Влияние полового диморфизма на особенности метаболических изменений в организме лабораторных животных при остром химически индуцированном повреждении поджелудочной железы

Автор: Великородная Ю.И., Новикова О.Н., Антонов В.А., Бажанова Е.Д., Зорина В.Н., Гуров Д.Ю., Самусев Р.П., Замараев В.С.

Журнал: Волгоградский научно-медицинский журнал @bulletin-volgmed

Рубрика: Статьи

Статья в выпуске: 2 т.21, 2024 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - оценка половых особенностей метаболических изменений в организме лабораторных животных при спонтанном восстановлении после однократного воздействия панкреотоксиканта - аллоксана. Токсическое повреждение ПЖ у опытных животных моделировали путем однократного внутрибрюшинного введения аллоксана, приготовленного ex tempore, в дозе 150 мг/кг после 18 часовой голодовки. У животных контрольной и опытных групп через 1, 3, 7, 14, 21 и 28 суток после введения панкреотоксиканта в плазме крови определяли содержание альбуминов, глюкозы, триглицеридов, молочной и пировиноградной кислоты, активность карбоксилэстеразы, а также показатели антиоксидантного статуса (малоновый диальдегид и каталаза в эритроцитах, оксидазная активность церулоплазмина в плазме крови). При экспериментальном аллоксан-индуцированном повреждении поджелудочной железы у лабораторных крыс обоего пола обнаружены определенные гендерные различия в изменении ряда биохимических параметров и показателей антиоксидантной системы. Анализ результатов исследования показал, что самки отличались большей чувствительностью к воздействию панкреотоксиканта, а нормализация исследуемых параметров при спонтанном восстановлении у них протекала медленнее, чем у самцов. При этом основное негативное воздействие аллоксана на организм самок отмечали на 7-е сутки после его введения. Выявленные половые различия следует учитывать при планировании экспериментальных работ и интерпретации их результатов.

Еще

Поджелудочная железа, модель острого панкреатита, половые различия, аллоксан, метаболические изменения, окислительный стресс

Короткий адрес: https://sciup.org/142242054

IDR: 142242054

Текст научной статьи Влияние полового диморфизма на особенности метаболических изменений в организме лабораторных животных при остром химически индуцированном повреждении поджелудочной железы

Острый панкреатит является самым распространенным заболеванием поджелудочной железы (ПЖ), при этом зависимость особенностей его патогенеза от пола остается предметом изучения и дискуссии. Считается, что частота заболеваемости у мужчин и женщин существенно не различается, однако среди мужчин значительно выше смертность, чаще развивается рецидивирующий острый панкреатит и в два раза чаще формируется хронический панкреатит [1, 2]. Согласно данным научной литературы, различия в патогенезе заболеваний желудочно-кишечного тракта могут быть обусловлены влиянием половых гормонов, а также с генетическими вариациями, связанными с полом [2]. Описан половой диморфизм не только в общей анатомии поджелудочной железы, но и в структуре, а также в функциях островковых клеток [3].

Известно достаточное количество пан-креотоксикантов химической природы, избирательно повреждающих как экзокринную часть поджелудочной железы, так и ее эндокринный компонент.

К числу таких веществ относят: этанол, азасерин, диметилбензо[а]антрацен, этионин, 4-гидроксиаминохинолин-1-оксид, бета-окисленные производные дипропилнитрозамина, олеиновую кислоту, стрептозотоцин, аллоксан. В частности, аллоксан (аналог глюкозы) накапливается преимущественно в β-клетках ПЖ, вызывая их гибель [5]. Однако нормализация метаболитов в крови и спонтанная регенерация ПЖ у лабораторных животных происходит в течение нескольких недель после введения аллоксана [6]. При этом воздействие аллоксана на про/антиокси-дантную систему и гомеостаз кальция позволяет рассматривать его не только как диабетогенное соединение, но и как модельный панкреатокси-кант для химически индуцированного повреждения ПЖ в эксперименте [5].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Оценка гендерных особенностей метаболических изменений в организме лабораторных животных при спонтанном восстановлении после однократного воздействия панкреотокси-канта – аллоксана.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте использовано 160 белых беспородных крыс (80 крыс-самцов и столько же крыс-самок). Возраст животных составлял 3–4 месяца, масса тела находилась в пределах 240–260 г. Содержание, уход, манипуляции с животными и их эвтаназию осуществляли в соответствии с требованиями международных рекомендаций Европейской конвенции по защите позвоночных животных. Дизайн эксперимента был одобрен локальной этической комиссией при ФГУП «НИИ ГТП» ФМБА, Волгоград, Россия, протокол № 1 от 8 июня 2023 года.

Для моделирования токсического повреждения ПЖ опытным животным после 18-часовой голодовки однократно вводили внутрибрюшинно аллоксан, приготовленный ex tempore , в дозе 150 мг/кг. Контрольным крысам вводили однократно внутрибрюшинно 1 мл физиологического раствора. Животных контрольной и опытных групп (по 6 особей в группе) выводили из эксперимента через 1, 3, 7, 14, 21 и 28 суток после введения панкреотоксиканта.

В целях выявления метаболических нарушений исследовали содержание альбуминов, глюкозы, триглицеридов (ТГ) в плазме крови с использованием наборов «Вектор-Бест», «Olvex Diagnosticum» (Россия) и планшетного фотометра SYNERGY HTX (BioTek, США). Активность карбоксилэстеразы (КЭ), как детоксифицирующего фермента, оценивали по изменению абсорбции α-нафтилацетата в качестве субстрата при длине волны 322 нм [6]. Содержание молочной (МК) и пировиноградной кислоты (ПВК) определяли спектрофотометрическим методом [7, 8]. Антиоксидантный статус оценивали по содержанию в эритроцитах малонового диальдегида (МДА) и активности каталазы, а также оксидазной активности церулоплазмина (ЦП) в плазме крови [8].

Статистический анализ проводился с применением программных пакетов Exel 2012 (Microsoft, США) и Statistica 13.0 (TIBCO, США). Рассчитывались параметры среднего арифметического значения (М) и стандартного отклонения (SD). Так как экспериментальные группы представляли собой небольшие выборки жи- вотных, то сравнения между контрольной и опытными группами проводили с помощью непараметрического метода анализа с использованием U- критерия Манна - Уитни. Уровень значимости (р) для достоверных различий между группами принимали равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сопоставление биохимических параметров в контрольных и опытных группах самцов и самок после острого химически индуцированного повреждения ПЖ с использованием аллоксана показало, что через 1 сутки только у крыс женского пола достоверно повышалось содержание ПВК, что приводило к снижению «гипоксического» индекса (отношение МК/ПВК) (табл.). При этом содержание глюкозы в крови в первые сутки после воздействия аллоксана возрастало как у самцов, так и у самок, однако отличие данного показателя от контроля у самок не достигало уровня статистической значимости. Также необходимо отметить, что в крови экспериментальных животных обоего пола отмечалась тенденция к накоплению продукта перекисного окисления липидов мембран эритроцитов – МДА, что являлось косвенным признаком развития оксидатив- ного стресса, индуцируемого аллоксаном [8]. Полученные данные подтверждают результаты проведенного ранее исследования на мышах с генетически нарушенной аутофагией: хронический панкреатит после острого воздействия у самок развивался реже, было менее выражено накопление активных форм кислорода (АФК), лучше сохранялись экзокринная и эндокринная ткань поджелудочной железы. Авторы исследования предположили, что на детоксикацию АФК и способность тканей к восстановлению после повреждения влияет активность рецепторов андрогенов и эстрогенов. В то же время другие исследователи не выявили половых различий на моделях церулин-индуцированного, а также L-аргинин-индуцированного хронического панкреатита у мышей [1]. На 3-и сутки у крыс-самцов, после введения аллоксана, регистрировали повышение уровня глюкозы в крови на 167 % относительно контроля, у самок данный показатель также был повышен, но различия были недостоверны. В этот период наблюдения отмечали разнонаправленные изменения активности каталазы в эритроцитах: если у самцов этот показатель был незначительно снижен (на 5%), то у самок, наоборот, активность фермента относительно контроля возрастала на 10 % (см. табл.).

Динамика изменений биохимических параметров у подопытных животных обоего пола после однократного внутрибрюшинного введения аллоксана в дозе 150 мг/кг (М ± SD)

Исследуемый параметр	Самцы		Самки
Исследуемый параметр	контроль	опыт, аллоксан 150 мг/кг	контроль	опыт, аллоксан 150 мг/кг
1	2	3	4	5
1-е сутки
МК, мкМоль/мл	13,18 ± 2,51	14,96 ± 3,11	20,31 ± 2,14	21,27 ± 1,33
ПВК, мкМоль/мл	0,55 ± 0,1	0,66 ± 0,13	0,18 ± 0,06	0,35 ± 0,07*
МК/ПВК, усл. ед.	1,38 ± 0,11	1,35 ± 0,05	2,07 ± 0,23	1,79 ± 0,11*
КЭ, мЕд/мл	0,18 ± 0,03	0,18 ± 0,02	0,22 ± 0,04	0,21 ± 0,02
ЦП, мЕд/мл	180,78 ± 56,22	172,05 ± 21,58	78,60 ± 17,54	83,84 ± 3,31
ТГ, мМоль/мл	1,21 ± 0,19	1,03 ± 0,39	0,68 ± 0,15	0,82 ± 0,24
Альбумины, мг/мл	32,47 ± 3,60	33,42 ± 2,28	24,46 ± 3,67	26,53 ± 0,67
Глюкоза, мкМоль/мл	8,34 ± 1,98	16,66 ± 9,62*	7,06 ± 1,27	9,66 ± 0,94
МДА в ЭР, мкМ/мл	0,88 ± 0,43	1,31 ± 0,49	1,93 ± 0,56	2,16 ± 0,75
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	27,61 ± 1,89	29,75 ± 1,37	30,26 ± 1,45	31,27 ± 0,80
3-и сутки
МК, мкМоль/мл	21,33 ± 2,03	19,93 ± 2,64	22,99 ± 1,51	21,44 ± 1,10
ПВК, мкМоль/мл	0,49 ± 0,14	0,43 ± 0,09	0,27 ± 0,04	0,31 ± 0,08
МК/ПВК, усл. ед.	1,65 ± 0,10	1,66 ± 0,05	1,93 ± 0,07	1,84 ± 0,10
КЭ, мЕд/мл	0,20 ± 0,02	0,18 ± 0,01	0,24 ± 0,04	0,22 ± 0,02
ЦП, мЕд/мл	286,45 ± 35,33	261,13 ± 17,35	79,47 ± 13,83	93,45 ± 8,39
ТГ, мМоль/мл	1,40 ± 0,59	1,20 ± 1,70	0,92 ± 0,33	1,22 ± 0,14
Альбумины, мг/мл	32,65 ± 2,84	30,95 ± 2,00	28,41 ± 1,74	28,28 ± 1,23
Глюкоза, мкМоль/мл	8,45 ± 1,66	22,62 ± 11,53*	8,34 ± 0,94	13,70 ± 6,78
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,66 ± 0,15	1,50 ± 0,25	2,19 ± 0,13	1,98 ± 0,23
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	32,94 ± 1,08	31,39 ± 0,77*	26,60 ± 1,31	29,32 ± 0,86*
7-е сутки
МК, мкМоль/мл	19,36 ± 5,17	19,76 ± 3,52	18,39 ± 1,06	17,52 ± 0,88

Окончание табл.

1	2	3	4	5
ПВК, мкМоль/мл	0,67 ± 0,30	0,59 ± 0,20	0,31 ± 0,10	0,21 ± 0,06
МК/ПВК, усл. ед.	1,50 ± 0,17	1,51 ± 0,08	1,79 ± 0,16	1,93 ± 0,14
КЭ, мЕд/мл	0,19 ± 0,03	0,31 ± 0,03*	0,23 ± 0,03	0,26 ± 0,04
ЦП, мЕд/мл	421,82 ± 53,00	220,08 ± 24,13*	230,56 ± 16,24	268,99 ± 20,34*
ТГ, мМоль/мл	0,52 ± 0,19	0,55 ± 0,18	1,20 ± 0,26	0,72 ± 0,21*
Альбумины, мг/мл	37,21 ± 3,24	35,82 ± 1,67	31,60 ± 0,85	28,13 ± 1,45*
Глюкоза, мкМоль/мл	8,27 ± 1,75	30,57 ± 13,46*	7,78 ± 2,23	19,60 ± 8,31*
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,39 ± 0,06	1,30 ± 0,16	1,28 ± 0,11	2,32 ± 0,24*
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	22,14 ± 0,95	22,20 ± 0,84	30,82 ± 4,64	32,70 ± 0,70
14-е сутки
МК, мкМоль/мл	21,90 ± 5,81	19,55 ± 2,03	14,81 ± 1,14	14,34 ± 0,53
ПВК, мкМоль/мл	0,79 ± 0,37	0,61 ± 0,12	0,51 ± 0,09	0,47 ± 0,04
МК/ПВК, усл. ед.	1,47 ± 0,11	1,51 ± 0,06	1,46 ± 0,07	1,48 ± 0,03
КЭ, мЕд/мл	0,22 ± 0,02	0,23 ± 0,03	0,14 ± 0,04	0,26 ± 0,03*
ЦП, мЕд/мл	282,09 ± 12,14	266,37 ± 60,33	303,92 ± 63,57	331,87 ± 47,41
ТГ, мМоль/мл	0,95 ± 0,22	0,67 ± 0,13	1,15 ± 0,34	0,97 ± 0,37
Альбумины, мг/мл	30,13 ± 0,96	34,40 ± 3,93	31,66 ± 1,58	30,84 ± 0,64
Глюкоза, мкМоль/мл	7,20 ± 2,11	8,03 ± 2,03	7,43 ± 0,50	27,11 ± 11,31*
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,97 ± 0,44	1,68 ± 0,14	2,47 ± 0,27	2,45 ± 0,40
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	24,10 ± 2,18	27,83 ± 0,90*	30,75 ± 1,65	32,92 ± 1,47*
21-е сутки
МК, мкМоль/мл	18,71 ± 1,82	15,49 ± 1,64*	16,71 ± 0,48	16,53 ± 1,87
ПВК, мкМоль/мл	0,57 ± 0,15	0,48 ± 0,06	0,56 ± 0,11	0,36 ± 0,12*
МК/ПВК, усл. ед.	1,53 ± 1,55	1,51 ± 0,06	1,48 ± 0,10	1,68 ± 0,15
КЭ, мЕд/мл	0,20 ± 0,04	0,23 ± 0,03	0,21 ± 0,03	0,27 ± 0,04*
ЦП, мЕд/мл	268,11 ± 27,21	276,85 ± 10,34	283,83 ± 48,41	294,31 ± 41,05
ТГ, мМоль/мл	1,02 ± 0,29	0,93 ± 0,38	1,26 ± 0,32	0,98 ± 0,34
Альбумины, мг/мл	33,23 ± 1,13	34,29 ± 4,28	30,80 ± 2,28	32,48 ± 0,82
Глюкоза, мкМоль/мл	8,23 ± 0,53	13,82 ± 8,81	7,14 ± 0,66	20,84 ± 14,32*
МДА в ЭР, мкМ/мл	2,40 ± 0,26	1,57 ± 0,12*	1,51 ± 0,14	1,44 ± 0,13
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	25,77 ± 0,46	26,39 ± 0,62	26,60 ± 0,96	28,94 ± 0,91*
28-е сутки
МК, мкМоль/мл	20,77 ± 4,28	19,18 ± 2,46	16,25 ± 1,16	19,93 ± 2,69
ПВК, мкМоль/мл	0,63 ± 0,08	0,62 ± 0,08	0,51 ± 0,05	0,44 ± 0,07
МК/ПВК, усл. ед.	1,51 ± 0,11	1,49 ± 0,05	1,50 ± 0,07	1,66 ± 0,11
КЭ, мЕд/мл	0,21 ± 0,03	0,22 ± 0,02	0,23 ± 0,03	0,25 ± 0,03
ЦП, мЕд/мл	246,28 ± 23,43	254,14 ± 33,92	268,11 ± 39,55	279,47 ± 34,23
ТГ, мМоль/мл	0,55 ± 0,25	0,68 ± 0,22	1,01 ± 0,35	0,84 ± 0,19
Альбумины, мг/мл	32,11 ± 4,26	31,08 ± 1,41	33,51 ± 2,01	33,91 ± 2,85
Глюкоза, мкМоль/мл	7,94 ± 0,90	13,59 ± 11,05	7,20 ± 0,59	10,48 ± 3,05
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,64 ± 0,29	1,55 ± 0,50	1,22 ± 0,15	1,18 ± 0,36
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	27,60 ± 0,46	26,93 ± 1,06	29,89 ± 1,42	29,66 ± 1,80

Через 7 суток после однократного введения аллоксана в качестве модельного панкрео-токсиканта у опытных животных, в большей степени у самок, выявляли многочисленные статистически значимые относительно параллельного контроля изменения метаболических параметров. Так, у крыс женского пола на фоне повышенного уровня глюкозы (в 2,5 раза по сравнению с контролем) снижалось содержание ТГ и альбуминов в крови, что являлось характерным признаком перестройки метаболизма при нарушении обмена веществ, вызванного устойчивой гипергликемией [9]. Об этом косвенным образом свидетельствовала и выраженная тенденция снижения

ПВК с одновременным гипоксическим сдвигом в соотношении МК/ПВК внутренней среды организма. Кроме того, у самок возрастали оксидазная активность ЦП (на 18 %) в плазме крови и содержание МДА (на 81 %) в эритроцитах. У самцов метаболические изменения в организме выражались повышенным уровнем глюкозы (на 270 % относительно контроля), а также увеличением активности КЭ (на 63 %) с одновременным снижением оксидазной активности ЦП (на 48 %) в плазме крови. Полученные данные по изменениям уровня ТГ под воздействием панкреатокси-канта у самок достаточно интересны в плане экстраполяции на человека. Так, например, индуци- рованный гипертриглицеридемией острый панкреатит чаще развивается у мужчин, что связывают с большей частотой злоупотребления алкоголем на фоне сопутствующих метаболических нарушений [1].

По истечении 14 суток после однократного внутрибрюшинного введения аллоксана у опытных крыс обоего пола возрастала активность каталазы (на 15 % у самцов и на 7 % у самок) в эритроцитах. Кроме того, у самок сохранялась гипергликемия, а оксидазная активность КЭ относительно контроля была повышена на 85 %.

На 21-е сутки после введения аллоксана достоверные метаболические изменения в организме опытных крыс мужского пола ограничивались снижением уровня МК в плазме и МДА в эритроцитах, в то время как у самок сохранялась выраженная гипергликемия, а также повышенная активность КЭ в плазме крови и каталазы в эритроцитах. Также у крыс-самок значительно снижалось содержание ПВК в плазме крови, что позволяло предположить развитие у них метаболической гипоксии.

Через 28 суток от момента введения аллоксана у подопытных животных происходила нормализация практически всех метаболических параметров. Несмотря на это у особей обоего пола прослеживалась тенденция к сохранению умеренной гипергликемии, а у самок, кроме того, сохранялись признаки метаболической гипоксии, выражавшиеся в повышении содержания молочной кислоты на фоне пониженного уровня ПВК в плазме крови.

Наблюдаемые сдвиги исследуемых параметров в крови экспериментальных животных свидетельствуют о наличии половых различий в степени повреждения и скорости восстановления функциональной активности ПЖ после воздействия пан-креотоксиканта. При этом самки оказались более чувствительными к воздействию аллоксана, что подтверждалось бόльшим количеством изменений биохимических параметров плазмы крови и показателей антиоксидантного статуса.

Необходимо отметить, что часть изменений, например, снижение содержания ТГ в крови у самок, может быть ассоциирована со снижением риска развития хронического панкреатита. Однако есть и предположения, что женские половые гормоны негативно влияют на токсичность. В эксперименте с применением этионина в качестве панкреатотоксина, тяжелый острый панкреатит с геморрагическим некрозом развивался у самок мышей, но не у самцов [1]. На сегодняшний день диагностические критерии панкреатита одинаковы у мужчин и женщин, однако описанные ранее и выявленные нашем исследовании различия подтверждают необходимость рассматривать половую принадлежность при повреждениях ПЖ в качестве «биологической переменной», которую необходимо учитывать при планировании исследований и интерпретации результатов [10]. Данный подход особенно важен при доклиническом изучении новых разрабатываемых лекарственных средств, а также при оценке класса опасности химических соединений при их гигиеническом нормировании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, при анализе результатов исследования особенностей метаболических изменений в организме лабораторных животных при остром химически индуцированном повреждении ПЖ аллоксаном были выявлены нарушения метаболического и антиокидантного статусов у животных обоего пола, при этом самки отличались большей чувствительностью к воздействию пан-креотоксиканта, а нормализация исследуемых параметров у них протекала медленнее, чем у самцов. Наиболее выраженные проявления негативного воздействия аллоксана на организм самок отмечали на 7-е сутки после его введения. Выявленные половые различия в эксперименте под воздействием панкреотоксиканта химической природы может быть обусловлено анатомическими различиями, дифференциальной экспрессией генов, действием стероидных гормонов. Каждый из этих факторов в определенной степени вносит свой вклад в патофизиологические механизмы повреждения ПЖ, которые следует учитывать при планировании доклинических, клинических исследований, профилактических осмотров и интерпретации их результатов.

Список литературы Влияние полового диморфизма на особенности метаболических изменений в организме лабораторных животных при остром химически индуцированном повреждении поджелудочной железы

Drake M., Dodwad S. J., Davis J. et al. Sex-related differences of acute and chronic pancreatitis in adults. J. Clin. Med. 2021;10(2):300.
Sharma S., Weissman S., Aburayyan K. et al. Sex differences in outcomes of acute pancreatitis: Findings from a nationwide analysis. J. Hepatobiliary Pancreat Sci. 2021;28(3):280-286.
Gannon M. Kulkarni R. N., Tse H. M. et al. Sex differences underlying pancreatic islet biology and its dysfunction. Mol. Metab. 2018;15:82-91.
Martín-Carro B., Donate-Correa J., Fernández-Villabrille S. et al. Experimental models to study diabetes mellitus and its complications: limitations and new opportunities. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(12):10309.
Oršolić N., Sirovina D., Končić M. Z. et al. Effect of Croatian propolis on diabetic nephropathy and liver toxicity in mice. BMC Complement Altern Med. 2012;12:117.
Борщевская Л. Н., Гордеева Т. Л., Калинина А. Н. и др. Спектрофотометрическое определение молочной кислоты. Журнал аналитической химии. 2016;71(8):78-790. EDN: WDOUZP
Методы ветеринарной клинической лабораторной диагностики: справочник; под редакцией проф. И. П. Кондрахина. Москва: КолосС, 2004. 520 с.
Вольхина И. В., Бутолин Е. Г. Оксидативный стресс и изменения показателей обмена сиалогликоконъюгатов печени крыс с аллоксановым сахарным диабетом. Сахарный диабет. 2022;25(3):249-255. EDN: BXIZZI
Sanches J. M., Zhao L. N., Salehi A. et al. Pathophysiology of type 2 diabetes and the impact of altered metabolic interorgan crosstalk. FEBS J. 2023; 290:620-648.
Wang M., Gorelick F., Bhargava A. Sex differences in the exocrine pancreas and associated diseases. Cell Mol. Gastroenterol. Hepatol. 2021;12(2):427-441. EDN: REGYPJ

Еще

Статья научная