Известно, что энергия, необходимая для жизнедеятельности организма, является субстратом процессов распада метаболитов, поступающих в кровь в процессе пищеварения, которое обеспечивает обмен веществ, структурную и функциональную активность клетки. Метаболиты, поступающие в кровь в процессе пищеварения, выступая в роли стимулов, ускоряют выработку энергии за счет интенсификации функций внутриклеточного обмена, что в свою очередь, активизирует генетический аппарат и обеспечивает его функциональную активность. Наряду с белками как важнейшими факторами генетической экспрессии имеют значение и углеводы, которые в качестве сигнальной молекулы регулируют набор генов и стимулируют реализацию различных физиологических процессов.

Учитывая, что клеточная пластичность зависит от взаимодействия белков и углеводов, представляется целесообразным изучение изменения адаптационных свойств организма, рефлекторной деятельности и функций памяти на фоне дефицита как белков, так и углеводов в питании. Целью нашей исследовательской работы было наблюдение за изменениями процессов обучения и памяти, а также общего поведения экспериментальных животных на фоне 60% белковой и 40% углеводной недостаточности в корме в течение 20 дней.

Исследования проводились на 15 белых крысах-самцах 3-месячного возраста. Подопытные животные по 5 крыс были разделены на 3 группы: I – интактная группа, получавшая питание в условиях вивария; II - группа откорма с 60% дефицитом белка (Б/Д) по рецепту Никонорова (Никоноров М. и др., 1973); III - группа откорма с дефицитом белка 60% и дефицитом углеводов 40% по рецепту Никонорова (Б/Д+У/Д). На 20-й день кормления все три группы животных обучали и тестировали условный рефлекс пассивного избегания (УРПИ) (Jarvik M.E., Koop A. 1967). В ходе исследований регистрировались следующие поведенческие показатели: время обучения, латентный период, груминг, вертикальная двигательная активность, горизонтальная двигательная активность и количество актов дефекации.

Поведенческие результаты показали, что время обучения крыс, которых кормили с дефицитом белка (Б/Д), сократилось на 20,2% (р<0,05) по сравнению с интактной группой. Но в группе, получавшей питание с дефицитом белков и углеводов (Б/Д+У/Д), этот показатель увеличился на 11,7% (P<0,01).

После выработки условного рефлекса у крыс обеих групп наблюдалось уменьшение латентного периода по сравнению с интактной группой, причем у крыс Б/Д уменьшение составило 20,8% (р<0,01), а у крыс Б/Д+У/Д 41,5% (p<0,001). По сравнению с интактной группой (100%) у Б/Д группы вертикальная двигательная активность на 16,7% (p<0,05) и груминг — на 22,9 % (p<0,01) выше, что свидетельствует об активном состоянии и сохранении рефлекса. При этом, снижение горизонтальной двигательной активности на 19,5% (p<0,01) и увеличение дефекации на 28,1% (p<0,01) указывают на эмоциональное напряжение у крыс.

При белково-углевододефицитном питании отмечается снижение активности вертикальных движений крыс на 22,9% (р<0,01) и груминга на 25% (р<0,01) по сравнению с интактной группой. На фоне этих показателей снижение горизонтальной двигательной активности на 63% (р<0,001) считается показателем эмоционального напряжения и малоподвижности крыс. Кроме того, снижение количества дефекаций у крыс на 12,5% (p<0,05) может указывать на относительное снижение общего метаболизма.

Из сравнительного анализа результатов поведения можно сделать вывод, что показатели крыс, которых кормили 60% дефицитом белка в течение 20 суток, незаметно отличаются от показателей интактной группы. Однако у крыс, получавших 60% дефицит белка и 40% дефицит углеводов, наблюдались слабо выраженные задержки функций памяти, а в общем поведении животных проявлялась малоподвижность из-за слабого эмоционального стресса.

Известно, что в реализации основных механизмов сложных нейрогуморальных функций, рефлекторной деятельности, процессов обучения и памяти участвуют нейромедиаторы, ферменты, гормоны белковой и пептидной природы. С другой стороны, метаболический гомеостаз всегда находится под контролем транскрипции, и на регуляцию транскрипции могут влиять метаболиты промежуточного обмена (глюкоза, аминокислоты, липиды, холестерин). В условиях длительного белкового голодания во всех окислительных процессах ЦНС происходят обратимые и необратимые изменения, которые иногда приводят к разрушению нейронов. В этом случае сигналы транскрипционных факторов интегрируются и используют альтернативные регуляторные. Однако при недостаточном обеспечении организма полисахаридами гипогликемия оказывает негативное влияние на нервную ткань, вызывая деструктивные изменения в нейронах и связанные с этим нарушение функций нервов и возникновение гликемической энцефалопатии.

Если учесть, что глюкоза является пластическим и энергетическим субстратом нервных клеток, то на фоне белкового дефицита неизбежно негативное влияние углевододефицитного питания и связанного с ним возникновения гипогликемии на нарушение метаболического гомеостаза, общих обменных процессов и энергообеспечения нейронов в нервной ткани. Резкое снижение энергообеспечения нервной клетки может со временем может привести к дисфункции нейронов и связанному с этим нарушению условно-рефлекторной деятельности.

It is known that the energy necessary for the vital activity of the body is the substrate of the processes of decomposition of metabolites entering the blood during digestion, which provides metabolism, structural and functional activity of the cell. Metabolites entering the bloodstream during digestion, acting as stimuli, accelerate energy production by intensifying the functions of intracellular metabolism, which in turn activates the genetic apparatus and ensures its functional activity. Along with proteins, carbohydrates are also important as the most important factors of genetic expression, which, as a signaling molecule, regulate a set of genes and stimulate the implementation of various physiological processes.

Considering that cellular plasticity depends on the interaction of proteins and carbohydrates, it seems appropriate to study changes in the adaptive properties of the body, reflex activity and memory functions against the background of a deficiency of both proteins and carbohydrates in the diet. The purpose of our research work was to observe changes in learning and memory processes, as well as the general behavior of experimental animals against a background of 60% protein and 40% carbohydrate deficiency in feed for 20 days.

The studies were carried out on 15 white male rats of 3 months of age. Experimental animals, 5 rats each, were divided into 3 groups: I - intact group fed under vivarium conditions; II - fattening group with 60% protein deficiency (P/D) according to Nikonorov's recipe (Nikonorov M. et al., 1973); III - fattening group with 60% protein deficiency and 40% carbohydrate deficiency according to Nikonorov's recipe (P/D + CH/D). On the 20th day of feeding, all three groups of animals were taught and tested the conditioned reflex of passive avoidance (CRPA) (Jarvik M.E., Koop A. 1967). During the studies, the following behavioral indicators were recorded: training time, latency period, grooming, vertical motor activity, horizontal motor activity and the number of defecation acts.

Behavioral results showed that the training time of rats fed with protein deficiency (P/D) decreased by 20.2% (p<0.05) compared to the intact group. But in the group fed with a deficiency of proteins and carbohydrates (P/D + CH/D), this indicator increased by 11.7% (P<0.01).

After the development of a conditioned reflex in rats of both groups there was a decrease in the latency period compared to the intact group: in P/D rats, the decrease was 20.8% (p<0.01), and in P/D+CH/D rats 41.5% (p<0.001). In comparison with the intact group (100%), the P/D group has vertical motor activity by 16.7% (p<0.05) and grooming by 22.9% (p<0.01) higher, which indicates an active state and preservation of the reflex. At the same time, a decrease in horizontal motor activity by 19.5% (p<0.01) and an increase in defecation by 28.1% (p<0.01) indicate emotional stress in rats.

With protein-carbohydrate deficiency nutrition, there is a decrease in the activity of vertical movements of rats by 22.9% (p<0.01) and grooming by 25% (p<0.01) compared with the intact group. Against the background of these indicators, a decrease in horizontal motor activity by 63% (p<0.001) is considered an indicator of emotional stress and immobility in rats. In addition, a 12.5% decrease in the number of bowel movements in rats (p<0.05) may indicate a relative decrease in overall metabolism.

From a comparative analysis of the behavior results, it can be concluded that the indicators of rats fed with 60% protein deficiency for 20 days differ imperceptibly from the indicators of the intact group. However, in rats receiving 60% protein deficiency and 40% carbohydrate deficiency, mild delays in memory functions were observed, and in the general behavior of animals, sedentary activity was manifested due to mild emotional stress.

It is known that neurotransmitters, enzymes, hormones of protein and peptide nature are involved in the implementation of the main mechanisms of complex neurohumoral functions of reflex activity, learning and memory processes. On the other hand, metabolic homeostasis is always under the control of transcription, and the regulation of transcription can be influenced by metabolites of intermediate metabolism (glucose, amino acids, lipids, cholesterol). In conditions of prolonged protein starvation, reversible and irreversible changes occur in all oxidative processes of the central nervous system, which sometimes lead to the destruction of neurons. In this case, the signals of transcription factors are integrated and use alternative regulatory pathways. And also, with insufficient provision of the body with polysaccharides, hypoglycemia has a negative effect on the nervous tissue, causing destructive changes in neurons and related nerve dysfunction and the occurrence of glycemic encephalopathy.

If we take into account that glucose is a plastic and energy substrate of nerve cells, then against the background of protein deficiency, the negative impact of carbohydrate-deficient nutrition and the associated occurrence of hypoglycemia on the violation of metabolic homeostasis, general metabolic processes and energy supply of neurons in the nervous tissue is inevitable. A sharp decrease in the energy supply of a nerve cell may eventually lead to dysfunction of neurons and the associated violation of conditioned reflex activity.