Дослідження антигіперглікемічних властивостей нової фітокомпозиції на моделі цукрового діабету 2-го типу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний фармацевтичний університет

Дослідження антигіперглікемічних властивостей нової фітокомпозиції на моделі цукрового діабету 2-го типу

Надія Кононенко

доктор медичних наук, професор, завідувачка кафедри нормальної та патологічної фізіології

Марія ТАНСЬКА

аспірантка кафедри нормальної та патологічної фізіології

Актуальність. У фармакотерапії цукрового діабету 2-го типу (ЦД 2-го типу) та метаболічного синдрому, комплекс порушень яких розвивається на тлі інсулінорезистентності, як важливе профілактичне та лікувальне доповнення застосовують лікарські рослини й амінокислоти, що обумовлює актуальність розробки нових вітчизняних комбінованих антидіабе- тичних фітопрепаратів.

Мета дослідження - вивчення антигіперглікемічних властивостей фітокомпозиції на основі поліфенольного екстракту з листя журавлини великоплідної та амінокислот (L-аргінін, таурин, гліцин) на експериментальній моделі ЦД 2-го типу.

Матеріали та методи. Цукровий діабет 2-го типу відтворювали шляхом введення щурам poзчинy cтpeптoзoтoцинy 65 мг/кг, внутрішньочеревно, одноразово з попереднім (за 15 хв) введенням нікотинаміду інтраперітонеально 230 мг/кг на тлі ожиріння (утримування щурів на висококалорійній дієті впродовж 12 тижнів). Антигіперглікемічну дію оцінювали на 30-ту добу експерименту за концентрацією глюкози й інсуліну в сироватці крові та індексом інсулінорезистентності.

Результати дослідження. Результати дослідження показали, що досліджувана фітокомпозиція чинить виражену антигіперглікемічну дію, яка реалізується, згідно з отриманими результатами, завдяки його здатності покращувати чутливість периферичних тканин до дії інсуліну, а отже, зменшувати прояви інсулінорезистентності. Вираженість антигіперглікеміч- ної дії перевищує ефект відомого полікомпонентного антидіабетичного фітопрепарату «Арфа комбі».

Висновки. Отримані результати обґрунтовують доцільність подальшого вивчення фітокомпозиції як перспективного протидіабетичного засобу.

Ключові слова: цукровий діабет 2-го типу, стрептозотоцин, нікотинамід, глікемія, інсулінемія, журавлина великоплідна, амінокислоти.

Nadiia Kononenko

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Normal and Pathological Physiology, National University of Pharmacy, Kharkiv

Mariia TANSKA

Graduate student of the Department of Normal and Pathological Physiology, National University of Pharmacy, Kharkiv,

STUDY OF ANTIHYPERGLYCEMICAL PROPERTIES OF A NEW PHYTOCOMPOSITION ON THE TYPE 2 DIABETES MODEL

Actuality

In the pharmacotherapy of type 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome, a complex of disorders that develop against the background of insulin resistance, medicinal plants and amino acids are used as an important preventive and therapeutic agent, which makes the development of new domestic combined antidiabetic phytopreparations relevant.

The purpose of the work. Study of the antihyperglycemic properties of a phytocomposition based on a polyphenolic extract from large-fruited cranberry leaves and amino acids (L-arginine, taurine, glycine) on an experimental model of type 2 diabetes.

Material and methods. Type 2 diabetes mellitus was reproduced by administering to rats a solution of streptozotocin 65 mg/kg, intraperitoneally, once with a preliminary (15 min) administration of nicotinamide intraperitoneally 230 mg/kg against the background of obesity (keeping rats on a high-calorie diet for 12 weeks). The antihyperglycemic effect was assessed on the 30th day of the experiment by the concentration of glucose and insulin in the blood serum and the index of insulin resistance.

Research results. The results of the study showed that the studied phytocomposition has a pronounced antihyperglycemic effect, which is realized, according to the results obtained, due to its ability to improve the sensitivity of peripheral tissues to the action of insulin, and thus reduce the manifestations of insulin resistance. The severity of the antihyperglycemic action exceeds the effect of the well-known multicomponent antidiabetic herbal preparation “Harp Combi".

Conclusions. The results obtained substantiate the expediency of further study of the phytocomposition as a promising antidiabetic agent.

Key words: type 2 diabetes mellitus, streptozotocin, nicotinamide, glycemia, insulinemia, large-fruited cranberries, amino acids.

Вступ

Цукровий діабет (ЦД) - одне з найбільш поширених захворювань у світі. За даними Global Burden of Diseases, у 2017 році діабет перебував на 7-му місці у світі за кількістю втрачених років життя з поправкою на якість життя (QALY - quality adjusted life years) (AlOtaibi, Almesned, Alahaideb, 2021, pp. 3481-3489). На 1-му місці за втраченими QALY у світі - серцево-судинні захворювання, при цьому діабет є одним з основних ризик-факторів у розвитку цих захворювань. У 1999 році Американська асоціація лікарів-кардіологів визнала діабет основним ризик-фактором серцевих захворювань поряд із палінням, гіпертонією, надлишковою масою тіла й іншими. Всесвітня організація охорони здоров'я визнає діабет однією з 4 основних неінфекційних хвороб (non-communicable diseases). Зменшити на третину передчасну смертність від цих 4 захворювань за допомогою профілактики й лікування є однією із 17 Цілей сталого розвитку центру «Порядку денного 2030» Організації Об'єднаних Націй, яку разом з іншими країнами поставила перед собою і Україна (Institute for health metrics and evaluation, Seattle, Washington, http://ghdx.healthdata. org/gbd-2017).

За даними Міжнародної діабетичної фундації поширеність діабету 2-го типу в 10 разів вища, ніж діабету 1-го типу, 91-96 % пацієнтів із ЦД мають діабет 2-го типу (Cochrane Database Syst Rev, 2020).

ЦД діагностується у все більш молодого населення - у світі кількість нових випадків діабету серед населення молодше 40 років зростає зі значною швидкістю - на 9 % щорічно. Це значно збільшує економічні втрати від ЦД внаслідок передчасного вибуття громадян з економічно активного населення.

Враховуючи мультифакториальність патогенезу ЦД 2-го типу та його ускладнень, доцільним і перспективним є застосування в комплексній терапії захворювання лікарських рослин і препаратів на їх основі з антигіперглікемічними й іншими фармакологічними властивостями (Kanat, DeFronzo, Abdul- Ghani, 2015, рр. 1207-1222). Лікарські рослини добре поєднуються з антидіабетичними засобами (McCreight, Bailey, Pearson, 2016, рр. 426-435), посилюючи їх терапевтичний ефект, покращують чутливість тканин до інсуліну, активізують репаративні процеси у P-клітинах підшлункової залози на тлі відсутності токсичності та ризику негативних побічних реакцій у разі тривалого застосування.

Перспективною рослинною сировиною, яку можна використати для розробки антигіпергліке- мічних засобів, є Vaccinium macrocarpon (журавлина великоплідна) - рослина родини вересових (Ericaceae). Вибір листя журавлини великоплідної, як сировини для одержання поліфенольного екстракту, обумовлений значним вмістом у ньому фенольних сполук, які вiдпoвiдaють зa гіпоглікемічну активність, що зyмoвлeнa таявшею opocrax фєшлів (apбyтин); флавоноїдів, які покращують мiкpo- циpкyляцiю тинин зaвдяки мeмбpaнocтaбiлiзyваль- ній та aнтиoкcидaнтній дії; аскорбінової кислоти; гідроксикоричних кислот, зокрема галової та хлорогенової кислот, які здатні iнгiбyвати глюкoзo- 6-фocфaтaзy. Цей фермент кaтaлiзyє кінцєвий eтaп глiкoгeнoлiзy та глюкoнeoгeнeзy (Blumberg, Camesano, Cassidy, 2013, рр. 618-632). Актуальним також є можливе посилення гіпоглікемічної активності за модифікації екстракту журавлини вели- коплідної листя амінокислотами, вплив яких на метаболічні процеси на тлі інсулінорезистентності обґрунтовується даними літератури.

Різносторонній науковий інтерес останнім часом прикутий до сірковмісної амінокислоти таурин (2-аміноетансульфонова кислота, H NCH-CH-SO H). Ця пpиpoднa aмiнoкиcлoтa бepe yчacть y бюхіміч- них пepeтвopeнняx, cпpияє шліишєнию eнepгeтич- них Hpo^cff, вiдiгpaє еуттєву poль в oбмiнi ж^ів, вxoдить дo cna^ raprax жoвчниx RHcao^ cпpияє eмyльгyвaнню ж^ів y кишєчнику. Xapaктepнoю ocoбливicтю тaypинy є здaтнicть cтимyлювaти peпapaтивнi Hpo^OT, cтaбiлiзyвaти вyглeвoдний oбмiн, знижyвaти cepeдньoдoбoвy глікємію (Schaffer, Won Kim, 2018, рр. 225-241).

Відомо, що чимало захворювань сприяють розвитку дефіциту L-аргініну (серцево-судинні захворювання, ЦД, ожиріння, хронічний стрес тощо). Основним негативним наслідком дефіциту аргініну в організмі є зниження продукції NO, який утворюється з аргініну під дією Са2+-залежного ферменту NO-синтази, що зумовлює виникнення ендотелі- альної дисфункції (Menzel, Haller, Wilhelm, 2018, рр. 557-568). Встановлена роль дефіциту L-аргініну в патогенезі ЦД 2-го типу та його ускладнень.

Гліцин є замінною амінокислотою і у здорових молодих людей за умови повноцінного харчування надходить до організму та синтезується в достатніх кількостях (Petrat, Boengler, Schulz, 2012, рр. 2059-2072). Разом із тим у хворих на ЦД здебільшого спостерігається дефіцит гліцину в крові.

У Національному фармацевтичному університеті розроблено поліфенольний екстракт із листя журавлини великоплідної з додаванням амінокислот.

Мета дослідження - вивчення антигіпергліке- мічних властивостей фітокомпозиції на основі поліфенольного екстракту з листя журавлини велико- плідної та амінокислот (L-аргінін, таурин, гліцин) на експериментальній моделі ЦД 2-го типу.

Матеріали та методи дослідження

Експерименти проведено на 40 білих нелінійних щурах-сам- цях, масою 200-250 г, що утримувались у стандартних умовах віварію Навчально-наукового інституту прикладної фармації НФаУ Усі маніпуляції проводили з дотриманням принципів біоетики відповідно до положення Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовуються для дослідних та інших наукових цілей (European convention for the protection of vertebrate animals used for expe-rimental and other scientific purposes, Страсбург, 1986), Закону України «Про захист тварин від жорстокого поводження» (від 15.12.2009 № 1759-VI) і Директиви Європейського Союзу 2010/10/63 EU щодо експериментів на тваринах.

Сухий спиртовий екстракт із листя журавлини великоплідної з додаванням амінокислот отримано на кафедрі фармакогнозії Національного фармацевтичного університету під керівництвом професора О. М. Кошового. В одержаному сухому екстракті з листя журавлини великоплідної міститься не менше ніж 10 % фенольних сполук у перерахунку на галову кислоту, не менше ніж 5 % гідроксикоричних кислот у перерахунку на хлорогенову кислоту та не менше ніж 2 % флавоноїдів у перерахунку на рутин.

Peфepeнc-фітозасіб «Аpфa томбі» (ВАТ «Фapмaк», Укpaїнa, містить тaypин, ек^^ют пepикapпiю квacoлi, ек^^ст листя чopницi) ввo- дили в дoзi 150 мг/кг (дозу для твapин poзpaxoвyвaли з викopистaнням тоефіцієнта видoвoї стiйкoстi).

Цукровий діабет 2-го типу мoдeлювaли зa методитою Islam S., Choi H. (Islam, Choi, 2007, рр. 243-249) шляxoм ввєдєння щypaм poзчинy стpeптoзoтoцинy (STZ, Sigma, США) 65 мг/кг, внутрішньочеревно, одноразово з попереднім (за 15 хв) введенням нікотинаміду (N, Sigma - Aldrich, США) інтраперітонеально 230 мг/кг на тлі ожиріння (утримування щурів на висококалорійній дієті впродовж 12 тижнів). Щypи пpoтягoм 12 тижнів перебували та виcoкoкaлopiйнiй дієті (дієта з надмірним вмістом насичених жирів: білки - 20,0 %, жири - 60,0 %, вуглеводи - 20,0 % від загального калоражу). Стрептозотоцин poзчиняли ex tempore і ввoдили та цитpaтнoмy бyфepi (pH 4,5), звaжaючи та той фaкт, щo в лyжнoмy тa нейтральному cepeдoвищах він швидкo дeгpaдyє дo нeaктивниx мeтaбoлiтiв і втpaчaє cвoю дтбетогенну aктивнiсть. Тварин шляхом сліпої вибірки було рандомізовано в такі групи (n = 10): 1-ша - інтактний контроль (ІК); 2-га - щури з кoнтpoльнoю патологією (КП); 3-тя - щури, які та тлі стрептозотоцину з попереднім введенням нікотинаміду одержyвaли фітокомпозицію дозою 100 мг/кг внутрішньошлунково; 4-та - твapини із ЦД, які oтpимyвaли peфepeнтний лікарський засіб - Аpфa-кoмбi.

Дocлiджyвaну фітокомпозицію та референс-препарат ввoдили oдин paз нa дєнь протягом 28 діб. Пepшe ввєдєння зacoбiв починали чepeз 24 гoд пicля індукції дтбету. Тварини групи контролю отримували відповідну кількість цитратного буфера (pH 4,5).

Стан глюкозного гомеостазу тварин на фоні модельної патології оцінювали на 30-ту добу експерименту за рівнем базальної глікемії та базальної інсулінемії (Matthews, 1985, рр. 412-419).

Концентрацію глюкози в сироватці крові визначали натще з використанням глюкозооксидазного методу за допомогою глюкометра One touch ultra easy (виробництва LifeScan, Johnson & Johnson, США).

Концентрацію інсуліну в сироватці крові визначали натще імуноферментним методом із використанням стандартного набору реактивів DRG, Німеччина.

Показник інсулінорезистентності (індекс HOMA-IR) розраховували з огляду на показники глюкози й інсуліну в крові тварин натще з використанням алгоритму НОМА (Matthews, 1985, рр. 412-419).

Статистичну обробку результатів проводили на персональному комп'ютері з використанням пакетів Excel і Statistica 6.0 для Windows. Для визначення вірогідних відмінностей між дослідними групами застосовували критерій Н'юмена - Кейлса та тест Мана - Уїтні. Відмінності вважали статистично значущими з р < 0,05.

Результати дослідження та їх обговорення. У нашому дослідженні відтворений ЦД 2-го типу характеризувався вираженою гіперглікемією (достовірне зростання рівня глюкози у 2,13 раза порівняно з ІК) та гіперінсулінемією (достовірне збільшення рівня інсуліну в 1,68 раза порівняно з ІК) на 14-ту добу (табл. 1).

Таблиця 1

Вплив фітокомпозиції на показники вуглеводного обміну в сироватці крові щурів за умов цукрового діабету 2-го типу (X ± SX, n = 10)

Примітки:

- відмінності статистично значущі щодо значень групи ІК (р < 0,05);

** - відмінності статистично значущі щодо значень групи КП (р < 0,05);

- відмінності статистично значущі щодо значень групи фітокомпозиції (р < 0,05).

З метою підтвердження порушень вуглеводного обміну на тлі модельної патології нами було розраховано індекс ІР, який достовірно зростав у 2,04 раза порівняно з ІК, що свідчило про формування у тварин ІР - ключової патогенетичної ланки ЦД 2-го типу (табл. 1).

Уведення досліджуваної фітокомпозиції піддослідним тваринам протягом 28 діб супроводжувалося достовірним зниженням усіх досліджуваних показників. Зокрема, рівень глюкози зменшився на 42,3 % порівняно зі значеннями тварин групи КП, гіперінсулінемія - на 36 % відповідно (табл. 1).

Достовірне зниження індексу HOMA-IR на 45,6 % у групі тварин, що отримували досліджуваний фітоекстракт, свідчило про підвищення чутливості периферичних тканин до дії інсуліну (табл. 1).

Ключовою ланкою патогенезу ЦД 2-го типу та метаболічного синдрому вважається первинна інсу- лінорезистентність, за умови якої відбуваються значні порушення вуглеводного й ліпідного обміну, що підвищують ризик розвитку серцево-судинних захворювань, прогресування атеросклерозу та смертність серед хворих на ЦД 2-го типу. Інсулі- норезистентність і ендотеліальна дисфункція (ЕД) розглядаються як асоційовані стани - вони формують порочне коло, яке призводить до метаболічних і мікроциркуляторних порушень за наявності ЦД. Біохімічні механізми корегувального впливу досліджуваної фітокомбінації щодо порушень вуглеводного обміну пов'язані з фармакологічними властивостями її складових. Незважаючи на різноманіття механізмів розвитку, ключова роль у патогенезі ЕД, на думку більшості дослідників, належить дефіциту оксиду азота (NO) та внутрішньоклітинному оксида- тивному стресу. Треба зауважити, що чимало патологічних станів і захворювань сприяють розвитку дефіциту L-аргініну (серцево-судинні захворювання, цукровий діабет, ожиріння, хронічний стрес тощо). Основним негативним наслідком дефіциту аргініну в організмі є зниження продукції NO, що зумовлює виникнення ендотеліальної дисфункції. Гіпоглікемічна дія таурину пов'язана з його здатністю оборотно та специфічно зв'язуватися з рецепторами інсуліну. Гліцин перешкоджає глюкозозалежній індукції автокаталітичних процесів: збільшує секрецію інсуліну і знижує глюконеогенез у печінці, що має сприяти нормалізації метаболізму на ранніх етапах захворювання.

За антигіперглікемічною дією досліджувана фітокомпозиція перевищувала активність препарату порівняння «Арфа комбі», який зменшував рівень глюкози в сироватці крові щурів на 15,9 % порівняно з КП. За здатністю покращувати чутливість периферичних тканин до дії інсуліну та зменшувати рівень ІР препарат порівняння «Арфа комбі» також поступався досліджуваній фітокомпозиції. антигіперглікемічний фітокомпозиція діабет

Отже, аналізуючи отримані дані, можна дійти висновку, що на моделі стрептозотоцинового діабету 2-го типу досліджуваний поліфенольний екстракт з амінокислотами поліпшує чутливість периферичних тканин до дії інсуліну та виявляє антигіпер- глікемічну дію, вираженість якої перевищує ефект відомого полікомпонентного антидіабетичного фітопрепарату «Арфа комбі».

Висновки

На моделі ЦД 2-го типу, викликаного стрептозотоцином із попереднім введенням нікотінаміду встановлено, що досліджуваний поліфенольний екстракт з амінокислотами чинить виражену антигіперглікемічну дію, яка реалізується, згідно з отриманими результатами, завдяки його здатності покращувати чутливість периферичних тканин до дії інсуліну, а отже, зменшувати прояви інсулінорезистентності. Вираженість антигіперглікемічної дії фітоком- позиції перевищує дію фітопрепарату «Арфа комбі». Отримані результати обґрунтовують доцільність подальшого вивчення фітокомпози- ції як перспективного протидіабетичного засобу.

Література

AlOtaibi, A.A., Almesned, M., Alahaideb, T.M. (2021). Assessment of diabetes-related distress among type 2 diabetic patients. JFamily Med Prim Care, 10 (9). Р. 3481-3489.

Global Burden of Disease database. Institute for health metrics and evaluation, Seattle, Washington. Retrieved from: https://www. healthdata.org/sites/default/files/files/policy_report/2019/GBD_2017_Booklet.pdf (Date of access: 20.11.2023).

Screening for Type 2 diabetes mellitus. Cochrane Database Syst Rev. (2020). Retrieved from: https://www.cochranelibrary.com/ cdsr/doi/10.1002/14651858.CD005266.pub2/information (Date of access: 21.11.2023).

Kanat, M., DeFronzo, R. A., Abdul-Ghani, M. A. (2015). Treatment of prediabetes. Diabetes, 6 (12). Р. 1207-1222.

McCreight, L.J., Bailey, C.J., Pearson, E.R. (2016). Metformin and the gastrointestinal tract. Diabetologia, 59 (3). Р. 426-435. Blumberg, J.B., Camesano, T.A., Cassidy, A. (2013). Cranberries and their bioactive constituents in human health. Adv. Nutr, 4. Р. 618-632.

Schaffer, S., Won Kim, H. (2018). Effects and Mechanisms of Taurine as a Therapeutic Agent. Biomol Ther (Seoul), 26 (3). Р. 225-241.

Menzel, D., Haller, H., Wilhelm, M. (2018). L-arginine and B Vitamins Improve Endothelial Function in Subjects with Mild to Moderate Blood Pressure Elevation. Eur. J. Nutr, 57 (2). Р. 557-568.

Petrat, F., Boengler, K., Schulz, R. (2012). Glycine, a simple physiological compound protecting by yet puzzling mechanism(s) against ischaemia-reperfusion injury: current knowledge. British journal ofpharmacology, 165. Р. 2059-2072.

Islam, S., Choi, H. (2007). Nongenetic Model of Type 2 Diabetes: A Comparative Study. Pharmacology, 79. Р. 243-249. Matthews, D.R. (1985). Homeostasis model assessment: insulin resistance and b-cell function from fasting plasma glucose and insulin concentrations in man. Diabetologia, 28 (3). Р. 412-419.

Размещено на Allbest.ru/