Одновременно с этим отмечалось значительное снижение количества эфиров холестерина (ЭХС) и эфиров жирных кислот (ЭЖК) на 23% (р<0.05) и 19% (р<0.01) соответственно. Такие значения указанных фракций НЛ свидетельствуют не только об адаптационных процессах в мембранах, их стабилизации (за счет увеличения в них ХС), но и об усилении процессов ПОЛ в жировой ткани при стрессе. Конечным результатом является нарушение в соотношении компонентов в липидбелковых комплексах

Изменения в составе ФЛ при стрессе проявлялись в увеличении количества лизофракций (ЛФХ (на 15%) и ЛФЭ (на 18%)), ФИ на 16% и ФК на 9% при одновременном снижении уровня ФС (на 26%). Результаты были статистически достоверными. Такая динамика изменения показателей ФЛ обусловлена усилением ферментативной активности фосфолипазы А2.

Одновременно с этим отмечено снижение уровня главных фосфолипидов мембран: ФХ (на 7%) и ФЭ (на 15%). Это объясняется тем, что в процессе ПОЛ свободные радикалы прежде всего разрушают полиненасыщенные жирные кислоты ФЛ, что и вызвало уменьшение количества соответствующих фракций

На защитную реакцию организма указывает увеличение уровня СМ на 20% (р<0.01), т.к. данный липид ответственнен за жидкостные свойства мембран, улучшая их лабильность.

Таким образом, происходит разбалансировка в составе липидной компоненты мембран эритроцитов животных.

Перераспределение ФЛ можно оценить коэффициентом ФХ/СМ, определяющим эластичность мембраны. В контрольной группе Кфх/см = 2.86, а при стрессе этот показатель снизился до 2.23, что предполагает снижение жидкостных свойств и увеличение жесткости липидного матрикса клеток крови

Другим важным показателем физиологического состояния мембран эритроцитов является коэффициент окисляемости (Ко), характеризующий отношение легкоокисляемых ФЛ (ФК+ФС+ФЭ+ФИ) к трудноокисляемым (ФХ+СМ). Расчет Ко выявил изменение его значения с 0,67 в контроле до 0,62 при стрессе, что указывает на снижение степени эластичности и повышении жесткости мембраны

Изменения в отношении исследуемых показателей при введении экстракта сахарины и элеутерококка (3-я и 4-я группы) относительно контрольных крыс были слабо выражены по сравнению с животными 2-й группы.

При применении экстракта сахарины количество общих ФЛ соответствовало контрольному уровню (61.15±1.69%). Менее выраженный положительный эффект проявлялся при использовании элеутерококка. В обеих группах значения ХС соответствовали контролю. Это привело к снижению коэффициента ХС/ФЛ до 0.35-0.40.

Заметны достоверные отличия при сравнении исследованных характеристик крыс 3-й и 4-й групп со 2-й группой (стресс), которые подтверждают протекторное действие экстрактов. Увеличилось количество общих ФЛ на 10-17% (р<0.05-0.01), снизился уровень ХС на 7-13% (р<0.001). В результате уменьшился коэффициент ХС/ФЛ на 15-26% (р<0.01). Параллельно пришли в норму значения МДА, они стали на 10-15% (р<0.05) меньше, чем при стрессе. Такая положительная динамика свидетельствует о снижении активности ПОЛ и обусловливает улучшение эластических свойств клеток крови животных.

Анализ НЛ показал, что значения изученных показателей крыс 3-й и 4-й групп соответствовал аналогичным параметрам 1-й группы (контроль). В ФЛ 3-й группы животных понижен уровень ЛФХ на 5% (р<0.05) и повышен ФИ на 9% (р<0,05) и ФК на 32% (р<0,001). При введении элеутерококка, как и в 3-й группе, отмечалось увеличение ФИ на 6% (р<0,05). Это означает, что экстракт сахарины обладает более эффективным репаративным действием так как ФИ и ФК – основные источники синтеза ФЛ.

Следует отметить более низкие значения ТАГ (на 5-13%; р<0.001), СЖК (на 14-18%) и более высокие величины ЭЖК (на 12-30%; р<0.001) и ЭХС (на 22-32%; р<0.001) в эритроцитах животных 3-й и 4-й групп в сравнении со 2-й группой. Дополнительно выше было содержание ФХ (на 5%; р<0.05) и ниже ФИ (на 6-8%; р<0.05) и СМ (на 14-20%; р<0.01-0.01). Уменьшилось содержание ЛФХ (на14-17%; р<0.01-0.001), что определяет снижение ферментативной активности.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о положительном репаративном действии сахарины на деструкцию компонентов липидного каркаса мембран эритроцитов опытных животных при стрессе.

В условиях действия стрессорных факторов происходят негативные изменения в составе мембранных липидов, приводящие к ухудшению фазового состояния клеток, нарушению их проницаемости и функциональных свойств.

Примененные экстракты из сахарины японской и элеутерококка восстанавливают соотношение отдельных фракций в липидной компоненте мембран, обеспечивая их лабильность.

Положительное действие примененных экстрактов основано на их химическом составе, и прежде всего наличии полифенольных соединений. Полифенолы активируют ферментативную активность, запуская механизм интенсивного синтеза ФЛ из ТАГ при одновременном повышении уровня ЭХС

Достоверное снижение количества лизофосфолипидов указывает на подавление активности ферментов полифенолами экстрактов

На основании вышеизложенного можно заключить, что при стрессе экстракт из сахарины японской проявляет ярко выраженный защитный эффект в отношении структурных характеристик мембран эритроцитов и даже превосходит элеутерококк: большинство исследуемых характеристик были наиболее близкими к контрольным значениям. Совокупность результатов проведенных нами исследований позволяет сделать вывод о необходимости и перспективности использования экстракта из сахарины японской для восстановления липидного состава мембран эритроцитов, их физиологических свойств и, следовательно, для повышения стрессоустойчивости организма в целом.