Повышение эффективности газообмена при алиментарной биокоррекции пищевого статуса студентов и преподавателей инженерного вуза

Экология современного мира, особенно мегаполисов, обуславливает увеличение потребности нашего организма в кислороде, недостаток которого не покрывается в течение дня. Длительное нахождение в помещениях с большим количеством людей, малоподвижный образ жизни, высокие умственные и нервные нагрузки являются весомыми факторами, оказывающими влияние на проявление гипоксии, наступающее в организме при неадекватном снабжении тканей и органов кислородом или при нарушении утилизации кислорода. Патологическими последствиями возникновения гипоксии являются различные заболевания бронхолегочной системы, а именно хроническая обструктивная болезнь легких, бронхиальная астма, хроническая сердечная недостаточность, ожирение, вирусные заболевания и др. Одной из функций дыхания является газообмен в альвеолах легких, обеспечивающий за счет диффузии молекулярного кислорода и двуокиси углерода адекватную метаболическому запросу концентрацию этих газов в артериальной крови. Показателем эффективности газообмена является дыхательный коэффициент (ДК), рассчитывающийся как отношение количества, выделенного из легких углекислого газа (СО 2 ) к потребленному за тот же период времени кислороду (О 2 ), который показывает, какие вещества преимущественно окисляются [1, 2]. При окислении белков ДК равен 0,81, жиров – 0,7, углеводов – 1,0, при смешанном питании – 0,82. При голодании, когда в организме усиливается диссимиляция жиров, ДК может падать до 0,6 и превышать 1,0 при интенсивном накоплении в организме жиров. Также ДК может превышать 1,0 при гипервентиляции легких, за счет дополнительного выведения из организма СО 2 , находившегося в связанном состоянии [3].

В основе всех процессов жизнедеятельности организма лежат энергетические превращения. Потенциальная энергия органических соединений, поступающих с пищей, переходит в тепловую, механическую, электрическую, энергию химических связей, которая затем расходуется на пластические процессы, совершение мышечной работы, дыхания, пищеварения, кровообращения, поддержание температуры тела, преодоление осмотических сил во время секреторных и выделительных процессов, поддержание мембранных потенциалов. В свою очередь процесс трансформации пищи в энергию зависит от множества физиологических, биохимических и технологических факторов.

Изменяя состав пищевых систем посредством введения биологически активных соединений – биокорректоров (витамины, ферменты, антиоксиданты, эубиотики), возможно оказывать биокорректирующее воздействие на совокупность обменных процессов, в частности газообмена в легких, корректировать гипоксические состояния, восстанавливать равновесное состояние биосистем организма [4].

В качестве алиментарных биокорректоров были исследованы биологически активные добавки: масло из зародышей пшеницы «Витазар» (МЗП), мука из жмыха зародышей пшеницы «Витазар» (МЖЗП), криоконцентрированный тканевый рыбный жир «Эйконол» (КТРЖ), активированный консорциум лакто – и бифидобактерий «Биоматрикс», имеющий в составе Streptococcus thermophilus , Саsеi subsp. Rhamnosus , L. acidophilus , L. plantarum , L. fermentum , B. bifidum , B. longum , B. Adolescentis в концентрации активных клеток не менее 10⁹ КОЕ/г на молочной основе.

Биокорректирующие свойства МЗП обусловлены высоким содержанием витаминов А, Д, Е, полиненасыщенных жирных кислот, октокоза-нола и подтверждены обширными клиническими испытаниями в терапии различных заболеваний – сердечно-сосудистых, гастроэнтерологических, диабета, гепатита, бесплодия, ожоговых и раневых повреждений и т. д. [4–6].

Побочным продуктом производства МЗП является белково-углеводная составляющая зародыша (жмых) с остаточным содержанием масла 6–8% [7], зарегистрированная, как БАД мука «Витазар» [8–10]. Остаточная липидная фракция в муке из жмыха зародышей пшеницы (МЖЗП) идентична по химическому составу отпрессованному маслу и гипотетически сохраняет его биологические активные свойства. Кроме того, МЖЗП содержит до 30% полноценного по аминокислотному составу белка, до 30% углеводов, представленных пентозанами, моно-, ди-, олиго- и полисахаридами. В значительных количествах в МЖЗП содержатся витамины В 1 , В 2 , В 6 , РР, Е, К, макро – и микроэлементы – Zn, Mn, Mg, Ca, K, Fe, Se, P.

Криоконцентрированный тканевый рыбный жир (КТРЖ) – БАД «Эйконол» – ценный активный биорегулятор обменных процессов. Его получают в результате физико-химического воздействия на рыбное сырье, позволяющего разрушить мембрану клетки, с последующим механическим отделением липидной фракции от остальной части обработанного сырья. КТРЖ является источником ПНЖК ω-3 – эйкозапентае-новой и докозагексаеновой, витаминов А, D и Е.

Rodionova N.S. et al. Proceedings of VSUET, 2021, vol. 83, no. 1, pp. 138-145

Клинические исследования, проведенные в ряде

стран, однозначно показали, что липиды морских организмов являются эффективным средством коррекции нарушений липидного обмена в организме человека, профилактируют заболевания сердечно-сосудистой системы, повышенную свертываемость крови и др. [11–13].

К биокорректирующим свойствам пробиотических микроорганизмов относятся трофическое и энергетическое обеспечение макроорганизма, энергообеспечение эпителия, стимуляция иммунной системы, образование иммуноглобулинов, регулирование перистальтики кишечника, участие в регуляции, дифференциации и регенерации эпителия кишечника, обеспечение цитопротекции, детоксикация, выведение эндо-и экзогенных токсичных соединений, разрушение мутагенов, активация лекарственных соединений, образование сигнальных молекул (нейро- и трансмиттеров), поддержание ионных, физических и химических параметров гомеостаза приэпителиальной зоны, поставка субстратов для липо- и глюкогенеза [14–17].

Целью работы является сравнительное исследование антигипоксантных нутриентов растительного (МЗП, МЖЗП) и животного (КТРЖ) происхождения и их влияния на эффективность газообмена с оценкой ДК, на примере студентов и преподавателей ВУЗа, а также выявление роли пробиотического фактора в повышении антигипоксантных свойств целевых биологически активных веществ.

Содержание биоактивных компонентов в исследуемом МЗП составило: витамина Е – 180–200 мг/100 г, поликозанола – 1,5–8,0 мг/100 г, ПНЖК – 60 г/100 г, МЖЗП содержал белка – 30–35 г/100 г, ПНЖК – 3–4 г/100 г, усвояемых углеводов – 45–47 г/100 г, пищевых волокон – 18–26 г/100 г, витамина Е – 25–30 мг/100 г (производство ООО «Пулат», РФ); КТРЖ содержал витаминов А – 6,60 мг/100 г, D – 100 мкг/100г, Е – 100 мг/100 г, ПНЖК – не менее 25 г/100 г (производство ООО НПП «Тринита», РФ); биомасса консорциума лакто – и бифидобактерий «Биоматрикс» ( Streptococcus thermophilus , Саsеi subsp. Rhamnosus , L. acidophilus , L. plantarum , L. fermentum , B. bifidum , B. longum , B. adolescentis ) характеризовалась концентрацией активных клеток не менее 10⁹ КОЕ/мл, титруемая кислотность составляла 80–100^оТ, рН 4,61–4,65 (производство ФГБОУ ВО ВГУИТ, РФ). Рост биомассы проводили на обезжиренном молоке в диапазоне температур 37–42 ºС до рН 4,4–4,7, нормативное время ферментации составляло 12–14 часов.

Дыхательный коэффициент (ДК) рассчитывали, как отношение концентраций выделяемого из организма углекислого газа (СО 2 ) в составе выдыхаемой газо-воздушной смеси, к поглощаемому за то же время кислороду (О 2 ).

Для исследования концентрации О 2 и СО 2 в выдыхаемой газовой смеси использовали газоанализатор TESTO-310 «ООО Тесто Рус», чувствительность прибора по О 2 составила: диапазон концентраций 0 – 21% об, разрешение 0,01% об, погрешность ± 0,2% об, по СО 2 диапазон концентраций: 0 – 100% об., разрешение 0,01% об, погрешность ± 0,2% об., а также капно-граф МДГ-1201, диапазон измерения концентрации СО 2 составлял 0 – 13% об, погрешность ± 0,3%. В помещении (лабораторно-лекционной аудитории) принудительная вентиляция и кондиционирование отсутствовали, проветривание помещения не проводили, факторы, оказывающие существенное влияние на исходное содержание кислорода в помещении были минимизированы. Определение концентрации О 2 и СО 2 в выдыхаемой газовой смеси осуществляли сразу по окончании 90 минут аудиторных лекционных занятий, во время которых двигательная активность у всех студентов и преподавателей одинакова и минимальна. Перед проведением экспериментальных исследований пациент находился в состоянии покоя в течение 10 мин. Для получения стабильных и более значимых по уровню содержания СО 2 результатов, набор воздуха в легкие сопровождали задержкой выдоха не менее, чем на 15–20 сек до установления постоянных показателей концентрации О 2 и СО 2 на дисплее прибора.

Определение каждого из исследуемых показателей проводили в трехкратной повторности у всех обследуемых студентов и преподавателей с последующим получением среднеарифметических значений.

Оценку достоверности полученных среднеарифметических значений исследуемых параметров проводили по непараметрическому критерию статистики Манна-Уитни.

В процессе исследований пациенты-добровольцы были разделены на четыре группы. Первой группе выдавали по 3,5 г МЗП, вторая группа употребляла МЖЗП в количестве, обеспечивающем поступление 3,5 г масла, что соответствовало 50 г жмыха, в виде кулинарного изделия [13]. Третья и четвертая группа употребляли пробиотическую эмульсию, содержащую 3,5 г МЗП или 6,5 г КТРЖ в комбинации с 10 г биомассы лакто- и бифидобактерий. Стабильность эмульсий составляла не менее 70–75%, благодаря высокой экзополисахаридной активности биомассы пробиотиков. Данные пищевые формы употреблялись добровольцами не зависимо от приемов пищи, без коррекции основного рациона. Длительность экспериментальных исследований составила 30 дней, в начале приема и в конце приема биокорректоров контролировали исследуемые показатели. В день отбора проб исследуемые биокорректоры испытуемым не выдавались, временной интервал между употреблением исследуемых продуктов и забором проб составлял не менее 24-x часов.

В состав четырех опытных групп пациентов добровольно вошли мужчины и женщины в возрасте от 16 до 65 лет – студенты и преподаватели Воронежского государственного университета инженерных технологий, ежедневно проводящие не менее 6 часов в одинаковых условиях – помещениях университета. Все обследуемые ранее не употребляли исследуемые биокорректоры.

Численность опытных групп составила 70, 36, 58 и 51 человек соответственно, численность контрольных групп, которые не употребляли исследуемые продукты, была аналогичная (таблица 1).

Таблица 1.

Состав и численность экспериментальных групп

Table 1.

Composition and number of experimental groups

Биокорректор Biocorrector	Возраст пациентов, лет Patient age, years			Итого Total
	16–24	25–44	45–65
МЗП | MZP	35	18	17	70
МЖЗП | MZHP	24	5	7	36
Пробиотическая эмульсия с включением МЗП Probiotic emulsion with the inclusion of MZP	28	20	10	58
Пробиотическая эмульсия с включением КТРЖ Probiotic emulsion with CTR inclusion	21	20	10	51

Оценка значений дыхательного коэффициента во всех возрастных группах показала, что наиболее эффективным антигипоксантом является МЖЗП, повышение средних значений ДК по всем возрастным группам составило 0,041 ед. При приеме МЗП уровень ДК повысился на 0,032 ед., также, в среднем по всем возрастным группам (рисунок 1).

Рисунок 1. Средние численные значения ДК по исследуемым возрастным группам (1 (4) – до приема МЗП (МЖЗП); 2 (5) – после 30 дней приема МЗП (МЖЗП); 3 (6) – контрольная группа (в течение всего периода)

Figure 1. Average numerical values of DC for the studied age groups (1 (4) – before taking MZP (MZHP); 2 (5) – after 30 days of taking MZP (MZHP); 3 (6) – control group (during the entire period)

При сопоставлении полученных результатов с возрастом пациентов установлено, что в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах повышение

ДК составило 0,031, 0,036 и 0,043 соответственно (рисунок 2).

В соответствии с рассчитанными значениями критерия Манна-Уитни установлено, что выявленные различия среднеарифметических значений исследуемых показателей являются достоверными (таблица 2).

Рисунок 2. Значения ДК в исследуемых возрастных группах (1, 4, 7 (10, 13, 16) – до приема МЗП (МЖЗП) в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах; 2, 5, 8 (11, 14, 17) – после 30 дней приема МЗП (МЖЗП) в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах; 3, 6, 9 (12, 15, 18) – контрольная группа (в течение всего периода)

Figure 2. DC values in the studied age groups (1, 4, 7 (10, 13, 16) – before the intake of MZP (MZHP) in the 1st, 2nd and 3rd age groups; 2, 5, 8 (11, 14, 17) – after 30 days of intake of MZP (MZHP) in the 1st, 2nd and 3rd age groups; 3, 6, 9 (12, 15, 18) – control group (during the entire period)

Таблица 2.

Рассчитанные значения критерия Манна–Уитни

Table 2.

Calculated values of the Mann–Whitney test

После курса приема МЗП After the course of taking MZP	После курса приема МЖЗП After the course of taking MZHP
I группа (Group), U кр = 113,0 (30,0)
97,5	23,5
II группа (Group), U кр = 99,0 (5,0)
73,5	4,0
III группа (Grou	p), U кр = 87,0 (8,0)
68,0	3,5

На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что исследуемые биокорректоры МЗП и МЖЗП могут быть отнесены к алиментарным факторам биокорректирующего действия, обеспечивающим повышение эффективности газообмена легких в возрастных группах от 18 до 65 лет. На примере исследуемых биокорректоров, содержащих одинаковое количество целевого. БАВ – липидной фракции зародышей пшеницы, доказана возможность принципиально нового интегрального подхода в оценке биологической активности пищевых объектов различной природы. Более высокая эффективность воздействия МЖЗП обусловлена значительным содержанием в ее составе спектра потенциально полезных нутриентов – минеральных элементов, водорастворимых витаминов, пребиотиков, протеинов.

Следующим этапом экспериментальных исследований являлось подтверждение гипотезы о возможности повышения эффективности действия целевых БАВ посредством их сочетания с пробиотическими микроорганизмами и проведение сравнительной оценки биокорректирующего действия пробиотических эмульсий с МЗП и КТРЖ [11–13].

Установлено, что комбинирование исследуемых биокорректоров с пробиотическими микроорганизмами специфично для каждого исследуемого биокорректора (рисунок 3). Для пробиотической эмульсии с КТРЖ выявлено менее выраженное влияние на повышение ДК по сравнению с эмульсией, содержащей МЗП. При приеме пробиотической эмульсии с МЗП и КТРЖ ДК повысился на 0,049 и 0,024 ед. соответственно.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлена корреляция между возрастом пациентов и достигаемым антигипоксантным эффектом от приема рассматриваемых пробиотических форм, так в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах выявлено повышение ДК на 0,035, 0,033 и 0,038 ед. соответственно (рисунок 4). Результаты экспериментальных исследований по приёму пробиотической эмульсии с МЗП позволяют констатировать более выраженное повышение уровня ДК на 0,017 ед. по сравнению с эффектом от приема МЗП.

Достоверность приведённых данных подтверждена значениями критерия Манна-Уитни (таблица 3).

Рисунок 3. Средние численные значения ДК по исследуемым возрастным группам (1 (4) – до приема МЗП (КТРЖ); 2 (5) – после 30 дней приема МЗП (КТРЖ); 3 (6) – контрольная группа (в течение всего периода

Figure 3. Average numerical values of DC for the studied age groups (1 (4) – before taking MZP (CTR); 2 (5) – after 30 days of taking MZP (CTR); 3 (6) – control group (during the entire period)

Рисунок 4. Значения ДК в исследуемых возрастных группах (1, 4, 7 (10, 13, 16) – до приёма МЗП (КТРЖ) в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах; 2, 5, 8 (11, 14, 17) – после 30 дней приёма МЗП (КТРЖ) в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах; 3, 6, 9 (12, 15, 18) – контрольная группа (в течение всего периода)

Figure 4. DC values in the studied age groups (1, 4, 7 (10, 13, 16) – before taking MZP (CTR) in the 1st, 2nd and 3rd age groups; 2, 5, 8 (11, 14, 17) – after 30 days of taking MZP (CTR) in the 1st, 2nd and 3rd age groups; 3, 6, 9 (12, 15, 18) – control group (during the entire period)

Таблица 3.

Рассчитанные значения критерия Манна-Уитни

Table 3.

Calculated values of the Mann-Whitney test

После курса приема пробиотической эмульсии с включением МЗП After a course of taking probiotic emulsion with the inclusion of MZP	После курса приема пробиотической эмульсии с включением КТРЖ After a course of taking probiotic emulsion with the inclusion of CTR
I группа (Group), U кр = 23,0 (23,0)
16,5	16,0
II группа (Group), U кр = 23,0 (23,0)
15,0	18,0
III группа (Group), U кр = 23,0 (23,0)
17,0	17,5

Экспериментально установленные положительные эффекты от приёма МЗП, МЖЗП и КТРЖ при коррекции лёгочного газового обмена коррелируют с медико-биологическими показаниями их применения в терапии различных заболеваний [4–7, 11–14].

Заключение

На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что наиболее эффективным антигипоксантом является МЖЗП (выявлено повышение средних значений ДК на 0,041 ед., что относительно исходных значений составляет 4,8%). Менее выраженные изменения исследуемых параметров зафиксированы при приеме МЗП, увеличение уровня ДК зафиксировано на 0,032 ед., прирост относительно исходных показателей составил 3,7%.

При сопоставлении полученных результатов с возрастом пациентов установлено, что в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах среднее изменение ДК составило 0,031, 0,036 и 0,043 ед., относительно исходных показателей рост составил 3,5, 4,2 и 5,0% соответственно.

Анализ полученных данных показал, что совмещение употребления исследуемых биокорректоров с пробиотическими микроорганизмами в активной форме обеспечивает более значимый антигипоксантный эффект во всех возрастных группах. Выявлено повышение уровня ДК на 0,035, 0,033 и 0,038 ед. в 1-ой, 2-ой и 3-ей возрастных группах соответственно, что относительно исходных показателей составило 4,1, 3,8 и 4,5%. Установленные эффекты специфичны для каждого исследуемого биокорректора – для МЗП 0,049 ед., для КТРЖ – 0,024 ед., рост ДК относительно исходных значений составил 5,7 и 2,9% соответственно. Выявленные результаты экспериментальных исследований убедительно доказывают роль алиментарных биокорректоров в повышении эффективности газового обмена в легких вне зависимости от пола и возраста, что является особенно актуальным для лиц, страдающих легочными формами заболеваний, а также для повышения работоспособности лиц, находящихся в закрытых помещениях при малой подвижности и умственных нагрузках.

Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации (регистрационный номер – МД-5536.2021.5).