ВЛИЯНИЕ ЭКСТРАКТОВ Anisum vulgare Gaertn. И Coriandrum sativum L. НА АКТИВНОСТЬ СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ И КАТАЛАЗЫ: ИССЛЕДОВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ДИАБЕТА, ИНДУЦИРОВАННОГО СТРЕПТОЗОТОЦИНОМ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрено влияние экстрактов Anisum vulgare и Coriandrum sativum на активность супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы у крыс при диабете, индуцированном стрептозотоцином. У крыс с диабетом наблюдается снижение активности СОД и каталазы, а также повышение уровня активных форм кислорода. Применение растительных экстрактов способствовало увеличению активности этих ферментов и снижению оксидативного стресса, что подтверждает их потенциал в коррекции антиоксидантного дисбаланса при диабете.

ABSTRACT

The article examines the effect of Anisum vulgare and Coriandrum sativum extracts on the activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase in rats with streptozotocin-induced diabetes. In diabetic rats, a decrease in SOD and catalase activity and an increase in reactive oxygen species were observed. The application of plant extracts enhanced the activity of these enzymes and reduced oxidative stress, demonstrating their potential in correcting antioxidant imbalance in diabetes.

Ключевые слова: Anisum vulgare, Coriandrum sativum, экстракты, супероксид дисмутаза (СОД), каталаза, антиоксидантные ферменты, стрептозотоцин, диабет, оксидативный стресс, растительные экстракты.

Keywords: Anisum vulgare, Coriandrum sativum, extracts, superoxide dismutase (SOD), catalase, antioxidant enzymes, streptozotocin, diabetes, oxidative stress, plant extracts.

Введение. Сахарный диабет (СД) является одним из наиболее распространенных метаболических заболеваний, характеризующихся хроническим повышением уровня глюкозы в крови. Это заболевание сопровождается нарушением обмена веществ, что может привести к развитию различных осложнений, включая поражения сердечно-сосудистой, нервной и почечной систем. Одним из основных факторов, способствующих развитию диабетических осложнений, является оксидативный стресс, вызванный чрезмерным накоплением активных форм кислорода (АФК) в клетках[6,8].

Активные формы кислорода, такие как супероксид и пероксид водорода, образуются в результате нарушений метаболических процессов, включая гликозилирование и гликемию[7]. В нормальных условиях клеточные антиоксидантные ферменты, такие как супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза, нейтрализуют эти вредоносные соединения, поддерживая баланс окислительно-восстановительных процессов в клетке. Однако при диабете этот баланс нарушается, что приводит к усилению оксидативного стресса и повреждению клеток[3,4].

В последние годы растительные экстракты привлекают внимание исследователей за их потенциал в коррекции оксидативного стресса и защиты клеток от повреждений, связанных с различными заболеваниями, включая диабет. Экстракты Anisum vulgare и Coriandrum sativum обладают антиоксидантными свойствами, что делает их перспективными кандидатами для исследования в контексте диабетических заболеваний.

Целью настоящего исследования является изучение влияния экстрактов Anisum vulgare и Coriandrum sativum на активность антиоксидантных ферментов, таких как супероксид дисмутаза и каталаза, в гомогенате печени крыс при диабете, индуцированном стрептозотоцином.

Материалы и методы. Для проведения эксперимента использовались крысы белые самцы весом 180-220 г, которых содержали в стандартных условиях при температуре 22±2°C, с 12-часовым световым циклом. Крысы были разделены на три группы по 6 животных в каждой. Первая группа служила контролем, второй группе был индукцирован диабет с использованием стрептозотоцина (СТЗ) в дозе 65 мг/кг внутри перитонеально, а третьей группе с диабетом было введено лечение экстрактами растений.

Подготовка экстракта растений. Для приготовления экстракта использовали семена Anisum vulgare и листья Coriandrum sativum. Растительный материал был высушен в тени, измельчен до порошкообразного состояния, затем экстрагирован с помощью 70% этанола в соотношении 1:10 (маса растительного материала/объем растворителя) в течение 72 часов при комнатной температуре. Экстракт фильтровали через бумажный фильтр, а раствор испаряли до сухого остатка с помощью ротационного испарителя. Экстракт был растворен в физиологическом растворе для последующего введения животным.

Лечение животных. Крысы из третьей группы получали экстракт растений в дозе 10 мг/кг массы тела в течение 10 дней.

Определение активности антиоксидантных ферментов. После завершения эксперимента животные были убиты, и печень была извлечена для приготовления гомогената. Для этого ткань печени взвешивали и измельчали в фосфатном буфере с pH 7,4. Гомогенат центрифугировали при 10 000 об/мин в течение 10 минут, после чего супернатант использовали для измерения активности антиоксидантных ферментов.

Измерение активности супероксиддисмутазы (СОД). Активность СОД в гомогенате печени определяли по методу Инга (1971), основанному на индукции окисления нитрозо-протоколоритинового комплекса, измеряя оптическую плотность при 450 нм.

Измерение активности каталазы. Активность каталазы в гомогенате печени измеряли с использованием метода, основанного на определении скорости разложения пероксида водорода, как описано в исследовании Акиты (1984). Измерение проводили при 240 нм с использованием спектрофотометра.

Статистическая обработка данных. Результаты выражены как среднее значение ± стандартное отклонение (M ± SD). Статистический анализ проводился с использованием программы SPSS 22.0. Различия между группами считались значимыми при уровне значимости p<0,05.

Обсуждение результатов. В процессе развития патологических процессов в организме возникает антиоксидантный дисбаланс в тканевых клетках. Этот патофизиологический процесс при сахарном диабете связан с резким увеличением уровня глюкозы, что приводит к усилению стресс-факторов в клетках и образованию свободных радикалов. Один из таких радикалов супероксид -образуется в митохондриях в результате нарушения метаболизма. Однако в клетках существует ферментативная антиоксидантная система, которая нейтрализует радикалы и супероксиды, связывая их несвязанные электроны. При сахарном диабете повышение уровня глюкозы в крови действует как стресс-фактор на клетки, вызывая образование активных форм кислорода. В таких условиях необходимо использовать экзогенные активные соединения для увеличения активности антиоксидантных ферментов. В тканях важнейшими защитными ферментами являются СОД, каталаза и глутатионпероксидаза, которые нейтрализуют основные и промежуточные продукты ЛПО, а также глутатионтрансфераза, глиоксидоза и формальдегидрогеназы, которые выводят вторичные продукты пероксидации и другие кaрбонильные соединения [2]. В условиях окислительного стресса в печени наблюдается повышение уровня ЛПО и снижение активности ферментов СОД и каталаза [5]. Поэтому в следующем эксперименте было изучено коррекционное влияние экстракта растений на активность антиоксидантных ферментов СОД и каталазы в гомогенате печени крыс при экспериментальном диабете, индуцированном СТЗ.

Результаты показали, что уровень СОД в гомогенате печени крыс из группы II (диабет, индуцированный СТЗ) составил 30,6±2,1 Ед/мг белка, что на 57,1% ниже по сравнению с контролем (I группа, 71,4±3,5 Ед/мг белка) (Рис.1). Таким образом, при сахарном диабете, индуцированном СТЗ, наблюдается снижение активности фермента СОД в гомогенате печени крыс. При развитии гипергликемии концентрация супероксидных радикалов в клетках увеличивается, что, в свою очередь, стимулирует гидролиз фосфолипидов, являющихся структурным элементом биомембран, и приводит к воспалительным процессам. Повышение интенсивности образования активных форм кислорода и супероксидных радикалов, таких как Н₂О₂, в тканях печени у крыс, индуцированных СТЗ, указывает на разрушение мембран и снижение активности антиоксидантных ферментов.

В продолжение эксперимента крыс из группы III (СТЗ диабет) лечили экстрактом растений в дозе 10 мг/кг в течение 10 дней. У крыс из группы III уровень СОД в гомогенате печени составил 41,5±2,7 Ед/мг белка (рис.3). Это свидетельствует о том, что экстракт растений увеличивает активность фермента СОД в гомогенате печени у крыс с экспериментальным диабетом на 35,6% по сравнению с показателями группы II.

Увеличение дозы экстракта растений в 2 раза показало ещё более значительный эффект. При лечении экстрактом растений в дозе 20 мг/кг в течение 10 дней у крыс из группы IV активность фермента СОД в гомогенате печени значительно возросла. У крыс из группы IV уровень СОД составил 53,7±3,2 Ед/мг белка, что на 75,5% выше по сравнению с группой II (Рис.3). Таким образом, экстракт растений увеличил активность одного из основных антиоксидантных ферментов СОД в гомогенате печени при диабете, индуцированном СТЗ. Это свидетельствует о том, что при сахарном диабете экстракт растений способствует уменьшению уровня супероксидов в клетках.

Рисунок 1. Влияние экстракта растений на активность фермента СОД в гомогенате печени крыс при диабете, индуцированном СТЗ Р<0,05; Р<0,01; n=5

В следующем эксперименте было изучено изменение активности еще одного важного антиоксидантного фермента — каталазы. Каталаза относится к классу оксидоредуктаз и является частью антиоксидантной системы клетки, выполняя функцию защиты от пероксидов. В клинической биохимии активность каталазы определяется фотометрическим методом в биологических средах. Каталаза, как важный антиоксидантный фермент, разлагает водородный пероксид на воду и кислород, предотвращая липидную пероксидацию и повреждение клеток [1]. Изменение активности СОД может быть связано с изменением активности каталазы. Для проверки этого в следующем эксперименте было изучено влияние экстракта растений на активность каталазы в гомогенате печени крыс при диабете, индуцированном СТЗ (рис.2). Результаты показали, что в условиях диабета, индуцированного СТЗ, наблюдается дисбаланс в антиоксидантной активности системы печени. В частности, активность каталазы в печени крыс из группы II (диабет, индуцированный СТЗ) составила 29,2±1,7 мкМ/мин/мг белка, что на 49,4% ниже по сравнению с контрольной группой. Лечение экстрактом растений в дозе 10 мг/кг в течение 10 дней у крыс из группы III увеличило уровень каталазы до 35,6±2,1 мкМ/мин/мг белка, что на 22,0% выше по сравнению с группой II. При лечении экстрактом в дозе 20 мг/кг в течение 10 дней уровень каталазы в гомогенате печени крыс из группы IV составил 41,2±2,7 мкМ/мин/мг белка. Это на 41,01% выше по сравнению с группой II(Рис.2). Таким образом, экстракт растений повышает активность каталазы и СОД в печени крыс при диабете, индуцированном СТЗ, что свидетельствует о наличии перекисной окислительной активности липидов.

Рисунок 2. Влияние растительных экстрактов на количество каталаз в гомогенате печени при диабете, индуцированном СТЗ. *Р<0,05; **Р<0,01; n=5**

Модель диабета, индуцированного СТЗ, продемонстрировала значительное снижение активности фермента каталазы в гомогенате печени крыс. Результаты исследований свидетельствуют о том, что поражение крыс СТЗ не только увеличивает концентрацию глюкозы в крови, но и усиливает окислительный стресс у животных, что подтверждает роль окислительного стресса в патогенезе множества заболеваний, включая диабет.

Уменьшение активности антиоксидантных ферментов в условиях диабета, индуцированного СТЗ, связано с увеличением уровня продуктов ЛПО в клетках и усилением образования свободных радикалов. Растительные экстракты, используемые в эксперименте, могут повысить активность антиоксидантных ферментов в условиях диабета, индуцированного СТЗ. При экспериментальном диабете наблюдается увеличение количества свободных радикалов в тканевых клетках. Основная часть свободных радикалов образуется в митохондриальной внутренней мембране в результате дисфункции дыхательной цепи. В экспериментальном диабете также может нарушаться пассивный транспорт ионов из-за разрушения мембраны митохондрий. Для уточнения этого, в следующем эксперименте было исследовано влияние экстрактов растений Anisum vulgare Gaertn и Coriandrum sativum L. на пассивную ионную проницаемость мембраны митохондрий печени крыс при диабете, индуцированном СТЗ.

Выводы.

1. В условиях диабета, индуцированного стрептозотоцином (СТЗ), у крыс наблюдается значительное снижение активности антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза, что свидетельствует о развитии окислительного стресса и дисбалансе антиоксидантной системы в печени.

2. Повышение уровня активных форм кислорода, таких как супероксидные радикалы, способствует повреждению клеточных мембран и нарушению нормального метаболизма, что усиливает воспалительные процессы в тканях печени.

3. Применение экстрактов растений Anisum vulgare и Coriandrum sativum  в дозе 10 мг/кг в течение 10 дней способствует восстановлению активности антиоксидантных ферментов, таких как СОД, в печени у крыс с экспериментальным диабетом.

4. Результаты исследования свидетельствуют о высоком потенциале экстрактов этих растений как эффективных средств для коррекции антиоксидантного дисбаланса и снижения оксидативного стресса при сахарном диабете.

5. Экстракты Anisum vulgare и Coriandrum sativum могут быть использованы в качестве дополнительных терапевтических средств для улучшения антиоксидантной активности и защиты клеток печени от повреждений, вызванных диабетом.

Список литературы:

1. Аладьева Т.Л., Зиматкин С.М. Каталаза клетки: строение, биогенез, многообразие, функции // Экспериментальная биология и биотехнология – 2022. – Т.1: – С. 12-22.
2. Kaneko H. Pyrethroids: Mammalian  metabolism and toxicity. // Journal of Agricultural and Food Chemistry. – 2011. – V.59(7). – P. 2786-2791.
3. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е.. Методы определения активности каталазы // Москва., Медицина, 1988. С.16-18.
4. Матюшин Б.Н. Определение супероксиддисмутазной активности в материале пункционной биопсии печени при ее хроническом поражении // Лаб. дело.1991. №7. С. 16-19.
5. Olayinka E.T., Ore A. Hepatotoxicity, Nephrotoxicity and Oxidative Stress in Rat Testis Following Exposure to Haloxyfop-p-methyl Ester, an Aryloxyphenoxypropionate Herbicide // Toxics –2015. – V.3. – P. 373-389.
6. Пальчикова Н.А., Кузнецова Н.В., Кузьминова О.И., Келятицкая В.Г. Гормонально-биохимические особенности аллоксановой и стрептозотоциновой моделей экспериментального диабета // Бюллетень СО РАМН. – 2013. – Т.33. –№6. – С. 18-24.
7. Стальная И.Д. Современные методы в биохимии // Медицина. 1977. С. 66-68.
8. Saeedi P., Petersohn I., Salpea P., Malanda B., Karuranga S., Unwin N., Colagiuri S., Guariguata L., Motala A.A., Ogurtsova K. Global and regional diabetes prevalence estimates for 2019 and projections for 2030 and 2045: Results from the International Diabetes Federation Diabetes Atlas// Diabetes Res. Clin. Pract-2019-V. 157.-P. 107843