Роль кишечника в водно-солевом обмене в нормальных условиях и при моделировании эффектов микрогравитации у мелких грызунов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лагерева Евгения Александровна

• Лагерева Евгения Александровна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Лагерева Евгения Александровна

Оглавление

1 Введение

1.1 Цели и задачи исследования

1.1.1 Цель исследования

1.1.2 Задачи исследования

1.2 Основные положения, выносимые на защиту

1.3 Научная новизна

1.4 Теоретическая и практическая значимость

1.5 Апробация работы

1.6 Публикации по теме диссертации

2 Список использованных сокращений

3 Обзор литературы

3.1 Анатомия и функции основных органов желудочно-кишечного тракта, участвующих в водно-солевом обмене

3.1.1 Слюнные железы

3.1.2 Желудок

3.1.3 Поджелудочная железа

3.1.4 Печень

3.1.5 Общая организация тонкой и толстой кишки, их кровоснабжение

3.2 Транспортная функция ЖКТ

3.2.1 Морфо-функциональная организация эпителиального барьера

3.2.2 Транспорт крупных молекул

3.2.3 Транспорт воды и электролитов

3.3 Сократительная функция ЖКТ

3.3.1 Энтеральная нервная система

3.3.2 Строение и функции гладкой мускулатуры в ЖКТ

3.3.3 Механизм сократимости гладкомышечных клеток кишки

3.3.4 Каналы

3.3.5 Влияние космического полета на функцию кишечника

3.3.6 Транзит пищи через кишку

3.4 Водно-солевой обмен и его регуляция

3.4.1 Регуляция водно-солевого обмена

3.5 Влияние состава, усвояемости и влажности корма на физиологические показатели животных

3.6 Заключение по обзору литературы

4 Материалы и методы

4.1 Общий обзор работы и схемы экспериментов

4.1.1 Эксперимент № 1. Проницаемость кишечника и скорость транзита пищи у мышей на различных сроках антиортостатического воздействия и в период восстановления после него

4.1.2 Эксперимент 2. Изучение сократимости кишечника мышей in vitro после антиортостатического воздействия разной продолжительности

4.1.3 Эксперимент № 3. Солевой аппетит мышей во время антиортостатического вывешивания и восстановления после него

4.1.4 Эксперимент 4. Прижизненная оценка всасывания в кишечнике воды при антиортостатическом вывешивании

4.1.5 Эксперимент 5. Оценка влияния рационов питания с различной влажностью на физиологические показатели мышей при их содержании в виварии и макетах полетного оборудования

4.2 Животные и их содержание

4.3 Корма

4.3.1 Корм Тосно

4.3.2 «Паста»

4.3.3 «Брикет»

4.3.4 «ПК120»

4.3.5 Карбоксиметилцеллюлоза

4.4 Вещества и реактивы

4.4.1 Меченый флуоресцеином инулин

4.4.2 Нифедипин

4.4.3 Карбахол

4.4.4 Гистамин

4.4.5 Фенилэфрин

4.4.6 Blue № 1 (Brilliant blue FCF)

4.4.7 Карминовый красный

4.5 Методы

4.5.1 Антиортостатическое вывешивание

4.5.2 Измерение массы тела

4.5.3 Измерение потребления корма и воды

4.5.4 Измерение времени полного транзита через желудочно-кишечный тракт

4.5.5 Проницаемость кишечника к воде

4.5.6 Проницаемость кишечника к Blue №1

4.5.7 Проницаемость кишечника in-vivo

4.5.8 Сократимость кишечника

4.5.9 Оптимизация протокола выделения и тестирования сократительной активности тонкого кишечника

4.5.10 Регистрация диуреза в метаболических камерах

4.5.11 Регистрация диуреза при помощи катетеров

4.5.12 Открытое поле

4.5.13 Общий анализ крови

4.5.14 Измерение осмолярности мочи

4.5.15 Измерение количества летучих жирных кислот в содержимом слепой кишки мышей

4.5.16 Морфометрическое исследование стенки кишечника

4.5.17 Измерение содержания воды в органах и тканях

4.5.18 Статистический анализ

5 Результаты

5.1 Масса тела, потребление кормов и воды мышами в условиях антиортостатического вывешивания разной продолжительности

5.1.1 Масса тела

5.1.2 Потребление кормов у вывешенных и прикрепленных мышей

5.1.3 Потребление воды у вывешенных и прикрепленных мышей

5.2 Скорость полного транзита пищи через кишечник у вывешенных мышей

5.3 Сократимость изолированных сегментов тонкой и толстой кишки у мышей после антиортостатического воздействия разной продолжительности106

5.4 Морфометрия мышечной стенки тонкого кишечника

5.5 Проницаемость кишечника

5.5.1 Прижизненная оценка проницаемости кишечника к FITC-инулину

5.5.2 Проницаемость кишечника к низкомолекулярному красителю Blue №1. Всасывание воды

5.5.3 Высота ворсинок и крипт кишки

5.6 Потребление мышами воды и растворов с различным содержанием солей

5.7 Диурез у вывешенных мышей

5.8 Диурез у вывешенных и прикрепленных мышей

5.9 Влияние потребления кормов различной влажности на некоторые физиологические показатели мышей

5.9.1 Масса тела

5.9.2 Потребление кормов и воды

5.9.3 Масса внутренних органов

5.9.4 Содержание воды в органах и тканях

5.9.5 Диурез

5.9.6 Летучие жирные кислоты

5.9.7 Гематологические показатели

5.9.8 Кишка морфометрия

5.9.9 Всасывание воды in vitro

5.9.10 Поведенческие показатели

6 Обсуждение

6.1 Динамика изменения массы тела, потребление кормов и воды у вывешенных животных и в период восстановления

6.2 Скорость полного транзита пищи у вывешенных и прикрепленных мышей

6.3 Сократимость изолированных сегментов тонкой и толстой кишки

6.4 Проницаемость сегмента тонкой кишки у вывешенных животных и в период восстановления

6.5 Изменение солевого аппетита у вывешенных и контрольных мышей

6.6 Диурез у вывешенных мышей

6.7 Влияние диеты на морфо-функциональное состояние кишки

7 Заключение

7.1 Выводы

8 Список литературы

9 Приложения

1 ВВЕДЕНИЕ

Кишечник является сложно организованным органом, через который в результате согласованных биохимических, клеточных и физиологических процессов в организм поступают питательные вещества, вода и электролиты. Применительно к водно-солевому обмену, желудочно-кишечный тракт является не только путем поступления воды и ионов в организм, но и местом их активной секреции с целью обеспечения основной функции желудочно-кишечного тракта - пищеварения. Следует также отметить, что обеспечение функционирования ЖКТ требует значительного гемодинамического обеспечения, а чревная область получает до 25% сердечного выброса.

В то время как роль кишечника в водно-солевом обмене в условиях нормальной гравитации безусловно хорошо изучена, роль пищеварительной системы, в частности кишечника, в изменениях водно-солевого баланса при воздействии факторов космического полета исследована мало. Ионизирующая радиация, микрогравитация, гипокинезия оказывают существенное воздействие на функциональное состояние желудочно-кишечного тракта [32, 189, 195, 213]. Например, в условиях длительного космического полета у людей возрастает содержание жидкости в желудке [10, 242], увеличивается время опорожнения желудка [17], повышается тонус желчного пузыря [10]. Сходные изменения во время космического полета обнаружены и у мелких грызунов [200]. Одновременно с этим в условиях микрогравитации изменяются мышцы [227], костная ткань (основное депо солей) [87], а обусловленное отсутствием гидростатического градиента давления перераспределение жидкостных сред организма инициирует изменения гемодинамики [92]. Адаптивные изменения сердечно-сосудистой системы в условиях космического полета, затрагивающие, в том числе, сократительные свойства сосудов чревной области [28], могут вносить вклад в функциональные изменения кишечника, и наоборот. Можно предположить, что перестройка водно-солевого обмена в условиях космического полета может определяться не только изменениями его нейрогуморальной регуляции [213] и функции почек [178, 204], но и желудочно-кишечным трактом, как единственным путем поступления воды и солей в организм.

Очевидно, что функционирование желудочно-кишечного тракта [209], и опосредованно, благополучие организма, непосредственно зависят от рациона питания [58]. Поэтому при изучении физиологии желудочно-кишечного тракта на лабораторных животных необходимо особое внимание уделять рациону животных [78]. Это тем более справедливо при исследовании влияния микрогравитации на физиологию ЖКТ с

использованием лабораторных животных в условиях реального космического полета. В отечественной программе биомедицинских исследований на мышах на биоспутниках БИОН-М для кормления животных используют пастообразный корм с высоким (76 %) содержанием воды [20]. Влияние такого корма на благополучие животных и желудочно-кишечный тракт мышей изучено относительно плохо. Поэтому одной из прикладных задач настоящей работы являлось изучение рационов питания, используемых в качестве основных в проекте БИОН-М. Одновременно с этим, питание влажным кормом представляет собой модель водной нагрузки, поскольку при питании этим кормом животные получают примерно втрое больше воды, чем в условиях свободного доступа к ней. Таким образом, исследование ЖКТ животных, содержавшихся на пастообразном корме, позволяет получить данные о механизмах адаптации водно-солевого обмена в кишечнике к разным водным режимам.

1.1 Цели и задачи исследования

1.1.1 Цель исследования

Целью настоящего исследования было изучение влияния микрогравитации на функциональное состояние желудочно-кишечного тракта мышей и его место в вызванных микрогравитацией перестройках водно-солевого обмена с использованием модели антиортостатического вывешивания на мышах.

1.1.2 Задачи исследования

1. Исследовать скорость транзита пищи через желудочно-кишечный тракт подвергнутых антиортостатическому вывешиванию мышей и сократительные свойства изолированных сегментов тонкого и толстого кишечника.

2. Оценить проницаемость ЖКТ к веществам с различной молекулярной массой и воде прижизненными методами и на изолированных препаратах кишечника.

3. Оценить влияние различных водных режимов (свободного потребления воды и водной нагрузки при питании пастообразным кормом с высоким содержанием воды) на морфофункциональное состояние кишечника.

1.2 Основные положения, выносимые на защиту

1. Моделируемое антиортостатическим вывешиванием воздействие микрогравитации приводит на ранних сроках к изменениям чувствительности гладкой мускулатуры кишечника, выражающимся на системном уровне в замедлении скорости транзита пищи. Нормализация скорости транзита на более поздних сроках вывешивания обусловлена изменениями морфологии стенки кишки.

2. У подвергнутых воздействию микрогравитации мышей повышается проницаемость стенки кишечника к низко- и высокомолекулярным веществам, что, по-видимому, опосредовано изменением контактов между эпителиоцитами, но не изменениями площади всасывания.

3. В острый период адаптации к воздействию микрогравитации у мышей, как и у более крупных животных, происходит снижение солевого аппетита и потребления воды, что может указывать на ведущую роль независящих от размера тела механизмов регуляции водно-солевого обмена при воздействии микрогравитации. Водно-солевой обмен кишечника не играет ведущей роли в наблюдаемых реакциях.

4. Специальные рационы питания, используемые для кормления животных в условиях микрогравитации, при минимальном влиянии на большинство физиологических показателей мышей, вызывают существенные изменения морфофункционального состояния желудочно-кишечного тракта, в том числе за счет вынужденного потребления избытка воды. Эти изменения могут затруднять анализ данных космических экспериментов на мышах, в том числе нацеленных на исследование водно-солевого обмена.

1.3 Научная новизна

В работе впервые проведено комплексное исследование динамики морфофункциональных изменений кишки мышей, подвергавшихся моделируемому антиортостатическим вывешиванием воздействию микрогравитации большой продолжительности. В частности, были получены данные об изменении проницаемости кишки к низко- и высокомолекулярным веществам, её произвольной сократительной активности, реакциях на вещества, вызывающие расслабление и сокращение гладкой мускулатуры с различным механизмом действия, толщины гладкомышечной стенки и длины ворсинок мукозной выстилки её различных отделов.

Сравнение изменений сократимости и проницаемости кишки, а также диуреза и солевого аппетита таких маленьких млекопитающих как мыши, с изменениями, наблюдаемыми в космических миссиях у более крупных животных и человека, могут лежать в основе понимания фундаментальных механизмов приспособления ЖКТ к

невесомости. Полученные данные имеют и прикладную ценность, и обеспечивают одну из основ формирования мер профилактики в космическом полете, в том числе, разработку функционального питания для снижения негативных факторов, оказываемых космическим полетом на состояние космонавтов, что особенно актуально для длительных космических миссий.

Впервые проведенное исследование влияния рационов с различным содержанием воды, используемого в программе БИОН, на морфофункциональное состояние желудочно-кишечного тракта и другие физиологические показатели мышей, является связующим звеном, позволяющим интерпретировать данные, полученные про программе БИОН-М1 и БИОН-М2

1.4 Теоретическая и практическая значимость

Результаты работы свидетельствуют о значительных изменениях морфо-функциональных свойств кишечника млекопитающих под воздействием моделируемой микрогравитации и измененного направления силы тяжести. Эти изменения были адаптивными, имели сложную динамику и выражались в изменении чувствительности адрено- и холинорецепторов, а также изменении толщины мышечного слоя. Помимо важности теоретического понимания механизмов, обеспечивающих сократимость кишки в норме и условиях космического полета, данная работа может представлять практический интерес и быть полезной для дальнейшей разработки профилактических мер, направленных на нивелирование влияния условий микрогравитации на функционирование ЖКТ в длительных космических полетах.

Понимание об изменении проницаемости кишки в условиях космического полета, а также оценка механизмов, лежащих в основе этого явления, критически важно, так как нарушение барьерной функции ЖКТ ведет к развитию ряда патологий. Учитывая важное место желудочно-кишечного тракта в водно-солевом обмене, а также иммунной системы кишечника в защите организма от патогенов различной природы, полученные в работе данные подчеркивают необходимость более подробного исследования состояния желудочно-кишечного тракта человека в условиях космического полета, как с точки зрения водно-солевого обмена, так и вклада изменений ЖКТ в наблюдающиеся в космическом полете изменения состояния иммунной системы. Ряд разработанных в рамках данной работы подходов также могут быть использованы в практике экспериментальной работы с мелкими лабораторными грызунами.

Некоторые методики, разработанные для решения задач исследования, в частности, методика хронической катетеризации мочевого пузыря мышей для сбора мочи может быть

использована при проведении физиологических, токскологических и фармакологических исследований, как чисто научных, так и прикладных, направленных на разработку новых лекарственных средств.

Полученная в последней части работы оценка влияния формы и состава корма, применяемого на биоспутниках БИОН будет способствовать успешному проведению этого космического эксперимента, будет способствовать обоснованной интерпретации данных, полученных в нем, является заделом для дальнейшего улучшения условий проведения экспериментов на животных по программе БИОН и другим программам, а также быть использованы в практике лабораторного животноводства.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль кишечника в водно-солевом обмене в нормальных условиях и при моделировании эффектов микрогравитации у мелких грызунов»

1.5 Апробация работы

Результаты диссертационной работы были доложены на XXIV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов - 2017" (Москва, 2017); на XXXVIII Annual International Gravitational Physiology Meeting (Звенигород, 2017); на XVI Конференции молодых учёных, специалистов и студентов, посвящённой 60-летию со дня запуска первого искусственного спутника Земли (Москва, 2017); на XVII Conference of young scientists, specialists and students» dedicated to the 100th anniversary of the birth of academician O.G. Gazenko (Москва, 2018); на 22-й Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2018); на XVII Конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2018); на 27th edition of the International Student Congress of (bio)Medical Sciences (Нидерланды, 2020); на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2020» (Москва, 2020); на Virtual Annual Meeting International Society for Gravitational Physiology 2021 (США, 2021); на XIX Конференции молодых ученых, специалистов и студентов посвященная 60-летию первого полета человека в космос; на Девятой конференции специалистов по лабораторным животным (Rus-LASA-9), Сколтех; Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2022».

1.6 Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы: 7 статей в периодических изданиях, индексируемыми аналитическими базами Scopus, WoS, RSCI и соответствующих перечню ВАК, 16 тезисов в сборниках докладов международных и всероссийских научных конференций.

2 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

[Са2+]внутр - внутриклеточная концентрация Ca2+

5-HT - серотонин

АДГ - антидеуретический гормон

АК - адгезионный контакт

АНП - атриальный натрийуретический пептид

ЖК - желчная кислота

ЖКТ - желудочно-кишечный тракт

КП - космический полёт

ЛЖК - летучие жирные кислоты

ЛЦМ - лёгкая цепь миозина

ПК - плотный контакт

ПТГ - паратиреоидный гормон

цАМФ - циклический аденозинмонофосфат

ЦНС - центральная нервная система

ЭНС - энтеральная нервная система

CCK - холецистокинин

CPI-17 - эндогенный ингибитор фосфатазной активности ЛЦМ

EGF - эпидермальный фактор роста

FITC - флуоресцеин-изоцианат

GALT - кишечно-ассоциированная лимфоидная ткань

HDT - head down tilt (бед рест)

ICC - интерстициальные клетки Кахаля

IP3 - инозитол-3-фосфат

MLC20 - субъединица легкой цепи миозина 20 кДа

MMP - матриксная металлопротеиназа

MYPT - регуляторная субъединица миозиновой фосфатазы

NGF - фактора роста нервов

NO - оксид азота

NSCC - неселективный катионный канал

P450 - цитохром P450

PKA, PKB, PKG - протеинкиназы A, B, G

PLCß - фосфолипаза С ß

ROCK - Rho-ассоциированная протеинкиназа

SMA, SMB - изоформы миозина A и B

TGF - трансформирующий фактор роста

VDCC - потенциал-зависимые катионные каналы

VIP - вазоактивный интестинальный пептид

3 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

3.1 Анатомия и функции основных органов желудочно-кишечного тракта,

участвующих в водно-солевом обмене

ЖКТ представляет собой сложно организованную систему органов, выполняющих разные функции, которые, однако, подчинены общей задаче - обеспечить переваривание и всасывание поступившей пищи. Помимо этого, почти каждый орган, входящий в состав ЖКТ, выполняет ряд функций, не связанных непосредственно с пищеварением. Среди таких функций - гуморальная регуляция пищеварения, пищевого поведения и участие в водно-солевом обмене.

3.1.1 Слюнные железы

В организме млекопитающих присутствует несколько основных слюнных желез -подъязычная, околоушная и подчелюстная, основной функцией которых являются секреция слюны, пищеварительных ферментов и иммунных факторов [161]. У грызунов слюнные железы составляют около 1 % массы тела (собственные данные). Наряду с основной функцией слюнные железы участвуют и в регуляции водно-солевого обмена, выделяя полипептид паротин, который вызывает снижение концентрации кальция в крови и увеличение минерализации костной такни [4, 115]. Также важным фактором является объем выделяемой слюны, который сильно зависит от состояния организма - во сне у человека выделяется не более 0.1 мл слюны в минуту, а во время еды - около 5 мл в минуту. Общий объем выделяемой слюны у человека составляет около 1 литра в сутки [114]. При протекании патологических процессов [223] и поступлении в организм некоторых веществ [75], объем выделяемой слюны в состоянии, когда потребление еды не происходит, может увеличиваться в несколько раз, что оказывает существенное влияние на распределение жидкости и электролитов в организме.

У грызунов и человека в слюнных железах обнаруживают значительные количества ряда ростовых факторов. Учитывая высокую пролиферативную активность железистой ткани, этот факт не кажется чем-то необычным, однако существуют свидетельства того, что продуцируемые в слюнных железах факторы роста вовлечены не только в паракринную регуляцию их работы, но и экскретируются в системную циркуляцию. Например, известно, что слюнные железы являются естественным резервуаром Т-факторов роста, эпидермального фактора роста (EGF) и фактора роста нервов (NGF). В слюнных железах были также обнаружены трансформирующий фактор роста-альфа (TGF-а), инсулин, инсулиноподобные факторы роста I и II (ЮТ-1, IGF-II), трансформирующий фактор-бета (TGF-B) и основной фактор роста фибробластов (bFGF) [121].

В космическом полете в слюнных железах млекопитающих происходит ряд изменений. Так, меняется белковый состав слюны - снижается количество амилазы и пролин-насыщенных белков [161]. Показано, что эти белки играют важную роль в поддержании постоянной концентрации ионизированного кальция в слюне, а также ингибируют формирование гидроксиапатитов, одних из основных структурных элементов зубов млекопитающих [2], тем самым предотвращая их кристаллизацию на поверхности зубов [46]. У самцов мышей после 30-суточного КП наблюдалось увеличение андрогенсвязывающего белка-альфа в секреторных гранулах ацинарных клеток, EGF и NGF - в гранулах клеток извитых протоков [96]. Количество белка DCPP (Demilune cell and parotid protein), выполняющего в ротовой полости антимикробные функции агента было снижено у мышей после КП, а количество регуляторной субъединицы протеинкиназы А второго типа, которая регулирует дифференциацию и выживаемость клеток, было повышено [67]. В модельных исследованиях было обнаружено увеличение секреции sIgA и матриксных металлопротеиназ 8 и 9 (MMP-8, MMP-9) в ткани желез, что авторы связывают реакциями иммунной системы на стресс [242]. Показано, что увеличение MMP-9 в слюнных железах может являться следствием развития раковых клеток в их ткани [152, 247]. Известно, что семейство матриксных металлопротеиназ играет важную роль в деградации внеклеточного матрикса и морфо-сункциональных перестройках ткани, в формировании костной ткани и в ряде иммунных процессов [228]. Хорошо известно, что в космическом полете и в период после него, снижается кровоток церебральных сосудов [51, 157], что может приводить к недостаточному гемодинамическому обеспечению слюнных желез, кровоснабжающихся этими артериями.

Таким образом в реальном космическом полете и в модельных исследования собраны многочисленные свидетельства изменения работы слюнных желез млекопитающих при воздействии микрогравитации, которые, в свою очередь, могут оказывать влияние на ряд других функций, включая водно-солевой обмен.

3.1.2 Желудок

Желудок осуществляет функции депонирования, первичного переваривания пищи, а также всасывания и экскреции некоторых ее компонентов. Попавшая в желудок пища подвергается воздействию секретируемых там ферментов и соляной кислоты, перемешиванию и перемещению в тонкую кишку через сфинктер между желудком и двенадцатиперстной кишкой. В случае если количество пищи больше той, которая может быть переварена в тонкой кишке, под действием сигналов из двенадцатиперстной кишки, желудок может депонировать пищу. Помимо этого, через стенку желудка происходит экскреция метаболитов и всасывание спирта и воды. В желудке синтезируются некоторые

гормоны, участвующие в регуляции пищеварения, например, гастрин. Наконец, благодаря высокой кислотности среды, в желудке происходит элиминация большей части попадающих с пищей микроорганизмов [193].

Желудок представляет собой полый орган, состоящий у разных видов млекопитающих из разных отделов, различающихся строением и выполняемыми функциями. У человека основными структурными элементами желудка являются кардиальный отдел, тело, дно и пилорический отдел. В самом верхнем, кардиальном отделе, находятся железы, вырабатывающие мукоидный секрет. В теле и дне желудка находится основная часть париетальных клеток, секретирующих соляную кислоту и фактор Кастла, связывающий и переводящий витамин В12 в усвояемую форму. Там же находятся зимогенные клетки, вырабатывающие пепсиногены, мукозные и аргентофильные клетки. В железах пилорического отдела вырабатывается слизь, а в G-клетках продуцируется гастрин. Помимо перечисленного, в ткани желудка более-менее равномерно распределены промежуточные клетки, выделяющие муцин и бикарбонаты, а также тучные клетки, продуцирующие цитокины, серотонин, гистамин и гепарин [193].

В отличие от желудка человека, желудок мышей и крыс имеет несколько иное строение, что обусловлено разницей в пищевом поведении человека и грызунов. У мышей и крыс сразу после впадения пищевода в желудок следует так называемый преджелудок, не имеющий желез. Он предназначен для запасания пищи, ожидающей переваривания. За ним располагается маленький кардиальный отдел, дно желудка и пилорический отдел. Преджелудок и основную часть желудка разделяет складка слизистой [3].

Стенка желудка, как и стенка всего желудочно-кишечного тракта, состоит из серозного, мышечного и слизистого слоёв. Сокращаясь, мышечный слой обеспечивает перемешивание и продвижение пищи к пилорическому сфинктеру, при сокращении полностью отделяющему желудок от кишки. В самом внутреннем, слизистом слое, находятся основные секреторные клетки желудка. Это зимогенные клетки, вырабатывающие ферменты - пепсины, гастриксин; париетальные клетки, вырабатывающие соляную кислоту и добавочные клетки, вырабатывающие слизь, муцин [193].

Стадии пищеварения в желудке разделены по времени на три основные фазы. В сложнорефлекторной подготовительной фазе секреция желудочного сока происходит в ответ на условные и безусловные рефлексы при приеме пищи - на вид и запах пищи, на ее жевание и глотание. Во второй, желудочной, фазе секреция пищеварительных компонентов возникает в ответ на растяжение желудка и на действие на слизистую продуктов переваривания пищи, а также на гастрин и гистамин, секретируемые стенкой самого

желудка. В заключительной, кишечной фазе, химус поступает в тонкую кишку, в которой в ответ на поступление содержимого с повышенной кислотностью, выделяются секретин и холицистокинин, подавляющие секрецию в желудке [193]. На скорость опорожнения желудка влияют такие факторы, как объем потребляемой пищи, ее энергетическая ценность, осмолярность, кислотность и температура, а также физическая нагрузка [140].

Применительно к функциональным исследованиям, функции желудка можно разделить на две основные категории - механическую и секреторную. Первая определяется сократимостью желудка и толщиной мышечной стенки [149], а вторая — количеством и соотношением секреторных клеток, а также стадией пищеварения, в которой находится желудок. Для того, чтобы охарактеризовать функцию желудка человека чаще всего используют такие показатели как «эвакуаторная функция желудка», характеризующаяся в основном скоростью поступления пищи из желудка в кишечник и сократимостью, и «секреторная функция желудка», характеризующаяся количеством основных пищеварительных гормонов в крови и желудке и объемом выделяющегося желудочного сока.

В космическом полете желудок человека работает иначе чем на Земле. Так, у людей и обезьян в КП отмечают сниженную сократимость желудка, увеличение времени опорожнения желудка и возрастание времени полного транзита пищи [10]. Наблюдаемые изменения являются характерными симптомами болезни движения. Это подтверждается тем, что сходные реакции наблюдают и в наземных моделях с применением специальных стимулов, вызывающими болезнь движения [100]. При симуляции КП в тесте НОТ у людей, время эвакуации жидкой пищи из желудка не менялось, но наблюдали «дисфункцию» сократимости желудка [190]. Отсутствие острых реакций в модельных исследованиях, подобных симптомам, наблюдаемым при болезни движения не удивительно, так как хорошо известно, что ни одна из распространенных наземных моделей невесомости не приводит к разгрузке отолитов, что является ключевым механизмом развития «болезни движения» [236]. Под воздействием моделируемой микрогравитации в модели антиортостатического вывешивания у крыс обнаружили изменения в функционировании клеток Кахаля в желудке [242]. Изменение в пейсмейкерной активности клеток Кахаля, может приводить нарушениям сократимости желудка, наблюдающимся у людей в моделях КП [190].

Во время космического полета у людей в большинстве случаев наблюдали увеличение количества жидкости в желудке натощак, увеличение просвета кишки и повышенный тонус желчного пузыря, что свидетельствует о повышенной секреторной активности желудка [10]. В плазме крови человека в КП увеличивается концентрация

мотилина, панкреатического пептида, вазоактивного интестинального пептида (VIP) и секретина, а холицистокинина (CCK) - уменьшается. Пребывание в КП длительностью 25 суток приводило к увеличению концентрации CCK, мотилина и нейротензина в плазме крови космонавтов. Дальнейшее, более 4-х недель, пребывание в условиях КП, приводит, помимо упомянутого роста концентрации CCK, мотилина, нейротензина, к увеличению содержания VIP и инсулина [198]. Концентрация мотилина в норме повышается в плазме крови во время голодания и стимулирует сократительную активность верхних отделов ЖКТ [203]. Увеличение концентрации VIP в плазме крови может приводить к гиперсекреции натрия и диарее, а также укорачивает время 3й фазы пищеварения в желудке, то есть ускоряет скорость его опорожнения [123]. Перечисленные изменения сохраняются и на ранних сроках (1 и 7 сутки) после окончания КП. Секреторная активность желудка в космическом полете высока - наблюдается увеличение количества пепсиногена в крови, а рН содержимого снижен. Также возрастает секреторная активность поджелудочной железы, в частности, в крови возрастает концентрация инсулина и С-пептида [1], который может являться ранним маркером сердечно-сосудистых заболеваний [185]. Авторы делают вывод о том, что наблюдаемые в космическом полете изменения обусловлены не гиподинамией, а перераспределением крови в краниальном направлении и замедлением оттока крови из органов брюшной полости [1]. Схожие изменения наблюдали и в модельных экспериментах, после 7-суточной сухой иммерсии: в крови и моче испытуемых наблюдали увеличение количества пепсиногена [11]. Эти изменения не связаны с длительностью пребывания в КП и могут определяться перестройкой венозной гемодинамики органов брюшной полости.

На изменения сократимости и секреции в желудке могут оказывать влияние и такие косвенные факторы, как тонус брюшной стенки. У крыс после 16-суточного КП в условиях одиночного содержания исследовали толщину мышц брюшной стенки. Была отмечена атрофия прямой мышцы живота и наружной косой мышцы [79]. У монгольских песчанок после 12-суточного КП снижалось высота призматических клеток желудка, а также утончался мукозный и мышечный слои [33]. Было отмечено повышение уровня супероксиддисмутазы и оксида азота (NO), что приводило к изменению строения клеток в мукозном слое желудка у крыс, подвергшихся антиортостатическому вывешиванию. В модельных исследованиях количество энтерохромаффинных клеток желудка и тонкой кишки значительно возрастало. Также возрастала секреция серотонина. Концентрация грелина в плазме крови снижалась, а VIP — увеличивалась [242].

Важно отметить, что так как сократимость желудка и секреция пищеварительных ферментов является сложными процессами, контролируемыми большим количеством

регуляторных путей, выявление конкретного механизма, лежащего в основе наблюдаемых изменений, является непростой задачей. Так, снижение скорости опорожнения желудка и снижение сократимости в КП может быть объяснено повышением симпатической активности при «болезни движения» и общем эмоциональным стрессом, наблюдающихся на ранних сроках КП. Перераспределение крови в краниальном направлении, снижение оттока крови от органов, принимающих участие в пищеварении, снижение веса пищи и веса самого желудка также могут являться факторами, приводящими к снижению сократимости. Повышение в плазме крови некоторых компонентов, усиливающих сократительную активность желудка, может являться компенсаторным механизмом, направленным на усиление сократимости в условиях микрогравитации.

3.1.3 Поджелудочная железа

Поджелудочная железа является основным секреторным органом человеческого организма. Ее основная функция заключается в выделении панкреатического сока, который содержит различные пищеварительные ферменты и бикарбонаты, инсулина, регулирующего уровень сахара в крови, а также других гормонов, необходимых для регуляции гомеостаза. Поджелудочная железа также выделяет вазоактивный кишечный пептид и панкреатин. Энтерохромаффинные клетки поджелудочной железы выделяют гормоны мотилин, серотонин и субстанцию Р.

В космическом полете было отмечено уменьшение размеров поджелудочной железы крыс, а у человека и некоторых мелких грызунов менялся метаболизм глюкозы и была снижена секреторная активность поджелудочной [10]. К подобным изменениям могут приводить снижение кровотока в органах брюшной полости, о котором было упомянуто ранее.

3.1.4 Печень

Печень является одним из самых крупных органов тела, ее масса составляет около 2 % общей массы тела, а у мелких грызунов - около 5 % [55]. Она тесно связана с тонкой кишкой, получая обогащенную питательными веществами венозную кровь, поступающую из пищеварительного тракта через портальную вену. Основной функциональной единицей печени является печеночная долька, ацинус, представляющий собой структуру цилиндрической формы с портальным каналом в центре и центральную зону, круговую зону вокруг центральной вены.

Основными функциями печени являются выработка желчи, синтез белков плазмы крови, синтез холестерина, преобразование глюкозы в гликоген, поддержание концентрации аминокислот в крови, использование железа из гемоглобина, преобразование

аммиака в мочевину, очищение крови от токсичных веществ, регуляция свертываемости крови, а также выработка иммунных факторов для противодействия микроорганизмам. Помимо всего, печень играет одну из основных ролей в организме в поддержании водно-солевого гомеостаза. Роль печени в водно-солевом обмене определяется ее способностью депонировать электролиты и небольшие количества воды, участием в метаболизме гормонов почек, нахождением в печени осморецепторов, рецепторов к различным ионам и периферических волюморецепторов, активация которых является самым начальным звеном в формировании механизмов поддержания водно-солевого гомеостаза. Достоверно показано наличие в печени рецепторов, чувствительных к изменениям концентраций №, К и Mg в крови портальной вены, афференты от которых через спинной мозг идут в гипоталамус. Сигналы от осморецепторов печени возбуждают нейроны супраоптического ядра, что приводит к секреции окситоцина и вазопрессина и снижению секреции альдостерона в крови [12].

Важным компонентом в формировании секреторной активности и сократимости кишки являются желчные кислоты (ЖК), выделяемые печенью. Повышенные концентрации ЖК могут приводить к диарее, а их мальабсорбция — к запорам. ЖК синтезируются в печени и поступают через желчевыводящий проток в тонкую кишку, где участвуют в растворении и всасывании жиров. Например, дезоксихолиевая кислота напрямую влияет на сократимость гладкой мышцы кишки, а хенодезоксихолевая кислота стимулирует секрецию в тонкой кишке [38]. В норме, более 95 % секретированных ЖК реабсорбируется в тонкой кишке. Они стимулируют сократительную активность не только в процессе пищеварения, но и в состоянии, когда в тонкой кишке нет содержимого. У мышей, у которых в содержимом толстой кишки была повышена концентрация ЖК, скорость транзита пищи через кишечник была значительно выше по сравнению с контрольными мышами [70]. У человека и кролика возрастала скорость транзита при прямом введении ЖК в толстую [128] и тонкую кишку [187]. Также в космическом полете снижается отток портальной вены печени [28].

Механизмы, лежащие в основе увеличения сократимости гладкой мышцы кишки под действием дезоксихолиевой кислоты, ясны не до конца. Однако есть предположение о том, что дезоксихолевая кислота возбуждает афферентные нейроны напрямую и опосредованно, через высвобождение 5-НТ в слизистой оболочке стенки кишки, что и приводит к сокращению [245]. Помимо прямого действия на сократимость, желчные кислоты могут активировать секрецию вырабатываемых в 12-перстной кишке гормонов мотилина и холицистокинина [105] , что также стимулирует сократимость кишки.

Неудивительно, что печень, как важнейший орган организма млекопитающих, в

космическом полете претерпевает некоторые изменения. Обнаружено увеличение площади гепатоцитов у животных после КП, что авторы связывают с повышенным содержанием в крови гликогена [196]. Также космический полет влияет на метаболизм холестерина и желчных кислот. Это приводит к увеличению продукции желчных кислот, что может являться маркером повреждения печени и в дальнейшем приводить к неалкогольной жировой болезни печени [119]. В многочисленных модельных исследованиях микрогравитации показано, что в печени повышается количество белков и гликогена, а также меняется метаболизм жиров [163]. Также было обнаружено развитие окислительного стресса в ткани печени, кровоток в портальной вене был снижен, а уровень эндотоксинов -увеличился, что, в свою очередь, может приводить к увеличению концентрации ферментов, утилизирующих ксенобиотики. Это было подтверждено обнаруженным после 30-суточного КП в ткани печени мышей увеличением количества цитохромов P450 [172]. Однако у крыс после 14-суточного КП концентрация P450 была ниже по сравнению с контрольными животными [195].

3.1.5 Общая организация тонкой и толстой кишки, их кровоснабжение

Кишечник располагается в брюшной полости сразу же после желудка и функционально разделен на тонкую кишку, включающую в себя двенадцатиперстную, тощую и подвздошную кишки, и толстую и ободочную кишки. У грызунов в тонкой кишке нет очевидного функционального разделения на отделы, поэтому более корректно называть отделы не 12-перстная, тощая и подвздошная кишки, а проксимальный, медиальный и дистальный отдел. Во-вторых, так как пища, которую употребляют грызуны, содержит большое количество пищевых волокон, важную роль в пищеварении у них играет слепая кишка. Она представляет собой не незначительный по размеру отросток, как у человека, а оформленный самостоятельный сегмент кишки, в котором при участии микроорганизмов происходит ферментация сложных углеводов [129]. Слепая кишка является лабильным участком кишки и при некоторых патологических процессах может существенно увеличиваться в размерах. Так, при диабете и изменении состава микробиоты, слепая кишка может увеличиваться в размерах в несколько раз, что связывают с нарушением в процессах ферментации некоторых пищевых волокон [84] и со сниженной сократимостью кишки при диабете [141, 243].

Все сегменты кишки состоят из четырех слоев: мукозного (эпителий, lamina propria, muscular mucosae), субмукозного, muscularis propria (внутренний слой кольцевых мышц, межмышечное пространство, внутренний слой продольных мышц) и серозного слоя (рис. 1). Строение и соотношение этих слоев различно в зависимости от функции того или иного сегмента [116].

Мукозный слой (слизистая оболочка) состоит из простого колончатого эпителия, железистой ткани, находящегося под слоем рыхлой соединительной ткани, называемого lamina propria. L. propria обеспечивает кровоснабжение эпителия и содержит слизистые железы. Продукты пищеварения попадают в капилляры этого слоя. Здесь встречаются многочисленные лимфоидные фолликулы и плазматические клетки, а также находится тонкий двойной слой гладкой мускулатуры - muscularis mucosa. Он состоит всего из двух слоев мышечных клеток и не принимает участие в формирования перистальтических паттернов, а служит в основном для обеспечения перемещения слизи. Для увеличения площади всасывания мукозный слой организован в складки (отсутствуют у мышей и крыс), а также содержит специальные структуры - ворсинки и крипты [69].

Субмукозный (подслизистый) слой состоит из рыхлого слоя соединительной ткани с более крупными кровеносными сосудами, лимфатическими сосудами, нервами, содержит железы, выделяющие слизь. Весь мукозный слой располагается на субмукозном слое, под которым находится muscularis propria. М. propria — это гладкомышечный слой с внутренним циркулярным и наружным продольным слоем мышц. Основные функции muscularis propria заключаются в продвижении пищи по кишке посредством формирования сократительных перистальтических волн, инициируемых и регулируемых сложно организованной собственной нервной системой кишечника и широким спектром гормонов. Перемещение пищи обеспечивается перистальтикой и наличием специальных сфинктеров, расположенных в верхней части пищевода, в дистальных отделах пищевода, желудка и подвздошной кишки, а также в заднем проходе [116]. В пространстве между слоями кольцевых и продольных мышц находится мезентеральное сплетение, регулирующее их работу -plexus myentericus. Более глубоко, под слоем кольцевых мышц располагается еще одно сплетение, подслизистое - plexus submucosus. Помимо обеспечения координации в работе мышечных слоев, это сплетение регулирует секреторную активность [66].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лагерева Евгения Александровна, 2022 год

• —

1 — ▲'

80-

¡5 70-

с ^

ср

60-

¡8 4Н х Ф

3

о 2Н х I-

О

0-

А —А-

А —А

0 10 20 30

Длительность вывешивания (сут.)

Проксимальный

Медиальный

Дистальный

Рисунок 50 Высота ворсинок, глубина крипт и величина отношения этих параметров в проксимальной, медиальной и дистальной трети тонкой кишкина разных сроках вывешивания, * р<0.05, 30 сутки от 33 суток, Тест Даннета

5.6 Потребление мышами воды и растворов с различным содержанием солей

Мы измерили потребление мышами жидкости (рис. 51) и оценили их солевой аппетит к 0.9 % №С1 в ситуации свободного выбора против воды (рис. 51). Было обнаружено, что потребление воды вывешенными животными снижается после начала вывешивания более чем на 40 %, однако уже к 4 суткам вывешивания потребление воды нормализуется. Потребление воды определялось фактором «время» F(7.765, 113.5) = 3.270, р=0.0024 и взаимодействием факторов «группа» и «время» F (21, 307) = 2.956, р<0.0001 и не определяется фактором «группа» F (1, 15) = 0.00232, р=0.9622.

Индекс предпочтения у вывешенных животных повышается с 1 по 4 сутки вывешивания и не отличается от прикрепленных животных (рис. 52).

§3С0 КОН

&

° 2СС 0)

1100 £

ш

СР I-

о

0

-7 С 7 14 21 28 Длительность вывешивания (сут.)

35

Рисунок 51. Потребление воды у вывешенных мышей снижается на первые сутки вывешивания, по сравнению с контрольными мышами. * - р<0.005, Тест Сидака

£ 50-о

к

I

о

I-

т о

ш ^

о ^

ш

С! X

25-

0-

-25-

-50-

КОН ВЫВ

*

*

-7 0 7 14 21 28 35 Длительность вывешивания (сут.)

Рисунок 52. Предпочтение 0.9% №С1 у вывешенных и прикрепленных мышей

* - р<0.05, Тест Сидака

5.7 Диурез у вывешенных мышей

Ранее нами было исследовано изменение объемов циркулирующей крови и межклеточной жидкости при моделировании микрогравитации как функции размера тела [23]. Несмотря на мелкие размеры тела, у мышей наблюдается некоторое снижение объема межклеточной жидкости. Мы решили исследовать, сопровождается ли адаптация к микрогравитации усилением диуреза. Нами был проведен точный мониторинг диуреза у мышей, на основании которого можно заключить, что диурез у мышей при вывешивании не изменялся. В этой связи необходимо отметить, что наряду с диурезом существенным путем экскреции из организма мыши воды являются ее потери с дыханием и сквозь кожу (неощутимые потери). Учитывая полученные нами ранее данные об увеличении содержания воды в легких вывешенных мышей, можно предположить, что возрастают и потери воды с дыханием. Это предположение требует экспериментальной проверки, выходящей за рамки настоящей работы.

При проведении нагрузочных тестов с внутривенной и внутрикишечной инфузией изотонического раствора хлорида натрия, нам, к сожалению, не удалось получить количественной оценки скорости всасывания воды в кишечнике, что обусловлено, прежде всего, крайней методической сложностью такого эксперимента. Тем не менее,

качественные данные, представленные в настоящей работе, позволяют заключить, что существенного изменения всасывания воды не происходило. Об этом же свидетельствуют и данные о всасывании воды изолированными препаратами тонкой кишки (рис. 49).

5.8 Диурез у вывешенных и прикрепленных мышей

В работе была предпринята попытка оценить изменения всасывания воды в желудочно-кишечном тракте мышей в ходе антиортостатического вывешивания. Для этого была использована разработанная нами методика точного мониторинга диуреза у мышей при помощи вживленного в мочевой пузырь катетера.

В предварительном опыте с использованием этой методики было проведено сравнение диуреза у вывешенных животных в сравнении с «прикреплёнными» контрольными особями. Как показано на рисунке 53, различий обнаружено не было.

Длительность вывешивания (сут.)

Рисунок 53. Диурез у вывешенных и прикрепленных мышей с мочевым катетером, мл/кг.

Очевидно, что данные о диурезе мышей в покое не характеризуют всасывание воды. Поэтому в основном эксперименте исследовали реакцию мышей на инфузию изотонического раствора хлорида натрия (0.9 % №С1) внутривенно или внутрижелудочно до вывешивания и на фоне вывешивания. Эти 4 нагрузочных теста проводили с одними и теми же мышами. В дни между тестированиями регистрировали суточный диурез, а также измеряди осмолярность мочи и определячли концентрацию креатинина. В этом эксперименте также не обнаружили изменений в среднесуточном диурезе мышей (рис. 54А, F (17, 70) = 0.4099, р=0.9788), осмолярности (рис. 54Б, F (17, 70) = 0.7347, р=0.7572), концентрации креатинина (рис. 54В, F (17, 68) = 0.5545, р=0.9130), а также отношении осмолярность/креатинин (рис. 54Г, F (17, 88) = 0.5874, р=0.8931) в ходе антиортостатического вывешивания.

Рисунок 54. Показатели суточной мочи у вывешенных мышей с мочевыми катетерами (эксперимент 4). А. Динамика суточного диуреза, мл/кг. Б. Динамика осмолярности мочи, мОсм. В. Динамика концентрации креатинина в моче, мкМ/л. Г. Динамика отношения осмолярности к концентрации креатинина, ед.

Сопоставление данных нагрузочных тестов, как предполагалось, позволит оценить скорость всасывания воды в кишечнике мышей, однако полученные данные свидетельствуют об отсутствии принципиальных различий в реакции вывешенных мышей на инфузию изотонического раствора как внутривенно, так и внутрикишечно (рис. 55).

-о- II Bl

-•- IV HLU

-■- II HLU

8-

'b 6-

lili

0

-120 -60 0 60 120 180 Время от начала инфузии (мин)

Рисунок 55. Скорость мочеотделения (за 10-минутные интервалы) у мышей до (В1) и на 810 сут. вывешивания (НШ) при инфузии изотонического раствора хлорида натрия внутривенно (IV) и внутрикишечно (II). Тестирования проводили повторно, на одних и

тех же мышах. N=4.

5.9 Влияние потребления кормов различной влажности на некоторые

Вариабельность данных о массе тела животных на 6% определялась фактором «группа» F (2, 121)=5.42, р=0.0056, на 12% фактором «время» F (32, 3872)=118.8, р<0.0001 и на 2% их взаимодействием F (64, 3872)=9.08, р<0.0001. Основным фактором, влиявшим на вариабельность экспериментальных данных (на 68 %), были индивидуальные различия между животными F (121, 3872)=184.0, р<0.0001. Анализ вариабельности данных о массе тела, выраженных в процентах от исходных значений дает сходные результаты (рис. 56).

физиологические показатели мышей

5.9.1 Масса тела

0 7 14 21 28

Время от начала эксперимента (сут)

Рисунок 56. Масса тела мышей за 30 суток кормления исследуемыми кормами

5.9.2 Потребление кормов и воды

Потребление мышами экспериментальных групп кормов (по сырой массе, рис. 57) существенно различалось F (2, 39)=905.6, р<0.0001, зависело от времени F (30, 1170)=12.44, р<0.0001, причем динамика потребления кормов была различной у разных экспериментальных групп F (60, 1170)=5.37, р<0.0001. При этом фактор «группа» определял 83% общей вариабельности экспериментальных данных, «время» - 3%, взаимодействие «группахвремя» - 2%. Различия были обусловлены существенно большим потреблением сырой массы корма группой «Паста» по сравнению с мышами других двух групп на протяжении всех 30 суток кормления, в то время как различия между группами «ПК-120» и «Брикет» отсутствовали. Усредненное за время эксперимента среднесуточное потребление кормов составило 116± 12 г/кг массы тела для контрольной группы, 406±56 г/кг для группы «Паста» (р<0.05 по сравнению с «ПК-120» и «Брикет», тест Тьюки) и 130 г/кг для группы «Брикет» (не значимо по сравнению с «ПК-120», тест Тьюки).

Если различия в потреблении корма по сырой массе были ярко выражены, то различия в потреблении сухой массы корма мышами разных групп были существенно меньше (рис. 57). В частности, это хорошо иллюстрирует то, что для потребления кормов по сухой массе только 3 % общей вариабельности экспериментальных данных определялось фактором «группа» (однако различия были статистически значимы: F (2, 39)=3.71, р=0.0336. «Время» определяло 26 % общей вариабельности F (30, 1170)=24.34, р<0.0001, взаимодействие «группахвремя» - 11% F (60, 1170)=4.96, р<0.0001. Среднесуточное потребление сухой массы корма составляло 105±10 г/кг для мышей контрольной группы, 102± 14 г/кг для мышей группы «Паста» (не значимо по сравнению с «ПК-120» или «Брикет», тест Тьюки) и 112± 19 г/кг у мышей группы «Брикет» (не значимо по сравнению с контролем, но р<0.05 по сравнению со значениями для группы «Паста», тест Тьюки).

6001

го ^

ср

о ^

ш

X

ш ^

ю ш

н

о

400-

200-

0

го ^

о ^

ш

х

ш с; ю ш

н

о

200п

150-

100-

50-

0-

—- \/

Ч А ,

ч, /

I N__

______-. __ _ _ * _

----ПК-120

Паста

Брикет

0 7 14 21 28

Время от начала эксперимента (сут)

4 —Л ■>

.-Л ¿Л \ /ч /""V

—Л' — ^У' \ \ / ч / \

гп__Х-С—Ч

----ПК-120

Паста

Брикет

0 7 14 21 28

Время от начала эксперимента (сут)

Рисунок 57. Среднесуточное потребление корма (m±sd) по сырой (вверху)

и сухой массе (снизу).

Для оценки динамики потребления кормов данные о среднесуточном потреблении были усреднены за интервалы по 10 суток. Как показано в таблице 5, за время эксперимента

потребление кормов, в целом, снижалось F (2, 117)=59.64, р<0.0001. Так, для мышей группы «ПК-120» потребление корма снизилось ко второй декаде эксперимента на 12% и в дальнейшем не изменялось, в то время как у мышей группы «Паста» потребление корма по сухой массе снизилось на 10% ко второй декаде и на 16% на третьей декаде по сравнению со второй (общее снижение - 25%), а в группе «Брикет» - на 19% на второй декаде по сравнению с первой и на 12% на третьей декаде по сравнению со второй (общее снижение - 28%).

При попарном сравнении групп в динамике, различия были обнаружены в первую декаду эксперимента, когда потребление корма по сухой массе мышами группы «Брикет» превышало потребление кормов мышами других двух групп. На второй декаде различия между группами отсутствовали, а на третьей декаде мыши группы «Паста» потребляли по сухой массе несколько меньше корма, чем мыши контрольной группы (Таблица 5).

Таблица 5. Динамика среднесуточного потребления кормов мышами разных групп. В скобках указана величина снижения среднесуточного потребления корма по сравнению

с первой декадой эксперимента ИНТЕРВАЛ ПК-120 ПАСТА БРИКЕТ

Г/КГ Г/КГ Г/КГ

I-10 СУТ 114± 10 116± 11 § 133±8 § @

II-20 СУТ 101±13 (-12%) $ 103±9 (-11%) $ 109±17 (-19%) $

21-30 СУТ 100±12 (-13%) $ 87±8 (-25%) $ # § 96±11 (-28%) $ #

Статистика: $ - р<0.05 по сравнению с первой и # - р<0.05 по сравнению со второй декадой эксперимента, тест Тьюки. § - р<0.05 по сравнению с «ПК-120» и @ - р<0.05 по сравнению с группой «Паста» в соответствующую декаду эксперимента.

Общая вариабельность данных о потреблении жидкости животными разных групп на 70% определялась фактором «группа» F (2, 39)=149.1, р<0.0001, на 3% - фактором «время» F (30, 1170)=8.91, р<0.0001 и на 3% - взаимодействием этих двух факторов F (60, 1170)=4.46, р<0.0001. Межгрупповые различия были обусловлены существенно большим потреблением воды мышами группы «Паста», у которых среднесуточное потребление составляло 304±42 мл/кг и кратно (в два с половиной раза) превышало среднесуточное потребление воды мышами группы «ПК-120» (125±10 мл/кг; р<0.05, тест Тьюки) или геля мышами группы «Брикет» (129±9 мл/кг; р<0.05, тест Тьюки). Усредненное за время эксперимента потребление воды и геля мышами соответствующих групп, при этом, не различалось (рис. 58).

5001

400-

300-

200-

100-

0

----ПК-120

-----------

Паста -Брикет

0 7 14 21 28

Время от начала эксперимента (сут)

Рисунок 58. Среднесуточное потребление воды (m±sd) за 30 суток эксперимента

5.9.3 Масса внутренних органов

Данные о массе внутренних органов мышей разных групп представлены на рисунках 59 и 60. Весовые коэффициенты органов животных приведены в таблице 6.

При анализе данных о массах внутренних органов и тканей мышей экспериментальных групп, в первую очередь, принимали во внимание абсолютные значения масс, поскольку интерпретация данных о весовых коэффициентах органов осложнена существенными отличиями жировой массы, о которой судили по массе висцерального жира (совокупность околопочечного и эпидидимального жира). Так, наибольшая масса висцерального жира, как в абсолютном, так и в относительном выражении была обнаружена у мышей, потреблявших пастообразный корм, у которых отложения жира были на 70% больше, чем у животных контрольной группы и на 135 % больше, чем у мышей, потреблявших «Брикет».

Наиболее существенными были следующие отличия. У мышей, получавших пастообразный корм, были увеличены, по сравнению с мышами получавшими «ПК-120» и «Брикет»: сердце (на 6 %), печень (на 45 и 33 % соответственно), висцеральный жир (на 77 и 135 %), придаточный аппарат (на 25 и 34 %), трехглавая мышца голени (на 5 %), мочевой пузырь (на 30 %). Масса почек мышей, потреблявших «пасту», превышала величины для контрольных животных (на 8 %), но не массу почек мышей, получавших «брикет». Кроме того, у мышей группы «Паста» масса желудка была на 15% больше, чем у животных группы «ПК-120».

Массы органов мышей, содержавшихся на комплексе «брикета» и «геля», в целом, не отличались от величин для контрольных животных, за исключением массы висцерального жира, которая была меньше на 28 %, массы тонкого кишечника, которая была больше на 8 % (также и по сравнению с группой «паста») и желудка (на 10 %) а кроме того, масса содержимого слепой кишки мышей группы «брикет» была на 30 % выше, чем у животных других двух групп.

Массы мозга, легких, селезенки, слюнных желез, семенников, слепой кишки, толстого кишечника у животных экспериментальных групп существенно не различались.

550

500

450

400

350

3.............д

ПК-120 Паста Брикет

180-

160-

140-

Ф

120-

100-

ПК-120 уб. Паста 0.3669

ПК-120

Паста Брикет

Брикет

пб

пб

пб

пб

*

*

ПК-120 уб. Бри

Паста уб. Бр

Рисунок 59. Масса органов мышей экспериментальных групп. Ящики» - нижняя квартиль,

медиана, верхняя квартиль; «усы» - 10-90%. Справочные данные для самцов возрастом 8 нед показаны пунктирными линиями (толстая - т, тонкие - ±sd). Статистика: * - р<0.05,

м - не значимо, тест Тьюки

X

X

ф

ф О

6

4-

2-

I-

го ср го с с го

.о

X

т о

I-

го ^

а

20-,

15-

10-

5-

ПК-120 Паста Брикет

ПК-120 Паста Брикет

х

ф

с; о

к го ш го

Е

х

ф р

го 3

к го

с

ф

с; О

о

15

с; ф

8

ПК-120 Паста Брикет

ч -о

о х С|

с;

о

X

т

ф

3

X

о

X

т

ф

3

.0

с; о

20

15

10

ПК-120 Паста Брикет

Брикет

ПК-120 Паста Брикет

ПК-120 Паста Брикет

Рисунок 60. Масса органов мышей экспериментальных групп. «Ящики» - нижняя квартиль, медиана, верхняя квартиль; «усы» - 10-90%. Справочные данные для самцов возрастом 8 нед показаны пунктирными линиями (толстая - т, тонкие - ±sd). Статистика:

* - р<0.05, м - не значимо, тест Тьюки

мб

пб

пб

пб

*

*

0

0

8

9

пб

пб

*

7

8

пб

6

7

5

6

4

5

пб

*

6

*

*

*

пб

4

2

5

0

0

Таблица 6. Весовые коэффициенты органов (г/кг) мышей экспериментальных групп

Орган Корм Статистика

ПК-120 Паста Брикет

Мозг 19.22±1.47 17.14±0.77 $ 18.86±1.71 @ F (2, 121)=29.86, р<0.0001

Легкие 5.61±0.47 5.18±0.34 $ 5.47±0.43 @ F (2, 121)=13.43, р<0.0001

Сердце 4.73±0.27 4.60±0.44 4.74±0.33 F (2, 121)=1.89, р=0.1589

Печень 34.61±3.34 45.55±4.27 $ 38.24±5.53 $ @ F (2, 121)=63.66, р<0.0001

Почка 6.15±0.49 6.08±0.34 6.41±0.47 $ @ F (2, 121)=5.99, р=0.0033

Селезенка 2.29±0.59 2.29±0.29 2.30±0.43 F (2, 121)=0.01, р=0.9939

Слюнные железы 7.06±0.52 6.57±0.49 $ 6.84±0.69 F (2, 121)=5.20, р=0.0068

Висцеральный жир 22.29±8.47 32.79±8.71 $ 16.06±7.20 $ @ F (2, 121)=42.31, р<0.0001

Придаточный аппарат 10.21±1.63 11.50±1.30 $ 9.53±1.40 @ F (2, 121)=20.52, р<0.0001

Семенник 3.89±0.61 3.68±0.37 3.76±0.72 F (2, 121)=1.82, р=0.1670

Трехглавая м. голени 6.39±0.35 6.08±0.33 $ 6.31±0.32 $ @ F (2, 121)=9.27, р=0.0002

Мочевой пузырь 1.38±0.25 1.63±0.24 $ 1.42±0.19 @ F (2, ш)=11.36, р<0.0001

Желудок 8.77±1.30 8.68±0.97 9.27±1.42 F (2, 121)=3.39, р=0.0371

Тонкий кишечник 37.95±3.05 34.65±2.03 $ 41.07±3.61 $ @ F (2, 120)=48.19, р<0.0001

Слепая кишка 4.29±0.58 4.01±0.48 $ 4.46±0.45 $ @ F (2, 121)=8.94, р=0.0002

Толстый кишечник 9.49±1.50 9.26±1.93 10.69±2.15 $ @ F (2, 121)=8.37, р=0.0004

Содержимое слепой кишки 6.87±1.90 5.85±1.61 $ 8.64±2.16 $ @ F (2, 121)=21.95, р<0.0001

Статистика: $ - р<0.05 по сравнению с «ПК-120», @ - р<0.05 по сравнению с группой «Паста», тест Тьюки. Данные представлены в виде m±sd.

5.9.4 Содержание воды в органах и тканях

В некоторых тканях мышей было измерено содержание воды (табл. 7). Наиболее яркие различия были обнаружены в жировой ткани, которая у мышей группы «Паста» содержала примерно вдвое меньше воды (а следовательно, больше жира), чем жировая ткань мышей групп «ПК-120» и «Брикет». Сходные, но менее выраженные изменения были обнаружены в ткани слюнных желез и мышечной ткани. Содержание воды в мозге, печени и почках не различалось. Наконец, содержание воды в содержимом слепой кишки было наибольшим у мышей группы «Брикет», различие достигало статистической значимости при сравнении с величинами для контрольной группы, но не группы «Паста».

Таблица 7. Содержание воды (%) в некоторых тканях мышей экспериментальных групп

Орган Корм Статистика

ПК-120 Паста Брикет

Мозг 78.24±0.51 78.06±1.09 78.03±1.10 F (2, 118)=0.59, р=0.5542

Печень 67.74±1.24 67.70±1.01 67.60±1.34 F (2, 118)=0.14, р=0.8665

Почка 74.28±0.84 73.64±1.04 73.91±1.85 F (2, 118)=2.46, р=0.0896

Мышечная ткань 74.48±0.73 73.92±0.77$ 74.66±1.44@ F (2, 114)=5.48, р=0.0053

Слюнные железы 70.10±3.00 66.64±4.06$ 69.20±6.19@ F (2, 120)=6.20, р=0.0027

Жировая ткань 15.43±13.44 9.28±5.52 15.48±7.33 F (2, 120)=5.98, р=0.0034

Содержимое слепой кишки 75.30±2.94 76.39±4.19$ 77.82±3.82@ F (2, 117)=4.66, р=0.0113

Статистика: $ - р<0.05 по сравнению с «ПК-120», @ - р<0.05 по сравнению с группой «Паста», тест Тьюки. Данные представлены в виде m±sd.

5.9.5 Диурез

Диурез мышей экспериментальных групп (рис. 61) существенно различался F (2, 39)=66.96, р<0.0001, что было обусловлено большей продукцией мочи мышами группы «Паста», превышавшей диурез мышей группы «ПК-120» впятеро и в четыре раза -суточный диурез мышей группы «Брикет». Важно, что клиренс креатинина у животных, получавших разные рационы, при этом был сходным (Р (2, 39)=0.63, р=0.5356). Суточная экскреция мочевины была повышена у мышей, питавшихся «Пастой» и «Брикетом» (Г (2, 39)=8.74, р=0.0007), в то время как экскреция креатинина не различалась (Г (2, 39)=0.07, р=0.9368). Следует также отметить различия рН мочи (Г (2, 39)=6.89, р=0.0027), который у мышей группы «Паста» был выше, чем у животных групп «ПК-120» и «Брикет».

Применительно к выведению электролитов, экскреция некоторых из них с мочой различалась, в то время как для других различия отсутствовали (рис. 62). Так, суточная F (2, 39)=0.67, р=0.5152 и фракционная F (2, 37)=2.01, р=0.1486 экскреция кальция у мышей разных групп не различались (рис. 62). Суточная F (2, 39)=35.41, р<0.0001 и фракционная F (2, 37)=25.17, р<0.0001 экскреция натрия, напротив, были резко отличны. У мышей группы «Паста» суточная экскреция натрия более чем в 8 раз превышала этот показатель у мышей, потреблявших контрольный корм, а фракционная экскреция натрия была в 10 раз выше, чем у контрольных животных. Мыши, питавшиеся брикетированным кормом, за сутки экскретировали более чем в 5 раз больше натрия, по сравнению с контрольными животными, но в полтора раза меньше, чем мыши группы «Паста». Фракционная экскреция натрия у мышей группы «Брикет» впятеро превышала фракционную экскреция натрия у мышей группы «ПК-120», но была вдвое ниже, чем при питании пастообразным кормом.

Суточная экскреция фосфора F (2, 39)=24.61, р<0.0001, сходно с экскрецией натрия была наибольшей у мышей группы «Паста» и кратно превышали экскрецию этого иона в контрольной группе, а в группе «Брикет» была существенно выше, чем в контроле, но меньше, чем у животных, потреблявших «Пасту». Суточные экскреции калия (Р (2, 39)=2.51, р=0.0947) и хлора (Г (2, 39)=2.74, р=0.0768), сходно с экскрецией кальция, не различались у животных разных групп.

200-1

150-

со 100

СР

>

50-

—и—

Л.

ПК-120 Паста Брикет

т о

X СР

8-1

6-

4-

2-

ПК-120 Паста Брикет

200п

го

I

150-

н ^

го р ф

* 5

^ О

к*

о ^

(О

100-

50-

X

—II—

л

л

го

I

0 ^

1

ф

СР

Ц.

ПК-120 Паста Брикет

0.3-1

0.2-

0.1-

0.0

X

х

X

ПК-120 Паста Брикет

100-1

.о

I ^

т н

5? £ I *

ф |

ср ^

^

о ^

(О

80-

60-

40-

20-

л

X

Л

ПК-120 Паста Брикет

Рисунок 61. Диурез и экскреция метаболитов мышами экспериментальных групп. Статистика: * - р<0.05, м - не значимо, тест Тьюки.

пэ

пэ