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.