Количественная характеристика патоморфологических изменений в эндокринной части поджелудочной железы крыс при моделировании экспериментального стрептозотоцин-индуцированного сахарного диабета

Автор: Смирнов А.В., Снигур Г.Л., Яковлев А.Т., Медников Д.С., Куркин Д.В., Волотова Е.В., Кириченко Л.Н.

Журнал: Волгоградский научно-медицинский журнал @bulletin-volgmed

Рубрика: Морфология

Статья в выпуске: 4 (48), 2015 года.

Бесплатный доступ

Проведено экспериментальное моделирование сахарного диабета путем однократного внутривенного введения стрептозотоцина (50 мг/кг). При морфометрическом исследовании эндокринного аппарата поджелудочной железы крыс с экспериментальным стрептозотоцин-индуцированным сахарным диабетом обнаружено значимое снижение площади и периметра панкреатических островков, что позволяет рассматривать вышеуказанные морфометрические параметры в качестве базовых при характеристике островкового аппарата поджелудочной железы крысы при моделировании данной патологии.

Сахарный диабет, поджелудочная железа, патогистология

Короткий адрес: https://sciup.org/142149143

IDR: 142149143

Текст научной статьи Количественная характеристика патоморфологических изменений в эндокринной части поджелудочной железы крыс при моделировании экспериментального стрептозотоцин-индуцированного сахарного диабета

В настоящее время уровень заболеваемости сахарным диабетом (СД) в мире достиг эпидемических показателей. Темпы роста, ранняя инвалидизация и высокая летальность позволяют отнести СД в разряд глобальных медикосоциальных проблем здравоохранения [3].

По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), количество больных СД в 2010 г. составляло около 285 млн человек, то есть это заболевание было диагностировано примерно у 6 % населения планеты. СД, наряду с атеросклерозом и онкологическими заболеваниями, назван одной из лидирующих причин смертности и инвалидности жителей разных стран и континентов. Согласно прогнозам ВОЗ, смертность от СД особенно высока в странах с низким и средним уровнем дохода на душу населения, прогнозируется дальнейший рост смертности от этого заболевания.

В Российской Федерации СД встречается у 1–2 % населения, по обращаемости этот показатель достигает 2 млн больных диабетом

(около 300 тыс. больных, страдающих диабетом I типа, и 1 млн 700 тыс. – диабетом II типа), однако фактическая распространенность СД в 3–4 раза превышает регистрируемую, что свидетельствует о пандемии СД среди взрослого населения [12].

Механизм деструкции β-клеток поджелудочной железы сложен [13], количество и объем островков у больных диабетом I типа, а также количество инсулина, экстрагируемого из поджелудочной железы, у этих больных снижено по сравнению с нормой. Некоторые авторы называют такие островки «атрофическими», так как количество в них β-клеток резко уменьшено.

Значительным прорывом в понимании механизмов деструкции β-клеток поджелудочной железы явились исследования биологической значимости оксида азота (NO).

Длительное время о месте образования и биологической функции оксида азота судили косвенно по экспрессии NO-синтазы. Оказалось, что в организме имеется несколько изоформ NO-синтазы, две из которых называются основными конститутивными (эндотелиальная и нейрональная) и третья изоформа – инду-цибельная (iNO-синтаза) [4]. L-аргинин под воздействием NO-синтазы превращается в L-цитру-лин и оксид азота. В случае взаимодействия L-аргинина с эндотелиальной или нейрональной NO-синтазой образующийся оксид азота участвует в процессах передачи различных сигналов внутри клетки, или обеспечивая межклеточные взаимодействия (в нервной и других системах), оказывает прямое влияние на тонус периферических сосудов [4].

Уникальной функцией (цитотоксическая и цитостатическая) обладает оксид азота, образующийся под воздействием индуцибельной iNO-синтазы [2, 9]. Исследованиями последних лет показано, что именно оксиду азота, который образуется в островках и β-клетках поджелудочной железы, принадлежит основная роль в механизмах разрушения и гибели β-клеток, что и приводит к резкому уменьшению их количества и развитию клинического СД [6].

В результате действия проапоптогенных сигналов происходит активация каспаз первого эшелона 8 и 9, которые активируют эффекторную каспазу 3, а они, в свою очередь, активируют ряд других протеаз семейства каспаз и фактор фрагментации ДНК, что ведет к необратимому распаду ДНК на нуклеосомальные фрагменты [5, 7]. Баланс клеточной популяции в панкреатических островках поддерживается благодаря равновесию между процессами пролиферации и апоптоза [8].

Несмотря на накопленный арсенал морфологических методов оценки иммунофенотипа и клеточного состава островкого аппарата поджелудочной железы, остается актуальным вопрос выбора морфометрических показателей при проведении количественного анализа панкреатических островков при сахарном диабете, предложено использование следующих показателей: относительный и абсолютный размер α- и β-эндокриноцитов; относительный и абсолютный размер ядер α- и β-эндокриноцитов; площадь (объемная доля) занимаемая α- и β-клет-ками по отношению к панкреатическому островку; площадь (объемная доля) островков Лангерганса по отношению к ткани поджелудочной железы; индекс пролиферативной активности, индекс апоптоза (процент иммунопозитивных клеток на 100 исследуемых клеток); площадь (объемная доля), диаметр секреторных гранул α-, β-и других эндокринных клеток [1, 11].

Однако сравнительная характеристика значимых изменений различных морфометрических параметров панкреатических островков при экспериментальном моделировании СД представлена отрывочно.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить некоторые морфометрические параметры островков Лангерганса при экспериментальном моделировании стрептозотоцин-индуцированного СД у крыс.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование было выполнено на 30 крысах – самцах линии Wistar с массой 180–210 г, разделенных на 2 равные группы: группа интактных животных, группа с экспериментальным СД (ЭСД). ЭСД вызывали путем однократного внутривенного введения стрептозотоцина (50 мг/кг). В дальнейший эксперимент отбирались животные с уровнем глюкозы в крови 12–15 ммоль/л [4]. Забор тканей для патогистологического исследования осуществляли на 21-е сутки эксперимента.

Для патогистологического исследования поджелудочную железу разделяли на фрагменты, которые фиксировали в 10 %-м нейтральном забуференном формалине. Парафиновые срезы толщиной 4–5 мкм окрашивали гематоксилином и эозином по общепринятым методикам [11, 15].

Морфометрический анализ проводили с помощью компьютерной программы «Видео Тест-Морфо-4» (Россия). Определяли периметр островков (L, мкм); площадь островков (S, мкм2).

Результаты экспериментов обрабатывались методами базисного статистического анализа на ПК с использованием программ Excel Microsoft Office (Microsoft, USA) и STATISTICA 6.0 (Stat Soft Inc., USA). Анализ параметров при нормальном распределении значений проводили с помощью критерия Стьюдента с вероятностью ошибки р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Развитие стрептозотоцин-индуцированного ЭСД по сравнению с контрольной интактной группой животных сопровождалось статистически достоверными (р < 0,05) изменениями клинико-биохимических показателей: снижением массы тела, увеличением потребления жидкости, гипергликемией и уменьшением концентрации инсулина и С-пептида плазмы крови, увеличением концентрации гликозилированного гемоглобина.

При гистологическом исследовании в поджелудочной железе отмечалось очаговое полнокровие. В междольковой соединительной ткани в отдельных случаях наблюдалась очаговая лимфоидная инфильтрация, интерстициальный отёк. Панкреатические островки имели неправильную форму, неровные контуры. Их размеры и количество резко уменьшались по сравнению с контролем. Кровеносные капилляры островков были полнокровны. Отмечалась умеренная гипертрофия отдельных эндокриноцитов и их ядер.

При морфометрическом исследовании обнаружено, что средняя площадь панкреатических островков у интактных животных составила (6885,16 ± 969,30) мкм2, а средний периметр панкреатических островков у интактных животных был (364,45 ± 20,70) мкм. При моделировании ЭСД (контрольные крысы) площадь панкреатических островков составила (1179,01 ± 47,20) мкм2, а периметр панкреатических островков у контрольных животных (145,93 ± 6,0) мкм. При сравнительном анализе результатов морфометрического исследования выявлено значимое снижение площади панкреатических островков на 82,9 % (p < 0,001), сопровождающееся достоверным уменьшением их периметра на 60,0 % (p < 0,001), что свидетельствует о резко выраженной убыли инсулоцитов под влиянием стрептозотоцина по сравнению с контрольной группой.

Несмотря на то, что достоверное изменение площади, занимаемой островками Лангерганса, было обнаружено на моделях стрептозо-тоцин- и аллоксан-индуцированного ЭСД [11, 14, 15], исследование периметра панкреатических островков может рассматриваться как дополнительный морфометрический показатель, характеризующий размеры эндокринного аппарата поджелудочной железы, поскольку для формирования объективного суждения о морфогенезе патологического процесса в целом необходимо принимать во внимание целый ряд характеристик, которые могут значительно отличаться по амплитуде и даже направленности отклонений.

Так, при изучении объемной доли островков Лангерганса при стрептозотоцин-индуцирован-ном ЭСД у крыс не было обнаружено достоверного снижения данного морфометрического параметра [10]. Кроме того, для объективизации суждения о характере структурных изменений различных клеточных популяций внутри панкреатических островков необходимо проведение морфологического исследования с иммунофено-типированием эндокриноцитов, определением их процентного соотношения и объемной доли β-инсулоцитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, при морфометрическом исследовании эндокринного аппарата поджелудочной железы крыс с экспериментальным стрептозотоцин-индуцированным СД обнаружено значимое снижение площади и периметра панкреатических островков, что позволяет рассматривать вышеуказанные морфометрические параметры в качестве базовых при характеристике островкового аппарата поджелудочной железы крысы при моделировании ЭСД.

Список литературы Количественная характеристика патоморфологических изменений в эндокринной части поджелудочной железы крыс при моделировании экспериментального стрептозотоцин-индуцированного сахарного диабета

  • Автандилов Г. Г. Основы количественной патологической анатомии. -М.: Медицина. -2002. -240 с.
  • Влияние комбинированного стресса на морфологические изменения и экспрессию NO-синтаз в вентральном отделе гиппокампа крыс/А. В. Смирнов, И. Н. Тюренков, М. В. Шмидт и др.//Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -2015. -Т. 160, № 7. -С. 110-114.
  • Дедов И. И. Сахарный диабет: развитие технологий в диагностике, лечении и профилактике (пленарная лекция)//Сахарный диабет. -2010. -№ 3. -C. 6-13.
  • Изучение влияния сулодексида на эндотелий зависимую вазодилатацию мозговых сосудов у животных со стрептозотоцин-индуцированным сахарным диабетом/И. Н. Тюренков, А. В. Воронков, А. А. Слиецанс и др.//Экспериментальная диабетология. -2011. -№ 3. -С. 12-15.
  • Кротова Ю. Н., Каркищенко В. Н., Хлопонин Д. П. Роль апоптоза в патологии миокарда//Биомедицина. -2005. -№ 1. -C. 17-34.
  • Механизмы токсического действия стрептозотоцина на в-клетки островков Лангерганса/В. Б. Писарев, Г. Л. Снигур, А. А. Спасов и др.//Бюллетень экспериментальной биологии и медицины -2009. -Т. 148, № 12. -С. 700-702.
  • Мушкамбаров Н. Н., Кузнецов С. Л. Молекулярная биология. -М.: МИА, 2003. -544 с.
  • Нозологическая гетерогенность, молекулярная генетика и иммунология аутоиммунного сахарного диабета/И. И. Дедов, М. В. Шестакова, Т. Л. Кураева и др.//Вестник Российской академии медицинских наук. -2015. -Т. 70, № 2. -С. 132-138.
  • Роль NO-системы в морфогенезе заживления кожных ран при сахарном диабете/А. В. Смирнов, Н. Г. Паньшин, А. А. Слиецанс и др.//ВНМЖ. -2014. -№ 4. -С. 10-14.
  • Снигур Г. Л. Лекарственный патоморфоз эндокринной части поджелудочной железы при экспериментальном сахарном диабете: автореф. дис.. д-ра мед. наук. -Волгоград, 2012. -40 с.
  • Снигур Г. Л, Смирнов А. В. К вопросу стандартизации патогистологической диагностики сахарного диабета//Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. -2010. -№ 3 (35). -С. 112-115.
  • Уоткинс П. Дж. Сахарный диабет/Под ред. М. И. Балаболкина; пер. с англ. Д. Е. Колоды. -2-е изд. -М.: БИНОМ, 2006. -134 с.
  • Экспериментальная модель диабетической нефропатии у крыс/А. А. Спасов, А. В. Смирнов, О. А. Соловьева и др.//Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. -2015. -№ 3 (35). -С. 36-40.
  • Rat model of food-induced non-obese-type 2 diabetes mellitus: comparative pathophysiology and histopathology/A. O. Adeyi, B. A. Idowu, C. F. Mafiana, et al.//Int. J. Physiol. Pathophysiol. Pharmacol. -2012. -Vol. 4 (1). -Р. 51-58.
  • Sun G., Qi Y., Pan Q. Quantitative analysis of prevention effect of tetrandrine on pancreatic islet beta cells i njury in rats//Zhonghua Yi Xue Za Zhi. -1997. -Vol. 7 7 (4). -Р. 270-273.
Еще
Статья научная