Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода на проявление безусловного рефлекса и обучаемость растущих крыс | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. № 54. DOI: 10.17223/19988591/54/4

Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода на проявление безусловного рефлекса и обучаемость растущих крыс

Исследовано влияние полигиповитаминоза в сочетании с недостаточностью кальция, магния и йодаурастущих самцов крыс-отъёмышей стока Wistar с исходной массой тела 51,4 ± 0,5 г на проявление безусловного рефлекса и способность к обучению в ответ на воздействие электрическим током. Крысы контрольной группы (I) потребляли полноценный полусинтетический рацион, крысы II группы (- Са, Mg, I) - тот же рацион, но с уменьшенным на 50% в минеральной смеси количеством кальция, магния и йода, крысы III группы (- Vit) получали рацион, содержащий 100% минеральных веществ с уменьшенным до 20% количеством витаминной смеси при полном исключении из нее витамина Е. Животных IVгруппы (- Vit, Са, Mg, I) содержали на дефицитном по витаминам и минеральным веществам рационе. На 7-е сутки развития микронутриентной недостаточности у крыс ухудшено воспроизведение безусловного рефлекса (фотофобии). Выявлено статистически значимое (р < 0,05) снижение долгосрочной памяти у животных, содержавшихся на рационе с дефицитом витаминов (- Vit) и одновременно сниженным уровнем витаминов, кальция, магния и йода (- Vit, Са, Mg, I). На основании величин латентного времени входа в темный отсек в тесте «Условный рефлекс пассивного избегания» через 1 сутки и через 14 суток установлено, что ухудшение памяти обусловлено снижением в рационе содержания витаминов, тогда как дефицит минеральных веществ не влиял на эти параметры.

Influence of multiple deficiency of vitamins, calcium, magnesium and iodine on cognitive function in growing rats.pdf Сокращения [Abbreviations]: LT - латентный период [Latent time]. Для цитирования: Сидорова Ю.С., Петров Н.А., Вржесинская О.А., Коденцова В.М., Бекетова Н.А., Кошелева О.В., Леоненко С.Н., Зорин С.Н., Громовых П.С. Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода на когнитивные функции растущих крыс // Вестник Томского государственного универститета. Биология. 2021. № 54. С. 64-82. doi: 10.17223/19988591/54/4 Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода 65 Введение Эпидемиологические обследования и мониторинг питания населения Российской Федерации свидетельствуют о недостаточном содержании в рационе витаминов D, группы В, кальция, магния, йода [1, 2]. В результате для населения нашей страны характерно сочетание одновременной недостаточности сразу нескольких эссенциальных микронутриентов. Адекватная обеспеченность организма микронутриентами является необходимым условием для осуществления мыслительной функции. Предполагается, что повышенная концентрация некоторых витаминов, в частности витамина С и фолата, в мозге человека по сравнению с плазмой крови необходима для предотвращения окислительного повреждения ДНК и оптимизации ее восстановления [3]. Большинство исследований посвящено изучению влияния на когнитивные функции недостаточности одного витамина или минерального вещества. Показано, что даже умеренно сниженный статус витамина D или фолата сопровождался ухудшением когнитивной функции у пожилых людей по нескольким параметрам [4, 5]. При дефиците витамина D у крыс в 1,6 раза увеличивалось число неудачных попыток прохождения водного лабиринта Морриса [6]. Недостаточность витамина А препятствовала обучению и сохранению памяти у молодых крыс [7]. Сниженный уровень в плазме крови витаминов А, С, D, В12, Е, фолатов ассоциируется со снижением когнитивных функций [3]. В тесте «Условный рефлекс пассивного избегания» у взрослых крыс-самок, получавших в течение 8 недель безмагниевую диету, при обучении увеличивался латентный период захода в темную камеру; при воспроизведении навыка латентный период захода в темную «опасную» камеру увеличивался на 11,4% (р < 0,05) [8]. Дефицит йода даже в легкой и умеренной степени связан с ухудшением показателя IQ, чтения и правописания у детей [9]. Во многих эндемичных йододефицитных районах Китая от 5 до 15% детей страдают легкой умственной отсталостью (коэффициент IQ 50-69) [10]. При обследовании 337 лиц в возрасте 49 лет установлена статистически значимая связь между более высоким уровнем в плазме крови кальция и магния с когнитивными показателями [11]. Имеются лишь отдельные работы по исследованию влияния сочетанного недостатка всех витаминов (полигиповитаминоза) на обучаемость крыс. Сочетанный дефицит витаминов группы В (В12, В6 и фолата) в течение 10 недель сопровождался гомоцистеинемией и значительно ухудшал обучаемость и память мышей [12]. Пребывание крыс на полигиповитаминозном рационе в течение 12 суток приводило к ухудшению воспроизведения безусловного рефлекса (фотофобии), статистически значимому увеличению в 3,2 раза латентного периода перехода в темный отсек лабиринта по сравнению с животными, получавшими полноценный рацион, но не отразилось на их способности к обучению [13]. Ю.С. Сидорова, Н.А. Петров, О.А. Вржесинская и др. 66 В связи с широкой распространенностью у взрослого и детского населения нашей страны недостаточного потребления с пищей витаминов, кальция, магния и йода, представлялось целесообразной попытка охарактеризовать влияние дефицита этих микронутриентов у растущих животных как отражение степени воздействия пищевых дефицитов на обучаемость детей. Организм детей наиболее чувствителен к алиментарным дефицитам, в связи с этим в качестве модели были использованы крысы-отъемыши, аппроксимация возраста которых по таблицам пересчета на возраст человека соответствует примерно 4-5 годам жизни ребенка [14]. Содержание крыс в течение 23 суток на дефицитном рационе по продолжительности соответствовало примерно 4 годам жизни ребенка [15]. Цель работы - изучить влияние сочетанной недостаточности витаминов, кальция, магния и йода на проявление безусловного рефлекса и способность к обучению растущих крыс в ответ на воздействие электрическим током. Материалы и методики исследования Эксперимент проведен на 46 самцах крыс-отъемышей стока Wistar с исходной массой тела 51,4 ± 0,5 г, полученных из питомника лабораторных животных филиала «Столбовая» Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Научный центр биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства» (Московская обл., Чеховский р-н, г.п. Столбовая). Исследования на животных выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 33216-2014 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами». Протокол исследования одобрен комитетом по этике ФИЦ питания и биотехнологии. Животных содержали по 2 крысы в клетке в контролируемых условиях окружающей среды (температура 20-26 °C, относительная влажность 3060%, 12-часовой цикл освещения). Животные получали корм ad libitum и имели постоянный доступ к дистиллированной воде, содержание в которой Ca составило 77 мкг/мл, Mg - 33 мкг/мл. В исследовании применен предварительный отборочный подход, заключающийся в изначальном разделении крыс в зависимости от показателей их поведения в тесте «Приподнятый крестообразный лабиринт», основанном на естественном стремлении животного оставаться в закрытых (темных) местах и природном страхе к открытым пространствам и высотам. В тесте изучено поведение животных в условиях переменной стрессогенности, т.е. при свободном выборе комфортных условий, что позволяет оценить степень выраженности эмоциональной реакции страха и тревоги, двигательную активность, скорость ориентировочных реакций. Время пребывания крысы в лабиринте составляло 5 мин. При тестировании регистрировали число заходов и время пребывания в закрытых и открытых рукавах, общую иссле- Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода 67 довательскую активность. Тестирование проводили до начала кормления животных экспериментальными рационами и на 21-е сутки. Перемещение крыс по лабиринту регистрировали с помощью системы видеонаблюдения «Smart 3.0.04» («Panlab Harvard Apparatus», Испания). Модель. В течение первых 5 суток всех животных содержали на полноценном полусинтетическом рационе, содержащем 20% казеина пищевого кислотного по ГОСТ 31689-2012 (содержание белка не менее 90,0%), 64% кукурузного крахмала, 9% жира (смесь подсолнечного масла и лярда 1:1), 3,5% стандартной солевой смеси (AIN93), 2% микрокристаллической целлюлозы, 1% сухой витаминной смеси, 0,30% L-цистеина, 0,25% холина битартрата. По результатам теста «Приподнятый крестообразный лабиринт» и массе тела животных рандомизированно распределяли на 4 группы по 10-12 крыс в каждой группе. В последующие 23 дня животные получали экспериментальные рационы. Животные I группы (контроль, n = 12) получали полноценный по содержанию белка, жиров и углеводов рацион с полноценной витаминно-минеральной смесью. Крысы II группы (- Са, Mg, I, n = 12) - тот же рацион, но содержащий 100% витаминов и дефицитный по кальцию, магнию и йоду за счет уменьшения их количества в минеральной смеси на 50% по сравнению с таковым в рационе контрольной группы. Крысы III группы (- Vit, n = 10) получали рацион, содержащий 100% минеральных веществ и дефицитный по всем витаминам за счет уменьшения количества витаминной смеси до 20% от уровня в рационе контрольной группы при полном исключении из неё витамина Е [16]. Животных IV группы (- Vit, Са, Mg, I, n = 12) содержали на дефицитном по витаминам и минеральным веществам рационе за счет уменьшения содержания витаминной смеси в 5 раз и уменьшения количества кальция, магния и йода в минеральной смеси в 2 раза. Среднесуточное количество поедаемого корма в расчете на одну крысу составило 14,5±0,4 г во всех группах животных. Еженедельно проводили контроль массы тела животных на весах с точностью до 0,1 г. Тест «Условный рефлекс пассивного избегания». Оценка поведения и памяти животных проведена в традиционно принятом тесте «Условный рефлекс пассивного избегания» [17, 18]. При обучении крысу однократно помещали в светлый отсек камеры спиной к темному отсеку. Регистрировали латентный период (ЛП) пребывания в светлом отсеке камеры. Как только крыса переходила в темный отсек камеры, она получала электрокожное раздражение на лапы (ток 0,4 мА не более 8 с), затем крысу сразу же переводили в жилую клетку. Через 24 ч после обучения у животных проверяли сохранность памятного следа. Для этого животных подвергали тестированию в той же камере, но без подачи тока. ЛП пребывания в светлом отсеке камеры при тестировании рассматривали в качестве показателя, характеризующего степень запоминания крысой отрицательного опыта - удара током. Если животное не переходило в темный отсек камеры в течение 180 с, то считали, что памятный след полностью сохранен. Ю.С. Сидорова, Н.А. Петров, О.А. Вржесинская и др. 68 Для оценки влияния недостаточности витаминов и/или минеральных веществ на процессы забывания тестирование сохранения памятного следа проводили спустя отдаленный интервал времени - 2 недели. Обучение проводили на 7-е сутки эксперимента, проверку обучения (памятного следа) - на 8-е сутки, оценку долгосрочной памяти - на 21-е сутки эксперимента. О сохранности навыка судили по изменению латентного времени захода крысы в темный отсек. На 23-е сутки предварительно анестезированных эфиром крыс выводили из эксперимента путем декапитации. Определение витаминов. Для подтверждения развития дефицита витаминов у крыс, способных к синтезу витамина С, в качестве показателей витаминного статуса определяли жирорастворимый витамин-антиоксидант Е и 2 водорастворимых витамина группы В (Bt и В2). Содержание в целом лиофильно высушенном головном мозге витамина Е (а-токоферол) определяли с помощью обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии, используя хроматографическую систему («Jasco», Япония), включающую спектрофлуориметрический детектор «Jasco 821-FP» (1возб=292 нм, 1эм=330 нм); насос «Jasco 880-PU», обеспечивающий подачу элюента (смесь ацетонитрила, метанола, дихлорметана в объемном соотношении 50:45:5) в изократическом режиме со скоростью 0,7 мл/мин; стальную колонку Nucleosil 100-5 С18 длиной 150 мм и внутренним диаметром 4,6 мм [19]. После проведения кислотно-ферментативного гидролиза образцов целого лиофильно высушенного головного мозга витамин Bt определяли флуориметрически тиохромным методом, витамин В2 - флуориметри-чески титрованием апорибофлавинсвязывающим белком c использованием спектрофлуориметра F-2000 («Hitachi», Япония) [16, 20]. Статистический анализ. Выборка включала 46 самцов крыс-отъемышей стока Wistar, 4 группы по 10-12 крыс в каждой группе. Концентрация витаминов определена в трех повторностях. Физиологические тесты проведены однократно. На рисунках и в таблицах приведены средние значения и стандартная ошибка среднего (M±mM). Статистическая обработка данных проведена в программе IBM SPSS Statistics 23.0 (IBM, США). Для попарного сравнения выборочных совокупностей использованы критерии: непараметрический U-критерий Манна-Уитни и непараметрический критерий Краскелла-Уолле-са для независимых переменных. Статистическую значимость различий результатов считали при достижении порога вероятности 5% (р < 0,05). Результаты исследования Влияние недостаточности витаминов и/или кальция, магния и йода исследовано на трех группах растущих крыс, получавших дефицитные по соответствующим микронутриентам рационы, в сравнении с животными того же возраста, получавших полноценный полусинтетический рацион. Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода 69 Общее состояние всех животных по внешнему виду, качеству шерстного покрова и поведению при осмотре во время тестирований оценено как удовлетворительное. Развитие дефицита микронутриентов. Различий в массе тела животных в течение всего эксперимента не выявлено (табл. 1). О развитии недостаточности витаминов у животных свидетельствовало статистически значимое (р < 0,001) снижение в целом головном мозге содержания измеренных в конце эксперимента витамина В1 на 28,7% и витамина Е на - 18,0% (табл. 1, группа III). Снижение в рационе содержания минеральных веществ не влияло на уровень витаминов в целом мозге. Таблица 1 [Table 1] Масса тела и содержание витаминов в целом головном мозге (мкг/г) крыс стока Wistar, получавших дефицитные по содержанию витаминов и/или минеральных веществ рационы, в конце эксперимента [The body mass and vitamin content in the whole brain (^g/g) of Wistar rats receiving diets deficient in vitamins and / or mineral substances at the end of the experiment] (M ± m Показатель [Indicator] Гр /ппа животных [Group of animals] P I Контроль [Control] ii (- Са, Mg, I) III (- Vit) IV (- Vit, Са, Mg, I) Масса тела, г [Body mass, g] 190,0 ± 11,8 193,0 ± 12,4 182,9 ± 17,3 187,3 ± 12,6 - Витамин В1 [Vitamin BJ 4,53 ± 0,13 4,29 ± 0,18 3,23 ± 0,09 3,12 ± 0,11 Pi-iii < 0,001 Pi-iv < 0,001 Pii-iii < 0,001 Pii-iv < 0,001 Витамин B2 [Vitamin B2] 2,74 ± 0,10 2,71 ± 0,12 2,67 ± 0,16 2,90 ± 0,09 - Витамин Е (а-токоферол) [Vitamin E (а-tocopherol)] 15,0 ± 0,3 14,4 ± 0,5 12,3 ± 0,3 13,2 ± 0,3 Pi-iii < 0,001 Pi-iv < 0,001 Pii-iv = 0,089 Тревожность и двигательная активность. В табл. 2 представлены результаты оценки тревожности и двигательной активности перед началом эксперимента (первое тестирование) и после 21 суток кормления животных дефицитными по микронутриентам рационами (второе тестирование) в тесте «Приподнятый крестообразный лабиринт». При первом тестировании временные интервалы, проведенные животными в открытых и закрытых рукавах лабиринта, а также двигательная активность не различались. При вторичном тестировании поведение животных всех групп существенно не изменилось, что свидетельствует об отсутствии влияния развивающихся в течение 21 суток дефицитов микронутриентов на степень тревожности растущих крыс. В то же время во втором тестировании животные контрольной группы и животные, получавшие дефицитный по содержанию кальция, магния и йода рацион, меньше перемещались по Ю.С. Сидорова, Н.А. Петров, О.А. Вржесинская и др. 70 лабиринту, что подтверждается статистически значимо (р < 0,05) меньшей длиной пройденной дистанции, чем при первом тестировании. Таблица 2 [Table 2] Характеристика поведения крыс стока Wistar, получавших дефицитные по содержанию витаминов и/или минеральных веществ рационы, в тесте «Приподнятый крестообразный лабиринт» [Behavior characteristics of Wistar rats receiving rations deficient in vitamins and/or mineral substances in the test “Elevated plus maze”] (M ± m^) Показатель [Indicator] Тест 1 (перед началом эксперимента) [Test 1 (before starting the experiment)] Тест 2 (тестирование на 21-е сутки эксперимента) [Test 2 (testing on the 21st day оf the experiment)] I Кон троль [Control] II (- Са, Mg, I) III (- Vit) IV (- Vit, Са, Mg, I) I Кон троль [Control] II (- Са, Mg, I) III (- Vit) IV (- Vit, Са, Mg, I) Время пребывания в открытых рукавах, с [Stay time in open arms, sec.] 60 ± 8 66 ± 13 57 ± 10 61 ± 10 42 ± 8 53 ± 15 59 ± 9 47 ± 9 Время пребывания в закрытых рукавах, с [Stay time in closed arms, sec.] 209 ± 9 201 ± 16 215 ± 13 208 ± 13 209 ± 9 201 ± 16 216 ± 13 208 ± 14 Общее число переходов [Total number of transitions] 24 ± 3 24 ± 4 23 ± 3 24 ± 3 19 ± 2 18 ± 4 25 ± 3 21 ± 3 Пройденная дистанция, см [Total distance, cm] 1400 ± 52 1389 ± 106 1381 ± 125 1391 ± 112 1072 ± 94* 1016 ± 123* 1153 ± 128 1221 ± 117 Примечание. * - статистически значимые различия по сравнению с тестом 1 (р < 0,05). [Notes. * The differences are significant relative to Test 1 (p < 0.05)]. У крыс из дефицитных по содержанию витаминов групп сохранена высокая двигательная активность. Таким образом, у крыс контрольной группы и с дефицитом минеральных веществ (- Са, Mg, I) двигательная активность снизилась, а у крыс как с дефицитом только витаминов (- Vit), так и с сочетанным дефицитом витаминов и минеральных веществ (- Vit, Са, Mg, I) не изменилась. Когнитивные функции кратковременной и длительной памяти. Результаты оценки когнитивных функций кратковременной и длительной памяти представлены на рис. 1 и 2. Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода 71 Рис. 1. Латентное время в тесте «Условный рефлекс пассивного избегания» в динамике у крыс стока Wistar, получавших разные по содержанию витаминов и/или минеральных веществ рационы (M ± mM): I - контроль; II - (- Са, Mg, I); III - (- Vit); IV - (- Vit, Са, Mg, I). Примечания: * - статистически значимые различия (p < 0,05) относительно контрольной группы (I); # - статистически значимые различия (р < 0,05) относительно группы (- Са, Mg, I) согласно U-критерию Манна-Уитни [Fig. 1. The latent time (in the dynamics) of the passive avoidance reaction in Wistar rats feeding on rations with different content of vitamins and / or mineral substances (M ± mM): I - Control; II - (- Са, Mg, I); III - (- Vit); IV - (- Vit, Са, Mg, I). Notes: * the differences are significant (p < 0.05) relative to the control group (I); # the differences are significant (p < 0.05) relative to the group (- Ca, Mg, I) according to the Mann-Whitney U-test] Во время первого тестирования (выработка условного рефлекса пассивного избегания) животные всех групп входили в темный отсек камеры (100% выработка рефлекса). Однако если под влиянием исследовательского поведения и врожденного предпочтения темных участков пространства (фотофобии) крысы, получавшие полноценный рацион, достаточно быстро заходили в темный отсек, то уже через 7 суток кормления экспериментальными рационами животные всех дефицитных по витаминам, минеральным веществам или с одновременным дефицитом эссенциальных микронутриентов групп входили в темный отсек статистически значимо (р < 0,05) позже (см. рис. 1). Относительно контроля время пребывания в светлом отсеке камеры у крыс с дефицитом витаминов (- Vit) увеличилось в 3 раза, а у крыс с дефицитом минеральных веществ (- Са, Mg, I) и сочетанным недостатком микронутриентов (- Vit, Са, Mg, I) - соответственно в 1,85 и 1,95 раза. Через 24 ч при тестировании краткосрочной памяти различия между группами не выявлялись. Через 2 недели при оценке долгосрочной памяти Ю.С. Сидорова, Н.А. Петров, О.А. Вржесинская и др. 72 животные с дефицитом витаминов (- Vit) статистически значимо (р < 0,05) быстрее перемещались в темную камеру по сравнению как с животными, получавшими полноценный рацион (контрольная группа), так и с животными (- Са, Mg, I), в рационе которых имелся недостаток минеральных веществ (рис. 1). Способность крыс к запоминанию. Способность крыс к запоминанию нанесенного электроболевого раздражения оценена по разнице латентного времени до (1-е тестирование после 7 суток кормления животных рационами с различным содержанием микронутриентов) и после обучения через последующие 1 сутки и 14 суток (см. рис. 2). 160 -1 140 - 120 I II III IV ■ через 1 сут. [after 1 day] □ через 14 сут. [after 14 days] Рис. 2. Разница латентного времени входа в темный отсек крыс стока Wistar, получавших дефицитные по содержанию витаминов и/или минеральных веществ рационы (M± mM): I - контроль; II - (- Са, Mg, I); III - (- Vit); IV - (- Vit, Са, Mg, I). Примечания: * - статистически значимые различия (р < 0,05) относительно контрольной группы (I); # - статистически значимые различия (р < 0,05) относительно группы (- Са, Mg, I) согласно U-критерию Манна-Уитни [Fig. 2. The difference in the latent time of entry into the dark compartment of Wistar rats fed on rations deficient in vitamins and / or mineral substances (M ± mM): I - Control; II - (- Са, Mg, I); III - (- Vit); IV - (- Vit, Са, Mg, I). Notes: * the differences are significant (p < 0.05) relative to the control group (I); # the differences are significant (p < 0.05) relative to the group (- Ca, Mg, I) according to the Mann-Whitney U-test] Из данных, представленных на рис. 2, видно, что у животных с дефицитом витаминов (- Vit) уже через 24 ч после первого тестирования латентный период нахождения крыс в светлом отсеке до их перехода в темный отсек статистически значимо (р < 0,05) меньше по сравнению с показателем животных из контрольной группы, получавших полноценный рацион. Через Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода 73 14 суток этот показатель статистически значимо (р < 0,05) снижен и по сравнению с группой II (- Са, Mg, I). Полученный результат свидетельствует об ухудшении памяти и когнитивных функций у животных, получавших дефицитный по витаминам рацион (- Vit). Статистически значимое (р < 0,05) снижение показателя долгосрочной памяти выявлено также у животных, содержавшихся на рационе с одновременно сниженным уровнем витаминов, кальция, магния и йода (- Vit, Са, Mg, I). На основании полученных результатов можно заключить, что ухудшение памяти и когнитивных функций обусловлено именно снижением в рационе содержания витаминов. Неожиданным оказался тот факт, что при сочетанном недостатке в рационе витаминов и минеральных веществ (- Vit, Са, Mg, I) относительное латентное время через 24 ч не отличалось от параметра у животных, получавших полноценный рацион (контрольная группа). Обсуждение результатов исследования Ранее нами было показано, что у крыс на 12-е сутки кормления их вита-миндефицитным рационом ухудшилось воспроизведение безусловного рефлекса фотофобии [13]. В данной работе оказалось, что изменения проявляются значительно раньше - уже на 7-е сутки. Одним из механизмов может быть снижение концентрации витамина D в головном мозге, поскольку физиологические концентрации витамина D в мозге оказывают нейропротекторное действие [21]. Дополнительный вклад в снижение концентрации гормональной формы этого витамина мог вносить дефицит магния, являющегося кофактором в реакциях метаболизма витамина D [22]. Влияние микрону-триентной недостаточности на высшую нервную деятельность исследовано на модели однократного обучения в тесте «Условный рефлекс пассивного избегания» с двумя камерами, в ходе которого обнаружено статистически значимое (р < 0,05) ухудшение долгосрочной памяти, что согласуется с данными литературы о нарушении обучаемости животных при изолированном дефиците каждого из витаминов D, А или Вр при нарушении эндогенного синтеза аскорбиновой кислоты [6, 23-27], а также при сочетанной недостаточности витаминов группы В (Вр В2, В3, В6, В9, В12), которые необходимы для осуществления когнитивных функций [12, 29, 30]. Большинство работ в этой области посвящено исследованию алиментарного дефицита какого-либо одного пищевого компонента рациона, зачастую исследования проведены на половозрелых интактных крысах, лишенных одного эссенциального вещества (чаще всего магния), в течение длительного времени, как правило, 8 недель, или влияние биологически активных веществ растительного или животного происхождения (например, карнозина) изучено на фоне адекватной обеспеченности эссенциальными веществами [28]. Так, у потомства беременных крыс, потреблявших рационы с дефицитом витаминов В2, В12 и В9, и у взрослых крыс, получавших такую же витаминдефицитную диету Ю.С. Сидорова, Н.А. Петров, О.А. Вржесинская и др. 74 в период жизни от 2 до 8 месяцев, нарушились координация движений и способность к обучению, причем морфологически подтвержденные нарушения более выражены у молодых животных [31]. Принципиальным отличием данного исследования явилось изучение обучаемости растущих крыс в условиях развившейся в течение 23 дней сочетанной множественной недостаточности эссенциальных микронутриентов (всех витаминов и трех минеральных элементов), что характерно для питания большинства категорий населения нашей страны [1, 2]. В данном исследовании для оценки выработки условного рефлекса пассивного избегания использована двухкамерная установка, тогда как, по мнению некоторых авторов, использование трехкамерной установки с «неопасной» темной камерой могло бы дать больше информации [28, 32]. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о важности адекватной обеспеченности организма всеми витаминами и минеральными веществами. Не вызывает сомнения, что для поддержания когнитивных функций и памяти на оптимальном уровне необходимо корректировать алиментарный недостаток витаминов путем дополнительного их включения в рацион [3]. Заключение Таким образом, развитие микронутриентной недостаточности (одновременный дефицит всех витаминов, кальция, магния и йода) у растущих крыс-отъемышей стока Wistar уже через 7 суток кормления экспериментальными рационами привело к ухудшению воспроизведения безусловного рефлекса (фотофобии), а в дальнейшем к снижению долгосрочной памяти. При этом основной вклад в нарушение обучаемости и долговременной памяти внес дефицит витаминов. Другими словами, полигиповитаминоз у крыс оказал амнестическое действие. Для понимания конкретных механизмов нарушения требуются дальнейшие исследования, предполагающие изучение влияния дефицита функционально связанных витаминов группы В, изолированного дефицита витамина D, а также дефицита витамина Е. Не меньший интерес могут представлять собой исследования возможности восстановления нарушенных когнитивных функций путем восполнения недостатка в рационе исследованных микронутриентов. Полученные данные свидетельствуют о необходимости коррекции полигиповитаминозных и полимикроэлементозных состояний для оптимизации микронутри-ентной обеспеченности детского и взрослого населения.

Ключевые слова

мультимикронутриентная недостаточность, условный рефлекс пассивного избегания, витамины, минеральные вещества, долговременная память

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Сидорова Юлия СергеевнаФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиканд. биол. наук, с.н.с. лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктовsidorovaulia28@mail.ru
Петров Никита АлександровичФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиаспирант, м.н.с. лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктовpetrov-nikita-y@mail.ru
Вржесинская Оксана АлександровнаФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиканд. биол. наук, в.н.с. лаборатории витаминов и минеральных веществvr.oksana@yandex.ru
Коденцова Вера МитрофановнаФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищид-р биол. наук, проф., г.н.с. лаборатории витаминов и минеральных веществkodentsova@ion.ru
Бекетова Нина АлексеевнаФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиканд. хим. наук, с.н.с. лаборатории витаминов и минеральных веществbeketova@ion.ru
Кошелева Ольга ВасильевнаФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищин.с. лаборатории витаминов и минеральных веществkosheleva@ion.ru
Леоненко Светлана НиколаевнаФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиаспирант лаборатории витаминов и минеральных веществsvetlanaleonenko6@gmail.com
Зорин Сергей НиколаевичФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиканд. биол. наук, с.н.с. лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктовzorin@ion.ru
Громовых Петр СергеевичФедеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищиканд. хим. наук, н.с. лаборатории витаминов и минеральных веществgromovykh@ion.ru
Всего: 9

Ссылки

Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Рисник Д.В., Никитюк Д.Б., Тутельян В.А. Обеспеченность населения России микронутриентами и возможности ее коррекции. Состояние проблемы // Вопросы питания. 2017. Т. 86, № 4. С. 113-124. doi: 10.24411/0042-8833-2017-00067
Коденцова В.М., Бекетова Н.А., Никитюк Д.Б., Тутельян В.А. Характеристика обеспеченности витаминами взрослого населения Российской Федерации // Профилактическая медицина. 2018. Т 21, № 4. С. 32-37. doi: 10.17116/profmed201821432
Fenech M. Vitamins associated with brain aging, mild cognitive impairment, and Alzheimer disease: biomarkers, epidemiological and experimental evidence, plausible mechanisms, and knowledge gaps // Advances in Nutrition. 2017. Vol. 8, № 6. PP. 958-970. doi: 10.3945/ an.117.015610
Basheer M.P., Kumar K.P., Sreekumaran E., Ramakrishna T. A study of serum magnesium, calcium and phosphorus level, and cognition in the elderly population of South India // Alexandria journal of medicine. 2016. Vol. 52, № 4. PP. 303-308. doi: 10.1016/j.ajme.2015.n.001
Laughlin G.A., Kritz-Silverstein D., Bergstrom J., Reas E.T., Jassal S.K., Barrett-Connor E., McEvoy L.K. Vitamin D insufficiency and cognitive function trajectories in older adults: the Rancho Bernardo Study // Journal of Alzheimer's Disease. 2017. Vol. 58, № 3. PP. 871-883. doi: 10.3233/JAD-161295
Taghizadeh M., Talaei S.A., Salami M. Vitamin D deficiency impairs spatial learning in adult rats // Iranian Biomedical Journal. 2013. Vol. 17, № 1. РР. 42-48.
Mao C.-T., Li T.-Y, Liu Y-X., Qu P. Effects of marginal vitamin A deficiency and intervention on learning and memory in young rats // Zhonghua Er Ke Za Zhi. 2005. Vol. 43, № 7. РР. 526-530.
Спасов А.А., Бугаева Л.И., Лебедева С.А., Бундикова Т.М. Изучение поведения, мнестических реакций и болевой чуствительности у крыс самок при экспериментальном дефиците магния // Фармация и фармакология. 2015. № 3 (Приложение 1). С. 104-105.
Bath S.C., Combet E., Scully P., Zimmermann M.B., Hampshire-Jones K.H., Rayman M.P. A multi-centre pilot study of iodine status in UK schoolchildren, aged 8-10 years // European journal of nutrition. 2016. Vol. 55, № 6. РР. 2001-2009. doi: 10.1007/s00394-015-1014-y
Sun D., Codling K., Chang S., Zhang S., Shen H., Su X., Chen Z., Scherpbier R.W., Yan J. Eliminating iodine deficiency in China: achievements, challenges and global implications // Nutrients. 2017. Vol. 9, № 4. e361. doi: 10.3390/nu9040361
Basheer M.P., Pradeep Kumar K.P., Sreekumaran E., Ramakrishna T. A study of serum magnesium, calcium and phosphorus level, and cognition in the elderly population of South India // Alexandria journal of medicine. 2016. Vol. 52, № 4. PP. 303-308. doi: 10.1016/j. ajme.2015.11.001
Troen A.M., Shea-Budgell M., Shukitt-Hale B., Smith D.E., Selhub J., Rosenberg I.H. B-Vitamin deficiency causes hyperhomocysteinemia and vascular cognitive impairment in mice // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2008. Vol. 105, № 34. РР. 12474-12479. doi: 10.1073/pnas.0805350105
Вржесинская О.А., Коденцова В.М., Бекетова Н.А., Переверзева О.Г., Кошелева О.В., Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Мазо В.К. Влияние полигиповитаминоза на проявление безусловного рефлекса и обучаемость у растущих крыс // Вопросы питания. 2015. Т 84, № 1. С. 31-37. doi: 10.24411/0042-8833-2015-00003
Andreollo N.A., Santos E.F.D., Araujo M.R., Lopes L.R. Rat's age versus human's age: what is the relationship? // ABCD. Arquivos Brasileiros de Cirurgia Digestiva (Sao Paulo). 2012. Vol. 25, № 1. РР. 49-51. doi: 10.1590/S0102-67202012000100011
Поворознюк В.В., Гопкалова И.В., Григорьева, Н.В. Особенности изменений минеральной плотности костной ткани у белых крыс линии Вистар в зависимости от возраста и пола // Проблемы старения и долголетия. 2011. Т. 20, № 4. С. 393-401.
Вржесинская О.А., Коденцова В.М., Бекетова Н.А., Переверзева О.Г., Кошелева О.В. Экспериментальная модель алиментарного полигиповитаминоза разной степени глубины у крыс // Вопросы питания. 2012. Т. 81, № 2. С. 51-56.
Cheng W.H., Martens K.M., Bashir A., Cheung H., Stukas S., Gibbs E., Namjoshi D.R., Button E.B., Wilkinson A., Barron C.J., Cashman N.R., Cripton P.A., Wellington C.L. CHIMERA repetitive mild traumatic brain injury induces chronic behavioural and neuropathological phenotypes in wild-type and APP/PS1 mice // Alzheimers Res Ther. 2019. Vol. 11, № 1. e6. doi: 10.1186/s13195-018-0461-0
Ingram D.K. 24 - Rodent models of age-related memory impairment. In: Functional neurobiology of aging / ed by P.R. Hof, C.V. Mobbs. Academic Press, 2001. PR 373-386. doi: 10.1016/B978-012351830-9/50026-3
Якушина Л.М., Бекетова Н.А., Бендер Е.Д., Харитончик Л.А. Использование методов ВЭЖХ для определения витаминов в биологических жидкостях и пищевых продуктах // Вопросы питания. 1993. № 1. С. 43-48.
Вржесинская О.А., Коденцова В.М., Спиричев В.Б., Алексеева И.А., Сокольников А.А. Оценка рибофлавинового статуса организма с помощью различных биохимических методов // Вопросы питания. 1994. Т. 63, № 6. С. 9-12.
Калуев А.В., Еремин К.О., Туохима П. Механизмы нейропротекторного действия витамина D3 // Биохимия. 2004. Т. 69, № 7. С. 907-911.
Reddy P., Edwards L.R. Magnesium supplementation in vitamin D deficiency // American journal of therapeutics.2019. Vol. 26, № 1. PP. e124-e132. doi: 10.1097/ MJT.0000000000000538
Cocco S., Diaz G., Stancampiano R., Diana A., Carta M., Curreli R., Sarais L., Fadda F. Vitamin A deficiency produces spatial learning and memory impairment in rats // Neuroscience. 2002. Vol. 115, № 2. RR. 475-482. doi: 10.1016/S0306-4522(02)00423-2
Etchamendy N., Enderlin V, Marighetto A., Pallet V, Higueret P., Jaffard R. Vitamin A deficiency and relational memory deficit in adult mice: relationships with changes in brain retinoid signalling // Behavioural brain research. 2003. Vol. 145, № 1-2. RR. 37-49. doi: 10.1016/S0166-4328(03)00099-8
Bonnet E., Touyarot K., Alfos S., Pallet V, Higueret P., Abrous D.N. Retinoic acid restores adult hippocampal neurogenesis and reverses spatial memory deficit in vitamin A deprived rats // PLoS ONE. 2008. Vol. 3, № 10. RR. e3487. doi: 10.1371/journal.pone.0003487
Takatsu H., Owada K., Abe K., Nakano M., Urano S. Effect of vitamin E on learning and memory deficit in aged rats // J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). 2009. Vol. 55, № 5. RR. 389393. doi: 10.3177/jnsv. 55.389
de Freitas-Silva D.M., Resende L.de S., Pereira S.R., Franco G.C., Ribeiro A.M. Maternal thiamine restriction during lactation induces cognitive impairments and changes in glutamate and GABA concentrations in brain of rat offspring // Behavioural brain research. 2010. Vol. 211, № 1. RR. 33-40. doi: 10.1016/j.bbr.2010.03.002
Inozemtsev A.N., Berezhnoy D.S., Fedorova T.N., Stvolinsky S.L. The effect of the natural dipeptide carnosine on learning of rats under the conditions of negative reinforcement // Doklady Biological Sciences. 2014. Vol. 454, № 1. PP. 16-18. doi: 10.1134/ S0012496614010177
Kennedy D.O. B vitamins and the brain: mechanisms, dose and efficacy - a review // Nutrients. 2016. Vol. 8, № 2. e68. doi: 10.3390/nu8020068
Qin B., Xun P., Jacobs D.R. Jr., Zhu N., Daviglus M.L., Reis J.P., Reis J.P., Steffen L.M., Van Horn L., Sidney S., He K. Intake of niacin, folate, vitamin B-6, and vitamin B-12 through young adulthood and cognitive function in midlife: the Coronary Artery Risk Development in Young Adults (CARDIA) study // The American Journal of Clinical Nutrition. 2017. Vol. 106, № 4. RR 1032-1040. 10.3945/ajcn.117.157834
Hassan Z., Coelho D., Kokten T., Alberto J.M., Umoret R., Daval J.L., Gueant J.L., Bossenmeyer-Pourie C., Pourie G. Brain susceptibility to methyl donor deficiency: from fetal programming to aging outcome in rats // International Journal of Molecular Sciences. 2019. Vol. 20, № 22. е5692. doi: 10.3390/ijms20225692
Бережной Д.С., Бокиева С.Б., Стволинский С.Л., Фёдорова Т.Н., Иноземцев А.Н. Влияние карнозина на условную реакцию пассивного избегания в норме и в условиях гипоксии // Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2015. № 3. С. 3-7
 Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода на проявление безусловного рефлекса и обучаемость растущих крыс | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. №  54. DOI: 10.17223/19988591/54/4

Влияние сочетанного дефицита витаминов, кальция, магния и йода на проявление безусловного рефлекса и обучаемость растущих крыс | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. № 54. DOI: 10.17223/19988591/54/4