Effect of diet fat content on vitamin status of rats

Abstract

The influence of low (1%) and high (31%) diet fat content (sunflower-seed oil and lard 1:1 at a ratio of 1:1) on vitamin A, E, B1 and B2 status of growing Wistar rats (8 rats per group) with initial body weight 80–100 g has been investigated. The semi-synthetic diet contained vitamin mixture in doses covering the physiological requirement of these animals. The increase of fat content (31%) in the diet due to the presence of vitamin E in sunflower-seed oil automatically lead to 1,7-fold increase consumption of this vitamin compared to the control group. Diet fat content did not affect the level of vitamins B1 and B2 in rat liver. Excessive intake of fat and vitamin E for 6 weeks did not influence on the content of blood plasma vitamin E and rat liver vitamin A occurs at the same time, while significant 1,9 fold elevation of liver vitamin E level and 26 per cent increase of blood plasma vitamin A concentration. The almost complete exclusion of fat from the diet had no effect on blood plasma level of alpha-tocopherol and retinol, but resulted in a significant decrease of vitamins A and E content in rat liver by 40 per cent, indicating a deterioration of sufficiency with these fat-soluble vitamins. The analysis of the results obtained in this investigation and literature data have suggested that under excessive as well as under decreased consumption of fat there is a risk of the development of polyhypovitaminosis. Vitamin complex supplementation is required to prevent a possible worsening of vitamin status under diets with modified fatty component.

Keywords:diet fat, vitamin A, vitamin E, vitamin В1, vitamin В2, liver, blood plasma, rat

Вопр. питания. - 2012. - № 3. - С. 52-57.

Обследования фактического питания населения свидетельствуют о том, что для значительной части населения России характерна повышенная энергетическая ценность рациона за счет избыточного потребления жиров [1, 6]. В последние годы появились данные о том, что избыточное потребление жиров даже при достаточном поступлении витаминов может приводить к ухудшению витаминного статуса организма. У морских свинок, получавших диету с высоким содержанием жира и холестерина в течение 6 мес, даже на фоне адекватного содержания в ней витамина С в организме происходило достоверное снижение аскорбата [12]. При потреблении в течение 28 дней рациона с высоким содержанием жира (30%) даже в случае использования только кукурузного масла ухудшались показатели обеспеченности крыс пантотеновой кислотой, о чем свидетельствовало достоверное снижение ее концентрации в плазме крови, печени, надпочечниках и экскреции с мочой [22].

Уменьшение энергетической ценности рациона при условии адекватного поступления белка, жира, углеводов, витаминов и других микронутриентов является экспериментально доказанным фактором, увеличивающим среднюю и максимальную продолжительность жизни у разных видов животных. В ходе различных экспериментов было установлено, что этот эффект достигается за счет снижения интенсивности окислительного повреждения белков, липидов и ДНК [13, 15]. Это послужило основанием для заключения о пользе снижения калорийности рационов за счет жирового компонента. При этом предполагается, что термин "редуцированный по калорийности рацион" имеет отношение только к потреблению калорий, но не микронутриентов. Другими словами, подразумевается, что необходимым условием положительного воздействия рациона пониженной калорийности является адекватная обеспеченность организма витаминами и микроэлементами. Пониженное содержание жиров в рационе может приводить к ухудшению усвоения жирорастворимых витаминов. В ряде работ было установлено, что уменьшение потребления жира (до 22,4% по калорийности) или потребление редуцированной по калорийности диеты в течение 3-4 нед пациентами с гиперлипидемией сопровождалось выраженным одновременным снижением в плазме крови не только уровня холестерина, но и α-токоферола и, в меньшей степени, ретинола [3, 7, 14].

Целью настоящего исследования было изучение в эксперименте на крысах (проведенном совместно с лабораторией энзимологии ФГБУ "НИИ питания" РАМН) влияния сниженного и повышенного потребления жиров на обеспеченность витаминами А, Е, В1 и В2.

Материал и методы

Исследования выполнены на 24 растущих крысах самцах Вистар с исходной массой тела 80-110 г. Животные были разделены на 3 группы по 8 крыс в каждой.

В течение 42 дней все животные получали полусинтетический рацион, содержащий 21% казеина, 4% солевой смеси, 2% целлюлозы микрокристаллической, 1% сухой смеси водорастворимых витаминов, 0,2% смеси жирорастворимых витаминов (α-токоферола ацетата, холекальциферола и пальмитата ретинола) в подсолнечном масле, кукурузный крахмал и липиды (подсолнечное масло и лярд в соотношении 1:1). Крысы 1-й группы содержались на рационе с 72% крахмала и минимальным количеством жира - 1% по массе (3% по калорийности). Наличие липидов в рационе крыс этой группы обеспечивалось исключительно за счет их содержания в казеине, крахмале и смеси жирорастворимых витаминов в растительном масле. Массовая доля углеводов была равна 60% (74% от общей калорийности рациона), энергетическая ценность рациона равнялась 322 ккал/100 г.

Крысы 2-й, контрольной, группы получали стандартный полусинтетический рацион с содержанием липидного компонента 11% по массе (26% по калорийности) и крахмала 62%. Доля углеводов соответствовала 52% (55% по калорийности). Энергетическая ценность рациона составила 380 ккал/100 г. Животные 3-й группы получали рацион с повышенным содержанием жиров - 31% по массе (56% по калорийности) и минимальным - углеводов (42% крахмала). Энергетическая ценность рациона составила 496 ккал/100 г.

Животных размещали в клетках по 2-3 крысы, воду животные получали в режиме свободного неограниченного доступа, корм - из расчета 15-20 г на крысу в сутки. Умерщвление предварительно наркотизированных крыс производили путем декапитации после 16-часового лишения корма. На секции от животных брали печень и подвергали ее гомогенизации. Собранную после декапитации животного кровь центрифугировали в течение 15 мин при 500 об/мин, отбирали сыворотку и хранили ее при -20 °С.

Содержание витаминов А (ретинола и пальмитата ретинола) и Е (-токоферола) в сыворотке крови каждого животного и в гомогенате печени крыс определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) [4, 9]. Витамины В1 и В2 в печени животных выявляли с помощью флюориметрического метода [4, 5].

Таблица 1. Содержание витамина Е в 100 г рациона крыс

Полученные данные обрабатывали с помощью статистических пакетов SPSS Statistics для Windows (версия 17.0). Для выявления статистической значимости различий непрерывных величин использовали непараметрический U-критерий Манна-Уитни для независимых переменных. Значимость различия оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Различия между анализируемыми показателями считали достоверными при р<0,05.

Результаты и обсуждение

Уменьшение до минимального содержания жира в рационе сопровождалось достоверным снижением массы тела на 14,3% (р=0,003) - с 357,8±9,2 до 306,8±9,7 г. Повышенное содержание жира в рационе, напротив, не отражалось на массе тела животных: у животных 3-й группы она равнялась 374,1±8,4 г. В то же время абсолютная масса печени у животных опытных групп практически не отличалась от таковой у крыс контрольной группы. Однако относительная масса печени у животных 3-й группы, получавших рацион с повышенным содержанием жира, оказалась (р=0,011) понижена на 11% (3,2±0,1%) по сравнению с таковой у крыс в контрольной группе (3,6±0,1%).

Содержание макро- и микронутриентов, включая витамины и минеральные вещества, у крыс всех исследуемых групп соответствовало физиологическим потребностям лабораторных животных [8, 19].

Суммарное содержание витамина Е в суточном рационе крыс, обеспеченное за счет жирового компонента и добавки смеси жирорастворимых витаминов на основе подсолнечного масла, приведено в табл. 1, из которой следует, что витамин Е поступал животным 1-й группы только в виде ацетата α-токоферола, животным 2-й (контрольной) и 3-й опытной групп - в виде ацетата α-токоферола и свободных токоферолов, причем соотношение этих форм витамина Е в рационе крыс контрольной группы было соответственно в пределах 65 и 35%, а у крыс 3-й группы - обратным (соответственно 38 и 72%).

На рис. 1 представлены данные об уровне витамина Е (α-токоферола) в плазме крови и печени животных, получавших рационы с различным содержанием жира. Между содержанием витамина Е в рационе и печени наблюдается прямая пропорциональная зависимость (рис. 1, а). Увеличение в 1,5 раза содержания витамина Е в корме крыс контрольной группы по сравнению с таковым в 1-й группе (см. табл. 1) приводило к повышению уровня α-токоферола в печени в 1,7 раза. Концентрация α-токоферола в печени крыс опытной группы, получавших в 1,7 раза больше витами-

на Е, чем крысы контрольной группы, возрастала в 1,9 раза. Таким образом, увеличение содержания витамина Е в корме животных 3-й группы выше оптимального ведет к накоплению этого витамина в печени. При этом концентрация α-токоферола в плазме крови оставалась практически неизменной (рис. 1, а).

Кривые зависимости концентрации α-токоферола в плазме крови и печени от количества жира в рационе были аналогичными (рис. 1, б). Содержание токоферола в печени крыс повышалось пропорционально содержанию жира в корме. Снижение в 11 раз доли жира в диете крыс 1-й группы по сравнению с количеством жира в рационе крыс контрольной группы сопровождалось уменьшением на 41,5% содержания α-токоферола в печени. Увеличение в 2,8 раза содержания жира в корме животных 3-й группы по сравнению с животными контрольной группы, приводило к повышению у них концентрации в печени витамина Е на 89,2%. Следует отметить, что ступенчатое увеличение доли жира в рационе с 1 до 11% и далее до 31% и одновременное возрастание за счет этого содержания витамина Е в корме животных соответственно от 4,0 до 6,2 и далее до 10,6 мг/100 г (см. табл. 1) не приводило к достоверному изменению концентрации α-токоферола в плазме крови.

Аналогичные данные были получены ранее [20] в ходе плацебо-контролируемого исследования с участием добровольцев. В нем было показано, что увеличение поступления жира с 3 до 36 г/сут за счет обогащенного витамином Е спреда, обеспечивающего дополнительное поступление 50 мг витамина Е (330% от нормы физиологической потребности), не влияло на уровень токоферолов в плазме крови.

Рис. 1. Изменение концентрации α-токоферола в плазме крови (1) и в печени (2) крыс, получавших рационы с различным содержанием жира, в зависимости от содержания витамина Е (рис. 1, а) и жира (рис. 1, б) в корме

П р и м е ч а н и е. Здесь и на рис. 2: * - достоверное отличие от показателя в контрольной группе (р<0,05).

Известно, что витамин А в печени крыс представлен эфирами ретинола с жирными кислотами (пальмитиновой, олеиновой, стеариновой и др.), причем основным из них является пальмитиновая кислота: доля пальмитата ретинола составляет примерно 90% от общего содержания витамина А в органе; свободный ретинол встречается в печени в относительно незначительном количестве [8]. Содержание ретинола в печени крыс независимо от количества жира в рационе составило в среднем 0,80±0,06 мкг/г (1,2-5,1% от суммарного содержания ретинола и пальмитата ретинола).

Как следует из рис. 2, несмотря на одинаковое содержание пальмитата ретинола в рационе (4000 МЕ/кг), уменьшение количества жира в корме (до 1%) сопровождалось достоверным снижением уровня витамина А в печени крыс - на 39,6% (р=0,036) по сравнению с показателем у животных контрольной группы (44,2±4,9 мкг РЭ/г). Троекратное увеличение в корме крыс 3-й группы количества жира (по сравнению с крысами 2-й, контрольной, группы) практически не отражалось на уровне этого витамина в печени (увеличение не превышало 11%). В плазме крови, напротив, обнаруживалась другая закономерность: уменьшение содержания жира в рационе крыс не влияло на концентрацию ретинола в плазме крови, а увеличение приводило к достоверному повышению его концентрации на 26% (р=0,005) по сравнению с показателем в контрольной группе (41,9±1,8 мкг/дл).

В соответствии с данными, представленными в табл. 2, крысы, получавшие рацион с содержанием тиамина и рибофлавина 5 мг на 1 кг корма, в течение наблюдаемого периода были оптимально обеспечены витаминами В1 и В2 [2]. Изменение количества жира в рационе крыс не отразилось на содержании этих витаминов в печени. Аналогичные результаты по исследованию влияния избыточного потребления (20%) разных видов жира (масло печени трески, кукурузное, хлопковое) на содержание витамина В2 в печени крыс были получены ранее [17].

Известно, что концентрации α-токоферола и ретинола в плазме крови традиционно используются в качестве биомаркеров обеспеченности организма витаминами Е и А. В наших экспериментах уровни витаминов Е и А в плазме крови на фоне адекватного поступления этих витаминов и практически полного исключения из рациона крыс жира достоверно не изменились в течение всего исследования. Отсутствие влияния на концентрацию α-токоферола в плазме крови здоровых женщин 21-50 лет при продолжительном (в течение 12 мес) применении низкожировой диеты (15% жира по калорийности) обнаружили и другие авторы [11]. Вместе с тем в наших опытах снижение в корме крыс количества жира до минимального уровня на фоне нормального содержания витаминов Е и А приводило к ухудшению обеспеченности организма крыс этими витаминами, о чем свидетельствовало достоверное снижение их содержания в печени крыс. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что при использовании экстремальных диет с практически полным исключением из рациона жиров даже при нормальном содержании витаминов А и Е может развиться их недостаточность, причем по уровню витаминов в плазме (сыворотке) крови такая недостаточность может быть диагностирована не сразу. Можно предположить, что при наличии исходной недостаточности жирорастворимых витаминов их дефицит возникнет еще быстрее и глубже.

В этой связи целесообразно обратить внимание на результаты некоторых исследований на крысах и мышах, в которых редукция энергетической ценности рационов достигалась простым уменьшением (примерно на 40-50%) количества корма. Без добавления витаминов и минеральных веществ это, несомненно, сопровождалось одновременным уменьшением потребления указанных микронутриентов (мальнутриция) [10, 18] и, по всей видимости, ухудшением их усвоения. Совокупность полученных данных показывает, что для предотвращения возможного развития дефицита жирорастворимых витаминов А и Е существенная редукция жира в рационе должна сопровождаться его обогащением этими витаминами.

Рис. 2. Зависимость концентрации витамина А в плазме крови (1) и печени (2) крыс от содержание жира в корме животных

Принципиальным отличием нашего эксперимента от описанных в литературе было то, что одновременно с увеличением количества жира в рационе в 2,8 раза по сравнению с контрольным рационом повышалось содержание витамина Е в 1,7 раза. Дополнительным источником витамина Е послужило подсолнечное масло, входящее в состав жирового компонента (см. табл. 1). По всей видимости, именно это стало причиной увеличения содержания витамина Е в печени крыс, получавших повышенное количество жира. По данным литературы, избыточное потребление крысами в течение 28 дней насыщенных жиров (50%) на фоне адекватного содержания витаминов в рационе приводило к достоверному снижению уровня витамина Е в печени [16]. При дефиците витамина Е у мышей, получавших 15% говяжьего жира, наблюдалось достоверное снижение уровня в печени не только витамина Е, но и витамина С по сравнению с показателями в контрольной группе (витамин Е-дефицитная диета с содержанием жира 7%) [21]. Таким образом, избыточное потребление жира, особенно на фоне недостатка витаминов, может привести к дальнейшему углублению их дефицита.

Совокупность полученных нами результатов и данных литературы свидетельствует о том, что у лиц как с низким, так и с высоким потреблением жиров существует риск развития гиповитаминозных состояний. Для предотвращения возможного ухудшения витаминного статуса организма при избыточном потреблении жира и недостаточном потреблении витаминов, что характерно для большинства населения нашей страны, необходим дополнительный прием комплекса витаминов.

Таблица 2. Содержание витаминов В1 и В2 в печени крыс, получавших рацион с различным содержанием жира

Литература

1. Блохина Л.В., Кондакова Н.М., Погожева А.В. и др. // Вопр. питания. - 2009. - Т. 78, № 5. - С. 35-40.

2. Вржесинская О.А., Коденцова В.М., Спиричев В.Б и др. // Там же. - 1994. - № 6. - С. 9-12.

3. Плотникова О.А., Шарафетдинов Х.Х., Зыкина В.В. и др. // Там же. - 2010. - Т. 79, № 2. - С. 54-59.

4. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов / Под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельяна. - М.: Брандес-Медицина, 1998. - 340 с.

5. Руководство Р 4.1.1672-03 "Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. - 240 с.

6. Сазонова О.В., Батурин А.К. // Вопр. питания. - 2010. - Т. 79, № 3. - С. 46-50.

7. Тутельян В.А., Погожева А.В., Румянцева О.И и др. // Там же. - 2001. - № 1. - С. 12-14.

8. Экспериментальная витаминология (справочное руководство) / Под ред. Ю.М. Островского. - Минск: Наука и техника, 1979. - 552 с.

9. Якушина Л.М., Бекетова Н.А., Харитончик Л.А. и др. // Вопр. питания. - 1993. - № 1. - С. 43-47.

10. Cerqueira F.M., Kowaltowski A.J. // Ageing Res. Rev. - 2010. - Vol. 9, N 4. - Р. 424-430.

11. Djuric Z., Ren J., Mekhovich O. et al. // J. Am. Coll. Nutr. - 2006. - Vol. 25, N 3. - Р. 178-87.

12. Frikke-Schmidt H., Tveden-Nyborg P., Birck M.M. et al. // Br. J. Nutr. - 2011. - Vol.105, N 1. - Р. 54-61.

13. Gredilla R., Barja G. // Endocrinology. - 2005. - Vol. 146, N 9. - Р. 3 713 - 3 717.

14. Haddad E., Blankenship J.W., Register U.D. // Am. J. Clin. Nutr. - 1985. - Vol. 41, N 3. - Р. 599-604.

15. Hyun D.H., Emerson S.S., Jo D.G. et al. // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 2006. - Vol. 103, N 52. - Р.19908-19912.

16. Leonardi D.S., Feres M.B., Portari G.V. et al. // Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes. - 2010. - Vol. 118, N 10. - Р. 724-729.

17. Olpin S.E., Bates C.J. // Br. J. Nutr. - 1982. - Vol. 47, N 3. - Р. 5 7 7- 5 9 6 .

18. Pasatiempo A.M., Ross A.C. // Ibid. - 1990. - Vol. 63, N 2. - Р. 3 51- 3 6 2 .

19. Reeves P.G. // J. Nutr. - 1997. - Vol. 127, N 5. - P. 838S841S.

20. Roodenburg A.J.C, Leenen R., van het Hof K.H. et al. // Am. J. Clin. Nutr. - 2000. - Vol. 71, N 5. - Р. 1187-1193.

21. Shin S.J. // J. Biochem. Mol. Biol. - 2003. - Vol. 36, N 2. - Р. 190-195.

22. Yoshida E., Fukuwatari T., Ohtsubo M. et al. // Biosci. Biotechnol. Biochem. - 2010. - Vol. 74, N 8. - Р. 1691-1693.