ВЛИЯНИЕ ЭКСТРАКТОВ Anisum vulgare И Coriandrum sativum НА ПАССИВНУЮ ИОННУЮ ПРОНИЦАЕМОСТЬ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ МЕМБРАН ПРИ ДИАБЕТЕ, ИНДУЦИРОВАННОМ СТРЕПТОЗОТОЦИНОМ

АННОТАЦИЯ

В статье представлено исследование влияния экстрактов Anisum vulgare и Coriandrum sativum на пассивную ионную проницаемость митохондриальных мембран печени при диабете, индуцированном стрептозотоцином (СТЗ). Изучено влияние растительных экстрактов на ионный транспорт через внутреннюю мембрану митохондрий для одновалентных и двухвалентных катионов, включая K⁺, Na⁺, H⁺, Ca²⁺ и Mg²⁺. Пассивная ионная проницаемость была оценена фотометрическим методом, в результате чего было установлено, что экстракты способствуют восстановлению проницаемости митохондрий для ионов при диабете. Данные показывают потенциал этих экстрактов для улучшения митохондриальной функции и защиты клеток печени от диабетической деградации.

ABSTRACT

This article presents the study of the effect of extracts from Anisum vulgare and Coriandrum sativum on the passive ion permeability of mitochondrial membranes in the liver of rats with streptozotocin-induced diabetes (STZ). The effect of plant extracts on ion transport through the inner mitochondrial membrane for monovalent and divalent cations, including K⁺, Na⁺, H⁺, Ca²⁺ and Mg²⁺, was studied. Passive ion permeability was assessed by a photometric method, and it was found that the extracts promote the restoration of mitochondrial ion permeability in diabetes. The results suggest the potential of these extracts for improving mitochondrial function and protecting liver cells from diabetic degradation.

Ключевые слова: экстракты, Anisum vulgare и Coriandrum sativum, митохондрии, диабет, ионная проницаемость, антиоксидантная активность, диабетическая деградация, стрептозотоцин.

Keywords: extracts, Anisum vulgare and Coriandrum sativum, mitochondria, diabetes, ion permeability, antioxidant activity, diabetic degradation, streptozotocin.

Введение. Митохондрии являются основными источниками энергии в клетках, а их функция сильно нарушается при различных патологиях, таких как диабет. Одним из показателей их деградации является изменение проницаемости мембран для ионов. В условиях диабета, индуцированного стрептозотоцином (СТЗ), наблюдается ухудшение митохондриальной функции, что связано с увеличением уровня активных форм кислорода и окислительным стрессом. Экстракты растений, таких как Anisum vulgare и Coriandrum sativum, могут оказывать влияние на восстановление митохондриальной активности и снижать степень повреждения клеток печени. Настоящее исследование направлено на изучение воздействия этих экстрактов на пассивную ионную проницаемость митохондрий при диабете, индуцированном СТЗ, и на их потенциал в качестве терапевтических средств для защиты клеток печен Деградация митохондрий проявляется увеличением объема матрикса и морфологическими изменениями [1]. Аномальное разрушение митохондрий наблюдается при печеночной недостаточности, миокардиальных клетках, а также при множестве инфекционных заболеваний, диабете, гипоксии, токсическом воздействии и других патологических процессах. Деградация митохондрий может происходить при осмотическом стрессе в гипотонических растворах или под воздействием ионизирующего излучения, бактериальных токсинов, химических ядов и других патогенных агентов. Разрушение внешней мембраны митохондрий инициирует процесс деградации и приводит к общему разрушению липопротеидных компонентов мембраны. В экспериментах наблюдаются два типа деградации митохондрий: пассивная и активная. Пассивный транспорт ионов не требует затрат энергии и происходит по градиенту концентрации. Митохондриальная внутренняя мембрана обладает хорошей проницаемостью для К⁺ и некоторых ионов. Однако в условиях экспериментального диабета информация о пассивном транспорте одновалентных и двухвалентных ионов недостаточна. В экспериментах изучено влияние экстрактов Anisum vulgare Gaertn и Coriandrum sativum L. на пассивный транспорт ионов в митохондриях печени при диабете, индуцированном СТЗ [2].

Материалы и методы. Для проведения эксперимента использовались крысы линии Wistar, с массой тела 180-220 г. Диабет индуцировался с помощью стрептозотоцина (СТЗ), который вводился животным внутриперитонеально в дозе 50 мг/кг массы тела в цитратном буфере (0,1 моль/л, pH 4,5). После введения СТЗ уровень глюкозы в плазме крови был измерен через 72 часа с использованием глюкометра для подтверждения развития диабета. Для контроля использовалась группа животных, получавших инъекцию только цитратного буфера [3].

Растительные экстракты Anisum vulgare и Coriandrum sativum были получены с использованием 70% этанола в качестве экстракционного растворителя. Экстракты вводились животным в дозах 10 мг/кг (группа III) и 20 мг/кг (группа IV) в течение 10 дней через зонд в желудок. Экстракт был приготовлен на основе растительного сырья, собранного в осенний период, и использовалась стандартная методика экстракции с растворителем [4].

После окончания курса лечения животные были умерщвлены, и из печени извлекались митохондрии с использованием метода дифференциального центрифугирования. Для этого ткань печени с измельчением в холодном изотоническом растворе подвергалась центрифугированию при 1000×g для получения клеточного осадка. Затем осадок подвергался центрифугированию при 10,000×g для выделения митохондрий [3].

Пассивная ионная проницаемость митохондриальной мембраны оценивалась по изменениям оптической плотности суспензии митохондрий при добавлении различных ионов. Для исследования использовались изоосмотические среды, приготовленные с использованием нитратов металлов (К⁺, Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺) и аммоний нитрата для Н⁺ ионов. Изменения в проницаемости мембраны митохондрий для различных ионов оценивались фотометрическим методом, что позволило определить степень восстановления проницаемости мембран митохондрий в ответ на введение растительных экстрактов [6].

Дополнительно для контроля эффекта проводился анализ уровня глюкозы в крови после введения экстрактов и их воздействия на уровень сахара, что позволило оценить возможную коррекцию метаболических нарушений. Статистический анализ данных был выполнен с использованием программы GraphPad Prism, где для оценки значимости различий использовался однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) [7].

Обсуждение результатов. В модели диабета, индуцированного СТЗ, исследовано влияние растительных экстрактов на пассивную ионную проницаемость митохондрий печени для одновалентных (К⁺, Na⁺, Н⁺) и двухвалентных (Са²⁺, Mg²⁺) катионов. Пассивная ионная проницаемость внутренней мембраны митохондрий оценивалась фотометрическим методом по изменению оптической плотности суспензии. Растительные экстракты способствовали восстановлению проницаемости митохондрий печени для одновалентных и двухвалентных катионов при диабете.

Изучение нарушений на уровне митохондрий и их молекулярных механизмов действия фармакологических препаратов в условиях диабета представляет собой актуальную задачу. Однако влияние растительных экстрактов на пассивную проницаемость мембраны митохондрий для одновалентных и двухвалентных катионов в условиях диабета недостаточно изучено.

Для создания модели диабета у животных группы эксперимента II, III и IV СТЗ вводили в дозе 50 мг/кг массы тела (0,1 моль/л цитратного буфера, 0,2 мл, pH 4,5) в под брюшинную область. После установления модели диабета в группе III животным в течение 10 дней перорально вводили экстракт растений в дозе 10 мг/кг, а в группе IV -в дозе 20 мг/кг. Затем измеряли уровень глюкозы в плазме крови. Количество глюкозы в крови у патологической группы снижалось по сравнению с контролем, и проводились дополнительные исследования. Митохондрии печени крыс выделялись методом дифференциального центрифугирования [8].

Пассивный транспорт К⁺, Na⁺, Н⁺, Са²⁺, Mg²⁺ ионов через мембраны митохондрий оценивался по изменению осмотической плотности в различных средах. Для исследования использовали изоосмотические среды, приготовленные из нитратов металлов для К⁺, Na⁺, Н⁺, Са²⁺ и Mg²⁺ ионов и аммоний нитрат для Н⁺ ионов.

Результаты показали, что в изоосмотической среде NH₄NO₃, проницаемость митохондрий печени для H+ ионов в диабетической группе (II) увеличилась по сравнению с контрольной группой. В условиях диабета пассивная проницаемость для H⁺ ионов снизилась на 73,3% по сравнению с контрольной группой. При фармакотерапии экстрактом в дозе 10 мг/кг в группе III проницаемость митохондрий печени для H⁺ ионов увеличилась на 26,6% по сравнению с группой II. В группе IV, получавшей экстракт в дозе 20 мг/кг, проницаемость мембраны митохондрий для H⁺ ионов увеличилась на 55,9% по сравнению с группой II (рис. 1).

Рисунок 1. Влияние растительных экстрактов на пассивную ионную проницаемость мембраны митохондрий печени крыс для H+ ионов при диабете, индуцированном СТЗ (*Р<0,05; **Р<0,01; n=5)

В следующем эксперименте исследовалось влияние растительных экстрактов на пассивную ионную проницаемость мембраны митохондрий печени крыс для одновалентных катионов К⁺ и Na⁺ в условиях диабета. Результаты показали, что в изоосмотических средах KNO₃ и NaNO₃ пассивная проницаемость митохондрий печени для К⁺ и Na⁺ ионов у диабетических крыс снизилась на 54,5% и 38,2% соответственно по сравнению с контрольной группой (Рисунок 2). При применении растительных экстрактов в дозе 10 мг/кг у крыс группы III проницаемость митохондрий печени для К⁺ и Na⁺ ионов восстановилась на 16,32% и 20% соответственно по сравнению с группой II. При фармакотерапии экстрактами в дозе 20 мг/кг у крыс группы IV проницаемость мембраны митохондрий для К⁺ и Na⁺ ионов увеличилась на 33,6% и 31,4% соответственно по сравнению с группой II (рис 2).

Рисунок 2. Влияние растительных экстрактов на пассивную ионную проницаемость мембраны митохондрий печени крыс для К⁺ и Na⁺ ионов при диабете, индуцированном СТЗ (*Р<0,05; **Р<0,01; n=5)

Таким образом, повреждение митохондрий печени в результате диабета связано с нарушением транспортировки ионов H⁺, К⁺ и Na⁺ через внутреннюю мембрану митохондрий, что ведет к повреждению белковой структуры мембраны и увеличению интенсивности ЛПО. Фармакотерапия растительными экстрактами в дозе 10 мг/кг для группы III и 20 мг/кг для группы IV способствовала восстановлению пассивной проницаемости мембраны митохондрий.

Ионы кальция (Ca²⁺) играют важную роль в поддержании стабильности внутренней и внешней мембран митохондрий, а также в процессах окислительного фосфорилирования и других кальций-зависимых сигнальных путях. В условиях диабета наблюдается увеличение нагрузки Ca²⁺ ионов и нарушение транспортных систем, что приводит к образованию неспецифических пор в внутренней мембране.

В следующем in vivo эксперименте исследовалось влияние растительных экстрактов на пассивную проницаемость внутренней мембраны митохондрий печени для двухвалентных Са²⁺ и Mg²⁺ катионов в модели диабета, индуцированного СТЗ (Рисунок 3). Результаты показали, что в диабетических митохондриях печени проницаемость для Са²⁺ ионов снизилась на 41,8%, а для Mg²⁺ ионов на 53,3% по сравнению с контрольной группой (рис3).

Рисунок 3. Влияние растительных экстрактов на пассивную ионную проницаемость мембраны митохондрий печени крыс для Ca²⁺ и Mg²⁺ ионов при диабете, индуцированном СТЗ (*Р<0,05; **Р<0,01; n=5)

Фармакотерапия растительными экстрактами у крыс групп III и IV восстанавливала пассивную проницаемость мембраны митохондрий печени, что позволило улучшить проницаемость для Са²⁺ и Mg²⁺ ионов по сравнению с диабетической группой. В частности, проницаемость митохондрий для Са²⁺ и Mg²⁺ ионов увеличилась на 7,8% и 22% соответственно в группе III, и на 13,8% и 29,7% соответственно в группе IV по сравнению с группой II. Результаты показывают, что растительные экстракты могут восстанавливать пассивную проницаемость мембраны митохондрий печени в условиях диабета.

Таким образом, растительные экстракты могут корректировать повреждения митохондрий печени при модели диабета. Это указывает на возможность того, что активизация пассивной ионной проницаемости мембран может быть связана со структурными изменениями митохондрий, что открывает перспективы для исследования биологической активности фракций растительных экстрактов.

Выводы.

1.В модели диабета, индуцированного СТЗ, наблюдается значительное нарушение пассивной проницаемости мембраны митохондрий печени для двухвалентных ионов Са²⁺ и Mg²⁺, что свидетельствует о нарушении нормальной функциональной активности митохондрий при диабетическом стрессе.

2. Введение растительных экстрактов Anisum vulgare и Coriandrum sativum в дозах 10 мг/кг и 20 мг/кг соответственно значительно улучшает пассивную ионную проницаемость мембраны митохондрий печени, что подтверждает их потенциальную антиоксидантную и мембранопротекторную активность.

3. Растительные экстракты восстанавливают проницаемость митохондрий для Са²⁺ и Mg²⁺ ионов, что способствует улучшению митохондриальных функций и снижению окислительного стресса в клетках печени.

4. Улучшение пассивной проницаемости мембран митохондрий после лечения растительными экстрактами может быть связано с их способностью активировать антиоксидантные механизмы и снижать воспаление в тканях печени при диабете.

5. Данные эксперимента свидетельствуют о том, что растительные экстракты Anisum vulgare и Coriandrum sativum могут быть использованы в качестве перспективных терапевтических средств для улучшения функциональной активности митохондрий и защиты печени от диабетических повреждений.

6. Введение растительных экстрактов в условиях диабета открывает новые возможности для разработки методов терапии, направленных на восстановление митохондриальной функции и поддержание клеточной гомеостаза в условиях метаболических заболеваний.

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. Айзман Р.И., Корощенко Г.А., Гайдарова А.П., Суботялов М.А., Луканина С.Н., Сахаров А.В. Механизмы действия порошка корневища растения curcuma longa на углеводный обмен при аллоксан-индуцированном сахарном диабете у крыс // Бюллетень сибирской медицины – 2014.-N 6. – С.105-112.
3. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е.. Методы определения активности каталазы // Москва., Медицина, 1988. С.16-18.
4. Kaneko H. Pyrethroids: Mammalian metabolism and toxicity. // Journal of Agricultural and Food Chemistry. – 2011. – V.59(7). – P. 2786-2791.
5. Матюшин Б.Н. Определение супероксиддисмутазной активности в материале пункционной биопсии печени при ее хроническом поражении // Лаб. дело. 1991. №7. С. 16-19.
6. 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.
7. 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.
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.
9. Стальная И.Д. Современные методы в биохимии // Медицина. 1977. С. 66-68.