ВЛИЯНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ КАЛЬЦИЯ «OSTEOCARE», «КАЛЬЦЕМИН» И «КАЛЬЦЕМИН АДВАНС» НА МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ БОЛЬШЕБЕРЦОВОЙ КОСТИ У КРЫС СТАРЧЕСКОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ АТЕРОГЕННОЙ ДИЕТЫ
ВЛИЯНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ КАЛЬЦИЯ «OSTEOCARE», «КАЛЬЦЕМИН» И «КАЛЬЦЕМИН АДВАНС» НА МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ БОЛЬШЕБЕРЦОВОЙ КОСТИ У КРЫС СТАРЧЕСКОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ АТЕРОГЕННОЙ ДИЕТЫ
Аннотация
В настоящем исследовании изучен микроэлементный состав большеберцовых костей крыс на фоне ожирения, вызванного атерогенной диетой, а также при назначении животным с ожирением препаратов кальция третьего поколения – «Osteocare», «Кальцемин» и «Кальцемин Адванс». В исследовании было показано, что атерогенная диета вызывает выраженное истощение микроэлементного состава минерала большеберцовой кости, что негативно влияет на процессы ремоделирования. Назначение препаратов кальция третьего поколения снижает потерю микроэлементов, вызванную атерогенной диетой у животных старческого возраста. Наименьшей эффективностью в данном случае обладал препарат «Osteocare», а наилучший эффект отмечался при применении препарата «Кальцемин Адванс».
1. Введение
В последние десятилетия ожирение, наряду с остеопорозом, заняло одну из лидирующих позиций в общей заболеваемости, достигнув пандемических показателей . Хотя точная этиология до сих пор неясна, общепризнано, что ожирение является результатом взаимодействия сложного набора факторов риска, включая диету, окружающую среду, этническую принадлежность, генетику, перинатальные и психосоциальные факторы , . Помимо этого, и ожирение, и остеопороз, являются еще и возрастными дегенеративными процессами с общими патогенетическими механизмами , а именно нарастание уровня окислительного стресса, накоплению конечных продуктов гликирования, белков и продуктов окисления липидов . При этом и при ожирении, и при старении организма регистрируется истощение микроэлементного состава в скелете , , а, остеотропные микроэлементы, такие как медь, марганец, цинк, бор и другие участвуют в обеспечении множества весьма важных биологических процессов . Если роль экспериментального ожирения в морфогенезе скелета относительно изучена , , то влияние различных концентраций остеотропных микроэлементов в этих условиях не исследовалось.
Цель исследования – изучение в эксперименте микроэлементного состава большеберцовых костей у крыс-самок старческого возраста, в условиях атерогенной диеты и обоснование возможности коррекции выявленных изменений путем внутрижелудочного введения препаратов кальция третьего поколения различного состава: «Osteocare», «Кальцемин» либо «Кальцемин Адванс».
2. Методика исследования
Эксперимент был проведен на 280 белых крысах-самках старческого возраста с исходной массой 330–345 г, распределенных на 8 групп. Животные 1-й группы (контроль) находились на стандартном рационе вивария, во 2-й группе – получали в рационе 2,5% холестерина и 10% свиного жира за счет соответствующего уменьшения содержания крахмала. В 3-5-й группах животные, находящиеся на стандартной диете, получали внутрижелудочно через зонд препараты кальция третьего поколения «Osteocare», «Кальцемин» и «Кальцемин Адванс» в дозе, эквивалентной терапевтической для человека. Наконец, в 6-8-й группах крысы получали «Osteocare», «Кальцемин» и «Кальцемин Адванс» на фоне атерогенной диеты.
Состав препарата «Osteocare»:
– кальция карбонат – 1 г., что соответствует содержанию кальция – 400 мг;
– колекальциферол – 2,5 мкг;
– магния гидроксид – 372 мг, что соответствует содержанию магния – 150 мг;
– цинка сульфата гептагидрат – 22 мг, что соответствует содержанию цинка – 5 мг.
Состав препарата «Кальцемин»:
– кальций (в форме кальция цитрата тетрагидрата и кальция карбоната) – 250 мг;
– колекальциферол (вит. D3) – 50 МЕ;
– цинк (в форме цинка оксида) – 2 мг;
– медь (в форме меди оксида) – 500 мкг;
– марганец (в форме марганца сульфата) – 500 мкг;
– бор (в форме натрия бората декагидрата) – 50 мкг.
Состав препарата «Кальцемин Адванс»:
– кальций* (в форме кальция цитрата и кальция карбоната) – 500 мг;
– колекальциферол (вит. D3**) – 200 МЕ;
– магний (в форме магния оксида) – 40 мг;
– цинк (в форме цинка оксида) – 7,5 мг;
– медь (в форме меди оксида) – 1 мг;
– марганец (в форме марганца сульфата) – 1,8 мг;
– бор (в форме натрия бората) – 250 мкг.
Расчёт дозировки вводимого препарата производили с учётом рекомендаций Ю.Р. и Р.С. Рыболовлевых. Терапевтическая доза для крысы была рассчитана с учетом видовой устойчивости, а именно:
где r – коэффициент видовой выносливости для крысы = 3,62,
R – коэффициент видовой выносливости для человека = 0,57.
При это, терапевтическая доза препарата для человека составляет 2 таблетки в сутки.
Все манипуляции с животными выполняли в соответствии с правилами Европейской конвенции защиты позвоночных животных, использующихся в экспериментальных и других научных целях .
По истечении сроков наблюдения животных декапитировали под эфирным наркозом, забирали большеберцовые кости и озоляли их. Полученную золу растирали в фарфоровой ступке, навеску в 10 мг растворяли в 2 мл 0,1 Н химически чистой соляной кислоты, доводили до 25 мл бидистиллированной водой. В полученном растворе определяли содержание меди, марганца, железа и цинка на атомно-абсорбционном фотометре типа «Сатурн»-2 в режиме эмиссии в воздушно-пропановом пламени . Статистическая обработка полученных данных проводилась с применением методов вариационной статистики с вычислением средних величин (M), оценкой вероятности расхождений (m), оценкой достоверности изменений с использованием t-критерия Стьюдента. За достоверную принималась разность средних значений при р<0,05 .
3. Основные результаты
У контрольных животных старческого возраста наблюдалось истощение микроэлементного состава большеберцовой кости (таблица 1). С 7 по 180 сутки наблюдения содержание меди уменьшилось с 3,03±0,04 мг% до 2,72±0,04 мг%, содержание марганца – с 0,78±0,01 мг% до 0,74±0,01 мг%, а содержание цинка – с 2,64±0,04 мг% до 2,61±0,03 мг%. Истощение микроэлементного состава костей связано с развитием процессов старения в скелете и проявлением первичного сенильного остеопороза.
Применение атерогенной диеты у крыс старческого возраста приводило к более выраженному истощению микроэлементного состава большеберцовой кости: с 15 по 180 сутки эксперимента содержание меди было меньше контроля на 7,49%, 8,14%, 9,54% и 8,83%, содержание цинка – на 10,00%, 11,41%, 12,54% и 10,81%, а содержание марганца – на 5,26%, 6,70%, 8,41% и 8,58%. Таким образом, при применении атерогенной диеты у крыс старческого возраста наблюдались признаки истощения микроэлементного состава большеберцовых костей с 15 суток от начала эксперимента.
Использование комбинированных препаратов кальция третьего поколения «Osteocare», «Кальцемин» или «Кальцемин Адванс» несколько замедляло процессы потери остеотропных микроэлементов у сенильных животных. В том случае, когда животным со стандартной диетой вводили «Osteocare» в большеберцовых костях, доля цинка была больше значений 1-й группы от 30 до 180 суток эксперимента на 6,16%, 5,20% и 6,76% соответственно, а доля марганца к 180 суткам – на 4,21%. В том случае, когда животным со стандартной диетой вводили «Кальцемин» от 30 до 180 суток содержание меди в большеберцовой кости превышало значения 1-й группы на 5,26%, 5,10% и 6,31%, содержание цинка – на 5,80%, 7,62% и 6,76%, а содержание марганца – на 6,32%, 6,34% и 5,75% соответственно. Наконец, в том случае, когда животным со стандартной диетой вводили «Кальцемина Адванс» содержание марганца в большеберцовой кости от 15 до 180 суток превышало значения 1-й группы на 5,37%, 7,13%, 8,08% и 7,66%. Также с 30 по 180 сутки содержание меди было больше контрольного на 6,34%, 7,07% и 8,04%, а содержание цинка – на 8,33, 9,29% и 8,49%. Таким образом, применение у крыс старческого возраста, не получавших атерогенную диету, «Osteocare» и «Кальцемина» сопровождается с 30 суток эксперимента признаками замедления истощения микроэлементного состава большеберцовых костей. Применение у крыс старческого возраста, не получавших атерогенную диету, «Кальцемина Адванс» с 15 суток сопровождается замедлением истощения микроэлементного состава большеберцовых костей. Эти явления выражены в большей степени, чем при введении «Osteocare» и «Кальцемина».
Использование препаратов кальция с различным содержанием микроэлементов несколько замедляло процессы потери остеотропных микроэлементов разного состава и у сенильных животных, находящихся на атерогенной диете. В том случае, когда животным на атерогенной диете вводили «Osteocare», содержание цинка в большеберцовой кости на 15, 90 и 180 сутки превышало значения 2-й группы на 5,56%, 6,38% и 6,49%, а содержание меди на 90 и 180 сутки – на 4,74% и 6,75%. Применение «Кальцемина» на фоне атерогенной диеты приводило к увеличению содержания цинка в золе большеберцовой кости в сравнении со значениями 2-й группы с 15 по 180 сутки на 3,97%, 6,95%, 4,89% и 7,58%, а также содержания меди и марганца с 30 по 180 сутки – на 5,78%, 5,75% и 8,07%, и на 5,09%, 7,33% и 6,87%. В том случае, когда животным на атерогенной диете вводили «Кальцемин Адванс» содержание цинка в большеберцовой кости к 30 и 90 суткам превышало контрольное на 3,80% и 5,02%, а содержание меди на 90 сутки – на 4,09%. Содержание цинка в большеберцовой кости с 15 по 180 сутки превышало значения 2-й группы на 8,33%, 8,59%, 8,72% и 10,82%, а содержание меди и марганца с 30 по 180 сутки – на 6,26%, 6,03% и 8,82%, и на 6,60%, 8,83% и 8,13%. Таким образом, применение препаратов кальция с различным содержанием остеотропных микроэлементов на фоне атерогенной диеты несколько сглаживало истощение микроэлементного состава большеберцовых костей у животных старческого возраста, находящихся на атерогенной диете с 15 суток эксперимента.
Таблица 1 - Показатели химического состава большеберцовой кости белых крыс старческого возраста (X±Sx)
Группа | Сроки | Содержание в минеральном компоненте | ||
меди, мг% | марганца, мг% | цинка, мг% | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Контроль | 7 | 3,03±0,04 | 0,78±0,01 | 2,64±0,04 |
15 | 3,00±0,05 | 0,80±0,01 | 2,66±0,03 | |
30 | 2,93±0,04 | 0,79±0,01 | 2,65±0,04 | |
90 | 2,83±0,04 | 0,77±0,01 | 2,62±0,04 | |
180 | 2,72±0,04 | 0,72±0,04 | 2,61±0,03 | |
Холестерин | 7 | 3,00±0,05 | 0,76±0,01 | 2,61±0,04 |
15 | 2,77±0,04* | 0,72±0,01* | 2,52±0,04* | |
30 | 2,69±0,04* | 0,70±0,01* | 2,47±0,04* | |
90 | 2,56±0,04* | 0,67±0,01* | 2,40±0,04* | |
180 | 2,48±0,03* | 0,66±0,01* | 2,33±0,03* | |
OsteoCare | 7 | 3,03±0,05 | 0,80±0,01 | 2,72±0,04 |
15 | 3,03±0,04 | 0,83±0,01 | 2,73±0,04 | |
30 | 3,03±0,04 | 0,84±0,01* | 2,75±0,04 | |
90 | 2,92±0,04 | 0,81±0,01* | 2,71±0,04 | |
180 | 2,83±0,04 | 0,79±0,01* | 2,79±0,04* | |
Кальцемин | 7 | 3,07±0,04 | 0,77±0,01 | 2,65±0,04 |
15 | 3,06±0,04 | 0,81±0,01 | 2,74±0,04 | |
30 | 3,09±0,05* | 0,83±0,01* | 2,81±0,04* | |
90 | 2,97±0,04* | 0,83±0,01* | 2,78±0,04* | |
180 | 2,89±0,04 | 0,79±0,01* | 2,79±0,03* | |
Кальцемин Адванс | 7 | 3,05±0,04 | 0,79±0,01 | 2,70±0,03 |
15 | 3,10±0,04 | 0,81±0,01 | 2,80±0,04* | |
30 | 3,12±0,05* | 0,85±0,02* | 2,83±0,04* | |
90 | 3,03±0,04* | 0,84±0,02* | 2,83±0,04* | |
180 | 2,94±0,04* | 0,80±0,02* | 2,84±0,04* | |
Холестерин + OsteoCare | 7 | 2,97±0,04 | 0,76±0,01 | 2,57±0,03 |
15 | 2,84±0,04* | 0,76±0,01*^ | 2,58±0,04 | |
30 | 2,80±0,04* | 0,73±0,01 | 2,54±0,04 | |
90 | 2,68±0,04*^ | 0,71±0,01*^ | 2,51±0,04 | |
180 | 2,64±0,04^ | 0,70±0,01*^ | 2,48±0,03*^ | |
Холестерин + Кальцемин | 7 | 3,07±0,05 | 0,75±0,02 | 2,60±0,04 |
15 | 2,89±0,04 | 0,75±0,01*^ | 2,59±0,04 | |
30 | 2,85±0,04^ | 0,75±0,01*^ | 2,59±0,04^ | |
90 | 2,71±0,04*^ | 0,70±0,01*^ | 2,57±0,04^ | |
180 | 2,68±0,04^ | 0,71±0,01*^ | 2,51±0,03*^ | |
Холестерин + Кальцемин Адванс | 7 | 3,02±0,04 | 0,78±0,01 | 2,65±0,03 |
15 | 2,86±0,04 | 0,78±0,01^ | 2,60±0,04 | |
30 | 2,86±0,04^ | 0,76±0,01*^ | 2,63±0,04^ | |
90 | 2,71±0,04*^ | 0,73±0,01*^ | 2,61±0,04^ | |
180 | 2,70±0,05^ | 0,73±0,01^ | 2,57±0,03*^ | |
Примечание: * – обозначает достоверное отличие от группы 1
^ – обозначает достоверное отличие от группы 2
4. Обсуждение
Минимальные изменения наблюдались при введении «Osteocare», а наиболее эффективным было применение «Кальцемина Адванс». Полученные результаты, вероятно, объясняются следующим образом. Атерогенная диета ухудшает липидный обмен, что может косвенно предотвращать старение остеокластов и апоптоз . Более того, опосредуется остеокластогенез и резорбция кости, возможно, за счет увеличения уровня клеточного окислительного стресса и активности воспалительных цитокинов (IL1β, IL-6, TNFα)
, все из которых оказывают негативное воздействие на кость, индуцируют ускоренное старение скелета и потерю остеотропных микроэлементов. Препараты «Osteocare», «Кальцемин» и «Кальцемин Адванс» содержат в составе соли кальция и метаболиты витамина D3 приблизительно в одинаковой концентрации (250-500 мг и 50-200 МЕ в одной таблетке), а также медь, цинк, марганец и бор в различных концентрациях (согласно инструкции производителя одна таблетка Osteocare содержит 5 мг цинка, одна таблетка Кальцемина – 2 мг цинка, 500 мкг меди, 500 мкг марганца и 50 мкг бора, а одна таблетка Кальцемина Адванс – 7,5 мг цинка, 1000 мкг меди, 1800 мкг марганца и 250 мкг бора). Бор взаимодействует с гликопротеинами, гликолипидами и другими мембранными молекулами, имеющими гидроксильные группы , и влияет на целостность клеточных мембран. Также доказана способность бора увеличивать абсорбцию кальция в кишечнике путем увеличения регулируемой 1,25(OH)2D3 абсорбции кальция в кишечнике . Цинк является кофактором, который участвует в росте клеток посредством активации ферментов, участвующих в синтезе ДНК, РНК и белков, и выполняет множество биологических функций в организме, включая метаболизм костей . В частности, цинк увеличивает активность остеобластов и синтез коллагена, а также уменьшает резорбцию кости, опосредованную остеокластами, тем самым смещая баланс оборота в сторону анаболического профиля. Медь действует как кофактор для металлоферментов, которые играют роль в восстановлении молекулярного кислорода за счет своей оксигеназной активности. Дефицит меди ухудшает механическую прочность тканей, включая кости, из-за уменьшения числа поперечных связей эластина и коллагена, что происходит из-за снижения активности медьсодержащего фермента лизилоксидазы. Кроме того, недостаток меди может снижать активность супероксиддисмутазы, тем самым увеличивая активацию остеокластов и резорбцию кости. Наконец, марганец также является кофактором многочисленных ферментов и необходим для роста костей, а его дефицит связан с аномальным развитием скелета . В результате поступления остеотропных микроэлементов в организм создаются условия для оптимизации целого ряда скелет-ориентированных ферментных цепей, и сглаживается негативное влияние как старения, так и атерогенной диеты на скелет. Это и приводит к восстановлению микроэлементного состава костей. Поскольку в препарате «Кальцемин Адванс» концентрация остеотропных микроэлементов наибольшая, его корригирующий эффект проявляется раньше и выражен сильнее.5. Заключение
Полученные нами результаты позволяют сделать заключение о том, что у крыс старческого возраста, находящихся на атерогенной диете, наблюдается истощение микроэлементного состава большеберцовых костей, которое нарастает с увеличением продолжительности эксперимента. Применение препаратов кальция третьего поколения на фоне атерогенной диеты сглаживает негативное влияние условий эксперимента на микроэлементный состав большеберцовых костей. Применение «Кальцемина Адванс», по нашим данным, было более эффективным.