Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка метаболических эффектов заменителей сахара по параметрам утилизации глюкозы в организме

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Оценка метаболических эффектов заменителей сахара по параметрам утилизации глюкозы в организме"

' ' ^ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

;) £ ' ИНСТИТУТ ПИТАНИЯ

На правах рукописи УДК 612.396.2.019:599.323.4 ] 08

АНТОНОВА ЖАННА ВЛАДИМИРОВНА

ОЦЕНКА МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ЗАМЕНИТЕЛЕЙ САХАРА ПО ПАРАМЕТРАМ УТИЛИЗАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В ОРГАНИЗМЕ.

(03.00.04 - БИОХИМИЯ)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

Москва - 1996

Работа выполнена в лаборатории обмена веще'ств и энергии Института питания РАМН.

Научный руководитель - доктор медицинских наук, профессор

М. М. Гаппаров

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

В. Н. Гитов

доктор биологических наук, профессор Г.А.Яровая

Ведущее учреждение - Институт биологичекой и медицинской

химии РАМН

- - слшл/гиь

Защита диссертации состоится " /о " <¿-^К-1996 г.

в "_" часов на заседании Диссертационного Совета

(Д.001.02.01) при Институте питания РАМН (Москва, 109240, Устьинский проезд, 2/14).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института питания РАМН.

■ /йГ-

Автореферат разослан " АУ " у^(/¿'¿¿^■¿л^1996 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат медицинских наук

В.М.Жминченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

В настоящее время, в связи с возрастающим производством продуктов питания для детей первого года жизни, а также с наличием разнообразного ассортимента продуктов лечебного и профилактического питания все большее внимание нутриционистов привлекает углеводный состав этих продуктов (Волгарев М.Н., Фатеева Е.М. и др., 1990; Кук Д.А., 1984; Гаппаров М.М., Никольская Г.В., 1991).

Традиционно используемые крахмал, сахароза и лактоза имеют определенные технологические, физиологические и медицинские ограничения. Поэтому в питание человека все более активно внедряются новые углеводные продукты, имеющие ряд преимуществ перед указанными выше.

К новым источникам углеводов, получившим распространение в практике профилактического. лечебного и детского питания относятся глюкозо-фруктозные сиропы, а также широкий спектр продуктов частичного ферментативного гидролиза пищевых крахмалов.. Эти новые продукты обладают хорошей растворимостью, переносимостью,. низким осмотическим эффектом и технологическими удобствами при использовании их в домашнем питании, а также отличаются значительной дешевизной.

Однако, следует отметить, что особенности усвоения и метаболические эффекты продуктов частичного гидролиза крахмала относительно слабо изучены в плане их возможного влияния на обмен веществ в организме, а имеющихся научных данных по этому вопросу в настоящий момент накоплено крайне недостаточно.

Исследования, проведенные ранее в Институте питания РАМН, позволили установить, что темпы утилизации этих углеводов существенно отличаются от таковых для крахмала и сахара (Вировец 0. а., Соколова. И., Гаппаров М.М.. 1990).

Поэтому использование нового углеводного сырья (со своеобразной химической, структурой) с целью замены сахара, лактозы и крахмала требуе'т экспериментальной оценки и должно опираться на физиолого-биохимические исследования с разработкой новых и более чувствительных критериев адекватности метаболических эффектов изучаемых углеводов обмену веществ в организме.

Использование биохимических методов оценки состояния метаболизма с помощью радиоизотопных методов исследований является наиболее информативным и современным подходом в области

- г -

биохимии и физиологии питания.

Наиболее чувствительным и точным показателем особенностей утилизации углеводов в организме является исследование скоростей включения радиоактивно-меченых углеводов в белковые, липидные и углеводные структуры органов и тканей(Гаппаров М.М.,Вировец O.A., Соколов А.И., 1987-1990).

Оценка темпов утилизации углевод:- -'.-,( каждого нового типа углеводных продуктов может служить в тч стве основы для практических рекомендаций размеров их рацион-ишного потребления.

Цель исследования: Целью настоящей работы явилась разработка современных и информативных биохимических показателей для оценки особенностей утилизации новых углеводов в биологические структуры организма.

Задачи исследования:

1. Используя глюкозу, меченную 3Н и 14 С в разных положениях, получить количественную оценку ее утилизации в липиды, гликоген и белки печени.

2. Изучить возможность использования отношений 3Н/14С в белках, жирах и углеводах в качестве показателей, отражающих обменные процессы в организме.

3. Разработать методический подход для оценки особенностей утилизации новых сахарозаменителей - сухокрахмальной патоки и декстринмальтозы, предназначенных для детского и лечебного питания.

Научная новизна работы:

Впервые, с примененем радиоизотопного метода дана количественная оценка утилизации глюкозы, универсального эндогенного метаболического субстрата, в белковые, углеводные и липидные структуры организма.

Выявлено, что замена крахмала на сахарозу, глюкозо-фруктозную смесь и продукты частичного гидролиза крахмала вызывает перераспределение метаболических потоков глюкозы между липидами, белками и гликогеном.

На основании этих исследований разработан новый биохимический подход для выявления действия различных углеводных источников на обмен веществ у экспериментальных животных.

Предложен метаболический показатель для оценки различных пищевых углеводов - отношение 3Н/14С, определяемое в белках, жирах и углеводах. Преимуществом данного показателя является, его

информативность и более высокая чувствительность к изменениям химического состава и структуры углеводов.

Использование показателя 3Н/14С позволило обнаружить преимущественное использование глюкозы в синтезе липидов на рационах с высоким содержанием олигосахаров и декстринов, в то время как продукты глубокого гидролиза крахмала с высоким содержанием ди- и моносахаров этим эффектом не обладали.

Научно-практическая значимость работы. В результате

проведенных исследований предложены новые биохимические критерии для оценки возможности использования нетрадиционных источников углеводов в питании здоровых и больных людей.

Характеристика метаболических эффектов каждого нового типа углеводных продуктов, полученная с помощью разработанных критериев, может быть использована для обоснования практических рекомендаций их рационального потребления.

Апробация работы: Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции молодых ученых Института питания РАМН (Москва, 1989), на объединенной конференции одела физиологами и биохимии питания Института питания РАМН (Москва, 1989, 1991 гг.). Диссертация апробирована на конференции одела биохимии и физиологиии питания Института питания РАМН (6 декабря 1995 г.).

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Объем и структура работы: Диссертация написана в соответствии с правилами ВАК России, предъявляемыми к кандидатским диссертациям и состоит из введения, обзора литературы, глав материалов и методов, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 40 отечественных и 199 зарубежных источников. Текст изложен на 149 страницах и содержит 20 таблиц и 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Материалы и методы исследования. ' Опыты проводили на крысах-самцах Вистар (170 шт.). Животные получали в течение 30-40 дней рационы, отличавшиеся , по углеводному составу (табл.1)

Таблица 1

Соотношение основных компонентов рациона в (% от общей калорийности)

рацион белок жиры углеводы

Ип/п казеин лярд п/масло крахмал СКП ДМ цн.сахар сахароза

1 18 13 13 56 _ _ _

2 18 13 13 - 56 - -

3 18 13 13 26 - 30 -

4 18 13 13 26 - - 30

5 18 13 13 56 —

Примечание: п/масло - подсолнечное масло, СКП - сухокрах-мальная патока, ДМ - декотринмальтоза. ин.сахар - инвертный сахар.

В качестве углеводного компонента крысы контрольной группы получали кукурузный крахмал, содержащий до 26% амилозы (рационП. У крыс опытных групп, получавших рационы 4 и 3, углеводный компонент был представлен сахарозой (хч) или инвертным сахаром, являющимся эквивалентной смесью субъединиц сахарозы -' глюкозы (фирма "Серва", Германия) и фруктозы (фирма " Суомен сокери", Финляндия), составляющих 30 % по калорийности корма.• В рационах 2 и 5 крахмал был полностью заменен на сухокрахмальную патоку ("Церестар", Франция) или декстринмальтозу. производства НИИ крахмалопаточной промышленности. Оба продукта являются полимерами глюкозы, полученные путем частичного ферментативного гидролиза крахмала. В табл.2 представлен химический состав двух разновидностей частично-гидролизованного крахмала.

Таблица 2

Химический состав использованных продуктов частичного гидролиза крахмала (г на 100 г продукта).

углеводы СКП (Церестар) ДМ (НИИ КПП)

Глюкоза 0.5 • 4,3

Мальтоза 6.1 69, 0

Олигосахара 93.4 26,7

и декстрины

Обозначения те же. что и в табл.1

Корм животные получали ежедневно в 19.00 из расчета 90 ккал на 300 г массы крысы в день. Все рационы содержали необходимые физиологические нормы витаминов и минеральных веществ.

Перед забоем животным на ночь давали корм ad libitum. В день забоя, с 7.00 до 7.25 час сытым крысам внутрибрюшинно вводили по 1 мл радиоактивной глюкозы (табл.3) в качестве предшественника для синтеза липидных, углеводных и белковых структур в организме крысы.

Таблица 3

Состав инъекционных растворов глюкозы.

N опыта N рациона Состав инъекционных растворов

1 1, 3. 4 D- [I-14 С] -гл

2 1. 2 смесь D-[б-3 Н]-гл и D-[I-14 С] -гл

3 ■1 1 , 2 смесь Б-[6-3Н]-гл и D- [I-14 С] -гл

1. 2 смесь Ю-[6-3Ш-гл и D-[б-14 С] -гл

4 1, 5 смесь D-[6-3H]-m и D-[6-14C] -гл

Крыс забивали декапитацией под эфирным наркозом через полчаса, один, два. три и шесть часов после введения изотопной метки. В ходе забоя собирали общую кровь. Глюкозу из сыворотки крови выделяли методом ионообменной колоночной хроматографии, с ионообменной смолой Дауэкс 50*8 (Н+) и Дауэкс 1*8 (Ас") /Katz J.,1974/. Выделение 3Н-воды из сыворотки крови и определение ее радиоактивности также проводили по методу Катца.

Липиды сыворотки крови выделяли экстракцией в смеси хлороформ:метанол (1:2) /Покровский А.А.,1969/. Суммарные липиды печени и жировой ткани экстрагировали в смеси хлороформ:метанол (2:1) по методу Фолча. Выделение фракций, из общего экстракта липидов печени осуществляли на колонках с силикагелем (L 100/250) последовательным элюированием триглицеридов 15% диэтиловым эфиром в гексане и фосфолипидов метанолом. Чистоту разделения фракций проверяли методой тонкослойной хроматографии на пластинках HPTLC - FerUgplatten (Kiselgel 60, MERCK) в системе растворителей: 27% эфир в гексане и уксусная кислота (1 мл на 100 мл). Проявление хроматографических пятен осуществляли 1% фосфомолибденовой кислотой в реактиве Фолча. Количество фосфолипидов определяли по содержанию липидного фосфора (Racheja Р.К.,1973) на

спектрофотометре СПЕКОЛ-11 (Германия).

Гликоген печени извлекали из обезжиренных гомогенатов экстракцией 5% трихлоруксуской кислотой (ТХУ), осаждали его этанолом, очищали переосаждением /Прохорова М.И., 1982/.

Количественное определение гликогена 1 осуществляли спектрофотометрическим методом с антроновым реактивом /Мэдди Э., 1979/ при 620 нм на спектрофотометре "СПЕКОЛ-И".

Суммарные белки печени выделяли ... последовательной ТХУ-преципитацией обезжиренных гомогенатов печени. Количество белков определяли по методу Лоури.

Радиоактивность опытных образцов измеряли в сцинтилляторах "АКВАЛЮМА" для водных образцов, "ЛИПОЛЮМА" для липидов, "РИАЛЮМА" для белков и "ЛЮМАГЕЛЬ" для гликогена ("ЛЮМАК", Голландия) на жидкосцинтилляционном счетчике "Rack.beta-12.15" ("ЬКВ-№АШ\С", Швеция, Финляндия). Для определения истинной радиоактивности образцов (с1рт) были построены калибровочные кривые гашения для 3Н и 14 С в отдельности, а также для двойной метки 3Н/14С.

Полученные результаты были обработаны статистически с использованием ^критерия Стьюдента. Экспериментальные данные представлены в виде средних величин с указанием их среднеквадратичной ошибки (М ± т).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Оценка метаболических эффектов глюкозо-фруктозной смеси по параметрам утилизации глюкозы в организме крысы.

В питании детей всех возрастов и взроцлых все большое распространение находят глюкозо-фруктозные смеси' с различным соотношением этих моносахаров в их составе, на которые частично или полностью заменяют сахарозу.

В первой серии экспериментов проведено сравнительное исследование влияния сахарозы и глюкозо-фруктозной смеси (инвертного сахара) на утилизацию углерода пищевых углеводов в белки, липиды и гликоген печени.

В работе использовались 3 группы крыс. Контрольная группа получала в качестве источника углеводов кукурузный крахмал (табл.1, рацион 1). Вторая и третья группа животных получали в качестве низкомолекулярных углеводов сахарозу и'инвертный сахар, которыми заменили часть крахмала, соответствующую 30% общей калорийности рациона (табл.1, рацион 4,3).

В качестве радиоактивной метки крысам внутрибрюшинно вводили

по 1 мл 1-14С-глюкозы (табл.3).

У животных, получавших 30% сахарозы и инвертного сахара, масса тела и содержание белков, липидов и гликогена в печени были практически такими же, как и в контроле. Динамика выведения 14С-глюкозы из сыворотки крови показала (рис.1), что и объем глюкозных пулов в крови у контрольных и экспериментальных животных также был одинаков.

Утилизация 14С из 1-14С-глюкозы в липиды сыворотки была выше при кормлении крыс сахарозой по сравнению с крахмалом и инвертным сахаром (рис.2). Скорость утилизации 14С из 1-14С-глкжозы в общие липиды, белки и гликоген печени зависела от состава углеводов в рационе (рис.3-5).

Приняв количество радиоактивности, включившейся суммарно в липиды, белки и гликоген печени, за 100%. определили долю радиоактивности, включившуюся в каждую из этих фракций, в % от этой суммы. Как видно из таблицы 4. утилизация радиоактивной глюкозы в печени крыс при кормлении сахарозой и инвертным сахаром существенно различалась. Сахароза в 1,5 раза увеличивала долю включения ,4С-глюкозы в липиды печени и снижала долю его

Таблица 4

Распределение радиоактивных атомов из 1-14С-глюкозы между белками, липидами и гликогеном печени крыс при разном углеводном составе рационов.

вид углеводов в рационе белки % М ± ш (п) общие липиды % гликоген %

крахмал 61, 8± 2, 1 19,3± 1.7 15. 3± 2.0

(контроль) (28) (28) (28)

сахароза 60. 5± 3,6 29.lt 2.6 10, 4± 2,7

(30%) (15) (15) (15)

р < 0, 05

инвертный 74.5± 2,0 21, 4± 2.1 4. 1± 0.5

сахар (30%) (23) (23) (23)

р < 0, 01 р < 0. 01

утилизации в гликоген. Эквивалентное количество инвертного сахара в рационе почти не влияло на использование ,4С-глюкозы для синтеза липидов печени, но резко снижала долю его утилизации в гликоген. Включение 14С в белки печени является наибольшим в сравнении с липидами и гликогеном и составляет 62% от суммарной радиоактивности у животных контрольной группы. Эта величина практически не изменялась при кормлении сахарозой и возрастала до

расп/мин/мл

250000 200000 150000 100000 50000

о

4

час 6

- крахмал •сахароза

- инвсрт.сахар

расп/мин/100 мг сухой печени 10000

- крахмал

- сахароза -инверт.сахар

РиС.1.СкОрОСТЬ ПЫИСДСНИЯ 14С-ГЛКЖОЗЫ из сьшоротки кроии при различном углсиодном составе рациона.

Рис.3. Скорость утилизации 14С из 1 - 14С-г:1Юко'л>1 н общие липиды печени при кормлении крыс крахмалом, сахарозой и инверным сахаром.

расп/мин/мл

- крахмал

- сахароза -инверт.сахар

Рис.2. Скорость утилизации 14С из 1-НС-глюкозы н липиды сьшоротки.

расп/мин/100 мг сухой печени

30000 -

20000 - р^

10000 - /

0 <■ 0 I 1 1

2 час 4 6

крахмал сахароза инверт.сахар

Рпс.4. Скорость утилизации 14С из 1-14С-ГЛЮКОЗН и белки печени при кормлении крыс крахмалом, сахарозой и инверным сахаро»

2

6

0

4

0

2

расп/мин/100 мг сухой печени 10000

4

6

■крахмал

- сахароза

- инверт.сахар

Рис.7.Скорость утилизации ЗН из

Рис.5. Ско|х>сть утилизации 14С из 1-14С-глюкозы в гликоген печени при кормлении 6-ЗН-глюкозы в липиды сыворотки крыс, крыс крахмалом, сахарозой и инверным сахаром, получавших крахмал и СКП.

0

2

расп/мин/мл

ми

0 2 4 6

крахмал —•—СКП

Рис.6. Скорость нинслсиия 14С-глюкозы из сыворотки кропи при кормлении крыс крахмалом и СКП.

Рис.8.Скорость утилизации 14С из 6-14С-глюкозы в липиды сыворотки крыс, получавших крахмал и СКП.

74% у крыс, получавших инвертный сахар.

Примененный нами расчет распределения радиоактивности в печени позволил оценить использование глюкозы в' синтезе белков, жиров и запасных углеводов, что отражает реально существующие метаболические потоки глюкозы в печени.

Приняв за 100% долю включения радиоактивности в липиды печени у контрольных крыс, получавших крахмал, расчитали % включения 14 С в липиды печени крыс при использовании в рационе сахарозы и инвертного сахара. Аналогичные расчеты были произведены в отношении включения радиоактивности в белки и гликоген в % от контроля. Из рисунка 17 видно, что при кормлении крыс сахарозой утилизация 14С-глюкозы для синтеза липидов печени увеличивалась до 151%. а при кормлении инвертным сахаром - до 111/5. Одновременно снижалась утилизация меченой глюкозы в гликоген: на рационе с сахарозой до 68% и на рационе, с инвертным сахаром - до 27% от уровня контроля. Использование инвертного сахара в рационе увеличило включение 1-14С-глюкозы в белки печени на 120%. в то время как сахарозная диета не вызывала достоверных изменений включения глюкозы в белки (98% от контроля).

Полученные результаты показывают, что замена 30% крахмала на сахарозу и инвертный сахар приводит к перераспределению метаболических потоков глюкозы в печени: отношение радиоактивности липидов к радиоактивности гликогена печени в контроле, при кормлении крахмалом было равно 1, при кормлении сахарозой было равно 2, а инвертным сахаром - 4.

Таким образом, структура углеводов пищи имеет для их оценки как пищевых веществ неменылее значение, чем элементарный химический состав. Сахароза. благодаря своей дисахаридной структуре. увеличивает скорость всасывания ее мономеров в кишечнике, изменяет гормональный статус организма, влияет на липпдный обмен, в частности, ускоряет синтез липидов печени из глюкозы. С точки зрения влияния на липпдный рбмен, инвертный сахар может рассматриваться как весьма благоприятный заменитель сахарозы в пищевых продуктах.

2. Оценка метаболических эффектов продуктов частичного гидролиза крахмала по параметрам утилизации глюкозы в организме крысы.

2.1. Влияние сухокрахмальной патоки (СКП) на темпы утилизации глюкозы в липиды. белки и гликоген.

Различия в структуре глюкозных Фрагментов и их соотношении в частично-гидролизованных крахмалах может оказывать влияние на скорость переваривания и темпы поступления моносахаров в кровь. Как известно, от скорости поступления глюкозы в кровь зависит возможность дальнейшего использования ее либо на энергетические нужды, либо на синтез жирных кислот и накопление их в жировых депо. Именно этот фактор может являться неблагоприятным следствием использования новых нетрадиционных источников углеводов.

Целью наших исследований явилась оценка метаболических эффектов новых углеводных источников - сухокрахмальной патоки и декстринмальтозы - по параметрам утилизации глюкозы в разные структуры организма крысы. Для получения количественной оценки ее утилизации в липиды, белки и гликоген печени, использовали в качестве предшественника глюкозу, меченную 3Н и 14С в разных положениях с последующим определением отношения этих изотопов (3Н/14С) в выделенных структурах.

Учитывая, что метаболическая судьба углерода и трития в составе глюкозы как предшественника различна, отношение 3Н/14С может являться чувствительным и информативным показателем не только для количественной оценки особенностей утилизации различных углеводных источников на энергетические и пластические цели, но и характеризовать соотношение между всеми реакциями организма, в которых участвуют атомы 3Н и 14С.

Для изучения метаболических эффектов сухокрахмальной патоки было проведено 2 серии экспериментов (рацион 1 и 2, таблица 1) с использованием в качестве радиоактивного индикатора глюкозы, меченной по тритию в шестом положении и углероду в первом или шестом положениях (табл.3). Химический состав СКП приведен в таблице 2.

У животных, получавших СКП масса тела и содержание белков, липидов и гликогена в печени были практически такими же, как и в контроле. Динамика выведения 14С-глюкозы из сыворотки крови показала (рис.6), что и объем глюкозных пулов в крови у

расп/мик/1 г сырой печени

крахмал —+—СКП

раеп/мин/1 г сырой печени

О 2 4 6

-в—крахмал —«—СКП

Рис.9. Скорость утилизации ЗН из 6-ЗН-глюкозы и общие липиды печени крыс, получавших в рационе крахмал или СКП.

Рис.11.Скорость утилизации ЗН из 6-ЗН-глюкозы и фосфолипиды печени крыс, получавших крахмал к СКП.

расп/мии/1 г сырой немели 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

- крахмал

Рис.10. Скорость утилизации 14Сиз 1-14С-глюкозы в общие липиды печени крыс, получапших 1) рационе крахмал или СКП.

Рис.П.Скорость утилизации 14С из 6-14С-глкжозы в фосфолипиды печени крыс, получавших крахмал и СКП.

расп/мин/мг жира

крахмал —»—СКП

Рис. 13.Скорость утилизации ЗН Рис. 15.Отношение 6-С/1-С в липидах

из 6-ЗН-глюко1Ы в липиды жировой ткани ' сыворотки и триглицеридах печенн крыс, при кормлении крыс крахмалом или СКП. получавших крахмал и СКГ1.

расп/мин/мг жира

0 2 4 6

»—крахмал —СКП

ЗН/1-14С 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

белки

гликоген -4-

1

□ крахмал ПСКП

2

Рис. 14.Скорость утилизации 14С 1-14С-глкжо)ы нлипилы жщтжой ткани при при кормлении крыс крахмалом или СКП.

Рис. (б.Огношение ЗН/1-14С и

гликогене и белках печени крыс, получавших

крахмал и СКП.

контрольных и экспериментальных животных также был одинаков.

Однако, скорость утилизации трития и 1 углерода из радиоактивной глюкозы в липиды сыворотки, печени и жировой ткани была значительно выше при кормлении крыс 'СКП в сравнении с крахмалом (рис. 9,10, 13,14).

Кормление крыс СКП незначительно уменьшало включение радиоактивности в белки, но почти в 2 раза увеличивало долю включения 14С из I-14С-глюкозы в липиды печени в сравнении с контролем, одновременно снижая поток радиоактивности в гликоген. Использование СКП в рационе вызывало лишь небольшое изменение включения 3Н из 6-3Н-глюкозы в липиды печени, тогда как доля его включения в гликоген по-прежнему резко уменьшалась.

В проведенной работе мы расчитали величины отношения 3Н/14С в липидах сыворотки, белках и гликогене печени, общих липидах печени, в фосфолипидах и в липидах жировой ткани, достоверное изменение которых четко выявило метаболический эффект кормления СКП.

На рис.20-23 показано, что при кормлении СКП величины отношения 3Н/1-14С были ниже, чем в контроле в липидах сыворотки (рис.21), общих липидах печени (рис.22), липидах жировой ткани (рис.23), фосфолипидах (рис.20).

Значение отношения 3Н/14С тем ниже, чем больше включается в данную структуру 14С. Следовательно, при кормлении крыс СКП в липиды сыворотки, печени, жировой ткани и фосфолипиды печени включается больше углерода из меченой глюкозы.

Значения 3Н/1-14 С в белках печени крыс не зависели от источника углеводов в рационе (рис.16).

В следующем эксперименте по изучению метаболических эффектов СКП одной группе крыс была введена в качестве радиоактивного индикатора смесь 6-3Н- и 1-,4С-глюкозы. другой группе животных -смесь 6-3Н- и 6-14С-глюкозы.

Утилизация 3Н из 6-3Н-глюкозы и 14С из 6-14С-глюкозы для синтеза липидов сыворотки, общих липидов, фосфолипидов и триглицеридов печени, липидов жировой ткани значительно возрастала при кормлении крыс СКП (рис.7,8, И.12).

Данные о распределении радиоактивности между белками, липидами и гликогеном печени крыс, получавших крахмал и СКП в рационе приведены в табл.5.

По сравнению с контролем в группе крыс, получавших СКП.

68 151 27----' III

а - сахароза, 30% б - инвертный сахар, 3056

Рис.17. Включение радиоактивности из 1-14С глюкозы в белки, липиды и гликоген печени, в % от контроля, при кормлении крыс сахарозой (а) или инвертным сахаром (б).

33 —' 150 32

Рис.18. Включение 1-14С глюкозы (среднее по 2 экспериментам) - а, и 6-14С глюкозы контроля, в белки, липиды и гликоген печени при кормлении крыс крахмалом или СК.П.

А

01 I

О Е>

г> Гликоген

Доля включения радиоактивности при кормлении

крахмалом (контроль), принято за 100%

Белки

.> Липиды

Рис.19. Включение 6-14С глюкозы, в % от контроля, в белки, липиды и гликоген печени при кормлении крыс крахмалом или ДМ.

поток радиоактивности из I-14С-глюкозы и 6-14С-глюкозы в липиды возрастал более чем в 1,5 раза, при этом почти в 3 раза снижалась доля включения радиоактивности в гликоген: Включение радиоактивности в белки из глюкозы меченной как в первом, так и шестом положении по углероду был наибольшим - 65-74%.

Кормление крыс СКП также увеличивало включение 3Н из

. Таблица 5

Распределение радиоактивности из 14С-глюкозы 'и 3Н-глюкозы между белками, липидами и гликогеном печени крус при разном углеводном составе рационов.

Изотоп Вид углеводов в рационе белки % М + ш (п) общие липиды % гликоген %

6-14С крахмал (контроль) 74, 1± 2,3 (8) 18.3+ 2.1 (8) 7, 7± 1,3 (8)

СКП (56%) 65, 7 + 2.8 (20) р < 0.05 31,9+ 1,5 (19) р < 0, 01 2,4+ 0,4 (18) р < 0,05

1-14С крахмал (контроль) 74,3+ 2,7 (8) 18,0+' 2,3 (8) 7.3+ 1.5 (8)

СКП (56%) 70, 6± 3,2 (19) 26,9+ 3,0 (19) р < 0,01 2, 4± 0,5 (18) р < 0, 05

6-3Н крахмал (контроль) 60, 3± 3,4 (16) 30,4+ 3,6 (14) 9,3± 2,4 (16)

СКП (56%) 55, 9+ 2,2 (39) 39,7+ 2,5 (31) р < 0,05 4,4+ 0,3 (36) р < 0,05

6-3Н-глюкозы в липиды печени и снижало долю включения 3Н в гликоген. Однако, эти закономерности количественно более выражены для атомов 14С, чем для атомов 3Н (табл.5).

Эти результаты, выраженные как % от соответствующих величин в контрольной группе, представлены на рис.18г Видно, что кормление крыс СКП увеличивает синтез радиоактивных липидов в печени из глюкозы, меченной по углероду в первом положении на 150%, в шестом положении на 174%. а синтез гликогена при этом, наоборот, снижается до 32% от контрольных значений.

Значения отношения 3Н/6-14С в общих липидах, триглицеридах и фосфолипидах печени, и липидах сыворотки выявляют метаболический эффект кормления СКП, выражающийся в увеличении синтеза липйдных структур из радиоактивной глюкозы (рис.24-26).

Рис.20.Отношение ЗН/1-14С в (¡юсфолипидах печени при кормлении крыс крахмалом и СКП.

Рис.22.0тношсние ЗН/1-14С в общих липидах печени при кормлении крыс крахмалом и СКП.

Рис.21.Отношение ЗН/1-14С в липидах сынортки крови при кормлении крыс крахмалом и СКП.

Рис.23.0гношсние ЗН/1-14С в липидах жировой ткани при кормлении крыс крахмалом и СКП.

ЗН/14С

час

0 12 3

-»-крахмал —СКП

Рис.24.Отношение ЗН/6-14С в ({юсфолипидах печени крыс, получавших крахмал И СКП.

Рлс.26. Отношение ЗН/6 -14С в ли гидах сыворотки крыс, получавших крахмал и СКП.

Рис.25.Отношение ЗН/6-14С в триглицеридах печени крыс, получавших крахмал и СКП.

Рис.27.0гношенис ЗН/6-14С в

гликогене и белках печени крыс, получавших

крахмал и СКП. '

На рис.16 и 27 приведены значения 3Н/1~14С ¿1 3Н/6-14С в гликогене и белках печени крыс, получавших крахмал и СКП.

Отсутствие различий отношения 3Н/14С в белках контрольной и опытной групп животных говорит о том, что соотношение всех задействованных в синтезе белков биохимических реакций, в которых участвуют 3Н- и 14С-атомы. введенные в составе глюкозы при данных пищевых воздействиях не меняется.

При анализе значений отношения 3Н/14С важно учитывать особенности метаболической судьбы 3Н- и 14С-атомов глюкозы в ходе синтеза исследуемых структур. Например, б-14С, 1-14С и 6-3Н-атомы глюкозы становятся в молекуле пирувата третьими, считая от карбоксильной группы. При образовании из пирувата аланина и дальнейшем синтезе различных аминокислот, 14С-атомы остаются, как правило. в их углеродном скелете, а тритий заменяется на определенные группировки, характерные для различных типов аминокислот. Особенности в судьбе 6-3Н и 6-14С (или 1-14С) атомов глюкозы в процессе синтеза аминокислот объясняет причину низких значений отношения 3Н/14С в белках (от 0.28 до 0,34).

Отсутствие различий в отношении 3Н/14С в гликогене обусловлено тем, что в ходе его синтеза 14С- и 3Н-атомы глюкозы имеют общую судьбу и отношение 3Н/14С будет постоянным, приближающимся по своим значениям к единице, независимо от состава рациона.

Различие в использовании первого и шестого углеродного атома глюкозы для синтеза определенных субстратов является следствием особенностей ее метаболизма, в частности, вовлечения ее в пентозофосфатный цикл. Пентозофосфатный путь метаболизма глюкозы, как поставщик НАДФН, необходим для синтеза жирных кислот. О степени повышения или понижения интенсивности метаболизма по этому циклу можно судить по отношению 6-С/1-С в липидах: чем в большей мере глюкоза вовлечена в пентозофосфатный цикл, тем в большей степени 1-14С удаляется с образующейся углекислотой и тем более высоким оказывается отношение 6-С/1-С, которое в определенной степени может рассматриваться как показатель соотношения пентозофосфатного и гликолитического путей-метаболизма глюкозы.

Из рис.15 видно, что в триглицеридах печени и липидах сыворотки в ранние сроки экспозиции 14С из шестого положения включался активнее, чем из первого. После 2-х часов радиоактивной

глюкозы больше нет, так как радиоактивная метка перешла в продукты ее метаболизма, в первую очередь в триозы, в которых различие между первым и шестым атомом углерода утратилось, поэтому и отношение 6-С/1-С в продуктах, образующихся из этих предшественников через 2 часа равно единице (рис.15). Это объясняет динамику отношения 6-С/1-С в триглицеридах печени и липидах сыворотки крыс, получавших СКП. Однако, преимущественное использование радиоактивного углерода глюкозы из шестого положения для синтеза триглицеридов печени и липидов сыворотки крыс, получавших СКП, по сравнению с контролем в ранние сроки экспозиции после введения радиоактивной метки, указывает на то, что при этом может иметь место активация пенто^зофосфатного пути метаболизма глюкозы.

2.2. Влияние декстринмальтозы (ДМ) на темпы утилизации глюкозы в липиды, белки и гликоген.

Химический состав ДМ приведен в табл.2. В ¿ень забоя каждой крысе внутрибрюшинно вводили по 1 мл инъекционной смеси 6-3Н и 6-'4С-глюкозы (табл.3). Крысы контрольной группы получали в качестве источника углеводов крахмал, животные опытной группы -декстринмальтозу (рацион 1 и 5, табл.1).

Прежде всего следует отметить, что замена крахмала на ДМ не влияла на массу крыс и содержание белков, липидов и гликогена в печени. Динамика выведения 14С-глюкозы из сыворотки крови показала, что и объем глюкозных пулов в крови у контрольных и экспериментальных животных также был одинаков.

Скорость утилизации 14С из б-14С-глюкозы в синтезе липидов печени у крыс, получавших ДМ была незначительно ниже, чем в контроле.

Приняв за 100% долю включения радиоактивности в липиды печени у контрольных крыс, получавших крахмал, расчитали % включения 14 С в липиды печени крыс при использования в рационе ДМ. Аналогичные расчеты были произведены в отношении включения радиоактивности в белки и гликоген. Из рисунка 19 видно, что при кормлении крыс ДМ утилизация 14С-глюкозы в липиды печени и белки практически не изменялась (95% и 105% соответсвенно). Включение меченой глюкозы в гликоген на рационе с ДМ снижалась по сравнению с контролем до 35%.

Сделать окончательный вывод о метаболическом' эффекте ДМ

ЗН/6

о.

0.7 -0.6 -0.5 0.4 0.3

о.2 ^ 0.1 о

-14С

белки

гликоген -

□ крахмал О ДМ

Рис.28.0тношсние ЗН/6-14С п общих липидах печени при кормлении крыс крахмалом и ДМ.

Рис.29.Отношение ЗН/6-14С в белках и гликогене печени при кормлении крыс крахмалом и ДМ.

позволило использование 6-3Н- и б-14С-глюкозы и расчет отношения 3Н/14С в липидах. белках и гликогене печени (рис. , 28 и 29).

Как видно из этих рисунков, значения отношения 3Н/14С в белках и гликогене печени почти не различались в опытной и контрольной группе. Это свидетельствует о том, что при кормлении крыс дм соотношение всей совокупности биохимических реакций, в которых участвуют атомы 3Н и 14С из радиоактивной глюкозы, остается таким же как и в контроле.

Напротив, отношение 3Н/14С в липидах печени крыс при' кормлении ДМ было достоверно выше, чем в контроле, что можно оценить как отсутствие липогенного эффекта у этого продукта.

Таким образом, результаты экспериментов свидетельствуют, что продукты, полученные путем расщепления крахмалов, могут вызывать сдвиги метаболизма глюкозы в организме.

Более низкие значения 3Н/14С в липидах сыворотки, жировой ткани, триглицеридах и фосфолипидах печени,' при кормлении крыс СКП, в сравнении с крахмалом, указывают на увеличение использования глюкозы для синтеза липидов, а у животных,

получавших ДМ, более высокое значение 3Н/14С в липидах печени, напротив свидетельствует об отсутствии этого эффекта.

Величины отношения 3Н/14С в белках печени крыс, получавших как контрольный, так и опытные рационы (СКП и ДМ) в трех разных сериях экспериментов были практически одинаковыми. Таким образом, замена крахмала на СКП и ДМ существенно не влияла на темпы утилизации радиоактивной глюкозы в белки печени крыс (рис. 16, 27,29).

Увеличение отношения 6-С/1-С в триглицеридах печени и липидах сыворотки при замене крахмала на СКП может быть обусловлено активацией пентозофосфатного пути метаболизма глюкозы.

Таким образом, можно заключить, что продукты частичного гидролиза крахмала имеют индивидуальные характеристики утилизации глюкозы и особенности включения радиоактивной метки в белки, липиды и гликоген. Это связано с различной структурой углеводных фрагментов, их соотношением в составе СКП и ДМ, а также со сложной организацией деятельности ферментов тонкого кишечника.

Выявленные эффекты, касающиеся увеличения синтеза липидов при одновременном снижении синтеза гликогена из глюкозы при кормлении крыс сахарозой, СКП и инвертным сахаром могут не всегда кореллировать с изменением содержания этих компонентов в печени.

Существует, по крайней мере, два подхода, с позиций которых можно объяснить эти эффекты. Первый подход основывается на том положении, что неизменность содержания липидов в печени при ускорении их синтеза компенсируется увеличением скорости деградации образующихся липидов. Ускорение обновления липидов печени выполняет роль того фактора. который обеспечивает постоянство ее химического состава.

Другой подход был сформулирован Флаттом с сотр. (1987). Согласно их гипотезе, между обменом гликогена и жиров существует взаимосвязь, суть которой заключается в том, что метаболизм гликогена может регулировать метаболизм жиров. В случае, когда глюкоза используется преимущественно для синтеза липидов, во избежание накопления жиров, включается регуляторный1 механизм, в основе которого лежит снижение уровня гликогена до определенных значений. Это является сигналом для ограничения притока субстрата, идущего на синтез липидов. Можно думать, что для каждой метаболической ситуации существует свой сигнальный уровень

гликогена. Применительно к нашим данным можно считать, что этот уровень, принятый для крахмала за 100%, снижается для 30% сахарозной диеты до 68%, для инвертного сахара до 27%, а сухокрахмальной патоки - до 32-33% (рис.17-19).

Необходимо отметить, что механизмы такой регуляции очень сложны и в настоящий момент мало изучены.

Таким образом, при использовании продуктов переработки крахмалов в качестве источников углеводов в питании здоровых и больных людей, включая детей первого года жизни, следует учитывать специфику влияния этих продуктов на использование глюкозы в энергетических и пластических целях, что в свою очередь зависит от содержания moho-, дисахаров и полимеров с большим количеством глюкозных остатков.

выводы

1. Замена крахмала в питании животных на сахарозу, глюкозо-фруктозную смесь и продукты частичного гидролиза крахмала вызывает перераспределение метаболических потоков глюкозы между липилами и гликогеном в печени, регистрируемых по включению радиоактивной метки:

- замена 30% (по калорийности) крахмала в рационе на сахарозу увеличивает включение радиоактивной глюкозы в липиды до 150% и снижает ее включение в гликоген до 68% в сравнении с контролем (крахмал).

- замена 30% крахмала инвертным сахаром (смесь глюкозы и ' Фрукозы по 50%) незначительно увеличивает включение радиоактивной глюкозы в липиды до 111%. но включение метки из радиоактивной глюкозы в гликоген при этом резко снижается до 27%.

- полная замена крахмала на сухокрахмальную патоку увеличивает включение радиоактивной глюкозы в липиды до 150-174% и уменьшает синтез гликогена до 33%.

- полная замена крахмала на декстринмальтозу, богатую сахарами (мальтозой и глюкозой), практически не изменяет включение радиоактивной глюкозы в липиды (95%), но снижает ее включение в гликоген до 35%.

2. Использование в рационах продуктов частичного гидролиза крахмала, сахарозы и инвертного сахара практически не влияет на скорость включения радиоактивной глюкозы в белки печени.

3. Предложен новый метаболический показатель' для оценки различных углеводных источников - отношение 3Н/14С. Преимуществом данного показателя является его информативность и более высокая чувствительность к изменениям химической природы пищевых углеводов.

4. Показатель 3Н/14С позволил выявить преимущественное использование глюкозы в синтезе липидов на рационах с сухокрахмальной патокой, отличающейся высоким содержанием олигосахаров и декстринов, в то время как декстринмальтоза, с высоким содержанием ди- и моносахаров, этим эффектом не обладала.

5. Использование глюкозы, меченой по углероду в первом и шестом положении, позволило обнаружить, что сухокрахмальная патока вызывает у крыс активацию пентозофосфатного пути метаболизма глюкозы.

6. Метаболические эффекты углеводов пищи 1 зависят от их химической природы, что обуславливает необходимость экспериментальной оценки темпов утилизации практически каждого нового типа углеводных продуктов в качестве научной основы для рекомендаций по размерам их рационального потребления.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Ж.В.Антонова, О.А.Вировец, М.М.Гаппаров. Значение структуры углеводов для синтеза липидов. белков и гликогена у крыс. Материалы научной конференции с международным участием "Питание -здоровье и болезнь", М., 1990, с.8.

2. Ж.В.Антонова, О.А.Вировец, М.М.Гаппаров. Значение структуры углеводов для утилизации глюкозы в биосинтезе липидов, белков и гликогена у крыс. Вопр.пит., 1992, N1, с.53-56.

3. Ж.В.Антонова, О.А.Вировец, М.М.Гаппаров. Влияние различных видов сухокрахмальной патоки на темпы утилизации глюкозы в липидные, углеводные и белковые компоненты печени* крыс. Вопр.мед. химиии, 1994, Т. 40, N5, с. 34-36.

4. Н.В.Антонова. О.А.Вировец, М.М.Гаппаров. Отношение 3Н/14С как показатель адаптации организма к различным пищевым факторам. Вопр. пит., 1996, N2, с. 8-11.