CC BY
119
УДК: 616.379-008.64:615.015
Elbekyan K.1, Muraveva A.B.2, Pazhitneva E.V3.
BIOLOGICAL MODELING ALLOKSAN-INDUCED DIABETES
1GBOU VPO «Stavropol State Medical University» department of general and biological
chemistry, Ulyanovsk, street, 15, Stavropol, Russia, 355000
Abstract: using alloksan-tetrahydrate on mice there has been produced the experimental model of type 1 diabetes and an evaluation of this experimental model, is based on the parameters of carbohydrate and lipid metabolism and oxidative stress. Studies have shown that with mice with alloksan-induced diabetes, take blace a significant strengthening of the processes of lipid peroxidation, changes in the activity of superoxide dismutase and cata-lase. Biochemical studies of the element status showed that with alloksan diabetes there is a violation of balance between macro - and microelements. The concentration of sodium, potassium, zinc and copper are reduced while increasing the level of calcium and iron, which leads to violation of correlation connections between the essential micro - and macroelements. According to the obtained results, we can conclude that the observed experimental model of diabetes 1 type can be used for search and experimental testing of new oral antidiabetic drugs for diabetes.
Key words: diabetes, metabolic processes, pro - and antioxidant system, micro and macroelements.
Эльбекьян К.С.1, Муравьева А.Б.2, Пажитнева Е.В.3;
БИОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛЛОКСАН-ИНДУЦИ-РОВАННОГО САХАРНОГО ДИАБЕТА
1-3ГБОУВПО «Ставропольский Государственный Медицинский Университет», кафедра общей и биологической химии, г. Ставрополь. 355000, пр. Ульяновский д. 15.
Аннотация: с помощью аллоксан-тетрагидрата на мышах была воспроизведена экспериментальная модель сахарного диабета 1 типа и проведена оценка данной экспериментальной модели исходя из показателей углеводного и липидного обменов и развития окислительного стресса. Проведенные исследования показали, что у мышей с аллоксан-индуцированнымсахарным диабетом имеет место существенное усиление процессов перекисного окисления липидов, выражающееся изменениями в активности супероксиддисмутазы и каталазы. Биохимические исследования элементного статуса показали, что при аллоксановом диабете нарушается равновесие между макро- и микроэлементами. Установлено, что содержание натрия, калия, цинка и меди снижены при одновременном увеличении уровня кальция и железа, что приводит к нарушению корреляционных связей между эссенциальными микро- и мароэле-
—------д^СФС^з-------—
~ 117 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
ментами. По полученным результатам можно заключить, что исследуемая экспериментальная модель сахарного диабета 1типа может быть использована при поиске и экспериментальном тестировании новых пероральных антидиабетических средств для сахарного диабета.
Ключевые слова: диабет, метаболические процессы, про- и антиоксидантная система, микро- и мароэлементы.
Экспериментальные модели инсулинозависимого сахарного диабета используются для изучения патогенеза и для разработки новых способов лечения. Эти модели могут быть классифицированы по двум широким категориям: 1) генетические; 2) негенетические [4]. Наиболее простыми в воспроизведении являются негенетические модели, в которых используются гидрофильные Р-клеточные глюкозные аналоги, такие как аллоксан, стрептозотоцин, хлорозото-цин, ципрогептадин и др. Механизм действия этих веществ заключается, прежде всего, в деструкции Р-клеток панкреатического островка путем: 1) генерации свободных радикалов кислорода, нарушающих целостность клетки; 2) алкили-рования ДНК и последующей активизации поли-АДФ-рибозо-синтетазы - снижение содержания NAD в Р-клетке; 3) угнетения активного транспорта кальция и кальмодулин-активированной проте-инкиназы [5].
Целью данной серии экспериментов явилось воспроизведение экспериментальной модели СД 1типа с помощью аллоксан-тетрагидрата на мышах и проведение оценки данной экспериментальной модели СД исходя из показателей уровня глюкозы в крови натощак, глики-рованного гемоглобина, холестерола, ли-
попротеинов низкой и высокой плотности, триглицеридов, активности про- и антиоксидантной системы, а также элементного статуса.
Опыты проводились на лабораторных мышах. Экспериментальных животных (п = 30) делили на 3 группы (по 10 в каждой). Первая группа - интактные животные, вторая группа - животные, которым вводили физиологический раствор (контрольная), и третья - мыши, у которых путём однократного подкожного введения аллоксан-тетрагидрата в дозе 150 мг/кг был вызван аллоксановый диабет.На 10 сутки наблюдений животных декапитировав, забирали кровь для определения содержания продуктов углеводного (глюкозы, гликированного гемоглобина) и липидного обменов (холестерина, липопротеинов низкой и высокой плотности и триглицеридов), состояния оксидантного и макро-(№, К, Са) микро (2п, Бе, Си) элементногостатуса.
Биохимические исследования углеводного обмена показали, что на 10-е сутки после введения аллоксан-тетрагидрата у животных наблюдалось значимое повышение содержания глюкозы в крови - 6,92±0,9 ммоль/л (у интактных животных 4,05±0,4 ммоль/л, р<0,01). Уровень гликированного гемоглобина превышал интактные показатели на 24% (табл.1)
—---------д^СФС^з-------------—
~ 118 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
Таблица 1
Некоторые показатели углеводного и липидного обмена при аллоксан-инду-цированном сахарном диабете (М±т)
№ Состояние животных (п=10) Глюкоза ммоль/л Гликиро- ван ныйгемо- глобин (%) Холесте- рин ммоль/л ЛПНП (%) ЛПВП (%) ТГ ммоль/л
1 Интакт- ные 4,05±0,39 10,95±0,39 2,12±0,06 28,18±0,73 14,5±0,49 2,72±1,47
2 Физ.рас- твор 4,35±0,22 11,23±0,15 2,10±0,07 26,75±0,33 13,8±0,54 2,77±0,97
3 Ал- локсан диабет 6,92±0,88* 13,63±0,13 * 2,81±1,31 * 36,4±0,73* 9,04±0,22* 4,10±0,12*
Примечание: * - р< 0.05 - достоверность различий при сравнении показателей
опытных групп с контрольными.
Декомпенсация у таких мышей подтверждалась нарушением липидного обмена, которое проявлялось снижением содержания холестерина, ЛПНП и ТГ в плазме крови. Через 10 дней их количество достоверно увеличивалось в группе мышей с диабетом на 32%, 29% и 25% соответственно, при одновременном падении концентрации ЛПВП на 29% (р< 0,05), с регистрацией полидипсии (потребление воды увеличивалось в среднем в 2,5 раза) и полиурии; отмечалось снижение количества потребляемой пищи. Животные были вялы и апатичны, шерсть была серой и тусклой, наблюдались гнойно - эрозивные повреждения тканей хвоста и конечностей, помутнение зрачка и склеры, с большим количеством различной величины кровоизлия-ний[2].
На 10-е сутки развития СД отмечались выраженные сдвиги в состоянии ан-тиоксидантной системы крови. Содержание МДА в сыворотке крови оказалось на 120% выше, чем у контрольных животных (р<0.05), что свидетельствует об активации перекисного окисления липидов (табл.2). Существенным условием
усиления процессов ПОЛ являются изменения в системе антиоксидантной защиты (САЗ). Как показало наше исследование активность СОД, которая является ключевым ферментом САЗ, к концу эксперимента снижалось почти в 2 раза[3]. Одновременно с этим наблюдалось возрастание содержания каталазы до 345,3±3,3 мкат/л (в контроле 225,6±2,91мкат/л; р<0,05). Вероятно, что в этих условиях выявлено компенсаторное повышение активности каталазы, превращающей пероксид водорода в молекулы воды и кислорода.
Иными словами, развивается окислительный стресс, что предполагает нарушение равновесия про- и антиоксидантного баланса.
Биохимические исследования элементного статуса показали, что на 10-е сутки после введения аллоксана (табл. 3) у животных отмечалось снижение содержания макроэлементов: натрия на 9,5 %, калия на 37 % (р < 0,01). Концентрация кальция в крови у мышей с аллоксано-вым диабетом увеличивалась до 5,23 ±
0,06 моль/л (у интактных животных 1,85 ± 0,06).
—---------д^СФС^з-------------—
~ 119 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
Таблица2.
Показатели влияния тонизида и мелаксена на выраженность ПОЛ и активности ферментов антиоксидантной защиты у животных с аллоксановым сахарным диабетом (М±т)
№ Состояние животных (п=10) Активность СОД ед Активность ка-талазы мкат/л МДА Нмоль/мл
1 Интактные 2,55±0,16 225,6±2,1 3,72±0,16
2 Физ. раствор контроль 2,52±0,12 223,7±1,9 3,68±0,21
3 Аллоксан -диабет 1,45±0,04* 345,3±3,3* 8,2±0,41*
Примечание: * - р< 0.05. - достоверность различий при сравнении показателей опытных групп с контрольными.
При этом величина калий-кальцие-вого коэффициента уменьшилась до 0,
37ус.ед, в то время как у интактных животных данный коэффициент составлял
1,6 ус.ед, у животных контрольной группы величина коэффициента составлял 1,1 ус.ед.
2
1,5
1
0,5
0
1,6*
1,1*
0,37*
и интактные Мфиз.раствор v аллоксан
Рис.1 Изменение калий-кальциевого ванном СД (р<0.05)
Статистически достоверные сдвиги отмечалисьи между эссенциальными микроэлементами по сравнению с показателями контрольной группой. Так, содержание цинка оказалось в 1,5 раза (р <0,01) ниже контрольных значений. Столь заметное изменение содержания цинка в сыворотке крови у животных с
коэффициента при аллоксан-индуциро-
экспериментальным диабетом может служить отличительным признаком данной нозологии. Из литературных данных известно, что у многих диабетиков отмечается усиленное выделение цинка почками, причём потери цинка составляют двойную и тройную норму, независимо от того, это диабет 1-го типа или 2-го [1].
—---------д^СФС^з-------------—-
~ 120 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
Таблица 3
Содержание микро- и макроэлементов в сыворотке крови у мышей с аллоксан-индуцированным сахарным диабетом (М±т)
Натрий, ммоль/л Калий, ммоль/л Кальций, моль/л Цинк, мкмоль/л Железо, мкмоль/л Медь, мкмоль/л
Интактные М = 188, 49 ± 1.27 М = 3,049 ±0,16 М = 1,85 ± 0,06 М = 25,49 і 1,61 М = 42,74 ± 0, 43 М = 9,G7 і G, 1G
Физ. раствор (контроль) М = 192, 43 ± 1,27 4 М = 1,9,05 ±0,166 М = 1,71 ± 0,064* М = 24,58 і 1,61 М = 41,39 ± 0, 432 М = 9,G7 і G, 152
Аллоксан (1 мл) М = 170, 87 ± 7,03 * М = 1,94 ± 0,11* М = 5,24 ± 0,06* М = 16,27 і G,SS* М = 53,58 ± 1, 90* М = 8,34 і G, 31*
Примечание: * - р < 0,01 При изучении содержания меди в крови животных с аллоксановым диабетом было зарегистрировано выраженное снижение 8,34 ± 0,31 мкмоль/л (в контроле 9,07 ± 0,152 мкмоль/л р < 0,01).0д-нако стоит отметить, что при этомсодер-жание железа в сыворотке крови до 53,58 ± 1,90 мкмоль/л (р< 0,01)этой группы животных было существенно выше, чем значения, полученные для контрольной группы(41,39 ± 0,432 мкмоль/л) что, может свидетельствовать о дисбалансе в содержании макро и микроэлементов.
Таким образом, экспериментальная модельаллоксан-индуцированного СД позволяет воспроизвести состояние в значительной степени близкое диабету 1типа, проявляющееся в гипергликемии, нарушением липидного обмена, развитием окислительного стресса идеком-пенсацииэлементного статуса.
По полученным результатам можно заключить, что исследуемая экспериментальная модель сахарного диабета 1типа может быть использована при поиске и экспериментальном тестировании новых пероральных антидиабетических средств для сахарного диабета.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гуревич К.Г. Нарушения обмена микроэлементов и их коррекция//Фарма-тека. -2001.-№3.С.-45-53.
2. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г. Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы//Лаб.дело. 1988. №1. С.16-19.
3. Чевари С., Чаба И., Секкей Й. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения её в биологических материалах// Лаб. дело. 1985. №11. С.678-681
4. Islam S. And Loot D.T. Experimental rodent modes of type 2 diabetes: Areview. Methods Find ExpClinpharmacol, 2009; 31:249-261.
5. Suzuki, K.Evidence that insulin causes translocation of glucose transport activity to the plasma membrane from an intracellular storage site/ K. Suzuki, T.Kono//Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.-1980.- Vol.77.-P. 2542-2545.
—---------д^СФС^з-------------—
■ 121 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
