Russian Journal of PhysiologyRussian Journal of PhysiologyРоссийский физиологический журнал им. И.М. Сеченова0869-81392658-655XThe Russian Academy of Sciences68740510.31857/S0869813925060047TFHSKCEXPERIMENTAL ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleEffects of Different Fat-Carbohydrate Dietary Compositions and Probiotic Correction on the Severity of Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury and Behavioral Responses in Rats with Systemic InflammationВлияние жироуглеводной диеты разного состава и пробиотических штаммов на выраженность ишемически-реперфузионного повреждения миокарда и поведенческие реакции у крыс с системным воспалениемBorshchevYu. Yu.БорщевЮ. Ю.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruZubkovI. G.ЗубковИ. Г.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruMinasyanS. M.МинасянС. М.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruBurovenkoI. Yu.БуровенкоИ. Ю.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruBorshchevV. Yu.БорщевВ. Ю.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruBorshchevaO. V.БорщеваО. В.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruBurovenkoD. V.БуровенкоД. В.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruShul'meysterG. A.ШульмейстерГ. А.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruKorolevD. V.КоролевД. В.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruGalagudzaM. M.ГалагудзаМ. М.
Russian Federation
borshchev_yuyu@almazovcentre.ruAlmazov National Medical Research CentreИнститут экспериментальной медицины, ФГБУ “Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова” Минздрава РоссииFederal State Budgetary Institution “National Medical Research Center of Oncology named after N.N. Petrov” of the Ministry of Health of the Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Петрова Минздрава РоссииPavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityПервый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова Министерства здравоохранения Российской ФедерацииMoscow Institute of Physics and TechnologyМосковский физико-технический институтThe Institute for Analytical InstrumentationИнститут аналитического приборостроения Российской академии наук1506202511168788941307202513072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-8139/article/view/687405

The aim of this study was to compare the effects of intragastric administration of saturated and unsaturated fats of vegetable and animal origin for 37 days on behavioral characteristics in rats with a systemic inflammatory response (SVR). In parallel, the severity of ischemic-reperfusion injury (IRF) of the myocardium was evaluated using the global ischemia-reperfusion model of an isolated heart, as well as the mass fraction of fat in the brain and the levels of a number of cytokines and biologically active substances in blood plasma. The effects of a fat-carbohydrate diet of different composition on experimental endpoints were compared with the effect of probiotic therapy. The animals were assigned to one of 7 groups (n = 8 in each group): 1) control; 2) chemically induced colitis on the 30th day of the experiment and three-day administration of antimicrobial drugs; 3) probiotic correction: during the last 8 days of the experiment, a mixture of probiotic strains of Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium animalis subsp. lactis was administered; 4) sunflower oil and sucrose; 5) ghee and sucrose; 6) dehydrated margarine and sucrose; 7) ghee + sucrose. The systemic inflammatory response that occurs in chemically induced colitis in combination with the transient use of antimicrobial drugs was characterized by an increase in the number of white blood cells and an increase in the level of proinflammatory cytokines in the blood, as well as a decrease in the mass fraction of fat in the brain. These changes reduced the resistance of the myocardium to ischemic reperfusion injury, but the preventive administration of various fat-carbohydrate compositions had no effect on this process. On the other hand, the systemic inflammatory response was accompanied by significant impairments of conditioned reflex activity, exploratory behavior, and coordination and motor function, whereas probiotic therapy and a fat-carbohydrate diet of different composition partially correct these impairments. The most pronounced effect on the selected experimental endpoints was exerted by the fat-carbohydrate diet, in which the fat component was represented by hydrogenated vegetable fat.

Цель настоящего исследования – сравнение эффектов внутрижелудочного введения насыщенных и ненасыщенных жиров растительного и животного происхождения в течение 37 дней на выраженность ишемически-реперфузионного повреждения миокарда и поведенческие реакции у крыс с системным воспалением. Параллельно оценивались массовая доля жира в головном мозге и уровни ряда цитокинов и биологически активных вещества в плазме крови. Эффекты жироуглеводной диеты разного состава на экспериментальные конечные точки сравнивали с эффектом пробиотической терапии. Животные распределялись в одну из 7 групп (n = 8 в каждой группе): 1) контроль; 2) химически индуцированный колит на 30-й день эксперимента и трехдневное введение антимикробных препаратов; 3) пробиотическая коррекция: в течение последних 8 дней эксперимента вводили смесь пробиотических штаммов Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium animalis subsp. lactis; 4) подсолнечное масло и сахароза; 5) топленое масло и сахароза; 6) обезвоженный маргарин и сахароза; 7) топленый свиной жир и сахароза. Системный воспалительный ответ, возникающий при химически индуцированном колите в сочетании с транзиторным применением антимикробных препаратов, характеризовался увеличением количества лейкоцитов и повышением уровня провоспалительных цитокинов в крови, а также уменьшением массовой доли жира в головном мозге. Эти изменения уменьшали устойчивость миокарда к ишемически-реперфузионному повреждению, но превентивное введение различных жироуглеводных композиций не оказало влияния на этот процесс. С другой стороны, системный воспалительный ответ сопровождался значимыми нарушениями условно-рефлекторной деятельности, ориентировочно-исследовательского поведения и координационно-двигательной функции, тогда как пробиотическая терапия и жироуглеводная диета разного состава частично корректируют эти нарушения. Наиболее выраженное влияние на выбранные экспериментальные конечные точки оказывала жироуглеводная диета, в которой жировой компонент был представлен гидрогенизированным растительным жиром.

fat-carbohydrate dietfatty acidsprobioticsmyocardiumbehaviorжироуглеводная диетажирные кислотыпробиотикимиокардповедениеРоссийский научный фондRussian Science Foundation23-15-00139Sweeney P, Gimenez LE, Hernandez CC, Cone RD (2023) Targeting the central melanocortin system for the treatment of metabolic disorders. Nat Rev Endocrinol 19(9): 507–519. https://doi.org/10.1038/s41574-023-00855-yZhou XD, Chen QF, Yang W, Zuluaga M, Targher G, Byrne CD, Valenti L, Luo F, Katsouras CS, Thaher O, Misra A, Ataya K, Oviedo RJ, Pik-Shan Kong A, Alswat K, Lonardo A, Wong YJ, Abu-Abeid A, Al Momani H, Ali A, Molina GA, Szepietowski O, Jumaev NA, Kızılkaya MC, Viveiros O, Toro-Huamanchumo CJ, Yen Kok KY, Ospanov O, Abbas SI, Robertson AG, Fouad Y, Mantzoros CS, Zhang H, Méndez-Sánchez N, Sookoian S, Chan WK, Treeprasertsuk S, Adams L, Ocama P, Ryan JD, Perera N, Sharara AI, Al-Busafi SA, Opio CK, Garcia M, Lim-Loo MC, Ruiz-Úcar E, Prasad A, Casajoana A, Abdelbaki TN, Zheng MH (2024) Burden of disease attributable to high body mass index: Аn analysis of data from the Global Burden of Disease Study 2021. EClinicalMedicine 76: 102848. https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2024.102848Дружилов МА, Дружилова ОЮ, Бетелева ЮЕ, Кузнецова ТЮ (2015) Ожирение как фактор сердечно-сосудистого риска: акцент на качество и функциональную активность жировой ткани. Рос кардиол журн (4): 111–117. [Druzhilov MA, Druzhilova OY, Beteleva YuE, Kuznetsova TY (2015) Obesity as a cardiovascular risk factor: Еmphasis on the quality and functional activity of adipose tissue. Ros Cardiol J (4): 111–117. (In Russ)]. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2015-4-111-117Demirci D, Demirci DE, Chi G (2022) Association between obesity grade and the age of the first acute coronary syndrome: Prospective observational study. Int J Cardiol 351: 93–99.Inserte J, Aluja D, Barba I, Ruiz-Meana M, Miró E, Poncelas M, Vilardosa Ú, Castellano J, Garcia-Dorado D (2019) High-fat diet improves tolerance to myocardial ischemia by delaying normalization of intracellular PH at reperfusion. J Mol Cell Cardiol 133: 164–173. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2019.06.001Liu J, Lloyd SG (2013) High-fat, low-carbohydrate diet alters myocardial oxidative stress and impairs recovery of cardiac function after ischemia and reperfusion in obese rats. Nutr Res 33(4): 311–321. https://doi.org/10.1016/j.nutres.2013.02.005Borshchev YY, Minasian SM, Burovenko IY, Borshchev VY, Protsak ES, Semenova NY, Borshcheva OV, Galagudza MM (2019) Effects of tetracycline on myocardial infarct size in obese rats with chemically-induced colitis. PLoS One 14(11): e0225185. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0225185Jebeile H, Gow ML, Baur LA, Garnett SP, Paxton SJ, Lister NB (2019) Association of Pediatric Obesity Treatment, Including a Dietary Component, With Change in Depression and Anxiety: A Systematic Review and Meta-analysis. JAMA Pediatr 173(11): e192841. https://doi.org/10.1001/jamapediatrics.2019.2841De Noronha SISR, de Moraes LAG, Hassell JE Jr, Stamper CE, Arnold MR, Heinze JD, Foxx CL, Lieb MM, Cler KE, Karns BL, Jaekel S, Loupy KM, Silva FCS, Chianca-Jr DA, Lowry CA, de Menezes RC (2024) High-fat diet, microbiome-gut-brain axis signaling, and anxiety-like behavior in male rats. Biol Res 57(1): 23. https://doi.org/10.1186/s40659-024-00505-1Dharavath RN, Arora S, Bishnoi M, Kondepudi KK, Chopra K (2019) High fat-low protein diet induces metabolic alterations and cognitive dysfunction in female rats. Metab Brain Dis 34(6): 1531–1546. https://doi.org/10.1007/s11011-019-00459-4Wong CK, Botta A, Pither J, Dai C, Gibson WT, Ghosh S (2015) A high-fat diet rich in corn oil reduces spontaneous locomotor activity and induces insulin resistance in mice. J Nutr Biochem 26(4): 319-326. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2014.11.004Murphy EA, Velazquez KT, Herbert KM (2015) Influence of high-fat diet on gut microbiota: А driving force for chronic disease risk. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 18(5): 515–520. https://doi.org/10.1097/MCO.0000000000000209Sanchez C, Colson C, Gautier N, Noser P, Salvi J, Villet M, Fleuriot L, Peltier C, Schlich P, Brau F, Sharif A, Altintas A, Amri EZ, Nahon JL, Blondeau N, Benani A, Barrès R, Rovère C (2024) Dietary fatty acid composition drives neuroinflammation and impaired behavior in obesity. Brain Behav Immun 117: 330–346. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2024.01.216Demers G, Roy J, Machuca-Parra AI, Dashtehei Pour Z, Bairamian D, Daneault C, Rosiers CD, Ferreira G, Alquier T, Fulton S (2020) Representative of consortium. Fish oil supplementation alleviates metabolic and anxiodepressive effects of diet-induced obesity and associated changes in brain lipid composition in mice. Int J Obes (Lond) 44(9): 1936–1945. https://doi.org/10.1038/s41366-020-0623-6Raff H, Hainsworth KR, Woyach VL, Weihrauch D, Wang X, Dean C (2024) Probiotic and high-fat diet: Еffects on pain assessment, body composition, and cytokines in male and female adolescent and adult rats. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 327(2): R123–R132. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00082.2024Cai H, Wang Q, Han X, Zhang H, Wang N, Huang Y, Yang P, Zhang R, Meng K (2024) In Vitro Evaluation of Probiotic Activities and Anti-Obesity Effects of Enterococcus faecalis EF-1 in Mice Fed a High-Fat Diet. Foods 13(24): 4095. https://doi.org/10.3390/foods13244095Борщев ЮЮ, Сонин ДЛ, Буровенко ИЮ, Борщев ВЮ, Чебуркин ЮВ, Борщева ОВ, Галагудза ММ (2022) Влияние пробиотических штаммов на размер инфаркта миокарда, биохимические и иммунологические параметры у крыс с синдромом системного воспалительного ответа и полиморбидностью. Рос физиол жур 108(12): 1639–1654 [Borshchev YuYu, Sonin DL, Burovenko IYu, Borshchev VYu, Cheburkin YuV, Borshcheva OV, Galagudza MM (2022) The Effect of Probiotic Strains on Myocardial Infarction Size,Biochemical an Immunological Parameters in Rats with Systemic Inflammatory Response Syndrome and Polymorbidity. Russ J Physiol 108(12): 1639–1654. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0869813922120020Борщев ЮЮ, Буровенко ИЮ, Карасева АБ, Минасян СМ, Борщев ВЮ, Семенова НЮ, Борщева ОВ, Половинкин ВВ, Родионов ГГ, Суворов АН, Галагудза ММ (2020) Моделирование синдрома системной воспалительной реакции химической индукцией травмы толстого кишечника у крыс. Мед иммунол 22(1): 87–98 [Borschev YuYu, Burovenko IYu, Karaseva AB, Minasyan SM, Borschev VYu, Semenova NYu, Borshcheva OV, Polovinkin VV, Rodionov GG, Suvorov AN, Galagudza MM (2020) Modeling of systemic inflammatory response syndrome by chemical induction of colon injury in rats. Med Immunol (Russia) 22(1): 87–98. (In Russ)]. https://doi.org/10.15789/1563-0625-MOS-1839Минасян СМ, Галагудза ММ, Сонин ДЛ, Боброва ЕА, Зверев ДА, Королев ДВ, Дмитриев ЮВ, Васильева МС, Григорова ЮН, Власов ТД (2009) Методика перфузии изолированного сердца крысы. Регион кровообращ микроциркул 4(32): 54–59. [Minasyan SM, Galagudza MM, Sonin DL, Bobrova EA, Zverev DA, Korolev DV, Dmitriev YuV, Vasilyeva MS, Grigorova YuN, Vlasov TD (2009) Methodology of perfusion of isolated rat heart. Region Blood Circul Microcircul 4(32): 54–59. (In Russ)].Соколова ИБ, Лобов ГИ (2024) Влияние глибенкламида на функциональную активность КАТФ-каналов церебральных артерий у крыс со стрептозотоциновым сахарным диабетом. Сахарн диабет 27(4): 304–312. [Sokolova IB, Lobov GI (2024) The Effect of Glibenclamide on the Functional Activity of КATP Channels of Cerebral Arteries in Rats with Streptozotocin Diabetes Mellitus. Diabetes mellitus 27(4): 304–312. (In Russ)]. https://doi.org/10.14341/DM13103Борщев ЮЮ, Буровенко ИЮ, Карасева АБ, Минасян СМ, Процак ЕС, Борщев ВЮ, Семенова НЮ, Борщева ОВ, Суворов АН, Галагудза ММ (2021) Влияние качественного состава высокожировой диеты на уровень цитокинов и устойчивость миокарда к ишемии-реперфузии у крыс с синдромом системного воспалительного ответа. Мед иммунол 23(5): 1089–1104. [Borschev YuYu, Burovenko IYu, Karaseva AB, Minasyan SM, Protsak ES, Borschev VYu, Semenova NYu, Borshcheva OV, Suvorov AN, Galagudza MM (2021) Effect of the qualitative composition of a high-fat diet in rats with systemic inflammatory response syndrome upon myocardial resistance to ischemic-reperfusion injury and cytokine levels. Med Immunol (Russia) 23(5): 1089–1104. (In Russ)]. https://doi.org/10.15789/1563-0625-EOT-2166Maekawa N, Wada H, Kanda T, Niwa T, Yamada Y, Saito K, Fujiwara H, Sekikawa K, Seishima M (2002) Improved myocardial ischemia/reperfusion injury in mice lacking tumor necrosis factor-alpha. J Am Coll Cardiol 39(7): 1229–1235. https://doi.org/10.1016/s0735-1097(02)01738-2Gu Q, Yang XP, Bonde P, DiPaula A, Fox-Talbot K, Becker LC (2006) Inhibition of TNF-alpha reduces myocardial injury and proinflammatory pathways following ischemia-reperfusion in the dog. J Cardiovasc Pharmacol 48(6): 320–328. https://doi.org/10.1097/01.fjc.0000250079.46526.38Borshchev YY, Burovenko IY, Karaseva AB, Minasian SM, Protsak ES, Borshchev VY, Semenova NY, Borshcheva OV, Suvorov AN, Galagudza MM (2022) Probiotic Therapy with Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium animalis subsp. lactis Results in Infarct Size Limitation in Rats with Obesity and Chemically Induced Colitis. Microorganisms 10(11): 2293. https://doi.org/10.3390/microorganisms10112293Raff H, Hainsworth KR, Woyach VL, Weihrauch D, Wang X, Dean C (2024) Probiotic and high-fat diet: Еffects on pain assessment, body composition, and cytokines in male and female adolescent and adult rats. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 327(2): R123–R132. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00082.2024Guo D, Deng Y, Yang Q, Li M, Wang X, Wan X, He J, Xu Y, Huang W, Lin G, Xu Y, Sun Y, Zhang R, Chen WH, Liu Z (2024) Symbiotic probiotic communities with multiple targets successfully combat obesity in high-fat-diet-fed mice. Gut Microbes 16(1): 2420771. https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2420771Foroozan P, Koushkie Jahromi M, Nemati J, Sepehri H, Safari MA, Brand S (2021) Probiotic Supplementation and High-Intensity Interval Training Modify Anxiety-Like Behaviors and Corticosterone in High-Fat Diet-Induced Obesity Mice. Nutrients 13(6): 1762. https://doi.org/10.3390/nu13061762Cournot M, Marquié JC, Ansiau D, Martinaud C, Fonds H, Ferrières J, Ruidavets JB (2006) Relation between body mass index and cognitive function in healthy middle-aged men and women. Neurology 67(7): 1208–1214. https://doi.org/10.1212/01.wnl.0000238082.13860.50Yau PL, Castro MG, Tagani A, Tsui WH, Convit A (2012) Obesity and metabolic syndrome and functional and structural brain impairments in adolescence. Pediatrics 130(4): e856–64. https://doi.org/10.1542/peds.2012-0324Sighinolfi G, Clark S, Blanc L, Cota D, Rhourri-Frih B (2021) Mass spectrometry imaging of mice brain lipid profile changes over time under high fat diet. Sci Rep 11(1): 19664. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97201-xGimenez da Silva-Santi L, Masetto Antunes M, Mori MA, Biesdorf de Almeida-Souza C, Vergílio Visentainer J, Carbonera F, Rabello Crisma A, Nunes Masi L, Massao Hirabara S, Curi R, Barbosa Bazotte R (2018) Brain Fatty Acid Composition and Inflammation in Mice Fed with High-Carbohydrate Diet or High-Fat Diet. Nutrients 10(9): 1277. https://doi.org/ 10.3390/nu10091277