Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,039

Введение

Кофеин является одним из наиболее распространенных психостимуляторов в мире, потребляемым в составе кофе, чая, энергетических напитков и лекарственных препаратов [1; 2]. Современный образ жизни, характеризующийся высоким уровнем стресса и необходимостью поддержания работоспособности, способствует увеличению потребления кофеина, в том числе и среди молодежи [3; 4].

Несмотря на широкую распространенность употребления кофеина, механизмы его влияния на организм при длительном применении изучены недостаточно. В частности, данные о воздействии кофеина на структуру и функцию селезенки – важного органа иммунной системы и кроветворения – остаются фрагментарными и противоречивыми [5; 6].

Селезенка – это непарный орган брюшной полости, расположенный в левом подреберье, позади желудка и латеральнее левой почки. Она является крупнейшим лимфоидным органом и выполняет важные функции в иммунной системе и гематопоэзе [7]. Строение селезенки тесно связано с ее функциональными особенностями. Селезенка состоит из двух основных видов ткани: красной пульпы и белой пульпы. Красная пульпа составляет около 80% объема селезенки и отвечает за фильтрацию крови и удаление старых и поврежденных эритроцитов [8]. Она состоит из: селезеночных тяжей (тяжей Бильрота) - сеть из соединительной ткани, содержащая макрофаги, лимфоциты, эритроциты, тромбоциты и другие клетки крови; селезеночных синусов (синусоидов) - широкие сосуды с прерывистой базальной мембраной, позволяющие клеткам крови проникать из тяжей в кровоток; макрофагов, расположенных в стенках синусов, осуществляющих фагоцитоз старых и поврежденных эритроцитов [9]. Белая пульпа составляет около 20% объема селезенки и является лимфоидной тканью, участвующей в иммунных реакциях. Она состоит из периартериальных лимфоидных муфт (PALS) - цилиндрические скопления лимфоцитов, окружающие центральную артерию. PALS в основном состоят из Т-лимфоцитов; лимфоидных фолликулов - сферические скопления B-лимфоцитов, расположенные в PALS [10; 11]. При антигенной стимуляции фолликулы могут формировать герминативные центры, где происходит пролиферация и дифференцировка B-лимфоцитов в плазматические клетки, производящие антитела; маргинальная зона - область, расположенная между красной и белой пульпой, содержащая макрофаги, B-лимфоциты памяти и дендритные клетки [12]. Маргинальная зона играет важную роль в захвате антигенов из крови и представлении их иммунным клеткам. Селезенка играет ключевую роль в иммунном ответе и фильтрации крови. Нарушение структуры и функций селезенки может привести к развитию иммунодефицитных состояний, анемии и другим патологическим изменениям [13; 14].

В связи с растущей популярностью кофеин-содержащих продуктов актуален поиск фармакологических средств, способных минимизировать негативное воздействие кофеина на организм. Мексидол широко применяется в неврологии, кардиологии и психиатрии благодаря своему комплексному действию, включающему антиоксидантные, антигипоксические, мембранопротекторные и ноотропные свойства [15; 16]. Препарат демонстрирует способность повышать устойчивость организма к различным повреждающим факторам, таким как ишемия, интоксикация и оксидативный стресс [17]. Исходя из перечисленных свойств, данный препарат представляется перспективным для коррекции морфологических изменений, вызванных хроническим употреблением кофеина.

Результаты данного исследования могут иметь практическое значение для разработки рекомендаций по безопасному употреблению кофеина, а также для профилактики и лечения заболеваний, связанных с нарушением функции селезенки. Полученные данные могут быть использованы в клинической практике для оценки риска развития патологических изменений в селезенке у лиц, злоупотребляющих кофеином, а также для назначения профилактических и лечебных мероприятий.

Цель исследования

Исследование структурных преобразований в селезёнке самцов крыс различных возрастных групп при употреблении повышенных доз кофеина и введении мексидола подкожно в качестве корректирующего агента.

Материал и методы исследования

Исследование было проведено на 144 самцах белых крыс (72 инфантильные крысы-самцы с исходной массой тела 70-75 г и 72 ювенильные крысы-самцы с исходной массой тела 130-140 г). Обе возрастные группы были распределены на 3 группы по 6 животных в каждой. Группа 1 включала интактных животных, находившихся на стандартной диете вивария. В группе 2 животные получали кофеин-бензоат натрия внутрижелудочно в дозировке 120 мг/кг/сутки. Животным группы 3 на фоне воздействия кофеина в дозировке, идентичной назначенной в группе 2, был назначен препарат мексидол в дозировке 50 мг/кг/сутки, рассчитанной предварительно [18; 19]. Препарат вводился подкожно по стандартной методике [20]. Сроки наблюдения составляли 7, 14, 30 и 90 суток после начала приема препаратов, по истечении которых животные обеих возрастных групп одновременно выводились из эксперимента путем передозировки анестезирующего средства и последующей декапитации, что также является стандартным методом [18]. После проводилась срединная лапаротомия, селезенка мобилизировалась и выделялась внебрюшинно. После отделения брюшины производилось отделение капсулы. Для гистологического исследования выделенную селезенку фиксировали в жидкости Буэна, промывали, обезвоживали в батарее спиртов восходящей концентрации с последующей заливкой материала в парафин. Гистологические срезы толщиной 4-6 мкм, полученные при помощи санного микротома ESM-150S (Япония), и мазки-отпечатки окрашивали гематоксилином и эозином. Готовые гистологические препараты исследовали и фотографировали, используя цитоморфологический комплекс, в состав которого входили микроскоп OLYMPUS СХ-41 и цифровая видеокамера OLYMPUS SP 500 UZ [12]. Цифровые микрофотографии получали при объективе Plan 10x/0.25∞/-/FN22. Гистоморфометрия производилась с помощью компьютерной программы для морфометрических исследований «Master of Morphology». Макромикроскопическое исследование производилось при помощи микроскопа МБС-10 и его калибровочной сетки. Исследовались максимальные гистологические срезы селезёнки на уровне ворот, на которых определялась общая площадь среза, абсолютная и относительная площади белой и красной пульпы селезёнки, а также площадь стромы [19]. Обработка данных производилась при помощи программного обеспечения MS Office Excel. Для каждой группы рассчитывались среднее значение и стандартная ошибка. Для сравнения между сроками наблюдения использовался t-критерий Стьюдента при уровне значимости p <0,05, что является стандартным статистическим методом [20; 21].

Результаты исследования и их обсуждение

У интактных инфантильных животных процентное соотношение белой пульпы к общей площади среза на 7-е сутки составило 19,48%, к 14-м суткам – 19,62%, на 30-е сутки – 19,97% и к 90-м суткам изменялось до 20,28%. Процентное соотношение красной пульпы к общей площади гистологического среза селезёнки имело значения от 78,09% до 77,11% с 7-х по 90-е сутки.

Площадь красной пульпы селезёнки данной группы на гистологическом срезе за период с 7-х по 90-е сутки эксперимента выросла с 5,78±0,10 мм2 до 8,13±0,13 мм2, что соответствует данным, ранее полученными авторами [22].

У интактных ювенильных животных процентное соотношение белой пульпы к общей площади среза на 7-е сутки составляло 22,18%, на 14-е сутки – 23,12%, на 30-е сутки имело значение 24,11%, и к 90-м суткам изменялось до 25,24%. Это свидетельствует о возрастных изменениях белой пульпы к 90-му дню наблюдения за ювенильными животными. Процентное соотношение красной пульпы от общей площади гистологического среза селезёнки имело значения на 7-е сутки – 74,84%, на 14-е сутки – 74,16%. К 30-м суткам исследования данный показатель был равен 73,11%, а к 90-м суткам он составлял 71,98%. Граница между белой и красной пульпой хорошо выражена. За период наблюдения с 7-х по 90-е сутки площадь красной пульпы селезёнки контрольных ювенильных крыс на гистологическом срезе выросла с 8,09±0,14 мм2 до 9,94±0,18 мм2, что подтверждается данными других авторов [21].

У животных инфантильного возраста, получавших кофеин, на гистологических препаратах селезёнки возрастало процентное соотношение белой пульпы к общей площади препарата, с 22,85% до 25,11% с 7-х по 30-е сутки эксперимента соответственно. При этом данный показатель превышал контрольные значения на 17,29%, 20,64% и 25,72% на 7, 14 и 30-е сутки эксперимента. В то же время процентное соотношение красной пульпы к общей площади среза составляло 74,41% к 7-м суткам и 77,11% к 90-м суткам, демонстрируя показатели меньше, чем в группе контрольных животных, на 4,72%, 5,84%, 7,41% и 5,82% во все сроки эксперимента. На фоне у животных инфантильного возраста с избыточным потреблением кофеина на срезе площадь красной пульпы селезёнки уменьшалась во все сроки эксперимента на 14,89%, 18,27%, 20,66% и 16,05%, что согласуется с данными, ранее полученными авторами [18].

У ювенильных животных, получавших кофеин, процентное соотношение белой пульпы к общей площади препарата селезёнки возрастало с 7-х по 90-е сутки эксперимента с 9 10 7 2 12 12 23,62% до 30,39%. При этом данный показатель был выше контрольных значений на 10,99%, 16,21% и 20,39% с 14-х по 90-е сутки эксперимента. Процентное соотношение красной пульпы к общей площади среза составляло 73,17% к 7-м суткам и 66,25% к 90-м суткам, демонстрируя показатели меньше, чем в группе контрольных животных, на 2,23%, 3,82%, 5,89% и 7,96% во все сроки эксперимента. У 2-й группы крыс ювенильного возраста на срезе площадь красной пульпы селезёнки снижалась на 5,82%, 9,88%, 14,92% и 19,83%, что согласуется с ранее полученными авторами данными [22].

У инфантильных крыс, получавших кофеин и мексидол, соотношение площади белой пульпы к общей площади препарата в процентах на срезах селезёнки уменьшалось с 7-х по 90-е сутки эксперимента с 22,58% до 21,34%. При этом данный показатель был выше контрольных значений на 15,88%, 12,09%, и 9,76% на 7, 14 и 30-е сутки эксперимента, что согласуется с данными, полученными в сторонних исследованиях [23]. В то же время по сравнению с группой кофеина он был ниже на 7,08%, 12,70% и 12,04% на 14, 30 и 90-е сутки. Что касается красной пульпы, то процентное соотношение ее к общей площади среза составляло 74,71% к 7-м суткам и 75,90% к 90-м суткам, демонстрируя показатели ниже, чем в группе контроля на 4,33%, 3,41% и 2,82% на 7, 14, и 30-е сутки. Показатели группы кофеина данный параметр превышал на 2,59%, 4,96% и 4,51%, начиная с 14-х суток эксперимента.

При воздействии мексидолом у крыс инфантильного возраста площадь красной пульпы селезёнки увеличивалась на 7,99%, 14,74% и 13,79% с 14-х по 90-е сутки эксперимента по сравнению со 2-й группой.

Процентное соотношение белой пульпы к общей площади препарата у крыс ювенильного возраста, которые получали кофеин и мексидол, на гистологических препаратах селезёнки увеличивалось во все сроки эксперимента с 23,61% до 27,64%. При этом данный показатель был выше контрольных значений на 6,45%, 7,01%, 8,25% и 9,50% на всех сроках эксперимента. В то же время по сравнению с группой кофеина он был ниже на 6,85% и 9,04% на 30-е и 90-е сутки. Что касается красной пульпы, то процентное соотношение ее к общей площади среза составляло 73,19% к 7-м суткам и 69,31% к 90-м суткам, демонстрируя показатели ниже, чем в группе контроля, на 2,21%, 2,44%, 2,96% и 3,71% на 7, 14, 30 и 90-е сутки, что подтверждается данными, полученными авторами ранее [2]. Показатели группы кофеина данный параметр превышал на 3,12% и 4,62% на 30-е и 90-е сутки.

При воздействии мексидола площадь красной пульпы селезёнки ювенильных крыс была выше, чем во 2-й группе, на 3,32%, 3,53% и 12,88% с 14-х суток эксперимента, что соответствует ранее полученным авторами данным [22].

На макромикроскопическом уровне структурной организации селезёнки избыточное употребление кофеина у инфантильных животных сопровождалось уменьшением общей площади сечения органа с 7-х по 90-е сутки эксперимента на 10,71%, 13,22%, 14,35% и 10,97%, а у ювенильных крыс с 14-х по 90-е сутки – на 6,35%, 10,71% и 12,96% (рис. 1, 2), что соответствует данным, полученным иными авторами [23].

При этом процентное соотношение площади красной пульпы с 7-х по 90-е сутки эксперимента у инфантильных животных было меньше контроля на 4,72%, 5,84%, 7,41% и 5,82%, а у ювенильных крыс – на 2,23%, 3,82%, 5,89% и 7,96%. Однако соотношение относительной площади белой пульпы у инфантильных животных с 7-х по 90-е сутки эксперимента превышало контрольные значения на 17,29%, 20,64%, 25,72% и 19,60%, а у ювенильных крыс с 14-х по 90-е сутки – на 10,99%, 16,21% и 20,39%.

Следовательно, и на макромикроскопическом уровне структурной организации селезёнки отклонения, выявленные у инфантильных животных, максимально проявлялись к 30-м суткам эксперимента, а у ювенильных крыс нарастали с увеличением сроков эксперимента.

Рис. 1. Динамика изменения показателей площади селезёнки крыс инфантильного возраста, избыточно употреблявших кофеин, по срокам наблюдения (показатели даны в % по отношению к контрольной группе)

Примечание. На этом и последующих рисунках: White – площадь белой пульпы, Red – площадь красной пульпы, Stroma – площадь стромы, Squ_all – общая площадь; * - статистически значимые отличия по сравнению с показателями интактных животных, p<0,05.

Источник: составлено авторами.

Рис. 2. Динамика изменения показателей площади селезёнки крыс ювенильного возраста, избыточно употреблявших кофеин, по срокам наблюдения (показатели даны в % по отношению к контрольной группе)

Источник: составлено авторами.

Таким образом, избыточное употребление кофеина на органном и макромикроскопическом уровнях структурной организации селезенки сопровождается явлениями гипотрофии органа при одновременном повышении функциональной активности белой пульпы. У инфантильных животных максимальные проявления регистрируются к 30-м суткам эксперимента, когда объём селезенки и ее площадь на срезе на уровне ворот были меньше контрольных значений на 32,04% и 14,35%, а относительная площадь белой пульпы возрастала на 25,72%. У ювенильных животных максимальные проявления регистрировались к 90-м суткам эксперимента, что для аналогичных показателей составило соответственно 27,80%, 12,96% и 20,39%, что подтверждается данными, ранее полученными другими авторами [23].

Выявленные изменения морфологии селезёнки у лабораторных животных при потреблении кофеина в избыточной дозе требуют поиска путей их коррекции, оптимально в данном случае фармакологической.

На макромикроскопическом уровне структурной организации селезёнки введение мексидола на фоне избыточного употребления кофеина сопровождалось увеличением общей площади сечения органа у инфантильных крыс с 14-х по 90-е сутки эксперимента на 5,28%, 9,44% и 9,00%, а у ювенильных крыс к 30-м и 90-м суткам – на 5,35% и 7,88%, что согласуется с данными, ранее представленными иными авторами [24].

При этом процентное соотношение площади красной пульпы с 14-х по 90-е сутки эксперимента у инфантильных животных было больше значений группы без коррекции на 2,59%, 4,96% и 4,51%, а у ювенильных крыс к 30-м и 90-м суткам – на 3,12% и 4,62%. Однако соотношение относительной площади белой пульпы у инфантильных животных с 14-х по 90-е сутки эксперимента было меньше значений группы без коррекции на 7,08%, 12,70% и 12,04%, а у ювенильных крыс к 30-м и 90-м суткам – на 6,85% и 9,04%, что соответствует данным, полученным авторами ранее, и данным сторонних исследований [23-25].

Следовательно, и на органном, и на макромикроскопическом уровнях структурной организации селезёнки введение мексидола на фоне избыточного употребления кофеина у инфантильных животных оказывало корригирующее влияние с 14-х суток, а у ювенильных крыс – с 30-х суток эксперимента. У инфантильных животных выявленные отклонения максимально проявлялись к 30-м суткам эксперимента, а у ювенильных крыс – к 90-м суткам эксперимента (рис. 3, 4), что согласуется с данными сторонних исследований [26].

Рис. 3. Динамика изменения показателей площади селезёнки крыс инфантильного возраста, получавших мексидол на фоне избыточного употребления кофеина (показатели даны в % по отношению к группе животных, избыточно употреблявших кофеин)

Примечание: # - статистически значимые отличия по сравнению с показателями животных, получавших кофеин, p<0,05.

Источник: составлено авторами.

Рис. 4. Динамика изменения показателей площади селезёнки крыс ювенильного возраста, получавших мексидол на фоне избыточного употребления кофеина (в % по отношению к группе без коррекции)

Источник: составлено авторами.

Таким образом, на органном и макромикроскопическом уровнях структурной организации селезёнки введение мексидола на фоне избыточного употребления кофеина у инфантильных животных оказывало корригирующее влияние с 14-х суток, а у ювенильных крыс – с 30-х суток эксперимента, что согласуется с данными сторонних исследований [23; 24]. У инфантильных животных максимальные проявления регистрируются к 30-м суткам эксперимента, когда объём селезенки и ее площадь на срезе на уровне ворот были больше значений группы без коррекции на 33,73% и 9,44%, а относительная площадь белой пульпы уменьшалась на 12,70% [23]. У ювенильных животных максимальные проявления регистрировались к 90-м суткам эксперимента, что для аналогичных показателей составило соответственно 25,94%, 7,88% и 9,04%.

Заключение

Избыточное употребление кофеина оказывает выраженное негативное воздействие как на микроскопическое, так и макромикроскопическое строение селезенки, выражающееся в увеличении количества белой пульпы при сопутствующем уменьшении количества красной пульпы и развитии гипотрофических явлений.

Среди множества препаратов с антиоксидантной активностью мексидол занимает особое место за счет его свойств в отношении влияния на биологические мембраны и энергопроцессы внутри клеток. Гипотрофические изменения в селезёнке белых крыс-самцов на фоне избыточного потребления кофеина могут быть вызваны снижением кровотока в органе за счёт влияния кофеина на кровеносные сосуды селезенки. Таким образом, мексидол потенциально может выступить в роли корректора, оптимизируя микроциркуляцию и питание клеточных мембран в селезенке.