Обґрунтування профілактики поршень у кістковій та травній системах щурів при гіпотиреозі
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
ISSN
E-ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 091 Біологія – Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Одеса, 2023.
Дисертаційна робота присвячена експериментальному дослідженню механізмів розвитку порушень у кістковій тканині та травному тракті лабораторних щурів при тиреоїдній недостаності, а також обґрунтуванню профілактики встановлених порушень за допомогою комплексу вітамінів, макро- та мікроелементів.
Для досягнення мети і реалізації завдань дослідження було проведено три серії експериментів на лабораторних щурах. Під час досліджень тварини знаходилися на постійному харчовому та питному режимі віварію ОНУ імені І. І. Мечникова згідно правил утримання експериментальних тварин встановлених Директивою Європейського парламенту та Ради (2010/63/EU) та наказом Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України від 01.03.2012 р. № 249 [93].
На першому етапі на експериментальній моделі гіпотиреозу, яку створили за допомогою щоденного перорального введення мерказолілу у дозі 50 мг/кг впродовж 51 доби, проведено визначення морфометричних та біохімічних показників кісткової тканини, досліджено показники запалення, антиоксидантно-прооксидантного стану, контамінації умовно-патогенними бактеріями, антимікробного фактору у порожнині рота, печінці, сироватці крові та слизовій оболонці тонкої кишки, а також визначено ступінь всмоктування кальцію у тонкій кишці.
За результатами першого етапу роботи встановлено, що дефіцит тиреоїдних гормонів сприяв суттєвому збільшенню атрофії альвеолярного відростку щелеп на тлі незначного збільшення мінералізації стегнових кісток та хребців щурів. Посилену резорбцію кістковій тканини щелеп щурів з гіпотиреозом підтвердив біохімічний аналіз, який показав суттєве збільшення у кістковій тканині альвеолярних відростків маркерів остеорезорбції –активності еластази та кислої фосфатази.
Експериментальний гіпотиреоз сприяв розвитку запалення, інтенсифікації перекисного окиснення ліпідів, посиленій контамінації умовно-патогенними бактеріями на тлі зниження антиоксидантного та антимікробного захисту у порожнині рота, слизовій оболонці тонкої кишки, печінці та сироватці крові тварин. Також показано зменшення всмоктування кальцію в тонкій кишці та зниження цього елементу у сироватці крові щурів з гіпотиреозом, що, ймовірно, є результатом розвитку запальних процесів та дисбіозу у слизовій оболонці тонкої кишки.
За результатами першої серії експерименту зроблено припущення, що гальмування всмоктування кальцію та його дефіцит у крові тварин з гіпотиреозом викликає активацію паратгормону, якій запускає резорбцію кісткової тканини з метою забезпечення належного рівня кальцію в крові для нормального функціонування фізіологічних процесів. Тому тривала неповноцінна абсорбція кальцію у слизовій оболонці тонкої кишки при гіпотиреозі відбилася на стані кісткової тканини із зсувом процесів ремоделювання у бік резорбції, що і було доведено на альвеолярній кістці щелеп щурів з гіпотиреозом.
Отримані результати першого дослідження дають підставу для подальшого обґрунтування та розробки лікувально-профілактичних заходів з метою корекції порушень у кістковій та травній системах тварин за розвитку гіпотиреозу.
Тому другий етап роботи присвячено експериментальному дослідженню ефективності профілактики порушень у кістковій та травній системі щурів при гіпотиреозі за допомогою комплексу вітамінів, макро- та мікроелементів. Враховуючи теоретично обґрунтовані потреби у есенціальних сполуках при гіпотиреозі для профілактичного комплексу нами обрано кальцій, магній, вітаміни Р (кверцетин), D, С, мікроелементи селeн, мідь, марганець (далі – мінерально-вітамінний комплекс на основі цитрату кальцію). Кількісні характеристики складових розробленого нами комплексу для профілактики порушень у кістковій тканині та травному тракті підтверджені Cвідоцтвом про реєстрацію авторського права на твір № 111997 від 21.02.2022 р. Ефективність застосування запропонованого нами комплексу вітамінів та мінералів досліджували на лабораторних щурах з моделлю гіпотиреозу протягом 51 доби. Профілактичний комплекс вводили перорально щоденно у дозі 500 мг/кг, ефективність якого оцінювали за біохімічними маркерами резорбції та остеогенезу кісткової тканини альвеолярного відростку щелеп, показниками запалення, антиоксидантно-прооксидантного стану, контамінації умовно-патогенними бактеріями, антимікробним фактором у порожнині рота, слизових оболонках шлунку, тонкої та товстої кишки, печінці та сироватці крові.
Введення мерказолілу впродовж 51 доби сприяло збільшенню органного індексу щитоподібної залози на 112,3%, що вказує на формування гіпотиреозу. У щурів, які отримували комплекс вітамінів і мінералів на фоні мерказолілу, органний індекс щитоподібної залози відповідав індексу інтактних тварин.
Підтверджені дані, а також отримані нові результати щодо механізму розвитку порушень у кістковій та травній системах лабораторних щурів при гіпотиреозі. Так, дефіцит гормонів щитоподібної залози викликав зниження рівня кальцію та активацію процесів деструкції як мінерального (активність кислої фосфатази), так і органічного компоненту (активність еластази) кісткової тканини щелеп тварин. Крім того, в кістковій тканині щелеп щурів з гіпотиреозом зареєстровано інтенсифікацію перекисного окиснення ліпідів (вміст малонового діальдегіду (МДА)) на тлі активації антиоксидантного захисту (активність глутатіонредуктази і каталази).
Моделювання гіпотиреозу у щурів індукувало розвиток запалення, інтенсифікацію перекисного окиснення ліпідів, посилену контамінацію умовно-патогенними бактеріями у слизових оболонках травного тракту (порожнині рота, шлунку, тонкої та товстої кишці), печінці та сироватці крові тварин. Цей висновок зробили завдяки реєстрації зростання маркерів запалення (активності еластази та кислої фосфатази), вмісту МДА, активності уреази у різних відділах травного тракту. Активація запалення, ПОЛ та посилення мікробного обсіменіння відбувалося на фоні зниження антиоксидантного (активності каталази) та антимікробного (активність лізоциму) захисту тканин травного тракту щурів з гіпотиреозом.
Профілактичне застосування вітамінно-мінерального комплексу загалом справляло позитивну дію щодо нормалізації досліджуваних показників в ротової порожнині, слизових оболонках шлунка, різних відділів кишечника, печінці, сироватці крові, а також у кістковій тканині тварин з модельованим гіпотиреозом.
За результатами наших досліджень запропонований комплекс вітамінів та мінералів в умовах гіпотиреозу показав виражену антиоксидантну, протизапальну та антидисбіотичну ефективність в тканинах ясен та слизових оболонках шлунково-кишкового тракту, печінці та сироватці крові. Завдяки цьому нормалізувався ступінь всмоктування кальцію у тонкій кишці, вдалося подолати його дефіцит у крові та зменшити деструктивні та оксидативні процеси у кістковій тканині тварин з гіпотиреозом. Тому можемо вважати, що профілактичне застосування комплексу вітамінів та мінералів було ефективним, та призводило до нормалізації функціонального стану кісткової тканини та шлунково-кишкового тракту щурів з експериментальним гіпотиреозом.
На першому та другому етапі дослідження не було встановлено суттєвих змін морфометричних показників стану хребців та стегнових кісток. Це, на нашу думку, пов’язано, з коротким терміном відтворення гіпотиреозу у щурів. Оскільки повний цикл ремоделювання кістковій тканин у щурів складає, у середньому, 40 днів [131] видимі зміни у структурі кісткової тканини можна зареєструвати тільки через три цикли ремоделювання, тобто через 4 місяці.
У зв’язку з цим метою заключного, третього, етапу роботи стало дослідження ефективності профілактики порушень у кістковій та травній системах щурів при гіпотиреозі за допомогою запропонованого комплексу вітамінів та мінералів на тлі тривалого моделювання патології. Для цього обрали модель формування гіпотиреозу, яку створювали за допомогою щоденного введення 1 % розчину перхлорату калію з питною водою протягом 4 місяців. Для встановлення гендерної різниці порушень як при гіпотиреозі, так і при проведенні профілактики, були обрані тварини різних статей: щури були представлені самками та самцями.
Профілактичний комплекс вводили щурам у дозі 500 мг/кг, одночасно із додаванням перхлорату калію для моделювання гіпотиреозу. Ефективність мінерально-вітамінного комплексу на основі цитрату кальцію визначали за морфометричними показниками хребців, стегнових кісток та альвеолярного відростку щелеп, а також біохімічними маркерами резорбції та остеогенезу кісткової тканини альвеолярного відростку щелеп, показниками запалення, антиоксидантно-прооксидантного стану, контамінації умовно-патогенними бактеріями, антимікробного фактора у слизових оболонках порожнини рота шлунка, тонкої та товстої кишки та сироватці крові.
Моделювання гіпотиреозу за допомогою тривалого введення перхлорату калію викликало розвиток дистрофічних процесів у поперекових хребцях та стегнових кістках щурів. Спостерігали зниження щільності стегнової кістки, що відбувалося завдяки зменшенню вмісту мінерального компоненту кісткової тканини. Тривале введення щурам перхлорату калію також призвело до підвищення атрофії альвеолярного відростку щелеп. Біохімічний аналіз щелеп тварин встановив суттєві порушення метаболізму в кістковій тканини щелеп тварин при гіпотиреозі: спостерігали підвищення активності маркерів резорбції (активності еластази та кислої фосфатази) на тлі зниження активності показника остеогенезу (лужної фосфатази). Моделювання гіпотиреозу викликало оксидативний стрес у кістковій тканині щелеп щурів: активність супероксиддисмутази і глутатіонредуктази підвищувалися, а каталази, навпаки, знижувалася. Внаслідок цього в кістковій тканині щелеп при гіпотиреозі нагромаджувалась значна кількість токсичного МДА. Важливо підкреслити, що патологічні зміни у кістковій тканині щелеп тварин при гіпотиреозі більш значно були виражені у самців.
Використання мінерально-вітамінного комплексу, що містить цитрат кальцію, вітаміни, мінерали та кверцетин, в умовах тиреоїдної недостатності ефективно попереджувало зменшення щільності стегнових кісток щурів, а також суттєво збільшило щільність поперекових хребців, гальмувало атрофію альвеолярного відростку завдяки нормалізації показників остеогенезу, резорбції та активності маркерів антиоксидантно-прооксидантного стану кісткової тканини. Необхідно зазначити, що остеотропна дія профілактичного комплексу помітніше була виражена у кістках самців з гіпотиреозом.
За результатами дослідження встановлено, що змодельований гіпотиреоз шляхом тривалого введення перхлорату калію сформував розвиток запалення, посилення мікробного обсемінення та перекисного окиснення ліпідів на тлі суттєвого зниження антимікробного та антиоксидантного захисту у слизових оболонках порожнини рота, шлунка, тонкої та товстої кишки. Профілактичне застосування комплексу з цитратом кальцію раковин устриць, вітамінів та мінералів в умовах гіпотиреозу, який індуковано перхлоратом калію, була дуже ефективною і чинило антиоксидантну, протизапальну та антидисбіотичну дію у слизових оболонках травного тракту та сироватці крові, завдяки чому, на наш погляд, вдалося зменшити деструктивні та оксидативні процеси у кісткової тканині тварин з гіпотиреозом та зберегти стан хребців, стегнових кісток та щелеп.
Dissertation for obtaining the scientific degree of Candidate of Biological Sciences (Doctor of Philosophy) in the specialty 091 Biology - Odesa National University named after I. I. Mechnikov, Odesa, 2023. The dissertation is devoted to the experimental study of the mechanisms of development of disorders in the bone tissue and digestive tract of laboratory rats with thyroid insufficiency, as well as the justification of the prevention of established disorders using a complex of vitamins, macro- and microelements. To achieve the goal and implement the research objectives, three series of experiments were conducted on laboratory rats. During the research, the animals were on a constant food and drink regime of the vivarium of the I. I. Mechnikov National University of Ukraine in accordance with the rules for keeping experimental animals established by the Directive of the European Parliament and the Council (2010/63/EU) and the order of the Ministry of Education and Science, Youth and Sports of Ukraine dated 01.03. 2012 No. 249 [93]. At the first stage, on the experimental model of hypothyroidism, which was created with the help of daily oral administration of mercazolil at a dose of 50 mg/kg for 51 days, the morphometric and biochemical indicators of bone tissue were determined, the indicators of inflammation, antioxidant-prooxidant status, contamination with opportunistic bacteria were investigated, antimicrobial factor in the oral cavity, liver, blood serum and mucous membrane of the small intestine, as well as the degree of absorption of calcium in the small intestine. According to the results of the first stage of the work, it was established that the deficiency of thyroid hormones contributed to a significant increase in the atrophy of the alveolar process of the jaws against the background of a slight increase in the mineralization of the femurs and vertebrae of rats. Enhanced resorption of the bone tissue of the jaws of rats with hypothyroidism was confirmed by biochemical analysis, which showed a significant increase in the bone tissue of the alveolar processes of markers of osteoresorption - the activity of elastase and acid phosphatase. Experimental hypothyroidism contributed to the development of inflammation, intensification of lipid peroxidation, increased contamination with opportunistic bacteria against the background of a decrease in antioxidant and antimicrobial protection in the oral cavity, mucous membrane of the small intestine, liver, and blood serum of animals. Also shown is a decrease in the absorption of calcium in the small intestine and a decrease in this element in the blood serum of rats with hypothyroidism, which is probably the result of the development of inflammatory processes and dysbiosis in the mucous membrane of the small intestine. According to the results of the first series of experiments, it is assumed that the inhibition of calcium absorption and its deficiency in the blood of animals with hypothyroidism causes the activation of parathyroid hormone, which triggers the resorption of bone tissue in order to ensure the proper level of calcium in the blood for the normal functioning of physiological processes. Therefore, long-term inadequate absorption of calcium in the mucous membrane of the small intestine during hypothyroidism affected the state of bone tissue with a shift of remodeling processes towards resorption, which was proven in the alveolar bone of the jaws of rats with hypothyroidism. The obtained results of the first study provide a basis for further substantiation and development of therapeutic and preventive measures aimed at correcting disorders in the bone and digestive systems of animals with the development of hypothyroidism. Therefore, the second stage of the work is devoted to the experimental study of the effectiveness of prevention of disorders in the bone and digestive system of rats with hypothyroidism using a complex of vitamins, macro- and microelements. Taking into account the theoretically justified needs for essential compounds in hypothyroidism, we have chosen calcium, magnesium, vitamins P (quercetin), D, C, microelements selenium, copper, manganese for the preventive complex (hereinafter referred to as a mineral-vitamin complex based on calcium citrate). Quantitative characteristics of the components of the complex developed by us for the prevention of disorders in bone tissue and the digestive tract are confirmed by the Certificate of Copyright Registration for the work No. 111997 dated 21.02.2022. The effectiveness of the use of the complex of vitamins and minerals proposed by us was studied on laboratory rats with a model of hypothyroidism for 51 days. The prophylactic complex was administered orally daily in a dose of 500 mg/kg, the effectiveness of which was assessed by biochemical markers of resorption and osteogenesis of bone tissue of the alveolar process of the jaws, indicators of inflammation, antioxidant-prooxidant status, contamination with opportunistic bacteria, antimicrobial factor in the oral cavity, mucous membranes of the stomach , small and large intestine, liver and blood serum. Administration of mercazolil for 51 days contributed to an increase in the organ index of the thyroid gland by 112.3%, which indicates the formation of hypothyroidism. In rats that received a complex of vitamins and minerals against the background of mercazolil, the organ index of the thyroid gland corresponded to the index of intact animals. Confirmed data, as well as obtained new results regarding the mechanism of development of disorders in bone and digestive systems of laboratory rats with hypothyroidism. Thus, the deficiency of thyroid hormones caused a decrease in the level of calcium and the activation of the processes of destruction of both the mineral (acid phosphatase activity) and the organic component (elastase activity) of the bone tissue of animal jaws. In addition, in the bone tissue of the jaws of rats with hypothyroidism, an intensification of lipid peroxidation (content of malondialdehyde (MDA)) against the background of activation of antioxidant protection (activity of glutathione reductase and catalase) was registered. Modeling of hypothyroidism in rats induced the development of inflammation, intensification of lipid peroxidation, increased contamination with opportunistic bacteria in the mucous membranes of the digestive tract (mouth cavity, stomach, small and large intestine), liver and blood serum of animals. This conclusion was made due to the registration of the growth of inflammatory markers (elastase and acid phosphatase activity), MDA content, and urease activity in different parts of the digestive tract. Activation of inflammation, LPO and increased microbial insemination occurred against the background of a decrease in antioxidant (catalase activity) and antimicrobial (lysozyme activity) protection of tissues of the digestive tract of rats with hypothyroidism. Prophylactic use of the vitamin-mineral complex generally had a positive effect on the normalization of the studied indicators in the oral cavity, gastric mucosa, various parts of the intestine, liver, blood serum, and also in the bone tissue of animals with simulated hypothyroidism. According to the results of our research, the proposed complex of vitamins and minerals in conditions of hypothyroidism showed pronounced antioxidant, anti-inflammatory and anti-dysbiotic effectiveness in gum tissues and mucous membranes of the gastrointestinal tract, liver and blood serum. Thanks to this, the degree of absorption of calcium in the small intestine was normalized, it was possible to overcome its deficiency in the blood and reduce destructive and oxidative processes in the bone tissue of animals with hypothyroidism. Therefore, we can assume that the prophylactic use of a complex of vitamins and minerals was effective and led to the normalization of the functional state of bone tissue and the gastrointestinal tract of rats with experimental hypothyroidism. At the first and second stages of the study, no significant changes in the morphometric indicators of the condition of the vertebrae and femurs were established. This, in our opinion, is connected with the short period of reproduction of hypothyroidism in rats. Since the complete cycle of bone tissue remodeling in rats is, on average, 40 days [131], visible changes in the structure of bone tissue can be registered only after three remodeling cycles, that is, after 4 months. In this regard, the goal of the final, third stage of the work was to investigate the effectiveness of prevention of disorders in the bone and digestive systems of rats with hypothyroidism using the proposed complex of vitamins and minerals against the background of long-term modeling of the pathology. For this purpose, a hypothyroidism formation model was chosen, which was created by daily administration of 1% potassium perchlorate solution with drinking water for 4 months. In order to establish gender differences in both hypothyroidism and prevention, animals of different sexes were selected: rats were represented by females and males. The prophylactic complex was administered to rats at a dose of 500 mg/kg, simultaneously with the addition of potassium perchlorate to simulate hypothyroidism. The effectiveness of the mineral-vitamin complex based on calcium citrate was determined by morphometric indicators of the vertebrae, femurs and alveolar process of the jaws, as well as biochemical markers of resorption and osteogenesis of bone tissue of the alveolar process of the jaws, indicators of inflammation, antioxidant-prooxidant state, contamination with opportunistic pathogenic bacteria, antimicrobial factor in the mucous membranes of the oral cavity of the stomach, small and large intestine and blood serum. Modeling of hypothyroidism with the help of long-term administration of potassium perchlorate caused the development of dystrophic processes in the lumbar vertebrae and femurs of rats. A decrease in the density of the femur bone was observed, which occurred due to a decrease in the content of the mineral component of bone tissue. Long-term administration of potassium perchlorate to rats also resulted in increased atrophy of the alveolar process of the jaws. Biochemical analysis of animal jaws established significant metabolic disorders in the bone tissue of animal jaws with hypothyroidism: an increase in the activity of resorption markers (elastase and acid phosphatase activity) was observed against the background of a decrease in the activity of the osteogenesis indicator (alkaline phosphatase). Simulation of hypothyroidism caused oxidative stress in the bone tissue of the jaws of rats: the activity of superoxide dismutase and glutathione reductase increased, and catalase, on the contrary, decreased. As a result, a significant amount of toxic MDA accumulated in the bone tissue of the jaws during hypothyroidism. It is important to emphasize that pathological changes in the bone tissue of the jaws of animals with hypothyroidism were more significantly expressed in males. The use of a mineral-vitamin complex containing calcium citrate, vitamins, minerals and quercetin in conditions of thyroid insufficiency effectively prevented a decrease in the density of the femurs of rats, and also significantly increased the density of the lumbar vertebrae, inhibited the atrophy of the alveolar process due to the normalization of the indicators of osteogenesis, resorption and activity of markers antioxidant-prooxidant state of bone tissue. It should be noted that the osteotropic effect of the prophylactic complex was more pronounced in the bones of males with hypothyroidism. According to the results of the study, it was established that simulated hypothyroidism by long-term administration of potassium perchlorate formed the development of inflammation, increased microbial insemination and lipid peroxidation against the background of a significant decrease in antimicrobial and antioxidant protection in the mucous membranes of the oral cavity, stomach, small and large intestine. Prophylactic use of a complex with calcium citrate of oyster shells, vitamins and minerals in conditions of hypothyroidism, which was induced by potassium perchlorate, was very effective and had an antioxidant, anti-inflammatory and anti-dysbiotic effect in the mucous membranes of the digestive tract and blood serum, thanks to which, in our opinion, it was possible to reduce destructive and oxidative processes in the bone tissue of animals with hypothyroidism and preserve the condition of vertebrae, femurs and jaws.
Dissertation for obtaining the scientific degree of Candidate of Biological Sciences (Doctor of Philosophy) in the specialty 091 Biology - Odesa National University named after I. I. Mechnikov, Odesa, 2023. The dissertation is devoted to the experimental study of the mechanisms of development of disorders in the bone tissue and digestive tract of laboratory rats with thyroid insufficiency, as well as the justification of the prevention of established disorders using a complex of vitamins, macro- and microelements. To achieve the goal and implement the research objectives, three series of experiments were conducted on laboratory rats. During the research, the animals were on a constant food and drink regime of the vivarium of the I. I. Mechnikov National University of Ukraine in accordance with the rules for keeping experimental animals established by the Directive of the European Parliament and the Council (2010/63/EU) and the order of the Ministry of Education and Science, Youth and Sports of Ukraine dated 01.03. 2012 No. 249 [93]. At the first stage, on the experimental model of hypothyroidism, which was created with the help of daily oral administration of mercazolil at a dose of 50 mg/kg for 51 days, the morphometric and biochemical indicators of bone tissue were determined, the indicators of inflammation, antioxidant-prooxidant status, contamination with opportunistic bacteria were investigated, antimicrobial factor in the oral cavity, liver, blood serum and mucous membrane of the small intestine, as well as the degree of absorption of calcium in the small intestine. According to the results of the first stage of the work, it was established that the deficiency of thyroid hormones contributed to a significant increase in the atrophy of the alveolar process of the jaws against the background of a slight increase in the mineralization of the femurs and vertebrae of rats. Enhanced resorption of the bone tissue of the jaws of rats with hypothyroidism was confirmed by biochemical analysis, which showed a significant increase in the bone tissue of the alveolar processes of markers of osteoresorption - the activity of elastase and acid phosphatase. Experimental hypothyroidism contributed to the development of inflammation, intensification of lipid peroxidation, increased contamination with opportunistic bacteria against the background of a decrease in antioxidant and antimicrobial protection in the oral cavity, mucous membrane of the small intestine, liver, and blood serum of animals. Also shown is a decrease in the absorption of calcium in the small intestine and a decrease in this element in the blood serum of rats with hypothyroidism, which is probably the result of the development of inflammatory processes and dysbiosis in the mucous membrane of the small intestine. According to the results of the first series of experiments, it is assumed that the inhibition of calcium absorption and its deficiency in the blood of animals with hypothyroidism causes the activation of parathyroid hormone, which triggers the resorption of bone tissue in order to ensure the proper level of calcium in the blood for the normal functioning of physiological processes. Therefore, long-term inadequate absorption of calcium in the mucous membrane of the small intestine during hypothyroidism affected the state of bone tissue with a shift of remodeling processes towards resorption, which was proven in the alveolar bone of the jaws of rats with hypothyroidism. The obtained results of the first study provide a basis for further substantiation and development of therapeutic and preventive measures aimed at correcting disorders in the bone and digestive systems of animals with the development of hypothyroidism. Therefore, the second stage of the work is devoted to the experimental study of the effectiveness of prevention of disorders in the bone and digestive system of rats with hypothyroidism using a complex of vitamins, macro- and microelements. Taking into account the theoretically justified needs for essential compounds in hypothyroidism, we have chosen calcium, magnesium, vitamins P (quercetin), D, C, microelements selenium, copper, manganese for the preventive complex (hereinafter referred to as a mineral-vitamin complex based on calcium citrate). Quantitative characteristics of the components of the complex developed by us for the prevention of disorders in bone tissue and the digestive tract are confirmed by the Certificate of Copyright Registration for the work No. 111997 dated 21.02.2022. The effectiveness of the use of the complex of vitamins and minerals proposed by us was studied on laboratory rats with a model of hypothyroidism for 51 days. The prophylactic complex was administered orally daily in a dose of 500 mg/kg, the effectiveness of which was assessed by biochemical markers of resorption and osteogenesis of bone tissue of the alveolar process of the jaws, indicators of inflammation, antioxidant-prooxidant status, contamination with opportunistic bacteria, antimicrobial factor in the oral cavity, mucous membranes of the stomach , small and large intestine, liver and blood serum. Administration of mercazolil for 51 days contributed to an increase in the organ index of the thyroid gland by 112.3%, which indicates the formation of hypothyroidism. In rats that received a complex of vitamins and minerals against the background of mercazolil, the organ index of the thyroid gland corresponded to the index of intact animals. Confirmed data, as well as obtained new results regarding the mechanism of development of disorders in bone and digestive systems of laboratory rats with hypothyroidism. Thus, the deficiency of thyroid hormones caused a decrease in the level of calcium and the activation of the processes of destruction of both the mineral (acid phosphatase activity) and the organic component (elastase activity) of the bone tissue of animal jaws. In addition, in the bone tissue of the jaws of rats with hypothyroidism, an intensification of lipid peroxidation (content of malondialdehyde (MDA)) against the background of activation of antioxidant protection (activity of glutathione reductase and catalase) was registered. Modeling of hypothyroidism in rats induced the development of inflammation, intensification of lipid peroxidation, increased contamination with opportunistic bacteria in the mucous membranes of the digestive tract (mouth cavity, stomach, small and large intestine), liver and blood serum of animals. This conclusion was made due to the registration of the growth of inflammatory markers (elastase and acid phosphatase activity), MDA content, and urease activity in different parts of the digestive tract. Activation of inflammation, LPO and increased microbial insemination occurred against the background of a decrease in antioxidant (catalase activity) and antimicrobial (lysozyme activity) protection of tissues of the digestive tract of rats with hypothyroidism. Prophylactic use of the vitamin-mineral complex generally had a positive effect on the normalization of the studied indicators in the oral cavity, gastric mucosa, various parts of the intestine, liver, blood serum, and also in the bone tissue of animals with simulated hypothyroidism. According to the results of our research, the proposed complex of vitamins and minerals in conditions of hypothyroidism showed pronounced antioxidant, anti-inflammatory and anti-dysbiotic effectiveness in gum tissues and mucous membranes of the gastrointestinal tract, liver and blood serum. Thanks to this, the degree of absorption of calcium in the small intestine was normalized, it was possible to overcome its deficiency in the blood and reduce destructive and oxidative processes in the bone tissue of animals with hypothyroidism. Therefore, we can assume that the prophylactic use of a complex of vitamins and minerals was effective and led to the normalization of the functional state of bone tissue and the gastrointestinal tract of rats with experimental hypothyroidism. At the first and second stages of the study, no significant changes in the morphometric indicators of the condition of the vertebrae and femurs were established. This, in our opinion, is connected with the short period of reproduction of hypothyroidism in rats. Since the complete cycle of bone tissue remodeling in rats is, on average, 40 days [131], visible changes in the structure of bone tissue can be registered only after three remodeling cycles, that is, after 4 months. In this regard, the goal of the final, third stage of the work was to investigate the effectiveness of prevention of disorders in the bone and digestive systems of rats with hypothyroidism using the proposed complex of vitamins and minerals against the background of long-term modeling of the pathology. For this purpose, a hypothyroidism formation model was chosen, which was created by daily administration of 1% potassium perchlorate solution with drinking water for 4 months. In order to establish gender differences in both hypothyroidism and prevention, animals of different sexes were selected: rats were represented by females and males. The prophylactic complex was administered to rats at a dose of 500 mg/kg, simultaneously with the addition of potassium perchlorate to simulate hypothyroidism. The effectiveness of the mineral-vitamin complex based on calcium citrate was determined by morphometric indicators of the vertebrae, femurs and alveolar process of the jaws, as well as biochemical markers of resorption and osteogenesis of bone tissue of the alveolar process of the jaws, indicators of inflammation, antioxidant-prooxidant state, contamination with opportunistic pathogenic bacteria, antimicrobial factor in the mucous membranes of the oral cavity of the stomach, small and large intestine and blood serum. Modeling of hypothyroidism with the help of long-term administration of potassium perchlorate caused the development of dystrophic processes in the lumbar vertebrae and femurs of rats. A decrease in the density of the femur bone was observed, which occurred due to a decrease in the content of the mineral component of bone tissue. Long-term administration of potassium perchlorate to rats also resulted in increased atrophy of the alveolar process of the jaws. Biochemical analysis of animal jaws established significant metabolic disorders in the bone tissue of animal jaws with hypothyroidism: an increase in the activity of resorption markers (elastase and acid phosphatase activity) was observed against the background of a decrease in the activity of the osteogenesis indicator (alkaline phosphatase). Simulation of hypothyroidism caused oxidative stress in the bone tissue of the jaws of rats: the activity of superoxide dismutase and glutathione reductase increased, and catalase, on the contrary, decreased. As a result, a significant amount of toxic MDA accumulated in the bone tissue of the jaws during hypothyroidism. It is important to emphasize that pathological changes in the bone tissue of the jaws of animals with hypothyroidism were more significantly expressed in males. The use of a mineral-vitamin complex containing calcium citrate, vitamins, minerals and quercetin in conditions of thyroid insufficiency effectively prevented a decrease in the density of the femurs of rats, and also significantly increased the density of the lumbar vertebrae, inhibited the atrophy of the alveolar process due to the normalization of the indicators of osteogenesis, resorption and activity of markers antioxidant-prooxidant state of bone tissue. It should be noted that the osteotropic effect of the prophylactic complex was more pronounced in the bones of males with hypothyroidism. According to the results of the study, it was established that simulated hypothyroidism by long-term administration of potassium perchlorate formed the development of inflammation, increased microbial insemination and lipid peroxidation against the background of a significant decrease in antimicrobial and antioxidant protection in the mucous membranes of the oral cavity, stomach, small and large intestine. Prophylactic use of a complex with calcium citrate of oyster shells, vitamins and minerals in conditions of hypothyroidism, which was induced by potassium perchlorate, was very effective and had an antioxidant, anti-inflammatory and anti-dysbiotic effect in the mucous membranes of the digestive tract and blood serum, thanks to which, in our opinion, it was possible to reduce destructive and oxidative processes in the bone tissue of animals with hypothyroidism and preserve the condition of vertebrae, femurs and jaws.
Опис
Ключові слова
щури, гіпотиреоз, мерказоліл, кістки, остеодистрофія, оксидативний стрес, травний тракт, запалення, дисбіоз, профілактика, цитрат кальцію, кверцетин, мінерали, вітаміни, rats, hypothyroidism, mercazolil, bones, osteodystrophy, oxidative stress, digestive tract, inflammation, dysbiosis, prevention, calcium citrate, quercetin, minerals, vitamins
Бібліографічний опис
Сакалюк О. В. Обґрунтування профілактики поршень у кістковій та травній системах щурів при гіпотиреозі : дис. … д-ра філос. : спец. 091 «Біологія» галузі 09 «Біологія» / О. В. Сакалюк ; Одес. нац. ун-т ім. І. І. Мечникова. – Одеса, 2023. – 164 с.