Введение. Широкая распространенность метаболического синдрома становится серьезной проблемой населения во всем мире в результате изменений в рационе питания и малоподвижного образа жизни. По данным ВОЗ, более 1,9 миллиардов человек имеют избыточный вес, более 650 миллионов человек страдают ожирением [1, 2].

Метаболический синдром характеризуется резистентностью к инсулину, гипергликемией, дислипидемией, гипертонией и ожирением, является провоспалительным и протромботическим состоянием. Центральную роль в возникновении МС играет жировая ткань - в настоящее время рассматривается как биологически активный эндокринный и паракринный орган. Она продуцирует адипоцитокины, которые включают провоспалительные медиаторы интерлейкин-6 (IL-6) и фактор некроза опухоли α (TNF-α), ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1). Данные цитокины вызывают воспалительную реакцию и повышают резистентность адипоцитов к инсулину [3]. Ожирение быстро прогрессирует с развитием метаболических нарушений; увеличивает риск развития сахарного диабета 2 типа, сердечно-сосудистых заболеваний, неалкогольной жировой болезни печени [3, 4, 5].  

Очень мало синтетических химических препаратов используется для лечения ожирения, но они имеют высокую стоимость и побочные эффекты. Патофизиология метаболического синдрома очень сложна и диктует необходимость разработки препаратов широкого спектра фармакологической активности, которые воздействовали бы на несколько патогенетических звеньев и этиологических факторов этой патологии. Использование лекарственных растений, обладающих адаптогенными свойствами, может стать значительным шагом в профилактике и лечении метаболического синдрома.

В данном исследовании мы оценили эффективность потенциально новой растительной формулы в лечении метаболического синдрома и ожирения, состоящую из хорошо известных и широко используемых фитоадаптогенов, состоящей из Glycyrrhizaglabra (солодка голая), Rhodiolarosea (родиола розовая), Acanthopanaxsenticosus (элеутерококк колючий), применяемых в комплексе. Использование комплексных фитоадаптогенов (КФА) более целесообразно, так как в отличие от монотерапии, они модулируют биологические процессы. Родиола розовая и солодка голая оказывают противовоспалительное, антиоксидантное действие благодаря ряду метаболитов [6, 7, 8, 9]. Элеутерококк колючий регулирует гомеостатические реакции с помощью нейроэндокринной иммунной системы (НЭИМ), контролирует образование молекулярных шаперонов, активируемых стрессом, кортизола и оксида азота (NO) [10, 11, 12].

Цель исследования. Оценить в эксперименте вызванные метаболическим синдромом изменения в системе микрогемодинамики, структуре почек, биохимических показателях плазмы крови, стрессоустойчивости крыс и возможности их коррекции комплексными фитоадаптогенами (КФА).

Материалы и методы исследования. Эксперимент проведен на 40 крысах-самцах линии Wistar (возраст 9-10 недель, масса 330±20 г), полученных из Северо-Кавказского природоохранного управления “Питомник”. Животных помещали в помещение с контролируемым 12-часовым освещением/темнотой с регулируемой температурой (21 ± 1°C) и влажностью (50-55%). Крыс содержали в клетках (по 5 животных в каждой); доступ к воде и пище adlibitum.

Исследование было одобрено Этического Комитета Института биомедицинских исследований - филиала Владикавказского научного центра Российской академии наук (протокол № 7 от 20 февраля 2019 года). Исследование проводилось в соответствии с этическими стандартами, установленными Хельсинкской декларацией 1964 года.

После адаптационного периода животные были случайным образом разделены на 3 экспериментальные группы: 1 – контрольная, 2 – метаболический синдром, 3 – коррекция метаболического синдрома комплексными фитоадаптогенами. Животных 2,3 группы содержали на диете с высоким содержанием углеводов и жиров в течение 16 недель: 175 г фруктозы, 395 г сгущенного молока с сахарозой, 200 г говяжьего жира, 155 г гранулообразного корма для крыс, 25 г смеси солей Хаббла, Менделя и Вейкмана и 50 г воды на килограмм рациона. Кроме того, питьевая вода для 2,3 группы содержала 25% раствор фруктозы [13]. Крыс из 2-й группы подвергали эвтаназии под анестетиком общего действия «Zoletil» (0.1 мл/100г) после 16 недель кормления для оценки прогрессирования патофизиологических изменений метаболического синдрома. Крысы из 3-й группы после 16 недель нахождения на диете принимали комплексные фитоадаптогены (КФА) в течение 14 дней.

В 1-й группе микроциркуляцию (МЦ), биохимические показатели плазмы крови, степень тревожности и двигательную активность, гистологические исследования проводили один раз в начале эксперимента, во 2-й группе – после 16 недель нахождения на диете с высоким содержанием углеводов и жиров, 3-й группе – после 16 недель диеты и 14 дней применения КФА.

Кровь для биохимического анализа собирали через пункцию сердца. Оценивали уровни триглицеридов, глюкозы, холестерина общего, липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), креатинина в плазме крови.

Ультразвуковую допплерографию (MM-D-K Minimax-Doppler-K, зонд 25 МГц, Санкт-Петербург, Россия) использовали для оценки параметров микрогемодинамики. Каждую крысу закрепляли на деревянной доске в положении лежа на спине. Измерения проводились в тех областях, где не проходят крупные кровеносные сосуды с целью оценки жидкостного обмена в тканях. MЦ измеряли 3 раза у каждой крысы, затем рассчитывали среднее значение. Оценивались: Vаs – максимальная систолическая скорость кровотока; Vam – средняя скорость кровотока; Vakd – конечная диастолическая скорость кровотока; Qas – максимальная систолическая объемная скорость кровотока; Qam – средняя объемная скорость кровотока; PI – индекс пульсации (индекс Гослинга) и RI – индекс периферического сопротивления (индекс Пурсело), отражающий эластические свойства сосудов.

Экстракт КФА состоит из официальных 70% спиртовых экстрактов солодки голой, родиолы розовой, элеутерококка колючего в соотношении 1:2:1. Дозу рассчитывали с учетом среднесуточного объема потребляемой животными жидкости и коэффициента (х10) для мелких лабораторных животных (0,1 мл/100 г) в сутки – в среднем 0,5 мил на 1 крысу. КФА животные 3-й группы принимали в течение 14 дней после экспериментального моделирования метаболического синдрома.

Тревожность и двигательная активность регистрировались в тесте открытое поле (ОП) и рассчитывались с помощью компьютерной программы мониторинга активности (Realtimer, OpenScience, Россия).

Открытое поле (ОП) представляет собой квадратную арену со сторонами, равными 100 см, и высотой 40 см, разделенную на 25 одинаковых квадратов (40×40×30 см³). Доказано, что тест открытое поле с серой ареной не позволяет выявить межгрупповые различия (стрессоустойчивые, промежуточные, стресснеустойчивые) в поведенческих показателях у животных. На арене серого цвета из-за переходного состояния возникает особый тип стрессового поведения, проявляющийся в виде смешанного тревожно-фобического состояния у животных, независимо от их прогностической устойчивости к стрессу. Исходя из этого, в данном эксперименте животные не были разделены на группы по их устойчивости к стрессу [14]. Исследуемые параметрами: горизонтальная активность (расстояние, выраженное в квадратах), вертикальная активность (количество вертикальных с опорой и без опоры на стенки арены), груминг и акты дефекаций.

В день испытания крыс помещали в комнату для тестирования на 2 часа. Затем каждую крысу помещали в один и тот же угол открытого поля и приподнятого крестообразного лабиринта, ее поведение регистрировали в течение 5 минут. Чтобы избежать присутствия обонятельных сигналов, открытое поле тщательно обрабатывали 20%-ным этиловым спиртом, а затем протирали сухой бумагой после каждого исследования.

Образцы ткани печени и почек фиксировали в 10% параформальдегиде в течение 72 ч, перед дегидратацией и фиксацией в парафиновых блоках для гистологического исследования. Затем готовили срезы с помощью микротома. Срезы окрашивали гематоксилином-эозином (H&E). Препараты изучали при увеличении ×100 под микроскопом Zeiss Axio Lab (Германия).

Анализ полученных данных проводился с использованием программного обеспечения Statistica 10.0 («StatSoft, Inc», Россия). Нормальность распределения переменных проверяли с помощью критерия Шапиро-Уилка. Для сравнения независимых групп использовался критерий Крускала-Уоллиса. Для сравнения зависимых групп использовался критерий Уилкоксона. Данные были представлены в виде Ме(Q1;Q3). P<0,05 было принято как статистически значимое.

Результаты и их обсуждение. При анализе биохимических показателей выявлено, что на фоне диеты с высоким содержанием углеводов и жиров у животных происходит достоверное повышение холестерина общего (р=0,049), триацилглицеридов (р=0,011), ЛПНП (р=0,038), С - реактивного белка (р=0,016), а также снижение креатинина (р=0,011) по отношению к контролю. При коррекции метаболического синдрома комплексными фитоадаптогенами уровни изучаемых показателей находились в пределах доверительного интервала контроля (Таблица 1).

Динамика микроциркуляции во всех экспериментальных группах представлена в Таблице 2.

При метаболическом синдроме произошло достоверное снижение систолической (Vas) (P=0,002), диастолической (Vas) (P=0,003) и средней скоростей (Vam) (P=0,002) кровотока по отношению к контролю. При коррекции метаболического синдрома комплексными фитоадаптогенами происходит достоверное увеличение Vas (Р=0,047) и Vakd (Р=0,046), однако сохраняются достоверные отличия Vas (P=0,046), Vam (Р=0,046) и Vakd (Р=0,027) с диапазоном контрольной группы. При метаболическом синдроме наряду со снижением линейных скоростей кровотока (Vas, Vam, Vakd) закономерным было снижение и объемных скоростей кровотока: Qas (P=0,018) и Qam (Р=0,002).

Анализ объемных скоростей кровотока в группе коррекции комплексными фитоадаптогенами МС выявил тенденции к повышению Qas и Qam.

Метаболический синдром оказывает неблагоприятное влияние на структуру артерий малого сопротивления за счет увеличения толщины артериальной стенки. Это приводит к гипертрофическому процессу – ремоделированию сосудистой стенки. Поэтому при метаболическом синдроме происходит закономерное повышение сосудистого сопротивления, отраженного достоверным повышением PI (Р=0,007) и RI (Р=0,017). При коррекции отмечаются тенденции к снижению PI и RI по отношению к МС.

При анализе горизонтальной активности крыс в течение 3 минут было обнаружено, что крысы с метаболическим синдромом (МС) (группа 2) продемонстрировали тенденцию к снижению по отношению к контролю (группа 1). Количество вертикальных стоек с опорой на стену арены показало достоверные различия с контролем (Р=0,017). При коррекции МС КФА сохранялись достоверные различия с контролем (Р=0,049), но отмечается тенденция к восстановлению (таблица 3).

Анализ достоверным поведенческой активности животных в тесте "Открытое поле" показал, что основным проявлением стресса у животных с метаболическим синдромом являются периоды неподвижности, которые достоверно отличались от значений контроля (Р=0,011). Эта реакция рассматривается как симптом страха.

При коррекции метаболического синдрома комплексными фитоадаптогенами увеличивается горизонтальная и вертикальная двигательная активность по отношению (р<0,05) к метаболическому синдрому (МС) в тесте «Открытое поле», которую характеризует число пересеченных квадратов (локомоторная активность) и количество стоек, что можно рассматривать как тенденцию к восстановлению нарушенной стрессом двигательной активности.

Гистологическое исследование почек крыс с метаболическим синдромом выявило выраженные патологические изменения, особенно в коре почек: аномальные изменения наблюдались в основном в клубочках (G) и проксимальных извитых канальцах и строме почек по сравнению с контролем (Рис. 1C, 1D).

Почки контрольных крыс имели нормальную структуру коры почек (Рис. 1А, 1Б), которая содержала в основном почечные тельца, состоящие из клубочковых капилляров, заключенных в капсулу Боумена. Кроме того, имелось капсулярное пространство между проксимальными (PCT) и дистальными извитыми канальцами (DCT). У крыс с метаболическим синдромом были гипертрофированы (G2) с расширенными клубочковыми капиллярами, в то время как другие – атрофичными (G1). Кроме того, большинство PTC были расширены с потерей границ; их клетки имели вакуолизированную цитоплазму и темные пикнотичные ядра. Кроме того, в различных областях коры почек наблюдались интерстициальные широкие пространства (WS), кровоизлияния (BE) и инфильтрация воспалительными клетками (IS).

Крысы с метаболическим синдромом, получавшие КФА (Рис. 2), показали заметное улучшение гистологического профиля почек, проявляющееся почти нормальными клубочками и PCT без признаков дегенерации (уменьшение интерстициальных широких пространств) и инфильтрации воспалительными клетками.

Полученные результаты можно объяснить следующим образом. Эндотелиальная дисфункция является одним из самых ранних сосудистых изменений, наблюдаемых при ожирении. Это характеризуется снижением доступности и ускоренной деградации NO из-за чрезмерной сосудистой генерации активных форм кислорода (АФК), а также в измененной продукции эндотелиального фермента NO-синтазы (eNOS) [15, 16]. Оксид азота (NO) является основным соединением, участвующим в регуляции сосудистого гомеостаза, вырабатываемый эндотелиальными клетками в результате превращения L-аргинина в цитруллин под действием конститутивного eNOS [17]. Повышенная концентрация или активность аргиназы может уменьшить количество L-аргинина, доступного для eNOS, что снижает выработку NO и вызывает эндотелиальную дисфункцию [18, 19].

Основные адипокины, вырабатываемые жировыми клетками – лептин, резистин и адипонектин [20, 21, 22], могут по-разному влиять на сосудистый гомеостаз. Лептин, основной белок, вырабатываемый адипоцитами, может стимулировать секрецию фактора некроза опухоли – α (TNF-α) и интерлейкина-6 (IL-6), которые, в свою очередь, способствуют эндотелиальной дисфункции посредством их прямой активности или индуцируют увеличение продукции АФК в эндотелиальных клетках [23]. TNF-α может стимулировать выработку АФК путем активации никотинамидадениндинуклеотидфосфатоксидазы (NADPH-оксидазы) или путем активации ядерного фактора транскрипции – kappa B (NF-κB), что приводит к активации макрофагов, миграции и пролиферации гладкомышечных клеток и индукции экспрессии молекул адгезии эндотелиальными клетками [24]. IL-6 увеличивает выработку АФК за счет активации ксантиноксидазы и восстановленной формы NADPH-оксидазы [25, 26].

Комплексные фитоадаптогены влияют на систему гемостаза: они улучшают реологические свойства крови, модулируют систему свертывания крови и фибринолиз за счет увеличения выработки атромбогенных регуляторов – NO, PG El, EETs, простациклина, тем самым нормализуя сосудистый тонус, кровоток за счет расширения сосудов (↑NO) [11].

Стресс является важным этиологическим фактором в развитии метаболического синдрома. Понимание связей и взаимодействий между стрессом, нейробиологической адаптацией и ожирением важно для разработки эффективных стратегий профилактики и лечения ожирения и связанных с ним метаболических заболеваний. Поэтому в нашем исследовании также изучались показатели поведенческой активности животных в норме, при метаболическом синдроме и его коррекции. При коррекции метаболического синдрома комплексными фитоадаптогенами наблюдается тенденция к восстановлению двигательной активности, нарушенной стрессом и метаболическим синдромом.

КФА оказывают выраженный стресслимитирующий эффект: модулируют синтез кортизола и адренокортикотропного гормона при стрессе, повышают уровень нейрогормонов ("гормонов радости" – эндорфинов, дофамина), проявляют нейропротекторную активность, продлевают стадию резистентности триады Селье [27, 28]. Вторичные метаболиты КФА включают адаптацию клеток к стрессу, что называется феноменом гермезиса или прекондиционирования (ashormesisor preconditioning) [29]. Глицирризин солодки голой значительно снижает секрецию фактора некроза опухоли-α, IL-1β и IL-6, уменьшает образование АФК, индуцируя фосфорилирование AMP-активируемой протеинкиназы, что приводит к повышению активности антиоксидантных ферментов [30].

Взаимосвязь между метаболическим синдромом и хроническим заболеванием почек является спорной, но возможные механизмы нарушения функции почек могут включать системное высвобождение медиаторов провоспалительных цитокинов, свободных радикалов и окислительного стресса при МС [31, 32]. Структурные нарушения в почках при метаболическом синдроме были выявлены в ходе нашего исследования. Мы полагаем, что восстановление структуры почек происходит за счет антиоксидантного действия комплексных фитоадаптогенов, а также прямого воздействия на микроциркуляцию, что является предметом наших дальнейших исследований.

Выявлено, что на фоне рациона с высоким содержанием углеводов и жиров у животных наблюдается достоверное повышение общего холестерина (р=0,049), триацилглицеридов (р=0,011), ЛПНП (р=0,038), С -реактивного белка (р=0,016), а также снижение креатинина (р=0,011) относительно контроля. Полученные данные согласуются с патогенезом метаболического синдрома.

В нашем исследовании комплексные фитоадаптогены (Glycyrrhizaglabra, Rhodiotarosea, Acanthopanaxsenticosus) купировали биохимические маркеры метаболического синдрома. Доказано, что потребление листьев элеутерококка колючего позволяет регулировать уровень триглицеридов и холестерина в плазме крови благодаря значительному содержанию клетчатки в листьях, ингибирующей всасывание холестерина или реабсорбцию желчных кислот [33]. Пищевые волокна увеличивают выведение желчных кислот с калом за счет повышения уровня экспрессии мРНК холестерина 7a-гидроксилазы (CYP7al), что ограничивает скорость превращения холестерина в желчные кислоты. Влияние, оказываемое элеутерококком колючим на липидный обмен, обусловлено потенциальной активностью антоцианов, входящих в его состав [6]. Антоцианы уменьшают накопление липидов в печени и повышают чувствительность к инсулину благодаря 5'AMP-активируемой протеинкиназе в периферических тканях [33].

Недавние исследования показывают, что увеличение выработки активных форм кислорода из накопленной жировой массы приводит к усилению системного окислительного стресса, способствуя развитию хронических заболеваний, связанных с ожирением [34]. Вызванный ожирением окислительный стресс в жировой ткани может привести к усилению воспалительных сигналов, нарушению регуляции адипокинов и резистентности к инсулину. Поэтому применение антиоксидантов очень важно при лечении ожирения. Экстракт AS уменьшает накопление АФК (супероксиданионного радикала и H₂O₂) [35]. Наиболее известный антиоксидант растительного происхождения – родиола розовая – повышает активность эндогенного антиоксидантного ферментативного ответа. Применение экстракта родиолы розовой подавляет активность пролиндегидрогеназы (PDH) и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PDH), что предотвращает окисление пролина, необходимого для образования АТФ, ингибируя адипогенез [36, 37]. Экстракт родиолы и его основное биологически активное вещество тирозол повышают активность супероксиддисмутазы, что приводит к снижению содержания активных форм кислорода в процессе адипогенеза [11].

Глицирризин Glycyrrhizaglabra уменьшает окислительный стресс за счет снижения концентрации свободных жирных кислот, возможно, из-за ингибирования образования АФК при метаболическом синдроме, что, в свою очередь, уменьшает окислительное повреждение кардиолпина и других ферментов, что приводит к улучшению функции митохондрий [38].

Заключение. На основании результатов проведенного эксперимента можно сделать вывод, что параметры микрогемодинамики, биохимические показатели плазмы крови попадают под прямое действие комплексных фитоадаптогенов. Это воздействие носит системный характер и может вызывать реакции со стороны нервной, эндокринной, иммунной систем организма, эндотелия сосудов с изменением содержания или синтеза биологически активных веществ (гормонов, цитокинов, нейротрансмиттеров), что играет существенную роль в коррекции МС. Использование КФА может стать перспективным дополнением в лечении метаболического синдрома и его компонентов (абдомональное ожирение, резистентность к инсулину, дислипидемия, системная дисфункция эндотелия и др.) путем воздействия на центральные патофизиологические звенья и ряд этиологических факторов МС.

Информация о финансировании

Финансирование исследования проводилось в рамках комплексной темы ГЗ НИР ИБМИ ВНЦ РАН (2021-2023 гг.).