Влияние высококалорийной диеты на содержание химических элементов и металло-лигандные формы цинка в сыворотке крови и печени крыс линии Wistar

Обоснование. Во всём мире отмечается стремительный рост числа людей, страдающих различными формами нарушения углеводного и липидного обмена. Современные исследования показывают, что транспорт, распределение, экскреция и накопление химических элементов при данных видах нарушения обмена изменяются по-разному и неодинаково влияют на дальнейшее состояние организма.

Цель исследования. Оценить уровень макро- и микроэлементов в  сыворотке крови и печени, а также содержание металло-лигандных форм цинка в сыворотке крови у крыс линии Wistar в условиях высококалорийной диеты.

Материалы и методы. Для проведения эксперимента было отобрано 30 крыс-самцов, из которых были сформированы две группы: контрольная (n = 15) и опытная (n = 15). Животные контрольной группы получали основной рацион (270 ккал/100 г), а животные опытной группы – высококалорийную диету. В ходе эксперимента калорийность диеты опытной группы ступенчато увеличивалась от калорийности общего рациона. В ходе исследования оценивали массу тела, биохимические параметры крови и мочи. Анализ макро- и микроэлементов в образцах проводился с помощью метода массспектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Определение содержания индивидуальных соединений цинка в сыворотке крови проводился на комбинации хроматографа и масс-спектрометра.

Результаты. Установлено, что высококалорийная диета приводила к снижению уровня железа, хрома, йода, цинка, калия, кальция и увеличению содержания ванадия в сыворотке крови. В печени отмечалось снижение уровня лития и увеличение уровня кальция, ванадия, хрома, железа, цинка, кобальта. При оценке химических форм цинка в сыворотке крови фиксировалось процентное увеличение альбуминовой фракции на фоне снижения аминокислотных комплексов и низкомолекулярных форм цинка.

Заключение. Полученные данные позволяют предположить, что высококалорийная диета приводит к дисбалансу химических элементов, что может служить одним из пусковых механизмом дизрегуляции ряда физиологических функций организма. 

1. Parhofer KG. The treatment of disorders of lipid metabolism. Dtsch Arztebl Int. 2016; 113(15): 261-268. doi: 10.3238/arztebl.2016.0261

2. Lejk A, Myśliwiec M, Myśliwiec A. Effect of eating resistant starch on the development of overweight, obesity and disorders of carbohydrate metabolism in children. Pediatr Endocrinol Diabetes Metab. 2019; 25(2): 81-84. doi: 10.5114/pedm.2019.85818

3. Engin A. The definition and prevalence of obesity and metabolic syndrome. Adv Exp Med Biol. 2017; 960: 1-17. doi: 10.1007/978-3-319-48382-5_1

4. Smith RL, Soeters MR, Wüst RCI, Houtkooper RH. Metabolic flexibility as an adaptation to energy resources and requirements in health and disease. Endocr Rev. 2018; 39(4): 489-517. doi: 10.1210/er.2017-00211

5. Speakman JR. Evolutionary perspectives on the obesity epidemic: Adaptive, maladaptive, and neutral viewpoints. Annu Rev Nutr. 2013; 33(1): 289-317. doi: 10.1146/annurevnutr-071811-150711

6. Frame-Peterson LA, Megill RD, Carobrese S, Schweitzer M. Nutrient deficiencies are common prior to bariatric surgery. Nutr Clin Pract. 2017; 32(4): 463-469. doi: 10.1177/0884533617712701

7. López-Otín C, Galluzzi L, Freije JMP, Madeo F, Kroemer G. Metabolic control of longevity. Cell. 2016; 166(4): 802-821. doi: 10.1016/j.cell.2016.07.031

8. García OP, Long KZ, Rosado JL. Impact of micronutrient deficiencies on obesity. Nutrition Reviews. 2009; 67(10): 559-572. doi: 10.1111/j.1753-4887.2009.00228.x

9. Meisinger C, Stöckl D, Rückert I, Döring A, Thorand B, Heier M, et al. Serum potassium is associated with prediabetes and newly diagnosed diabetes in hypertensive adults from the general population: The KORA F4-study. Diabetologia. 2013; 56(3): 484-491. doi: 10.1007/s00125-012-2786-8

10. Скальный А.В., Мирошников С.А., Нотова С.В., Болодурина И.П., Мирошников С.В., Алиджанова И.Э. Региональные особенности элементного гомеостаза как показатель экологофизиологической адаптации. Экология человека. 2014; 9: 14-17.

11. Скальный А.В., Вятчанина Е.С. Перспективы применения анализа химических форм элементов («Speciation Analysis») в биологии и медицине. Клинико-лабораторный консилиум. 2008; 3(22): 26-32.

12. Michalke B. Element speciation definitions, analytical methodology, and some examples. Ecotoxicol Environ Saf. 2003; 56(1): 122-139. doi: 10.1016/s0147-6513(03)00056-3

13. Mandrioli J, Michalke B, Solovyev N, Grill P, Violi F, Lunetta C, et al. Elevated levels of selenium species in cerebrospinal fluid of amyotrophic lateral sclerosis patients with disease-associated gene mutations. Neurodegener Dis. 2017; 17(4-5): 171-180. doi: 10.1159/000460253

14. Solovyev N, Vanhaecke F, Michalke B. Selenium and iodine in diabetes mellitus with a focus on the interplay and speciation of the elements. J Trace Elem Med Biol. 2019; 56: 69-80. doi: 10.1016/j.jtemb.2019.07.005

15. Ajsuvakova OP, Tinkov AA, Willkommen D, Skalnaya AA, Danilov AB, Pilipovich AA, et al. Assessment of copper, iron, zinc and manganese status and speciation in patients with Parkinson’s disease: A pilot study. J Trace Elem Med Biol. 2020; 59: 126423. doi: 10.1016/j.jtemb.2019.126423

16. Panchal SK, Poudyal H, Iyer A, Nazer R, Alam A, Diwan V, et al. Highcarbohydrate, high-fat diet-induced metabolic syndrome and cardiovascular remodeling in rats. J Cardiovasc Pharmacol. 2011; 57(5): 611-624. doi: 10.1097/FJC.0b013e3181feb90a

17. Shi Y, Zou Y, Shen Z, Xiong Y, Zhang W, Liu C, et al. Trace elements, PPARs, and metabolic syndrome. IntJ Mol Sci. 2020; 21(7): 2612. doi: 10.3390/ijms21072612

18. Palladini G, Ferrigno A, Di Pasqua LG, Berardo C, Rizzo V, Perlini S, et al. Associations between serum trace elements and inflammation in two animal models of nonalcoholic fatty liver disease. PLoS One. 2020; 15(12): e0243179. doi: 10.1371/journal.pone.0243179

19. Fukunaka A, Fujitani Y. Role of zinc homeostasis in the pathogenesis of diabetes and obesity. Int J Mol Sci. 2018; 19(2): 476. doi: 10.3390/ijms19020476

20. Jagannathan R, Neves JS, Dorcely B, Chung ST, Tamura K, Rhee M, et al. The oral glucose tolerance test: 100 years later. Diabetes Metab Syndr Obes. 2020; 13: 3787-3805. doi: 10.2147/DMSO.S246062

21. Klop B, Elte JWF, Cabezas MC. Dyslipidemia in obesity: Mechanisms and potential targets. Nutrients. 2013; 5(4): 1218-1240. doi: 10.3390/nu5041218

22. Robberecht H, De Bruyne T, Hermans N. Biomarkers of the metabolic syndrome: Influence of minerals, oligo- and trace elements. J Trace Elem Med Biol. 2017; 43: 23-28. doi: 10.1016/j.jtemb.2016.10.005

23. Gammoh NZ, Rink L. Zinc in infection and inflammation. Nutrients. 2017; 9(6): 624. doi: 10.3390/nu9060624

24. Panchal SK, Wanyonyi S, Brown L. Selenium, vanadium, and chromium as micronutrients to improve metabolic syndrome. Curr Hypertens Rep. 2017; 19(3): 10. doi: 10.1007/s11906-017-0701-x

25. Song Z, Wang Y, Zhang F, Yao F, Sun C. Calcium signaling pathways: Key pathways in the regulation of obesity. Int J Mol Sci. 2019; 20(11): 2768. doi: 10.3390/ijms20112768

26. Lewicki S, Zdanowski R, Krzyżowska M, Lewicka A, Dębski B, Niemcewicz M, et al. The role of Chromium III in the organism and its possible use in diabetes and obesity treatment. Ann Agric Environ Med. 2014; 21(2): 331-335. doi: 10.5604/1232-1966.1108599

27. Bjørklund G, Peana M, Pivina L, Dosa A, Aaseth J, Semenova Y, et al. Iron deficiency in obesity and after bariatric surgery. Biomolecules. 2021; 11(5): 613. doi: 10.3390/biom11050613

28. Cousins RJ, Liuzzi JP, Lichten LA. Mammalian zinc transport, trafficking, and signals. J Biol Chem. 2006; 281(34): 24085- 24089. doi: 10.1074/jbc.R600011200

29. Piatek K, Hartwig A, Bal W. Physiological levels of glutathione enhance Zn(II) binding by a Cys4 zinc finger. Biochem Biophys Res Commun. 2009; 389(2): 265-268. doi: 10.1016/j.bbrc.2009.08.128

30. Smith KT, Failla ML, Cousins RJ. Identification of albumin as the plasma carrier for zinc absorption by perfused rat intestine. Biochem J. 1979; 184(3): 627-633. doi: 10.1042/bj1840627