Введение

В последние десятилетия стресс рассматривается как один из ключевых патогенетических факторов, вызывающих нарушения функций желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Прямая кишка (ПК), как дистальный отдел ЖКТ, выполняет резервуарную, экскреторную и барьерную функции, являясь при этом особо чувствительной мишенью для нейроэндокринных сдвигов, реализующихся при стрессе [1, с. 86; 2, с. 255–276]. Активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (ГГН) оси при иммобилизационном стрессе сопровождается гиперкортизолемией, что инициирует комплекс метаболических нарушений, включая интенсификацию перекисного окисления липидов (ПОЛ), угнетение антиоксидантной системы и дестабилизацию кишечного микробиоценоза [3, с. 421–427; 4, с. 731–745; 5, с. 286–291].

Кишечная микробиота, представленная облигатными симбионтами (Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp.), играет ключевую роль в поддержании барьерной функции слизистой оболочки, колонизационной резистентности и местного иммунного гомеостаза. Хронический стресс, по данным ряда авторов, закономерно приводит к дисбиотическим изменениям, выражающимся в снижении популяции полезных бактерий и увеличении условно-патогенной флоры [6, с. 50–64; 7, с. 23–26; 8, с. 591–599]. Параллельно нарушается моторно-эвакуаторная функция дистального отдела кишечника, что клинически проявляется синдромом раздраженного кишечника, функциональной диареей или хроническим запором [9, с. 1877–2013; 10, с. 316].

В качестве перспективного средства коррекции стресс-индуцированных нарушений активно изучается экстракт Sophora pachycarpa (софора толстоплодная), содержащий комплекс флавоноидов, обладающих антиоксидантным, противовоспалительным и мембраностабилизирующим действием. Параллельно ряд исследований указывает на роль оксидативного стресса как универсального механизма повреждения слизистого барьера кишечника при воспалительной патологии [11, с. 561–577]. Несмотря на это, сведения о комплексном влиянии иммобилизационного стресса на оксидативный статус тканей ПК, ее микробиоценоз и моторную деятельность в доступной литературе остаются фрагментарными [12, с. 124–136; 13, с. 439–453].

Цель исследования – изучение функциональных параметров оксидативного статуса, состояния микробиоценоза и моторно-эвакуаторной функции прямой кишки морских свинок в условиях хронического иммобилизационного стресса, а также оценка эффективности коррекции выявленных нарушений экстрактом Sophora pachycarpa.

Материалы и методы исследования

Опыты проводились на 30 беспородных морских свинках-самцах возраста 5–7 месяцев, массой 300–350 г. Содержание животных и проведение манипуляций осуществлялись в соответствии с Директивой 2010/63/EU Европейского парламента. Животные были разделены на три группы по 10 особей:

1) группа 1 – контрольная (интактные животные);

2) группа 2 – животные с иммобилизационным стрессом;

3) группа 3 – животные с иммобилизационным стрессом с последующей коррекцией экстрактом Sophora pachycarpa.

Иммобилизационный стресс моделировался путем фиксации морских свинок на специальной доске в растянутом положении в течение 3 ч ежедневно на протяжении 14 дней. Экстракт Sophora pachycarpa вводился интрагастрально после завершения стрессирования.

Для оценки оксидативного статуса определяли уровень малонового диальдегида (МДА), активность супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы, интенсивность ПОЛ и уровень активных форм кислорода (АФК). Микробиологическое исследование включало количественную оценку Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Clostridium spp. и Escherichia coli методом посева на селективные питательные среды. Моторно-эвакуаторная функция ПК оценивалась по индексу дефекации (количество болюсов за 1 ч) и консистенции фекалий в баллах.

Определение уровня глюкозы также проводили при помощи биохимического анализатора Rayto RT и набора реагентов HUMAN. Сущность метода определения глюкозы заключается в ферментативном колориметрическом анализе c помощью фермента – глюкозооксидазы. Под действием фермента глюкозооксидазы глюкоза окисляется до глюконовой кислоты с образованием перекиси водорода, которая реагирует с 4-аминофеназоном и фенолом под действием фермента пероксидазы. В результате образуется окрашенное соединение – хинонимин розово-малинового цвета. Интенсивность окраски прямо пропорциональна концентрации глюкозы в пробе. Содержание глюкозы пропорционально интенсивности окраски. Измерение проводится при длине волны 500 нм. Концентрация глюкозы выражали в ммоль/л.

Уровень кортизола в сыворотке крови морских свинок определяли методом иммуноферментного анализа с использованием иммуноферментного анализатора HUMAN Reader HS (Германия) и набора реактивов DRG Instruments GmbH (Германия). Сертифицированные коммерческие наборы реагентов состояли из специфических антител к кортизолу, которые покрывали лунки микропланшета, ферментного реагента (коньюгат), представляющего собой кортизол, меченный пероксидазой хрена, набор флаконов с известной концентрацией кортизола (от 0 до 800 нг/мл) для построения калибровочной кривой, контрольных сывороток, тетраметилбензидина, который при взаимодействии с ферментным раствором окрашивается в синий цвет, стоп-реагента и промывочного раствора. Измерение оптической плотности проводили на длине волны 450 нм. Результаты выражали в нмоль/л. Все определения биохимических показателей крови определяли, строго следуя инструкции производителя. Статистическая обработка проводилась с использованием t-критерия Стьюдента (программа OriginPro 7.5), различия считались значимыми при p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Функциональные показатели оксидативного статуса при иммобилизационном стрессе

Воздействие хронического иммобилизационного стресса приводило к статистически значимому сдвигу прооксидантно-антиоксидантного баланса в тканях ПК (табл. 1). Уровень МДА достоверно возрастал до 7,94±0,39 нмоль/мг белка против 2,5±0,23 нмоль/мг белка в контрольной группе (p < 0,05), что свидетельствует об интенсификации деструкции клеточных мембран в 3,18 раза. Параллельно наблюдалось существенное угнетение антиоксидантных ферментов: активность СОД снижалась в 2,86 раза, каталазы – в 2,51 раза. Уровень АФК возрастал в 3,15 раза, а общая интенсивность ПОЛ – в 3,32 раза.

Введение экстракта Sophora pachycarpa после стрессирования приводило к снижению концентрации МДА на 48,9 % (p < 0,001), восстановлению активности СОД на 121,5 % и каталазы на 98,0 % по отношению к группе стресса. Уровень АФК снижался на 50,0 %, общая интенсивность ПОЛ – на 49,8 %.

Таблица 1

Функциональные показатели оксидативного статуса при стрессовом воздействии (M±m, n = 10)

Примечание: * – P < 0,05 по отношению к контролю.

Составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Таблица 2

Основные показатели микробиоценоза прямой кишки при хроническом стрессе (M±m, n = 10)

Примечание: * – P < 0,05 по отношению к контролю; ** – P < 0,05 по отношению к стрессу.

Составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Полученные данные указывают на роль оксидативного стресса как универсального механизма тканевого повреждения при стрессорных воздействиях, а также согласуются с данными о патогенетическом значении оксидативных нарушений при воспалительной патологии кишечника [14; 15].

Состояние микробиоценоза прямой кишки при хроническом иммобилизационном стрессе

Анализ микробиоценоза ПК выявил выраженные дисбиотические нарушения (табл. 2). Содержание Lactobacillus spp. снижалось с 8,6±0,32 до 5,2±0,28 lg КОЕ/г (на 39,5 %; p < 0,05), что свидетельствует о нарушении колонизационной резистентности слизистой оболочки ПК. Уровень Bifidobacterium spp. уменьшался с 9,1±0,41 до 6,3±0,35 lg КОЕ/г (на 30,8 %; p < 0,05), что указывает на угнетение ферментативной активности микробиоценоза и нарушение синтеза короткоцепочечных жирных кислот. На этом фоне регистрировалось достоверное увеличение условно-патогенной флоры: Clostridium spp. – на 50,0 % (p < 0,05), Escherichia coli – на 40,3 % (p < 0,05).

Применение экстракта Sophora pachycarpa обеспечивало выраженное корригирующее влияние на микробиоценоз: уровень Lactobacillus spp. возрастал до 7,6±0,30 lg КОЕ/г (88,4 % от контроля, на 46,2 % выше группы стресса; p < 0,01), Bifidobacterium spp. – до 8,2±0,33 lg КОЕ/г (90,1 % от контроля, прирост на 30,2 %; p < 0,01). Содержание Clostridium spp. снижалось до 6,2±0,27 lg КОЕ/г (на 23,5 %), Escherichia coli – до 6,8±0,29 lg КОЕ/г (на 21,8 %). Полученные данные согласуются с работами M. T. Bailey [2], показавшего, что активация ГГН-оси при стрессе закономерно сопровождается снижением численности облигатных симбионтов в дистальных отделах кишечника, а также с исследованиями J. F. Cryan et al. [9], установившими системообразующую роль оси «кишечник – мозг» в регуляции состава микробиоты [15].

Оценка моторно-эвакуаторной функции прямой кишки при иммобилизационном стрессе

Анализ моторно-эвакуаторной деятельности ПК выявил существенные функциональные нарушения под влиянием иммобилизационного стресса (табл. 3). У животных группы стресса наблюдалось резкое увеличение индекса дефекации с 2,2±0,40 до 5,6±0,80 болюсов за 1 ч, что соответствует росту на 154,5 % (p < 0,05). Балл консистенции фекалий возрастал с 1,6±0,2 до 3,8±0,4 (p < 0,05), что характеризует развитие выраженной гипермоторной дискинезии (диарейного синдрома), обусловленной стресс-индуцированным ускорением кишечного транзита [9; 12].

На фоне применения экстракта Sophora pachycarpa индекс дефекации снижался до 3,4±0,50 болюсов/ч (на 39,3 % ниже группы стресса; p < 0,01), балл консистенции фекалий уменьшался до 2,1±0,3 балла (снижение на 50,0 %; p < 0,01), что характеризует восстановление нормомоторики. Выявленная корригирующая эффективность препарата обусловлена, по-видимому, способностью флавоноидов Sophora pachycarpa снижать уровень провоспалительных цитокинов (ИЛ-6 и ФНО-α), которые при иммобилизационном стрессе возрастали в 3,7 и 4,3 раза соответственно, тем самым нормализуя нейромышечную регуляцию кишечника [10; 11].

В качестве основных индикаторов стрессорного состояния организма были исследования содержания глюкозы и кортизола в плазме крови с целью объективной оценки выраженности стрессорной реакции и подтверждения адекватности примененной модели иммобилизационного стресса. Определение данных ресурсов позволяет установить степень активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси и симпато-адреналовой системы, которые являются ключевыми нейроэндокринными механизмами адаптации организма к стрессорному воздействию. Полученные результаты представлены в табл. 4.

Таблица 3

Показатели моторно-эвакуаторной функции прямой кишки при стрессе и его коррекции (M±m, n = 10)

Примечание: * – P < 0,05 по отношению к контролю; ** – P < 0,01 по отношению к стрессу.

Составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Таблица 4

Изменение уровня глюкозы и кортизола у морских свинок при воздействии стрессоров (M±m; n = 6)

Примечание: *p < 0,05, Δ – разница величин по сравнению с контролем.

Составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

В последующей серии экспериментов было установлено, что под воздействием иммобилизационного стресса наблюдается характерное повышение уровня глюкозы в плазме крови морских свинок опытной группы. Так, среднее значение данного показателя составило 11,86±3,14 ммоль/л, что достоверно превышало аналогичный показатель контрольной группы (7,31±1,05 ммоль/л) на 62,2 % (р < 0,05). Развитие стресс-индуцированной гипергликемии обусловлено усиленным гликогенолизом и глюконеогенезом под влиянием катехоламинов и глюкокортикоидов, секреция которых резко увеличивается в условиях стрессорного воздействия.

Наиболее выраженные изменения были зафиксированы в отношении уровня кортизола – основного глюкокортикоидного гормона коры надпочечников, являющегося универсальным маркером активации стресс-реализующих систем организма. Концентрация кортизола в плазме крови животных опытной группы составила 298,7±35,4 нмоль/л, что статистически стабильно превышало контрольные значения (44,2±6,8 нмоль/л) в 6,8 раза, или на 575,8 % (р < 0,05). Столь значительное повышение уровня кортизола свидетельствует о выраженной активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси и подтверждает, что примененная модель хронического иммобилизационного стресса является адекватной и воспроизводимой экспериментальной моделью для изучения стресс-индуцированных нарушений.

Заключение

Таким образом, хронический иммобилизационный стресс вызывает комплекс взаимосвязанных нарушений в прямой кишке морских свинок, включающий выраженный оксидативный стресс (трехкратное возрастание МДА и АФК на фоне угнетения антиоксидантных ферментов), дисбиотические изменения микробиоценоза со снижением облигатных симбионтов и активацией условно-патогенной флоры, а также развитие гипермоторной дискинезии. Совокупность перечисленных нарушений формирует условия для повреждения слизистого барьера ПК и развития воспалительных патологий дистального отдела кишечника.

Экстракт Sophora pachycarpa демонстрирует выраженную патогенетическую эффективность в коррекции стресс-индуцированных нарушений: снижает интенсивность ПОЛ на 48,9 %, восстанавливает активность СОД и каталазы, нормализует состав микробиоценоза и улучшает моторно-эвакуаторную функцию ПК. Полученные данные обосновывают целесообразность применения данного фитоэкстракта в качестве средства профилактики и коррекции стресс-ассоциированных расстройств кишечника.