Влияние экстрактов растений на инсулинорезистентность при экспериментальном сахарном диабете

Устранение инсулинорезистентности (ИР) и потенцирование сахароснижающего действия инсулина – одно из приоритетных направлений создания лекарственных средств для лечения сахарного диабета и снижения риска возникновения осложнений этого хронического заболевания [1]. При ИР нарушается толерантность к глюкозе, возникают эндотелиальная дисфункция, абдоминальное ожирение, атерогенная дислипидемия, артериальная гипертензия, хроническое воспаление, повышаются агрегация тромбоцитов и свертывание крови. ИР становится патофизиологической основой для развития сердечно-сосудистых заболеваний у больных сахарным диабетом 2-го типа (СД2). Первой группой сахароснижающих средств, уменьшающих ИР, были бигуаниды с главным представителем метформином. Позже выяснилось, что метформин не поступает в мышечную ткань и увеличивает чувствительность скелетных мышц к инсулину только при снижении массы тела. ИР в инсулинзависимых тканях эффективно уменьшают тиазолидиндионы пиоглитазон и росиглитазон – агонисты рецепторов, активирующих пролиферацию пероксисом (PPARγ) [2].

Цель исследования: оценить влияние экстрактов крапивы, лопуха, одуванчика и галеги лекарственной на чувствительность тканей к инсулину при модели СД, вызванной стрептозотоцином.

Материал и методы

Эксперименты проводили в зимне-весенний период на 110 аутбредных крысах самцах массой 200–220 г, полученных из клиники лабораторных животных НИИ фармакологии и регенеративной медицины имени Е.Д. Гольдберга (г. Томск). Животных содержали в соответствии с правилами Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Страсбург, 1986). Исследование одобрено этическим комитетом Сибирского государственного медицинского университета (протокол № 1580 от 18.10.2009) и выполнено в соответствии с рекомендациями «Руководства по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических средств» [3].

Экспериментальный СД вызывали двукратным внутрибрюшинным введением стрептозотоцина в дозе 30 мг/ кг с интервалом в 2 дня. Для формирования устойчивости к инсулину животные в течение 4 нед до инъекций стреп-тозотоцина и на протяжении 8 нед после окончания его введения получали диету с повышенным содержанием жиров (белки – 8%, жиры – 30%, углеводы – 62% от общей суточной калорийности) [4].

Через 8 нед отбирали крыс с уровнем гликемии не менее 10 ммоль/л после голодания на протяжении 12–14 ч. Чтобы оценить влияние пищевого рациона на чувствительность тканей к инсулину и эффекты экстрактов растений животных одновременно с началом терапии разделяли: одни крысы продолжали получать диету с высоким содержанием жиров, другие – обычный пищевой рацион (20% белков, 8% жиров и 72% углеводов). Сформировалось 15 групп животных по 5–8 крыс: животные с моделью СД 2 типа, животные с моделью СД, получавшие обычный пищевой рацион без фармакотерапии, 8 групп животных, которым вводили экстракты растений, 4 группы крыс, которым вводили препараты сравнения при различных режимах питания и интактные животные.

Сухие водные экстракты получали из листьев крапивы двудомной ( Urtica dioica L., сем. Urticaceae), надземной части галеги лекарственной ( Calega offi cinalis , сем. Fabaceae), корней лопуха большого ( Arctium lappa L., сем. Asteraceae) и одуванчика лекарственного ( Taraxacum offi cinale, сем. Asteraceae). Экстракты крапивы и одуванчика (по 100 мг/кг), экстракт лопуха в (25 мг/кг), экстракт галеги лекарственной (350 мг/кг), метформин («Berlin-Chemi AG», Германия, 450 мг/кг) [5] и росигли-тазон («GlaxoWellcome», Великобритания, 40 мкг/кг) [6, 7] вводили ежедневно в желудок за 30 мин до кормления в течение 10 сут. Дозы экстрактов являются эффективными по сахароснижающему действию и были установлены в ранее проведенных исследованиях [8, 9]. Контрольным животным с моделью СД и интактным животным вводили дистиллированную воду в эквиобъ-емном количестве.

Содержание глюкозы в венозной крови определяли с помощью системы контроля глюкозы «OneTouch UltraEasy» («LifeScanInc.», США), уровень гликированного гемоглобина оценивали с использованием тест-системы «Glycohemoglobin» («HighTechnologyInc», США). Содержание в сыворотке крови триглицеридов (ТГ) и холестерина липопротеинов высокой плотности (ХС ЛПВП) определяли с помощью тест-систем «Триглицериды», «ЛПВП-холестерин» (Россия). Измерения проводили на колориметре фотоэлектрическом КФО (Россия).

Для оценки ИР использовали расчетный показатель – метаболический индекс (МИ), учитывающий изменения углеводного и липидного обменов. МИ характеризует ИР более адекватно, чем расчетный индекс HOMA-IR и отношение содержания в плазме ТГ к содержанию ХС ЛПВП [10]. Об ИР свидетельствует значение МИ ≥7.

Индекс рассчитывали по формуле:

МИ = [ТГ (ммоль/л) × глюкоза (ммоль/л)]/ХС ЛПВП (ммоль/л).

Результаты обрабатывали с помощью непараметрических критериев Манна – Уитни и Вилкоксона для независимых и зависимых выборок при вероятности ошибочного вывода, не превышающей 5% ( р < 0,05) [11]. Данные представлены в виде медианы Ме, верхнего и нижнего квартилей Q₁ – Q₃ . Расчеты проводили с использованием программы Statistica 10.0 для Windows.

Результаты и обсуждение

Через 8 недель после введения стрептозотоцина у крыс появлялись характерные для СД симптомы: полиурия, повышались потребление воды и аппетит. Масса тела животных снижалась на 14–30%, повышалась на 3–24% или не изменялась. Концентрация глюкозы в крови возрастала с 3,6–4,5 до 10,1–25,1 ммоль/л, гликогемоглобина – с 4,4–4,6 до 7,0–11,9% ( р < 0,05). Повышение уровня метаболических маркеров СД свидетельствуют о формировании модели СД 2 типа. Чувствительность тканей к инсулину снижалась [9].

У животных, получавших пищу с высоким содержанием жиров, под влиянием экстракта крапивы уровень глюкозы крови натощак уменьшался с 20,1 до 15,3 ммоль/л, гликированного гемоглобина – с 8,6 до 7,6% ( р < 0,05). В этом эксперименте при введении животным экстракта лопуха концентрация глюкозы в крови снижалась с 16,3 до 12,8 ммоль/л, гликированного гемоглобина – с 7,2 до 6,0% ( р < 0,05). Экстракт галеги не улучшал показатели углеводного обмена. Экстракт одуванчика не изменял концентрацию глюкозы, уменьшал уровень гликированного гемоглобина с 7,8 до 6,4% ( р < 0,05) (табл. 1).

При экспериментальном СД и обычном пищевом рационе с содержанием жиров 8% экстракт крапивы уменьшал концентрацию глюкозы в крови натощак с 20,3 до 6,4 ммоль/л, экстракт галеги – с 15,0 до 6,3 ммоль/л, экстракт одуванчика – с 14,7 до 7,4 ммоль/л. Экстракт лопуха не оказывал сахароснижающего действия. Экстракт крапивы снижал уровень гликогемоглобина с 8,6 до 7,6%, экстракт лопуха – с 7,2 до 6,0%, экстракт галеги – с 8,4% до 7,4%, экстракт одуванчика – с 7,8 до 7,4% ( р < 0,05) (табл. 1).

При введении метформина крысам, получавшим пищу с высоким содержанием жиров, концентрация глюкозы снижалась с 17,3 до 12,2 ммоль/л ( р < 0,05), содержание гликированного гемоглобина статистически значимо не изменялось. Росиглитазон в этом эксперименте не изменял концентрацию глюкозы в крови крыс натощак, снижал уровень гликированного гемоглобина с 7,5 до 6,6% ( р < 0,05).

При кормлении экспериментальных животных пищей с содержанием жиров 8% метформин снижал уровень глюкозы с 17,1 до 6,3 ммоль/л, росиглитазон – с 12,9 до 7,0 ммоль/л. Оба синтетических сахароснижающих средства уменьшали концентрацию гликированного гемоглобина – с 7,3%–7,7% до 6,2%–6,8% ( р < 0,05) (табл. 1).

§ 5" L X 1  1 x     от Ф     15 11 о    Ф m    to ™    Ф i    "° to     ° о    E E     ro §   ^ Ф    c 2   S °    o1 1   1 t  1 E S    CT 3    c 8    ™ 2   и E   8 2   £ S    O) 05     ° ё   S Ф      TO °   ® о    о го      to s     £Z E    ° S   Ф о      c. о   о CL    N S  g го 1    2 О   c "8"      05 s  I '§    £ ф    E о   = E    ° Ф     CT С    Ф 2     05 of   ° О   О с    о 1    е" го     с 2    ° х   и о.    О 2 го ф ^ ■R § Сг ° | L 8 С Cr Е 5 — ® 5 го з	s§	ф О "О ??i о ст Е 2 £ 8 §	)Э|Р |BШJ0U в BHonhBd ojoaatnnu ojOHhiago	of I V-	°" л	со"	S 2
			)Э|Р IB^-Цбщ aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	^" m	St	U5 СО	4
		"го" £ Е ™ ^ о X £ 05 ф ^ о Е ® Ф о 5	)Э|Р |BШJ0U в BHonhBd ojoaatnnu ojOHhiago	ч со" < 7	со ^ со" I	с?
			)Э|Р IB^-Цбщ aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	г< 1	™ т	со"	cq^
		го 1 | 2 §»| -§ ГО § 6 °	)Э|Р |BШJ0U в BHonhBd ojoaatnnu ojOHhiago		h" 5	”5
			)Э|Р IB^-Цбщ aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	£ л	' со" со" 1 ^- Q	со_ со"
		х О § 2 2 5 Ф X 2 X ф и 1- Я 5 05     Ф ф В ГО £ и ^ с Ф     о	)Э|Р |BШJ0U в BHonhBd ojoaatnnu ojOHhiago	St	<4 5 со о	со" со" о ^-
			)Э|Р IB^-Цбщ aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	S3	coj"	со" Л	co" Л
		ф о ® »£ ™ о to ГО О § X ГО о го -§ "°	)Э|Р |BШJ0U в BHonhBd ojoaatnnu ojOHhiago	со"	со_ ^:	о со" со" сп	(£)" J^
			)Э|Р IB^-Цбщ aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	со 5 со"	со ^
		■8" "о g о | го - S’ 1 го О 05 Ф _Q “ ? го Ё с го.	)Э|Р |BШJ0U в BHonhBd ojoaatnnu ojOHhiago	°Ч CN О । S		со"	eq (N eq_
			SJSIP )Bj-46|4 aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	Ч. CN о I		со со" со"
		sBrup р иоц -□npOJJUl ЭЩ )П0Щ|М )Э|Р |BШJ0U в aoiBdBuadu винэВэаа еэд HonhBd иоаэтии И1чнычдо		hro	о) ^2 ^ СП	со"	°1 °f
	с ф 2 Ф			ос & го   у i £ ф го I го о ф § § 1 О £ Е й ф 05 ф ОТ" ~ го i Е 2 £ I Д 8 8 | £ ? С£ ь CL СП О 05	х £ Ф X 2 ф ф 1 ° ф ф X ф - § £ ф со < Е	ОС О ™ го to £ Ф о i о 2 ф § § & 8 £ Е n It^^B Ii 5 2| 2 о CD q.	6 ° -m § g ф E O to Ф m <  ф
				"|/|0ШШ ‘ЭЗОЭПЮ Lf/яиоин ‘BSOMOiLTJ		% ‘и|до|6ошэц рэ,вэА|э % HngoirjOHBj HiaHHBaodnxHLrj

m

О

СУ

СП

Е

Е

Е

Е

Е

СГЕ О ф ф и о ^ о	о ® | ГО I О О) l»s g S га Я-° О X ОТ ф О g £	)Э|р IBLUJOU в BHonhBd ojoaotnnu сионычдо	° 4	27	5 7
		,э|р )ВкЦб!Ц aodиж нэинвжdэ^oэ ИИХ0Э1ЧЭ Э |Ч1ЭИВ	OJ (N	OJ Т-" О	со_ ^~
	lol Я-e-g га * S “ ф 2 Е £	)Э|р |BШJOU в BHonhBd сиоаэтии сионычдо		н2
		,э|р )ВкЦб!Ц aodиж нэинвжdэ^oo НИХ001ЧЭ 0 1Ч1ЭИВ			(D ।
	i ~ ? го 5 2 го го ~ 2 “ га Ф °> Ч 2 с о О ГОГ о го 8$У н га 7 го ^ °	)Э|Р IBLUJOU BHonhBd ojoaohinu ojOHHiago	”2.	СО Т-"	° 7
		,э|р iBi-qBiq aodиж нэинвжdэ^oo НИХ001ЧЭ 0 1Ч1ЭИВ	°" 2		CN ° со" 1
	Ь 2 о X -И- го 2 Я ™ 5? р I .2 ф го 01 с	)Э|Р IBLUJOU В BHonhBd ojoaotnnu оионычдо			4
		joip iBi-qBiq aodиж нэинвжdэ^oo НИХ001ЧЭ 0 1Ч1ЭИВ	° A	°" Л	^ й
	»£ ™ о ^ го о § X го о с X О) О ф -X го	)Э|Р IBLUJOU BHonhBd ojoaotnnu оионычдо		О) О °"	см со
		,Э!Р)ВкЧб!Ч aodиж нэинвжdэ^oo НИХ001ЧЭ 0 1Ч1ЭИВ		о 5	см_ сЗ со J.
	3     с g 2 О га ® £ ™ ^S « S." 1 ® о С с	)Э|Р IBLUJOU BHonhBd ojoaotnnu оионычдо	° 4
		)Э!Р)ВкЧб!Ч aodиж нэинвжdэ^oo НИХ001ЧЭ 0 1Ч1ЭИВ		OJ Т-" О	^ 4
	sBnjpio UOipnpOJJUl ЭЩ )ПОЩ|М )Э|Р IBLUJOU в aoiBdBuodu винэВэаа sag HonhBd иоаэтии И1чнычдо		°i	°-7
(lojjuoo) эгцшаш sajaqBjp jo |эро|/\| (qirodiHox) Уз чиэВо|Л|			co ° (N	о" m	(N Ф со" V ю 4
5|вш1ив )OB)U| эннюаиж энн1^в1ни			о 5	°	<м 7 <м" о
JQIQWBJBJ ЯиЭ1В£ВХ0и			§■ ю* го ГО ф _ 2 1161 н 2 н Е	S о х го ® ||| о С Q Е х с; т е	i х О го ф 1 5 Го Ф го ф т ®

Е

Е

Е

Е

Крыс контрольной группы кормили пищей с содержанием жиров 8%, лекарственные средства животным этой группы не вводили. Показатели углеводного обмена у этих животных изменялись: концентрация глюкозы в крови уменьшалась с 17,4 до 12,9 ммоль/л ( р < 0,05). Однако уровень гликированного гемоглобина оставался неизменным.

При модели СД, вызванном стрептозотоцином, и ин-сулинорезистентности концентрация ТГ в плазме увеличивалась в 8,3 раза, концентрация ХС ЛПВП возрастала незначительно ( р = 0,8). При введении экстрактов растений и референтных препаратов концентрация в плазме ТГ изменялись в сторону нормы, с 5,8 ммоль/л до 0,3– 1,2 ммоль/л, независимо от режима питания. Концентрация ХС ЛПВП повышалась в 2,2–3,2 раза у животных получавших при обоих вариантах диеты экстракты галеги, одуванчика, метформин или росиглитазон по сравнению с концентрацией у интактных крыс. При введении экстракта крапивы концентрация ХС ЛПВП увеличивалась лишь у крыс, продолжавших получать пищу с высоким содержанием жиров ( р < 0,05). Экстракт лопуха не изменял концентрацию ХС ЛПВП у животных при обоих режимах питания. Содержание ХС ЛПВП у животных, получавших обычный пищевой рацион без фармакотерапии, оставалось таким же, как у крыс при модели СД (табл. 2).

Все исследованные экстракты растений (исключая экстракт галеги, примененный на фоне диеты с высоким содержанием жиров) не слабее метформина и росигли-тазона улучшают показатели углеводного и липидного обменов при экспериментальном СД, индуцированном введением стрептозотоцина.

У животных с экспериментальным СД МИ увеличивался в 25,5 раза. После терапии экстрактом крапивы у крыс, получавших корм с содержанием жиров 8%, МИ не отличается от показателя интактных животных. У животных, получавших экстракт галеги, метформин и ро-сиглитазон в сочетании с обычным пищевым рационом, МИ изменяется в сторону нормы, до 4,3–5,6.

Экстракт одуванчика нормализовал МИ у крыс, продолжавших получать диету, обогащенную жирами ( р < 0,05). МИ у крыс контрольной группы оставался повышенным (табл. 2). При введении метформина животным, получавшим корм с содержанием жиров 30%, экстракта одуванчика – крысам при кормлении пищей с содержанием жиров 8% отмечена тенденция к снижению МИ ( р = 0,06 и р = 0,07 соответственно).

Способность ослаблять инсулинорезистентность может быть обусловлена эффектами химических компонентов лекарственных растений: флавоноидов и микроэлементов (табл. 3).

Основные метаболические эффекты инсулина, в том числе его стимулирующее влияние на поглощение глюкозы клетками-мишенями, реализуются при помощи фосфатидилинозитол-3-киназного (PI3K)–Akt/PKB сигнального пути. Соединения ванадия обратимо или необратимо ингибируют негативный регулятор передачи сигнала рецептора инсулина – протеинтирозинфосфата-зу 1B (PTP1B). Этот фермент, дефосфорилируя рецептор инсулина и субстрат рецептора инсулина, подавляет передачу сигналов инсулина и провоцирует развитие инсу-линорезистентности [12, 13].

Таблица 3. Содержание химических компонентов в сухих водных экстрактах листьев крапивы двудомной, галеги лекарственной, корней лопуха большого и одуванчика лекарственного ( M ± m )

Table 3. The content of chemical components in dry aqueous extracts of leaves of nettle dioecious, galega officinalis, roots of burdock and dandelion officinalis ( M ± m )

Экстракт       Экстракт    Экстракт галеги     Экстракт крапивы        лопуха      Galega officinalis    одуванчика Nettle extract Burdock extract       extract       Dandelion extract
Флавоноиды, % Flavonoids, %
1,7 ± 0,3	3,2 ± 0,8	1,8 ± 0,2	1,8 ± 0,4
Ванадий, мг/г Vanadium, mg/g
0,89 ± 0,06	0,13 ± 0,02	0,91 ± 0,12	0,34 ± 0,04

Флавоноиды, выделенные из метанольного экстракта надземных частей Dodonaea viscosa , используемого в традиционной медицине Южной Азии в качестве проти-водиабетического средства, в исследованиях in vitro обратимо, дозозависимо ингибировали активность PTP1B [14]. Водно-спиртовой экстракт листьев Dodonaea viscosa увеличивал гипогликемическое действие экзогенного инсулина у кроликов с аллоксановым диабетом [15]. Флавоноид понгамол из плодов Pongamia pinnata оказывает выраженное гипогликемическое действие у крыс при диабете, вызванном введением стрептозотоцина и у мышей линии db/db , in vitro значительное снижает активность PTP1B [16].

Облегчает передачу сигналов рецептора инсулина сиртуин 1 (SIRT1). Сиртуины (silencer information regulator) – семейство высококонсервативных НАД⁺-за-висимых дегидрогеназ. Снижение экспрессии и/или активности сиртуинов коррелирует с развитием СД 2 типа [17]. Флавоноид кверцетин улучшает чувствительность к инсулину у мышей db/db , повышая экспрессию SIRT1 [18]. Кверцетин увеличивает активность SIRT1 в пять раз. Кроме того, кверцетин оказывает мягкое стимулирующее действие на SIRT6 [19]. SIRT6 играет важную роль в поддержании нормального гомеостаза глюкозы [20].

Выводы

При экспериментальном сахарном диабете, вызванном у крыс введением стрептозотоцина в сочетании с обогащенным жирами кормом, водные экстракты крапивы двудомной (100 мг/кг), галеги лекарственной (350 мг/кг), корней лопуха большого (25 мг/кг) и одуванчика лекарственного (100 мг/кг) при введении в течение 10 дней в такой же степени, как метформин и росиглита-зон, уменьшают в крови уровень глюкозы, гликированного гемоглобина, триглицеридов, повышают концентрацию холестерина ЛВП.

Экстракты крапивы и галеги, подобно метформину и росиглитазону, ослабляют инсулинорезистентность у животных при питании кормом с низким содержанием жиров, экстракт одуванчика лекарственного – у животных, продолжавших получать пищу с высоким содержанием жиров.