Сравнительный анализ эффективности действия эргогенных компонентов энергетических напитков (кофеина и экстракта горького апельсина) в сочетании с алкоголем

AbstractEstimation of ergogenic effects of caffeine and bitter orange exract combined with alcohol is presented in the article. Investigations were performed on 3 groups (8 animals in each group) of male Wistar rats aged 4 months. Animals in group 1 were treated orally for 7 days, the mixture comprising caffeine and alcohol (0,6 g of caffeine, 72 ml of ethanol, water to 1 liter) in an amount equivalent to 4,28 mg caffeine per kg of body weight. Animals in group 2 received a mixture containing bitter orange extract and alcohol (1 g bitter orange extract, 72 ml of ethanol, water to 1 liter) in an amount equivalent to 0,43 mg of synephrine per kg body weight. Animals in the control group received the same volume (7,1 ml/kg) 7,2% aqueous solution of ethanol. Group of animals consumed caffeine in mixture with alcohol and the control group exhibited a significant weight gain, while the body weight of animals treated with the extract of bitter orange didn’t significantly change. Using the methodology of the open field the effects of caffeine and bitter orange extract in combination with alcohol on the ratio of the active components of the orienting-exploratory behavior and passive-defensive behavior have been determined. Administration of mixture with caffeine increased locomotory activity by 164%, administration of bitter orange extract didn’t affect this performance. Introduction of caffeine containing mixture significantly reduced the level of situational anxiety, which was manifested in the reduction of time spent by the animal in the center of the arena. The effects of ergogenic components on the performance of static and dynamic muscle endurance have been investigated. Single administration of the mixture containing caffeine, after 30 min caused a significant increase in performance and, consequently, endurance of glycolytic muscle fibers measured using the «inverted grid» test. Animals from this group produced 186% more work compared with control animals. Acute administration of bitter orange extract did not cause significant changes in static endurance. At the same time after 7 days of its daily administration a slight increase in dynamic endurance (test «treadmill») has been determined, which was expressed in some increase in the amount of work done by animals fed bitter orange extract compared with the control group of animals. Death of 1 animal in the group consumed bitter orange exract mixture with alcochol indicates potential risks of synephrine consumation together with alcohol.

Keywords:energy drink, alcohol, caffeine, synephrine

Вопр. питания. - 2014. - № 1. - С. 61-66.

Энергетические напитки - группа напитков, которые характеризуются наличием ингредиентов, интенсифицирующих обмен веществ. Такие напитки используются для улучшения концентрации внимания, времени реакции, статической и динамической мышечной выносливости [8]. Большинство энергетических напитков содержат кофеин, таурин, L-карнитин, углеводы, глюкуронолактон, некоторые витамины, а также компоненты растительного происхождения. Наиболее распространенными растительными добавками являются экстракты женьшеня, горького апельсина и гуараны [6].

Содержание кофеина в напитках различных брендов составляет от 50 до 550 мг из расчета на банку или бутылку [9]. Кофеин является антагонистом аденозиновых рецепторов. Введение кофеина в организм вызывает изменение концентрации большого количества нейромедиаторов, включая серотонин, адреналин, дофамин и ацетилхолин.

В результате таких изменений субъективно уменьшаются болевые ощущения, усиливается восприятие, улучшаются моторные функции и процессы возбуждения-сокращения мышечных волокон.

Передозировка кофеина приводит к аномальной стимуляции нервной системы, что вызывает множество негативных процессов в сердечнососудистой и пищеварительной системах [2, 3, 9].

Это необходимо иметь в виду, поскольку введение в состав энергетических напитков таких кофеин-содержащих растительных компонентов, как экстракты гуараны, зеленого чая или орехов колы, значительно повышает фактическое содержание кофеина [11].

Экстракт горького апельсина - еще один растительный компонент, часто входящий в состав энергетических напитков. Основным активным веществом экстракта горького апельсина является синефрин, структурный аналог эпинефрина [7].

Синефрин является агонистом α 1 -адренорецептора. Введение синефрина в организм приводит к стимуляции выхода липидов из адипоцитов, чем объясняют эргогенный эффект экстракта горького апельсина. Кроме того, синефрин обеспечивает термогенный эффект, что способствует повышенному расходу энергии. Экстракт горького апельсина заменил эфедрин во многих добавках, способствующих снижению веса [12]. В литературе имеется ряд доказательств большей безопасности для здоровья синефрина по сравнению с эфедрином [12, 15], тем не менее некоторые авторы полагают, что побочные эффекты синефрина слишком опасны, чтобы допускать свободное применение экстракта горького апельсина в пищевой промышленности [7]. Этот экстракт вызывает увеличение уровня артериального давления и частоты сокращений сердечной мышцы. Существует вероятность усиления побочных эффектов синефрина при его использовании в сочетании с другими стимуляторами, что может негативно сказаться на работе сердечно-сосудистой системы [11].

Одной из популярных форм потребления энергетических напитков является их совместное потребление с алкогольными напитками. Ряд компаний производит слабоалкогольные энергетические напитки, в состав которых входит этанол [10].

В связи с этим целью настоящей работы было сравнительное изучение эргогенных эффектов применения кофеина и экстракта горького апельсина в сочетании с алкоголем.

Материал и методы

Исследования проводили на 3 группах самцов крыс Вистар в возрасте 4 мес (по 8 животных в каждой). Животные 1-й группы получали смесь, содержащую кофеин и алкоголь (0,6 г кофеина, 72 мл этанола, вода до 1 л) в объеме, эквивалентном 4,28 мг кофеина на кг массы тела. Животные 2-й группы получали смесь, содержащую экстракт горького апельсина и алкоголь (1 г экстракта горького апельсина, 72 мл этанола, вода до 1 л) в объеме, эквивалентном 0,43 мг синефрина на кг массы тела. Животные контрольной группы получали равный объем (7,1 мл/кг) 7,2% водного раствора этанола (эквивалентно поступлению 0,103 мл этанола на кг массы тела). Дозировки были рассчитаны исходя из среднего содержания данных компонентов в готовых энергетических напитках объемом 0,5 л, в состав которых входит этанол [10]. Смеси вводили желудочным зондом 1 раз в день в одно и то же время в соответствии с нормативными документами [1, 4] в течение 7 дней.

Для оценки двигательной и ориентировочноисследовательской активности крыс тестировали в "открытом поле" (ОП) [14]. ОП представляло круг диаметром 1 м, расчерченный на сектора с отверстием в центре каждого. Время тестирования составляло 4 мин. После острого введения тестируемых веществ животных помещали в центр ОП, после чего регистрировали латентный период выхода крысы из центра ОП, горизонтальную (по числу пересеченных линий), вертикальную (ориентировочную) двигательную активность, исследовательскую активность (по числу заглядываний в отверстия), число выходов в центр ОП, число реакций "замирания" (freezing), число груминговых реакций и актов дефекации.

Статическую выносливость экспериментальных животных исследовали с помощью теста "перевернутая сетка" [13]. Животных переносили на сетку 20×20 см с ячейками 0,5×2 см, находящуюся на высоте 40 см от рабочей поверхности. После 3 с адаптации сетку плавно переворачивали на 180°, животным предоставляли 3 попытки удержаться в перевернутом состоянии на сетке, после чего лучший результат заносили в протокол исследования. Эксперимент проводили после острого введения исследуемых веществ и после 7 дней ежедневного введения.

Исследование динамической выносливости экспериментальных животных осуществляли с помощью теста "беговая дорожка". Животных помещали на беговую дорожку, ограниченную против движения непрозрачной перегородкой, и по движению - электрополом. Таким образом, животные не могли сойти с дорожки, а в случае отставания попадали на электропол, где получали электрический удар прямоугольными импульсами частотой 2 Гц, сила тока составляла 0,5 мА. В первый день эксперимента животные адаптировались к новой обстановке в течение 10 мин, в ходе адаптации происходило научение бегу. Регистрировали количество ударов током, полученное за 10 мин пребывания на беговой дорожке, которое обычно коррелирует с тонусом центральной нервной системы (ЦНС) (возбуждением ЦНС).

На 7-й день введения исследуемых веществ животных помещали на беговую дорожку, которая дискретно ускорялась. Регистрировали время бега как меру выносливости до получения 3 ударов тока в течение 10 с начиная отсчет времени от момента первого удара.

Полученные данные анализировали с помощью статистической программы Statistica 8.0 (StatSoft, USA). В связи с небольшим объемом выборки использовали метод непараметрического анализа. Для сравнения показателей экспериментальных групп применяли непараметрический вариант однофакторного дисперсионного анализа ANOVA - критерий Краскела - Уоллиса. При подтверждении нулевой гипотезы проводили апостериорное сравнение параметров групп (post-hoc Dunn test). Дополнительный анализ проводили с помощью U-критерия Манна - Уитни. Различия в массе тела экспериментальных животных анализировали с помощью параметрического t-критерия Стьюдента, так как распределение массы тела генеральной совокупности нормальное (гауссово).

Результаты и обсуждение

В группе животных, получавших экстракт горького апельсина, погибла 1 крыса на 5-й день эксперимента (12,5%). Возможно, данный эффект объясняется индивидуальной непереносимостью вводимых веществ. В исследовании были использованы крысы возрастом 4 мес, находящиеся в активной фазе набора массы тела. Группа животных, получающих кофеин, и контрольная группа показали достоверный набор массы (рис. 1), в то время как у животных из 2-й группы, получавших экстракт горького апельсина, масса тела достоверно не изменилась, что подтверждает результаты исследований, полученные ранее [11].



Рис. 1. Изменением массы тела экспериментальных животных

Достоверность различий: * - р<0,05; ** - р<0,001.

Методика ОП предназначена для оценки соотношения активных компонентов ориентировочно-исследовательского поведения мелких лабораторных животных и пассивно-оборонительного поведения и реакции страха [14]. Она основана на создании умеренно стрессовой ситуации (конкурентных отношений между ориентировочноисследовательской и пассивно-оборонительной мотивациями) в непривычной для грызунов обстановке открытого ярко освещенного пространства. Острое введение смеси, содержащей кофеин, привело к достоверному увеличению на 164% общей двигательной активности экспериментальных животных, а введение смеси, содержащей экстракт горького апельсина, не отразилось на данном показателе (таблица). Возбуждающее действие на ЦНС смеси, содержащей кофеин, также подтверждает тенденция к снижению (практически отсутствовала) реакции замирания в условиях острой новизны ОП. Введение смеси, содержащей кофеин, значительно снижало уровень ситуативной тревожности, что проявлялось в снижении времени, проведенном животными в центре арены, в 4,1 раза. Показатели ориентировочно-исследовательской и вертикальной двигательной активности (число посещений центра, число стоек, число заглядываний в отверстия) у животных всех групп отличались незначительно (таблица). Показатель эмоциональности (число дефекаций) был низок у крыс всех экспериментальных групп и практически не различался (таблица). Таким образом, в целом можно сделать вывод о достоверном повышении двигательной активности крыс 1-й группы, получавших содержащую кофеин смесь.

Введение смеси, содержащей экстракт горького апельсина, не приводило к достоверным изменениям двигательной активности.

Для исследования статической выносливости (быстрых гликолитических мышечных волокон) использовали тест "перевернутая сетка". Острое введение смеси, содержащей кофеин, через 30 мин вызывало достоверное увеличение работы, а следовательно, и выносливости, гликолитических мышечных волокон. Животные 1-й группы произвели работы на 186% больше, нежели животные контрольной группы (рис. 2). Острое введение смеси, содержащей экстракт горького апельсина, не вызывало достоверного изменения выносливости животных. После 7 дней ежедневного введения исследуемых веществ наблюдалась тенденция к снижению производимой работы по сравнению с контрольной группой, достигающая максимального уровня у животных 2-й группы, что, по всей вероятности, объясняется истощением организма (рис. 2).

Показатели поведения экспериментальных животных в тесте "открытого поля" (М±m)



Примечание. * - достоверность отличия от показателя животных из контрольной группы (р<0,05); # - достоверное различие между показателями 1-й и 2-й групп при множественном сравнении (p<0,05).



Рис. 2. Результаты тестирования статической выносливости экспериментальных животных

Достоверность различий от показателя животных из контрольной группы: * - р<0,05; # - U-критерия Манна - Уитни, р<0,05.

Для исследования динамической выносливости (медленных оксидантных мышечных волокон) использовали тест "беговая дорожка". После 7 дней ежедневного введения исследуемых веществ наблюдалось увеличение объема выполненной работы животными 2-й группы на 29,7% по сравнению с контрольной группой животных (рис. 3), которое, однако, не достигало уровня достоверной значимости.



Рис. 3. Динамическая выносливость экспериментальных животных

Таким образом, исходя из полученных данных можно сделать вывод о том, что острое введение смеси, содержащей экстракт горького апельсина, отразилось на поведении животных незначительно, введение содержащей кофеин смеси стимулировало двигательную активность, повышало тонус ЦНС и значительно увеличивало силу гликолитических (быстрых) мышечных волокон. Введение смеси, содержащей экстракт горького апельсина, на статическую и динамическую выносливость мышечных волокон повлияло незначительно. Хроническое введение исследуемых веществ негативно отразилось на общем состоянии животных, регистрируемом визуально (вялость, апатия, утрата блеска и выпадение шерсти). Полученный результат подтверждает данные исследований, проведенных ранее. Пролонгированное потребление алкоэнергетиков приводит к истощению организма и возрастанию рисков сердечно-сосудистых заболеваний [5]. В целом эргогенный эффект смеси, содержащей кофеин, оказался значительно выше, чем эффект от введения смеси, содержащей экстракт горького апельсина. Гибель одного животного во 2-й группе на 5-й день введения смеси, содержащей экстракт горького апельсина, свидетельствует о потенциальной опасности совместного употребления синефрина и алкоголя.

Литература

1. ГОСТ Р 53434-2009 Принципы надлежащей лабораторной практики.- M., 2009. - 16 c.

2. Журавлева Г.Н. Действие кофеина на профессионально значимые функции машиниста локомотива // Медицина труда и пром. экология. - 1995. - Т. 2. - С. 25-28.

3. Иванов А.И., Бурцев С.П., Иванова Т.Н. и др. Влияние ишемии и постишемической реперфузии на некоторые механизмы регуляции, ритмогенез и сократительную функцию сердца у крыс // Пат. физиол. - 1994. - Т. 4. - С. 14-16.

4. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / Под ред. Р.У. Хабриева. - М.: Медицина, 2005. - 832 с.

5. Кучер Е.О., Егоров А.Ю., Филатова Е.В. и др. Влияние пола на формирование предпочтения алкоголя и его сочетание с кофеином в длительном эксперименте // Журн. неврол. и психиатр. им. С.С. Корсакова. - 2012. - Т. 112, № 9. - С. 67-71.

6. Burrows T., Pursey K., Neve M. et al. What are the health implications associated with the consumption of energy drinks?

A systematic review // Nutr. Rev. - 2013. - Vol. 71, N 3. - P. 135-148.

7. Clauson K., Shields K., McQueen C. et al. Safety issues associated with commercially available energy drinks. // J. Am. Pharm. Assoc. - 2008. - Vol. 48, N 4. - P. 55-67.

8. Heckman M.A., Sherry K., de Mejia E.G. Energy drinks composition and health benefits. // Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. - 2010. - Vol. 9. - P. 303-317.

9. Hodgson A.B., Randell P.K., Jeukendrup A.E. The metabolic and performance effects of caffeine compared to coffee during endurance exercise. // Plos One. - 2013. - Vol. 8, N 4. - P. e59561.

10. Ferreira S.E., de Mello M.T., Pompe S. et al. Effects of energy drink ingestion on alcohol intoxication. // Alcohol Clin. Exp. Res. - 2006. - Vol. 30, N 4. - P. 598-605.

11. Rath M. Energy drinks: What is all the hype? The dangers of energy drink consumption. // J. Am. Acad. Nurse. Pract. - 2012. - Vol. 24. - P. 70-76.

12. Stohs S.J., Preuss H.G., Shara M. A review of the receptor-binding properties of p-synephrine as related to its pharmacological effects. // Int. J. Med. Sci. - 2012. - Vol. 9, N 7. - P. 527-538.

13. Tillerson J.L., Miller G.W. Grid performance test to measure behavioral impairment in the MPTP-treated-mouse model of parkinsonism. // J. Neurosci. Methods. - 2003. - Vol. 123, N 2. - P. 189-200.

14. Whimbey A.E., Denenberg V.H. Two independent behavioral dimensions in open-field performance // J. Comp. Physiol. Psychol. - 1967. - Vol. 63, N 3. - P. 500-504.

15. National center for complimentary and alternative medicine: Bitter orange. National Institutes of Health. December 2009. http://nccam.nih.gov/health/bitterorange.