CC BY
10
УДК: 616.64
ГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАРДИОПРОТЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ ТАУКАРДИНА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ИШЕМИИ-РЕПЕРФУЗИИ СЕРДЦА НА ФОНЕ САХАРНОГО ДИАБЕТА
*Н.А.Гаврилов, *'**А.В.Дробленков, *А.О.Зеленер, * ***А.А.Байрамов,***Т.Л.Каронова, *П.Д.Шабанов
HISTOLOGICAL EVALUATION OF CARDIOPROTECTIVE EFFECT OF TAUKARDIN IN TYPE 2 DIABETIC RATS EXPOSED TO ISCHEMIA-REPERFUSION
*N.A.Gavrilov, ***A.V.Droblenkov, *A.O.Zelener, ****A.A.Bayramov, ***T.L.Karonova, *P.D.Shabanov
*Институт экспериментальной медицины (Санкт-Петербург), Институт медицинского образования Нов-ГУ, НМИЦ им. ВААлмазова (Санкт-Петербург), droblenkov_a@mail.ru
Актуальность поиска новых кардиопротективных фармакологических средств и верификация их эффективности обусловлена ростом смертности и высоким уровнем инвалидизации людей, перенесших острый инфаркт миокарда (ОИМ), отягощенный сахарным диабетом 2 типа (СД 2 типа). Высокий кардиопротективный и антиаритмический эффект ожидается от применения производных аминокислоты таурина, поскольку они концентрированы в миокарде и вовлечены в естественный метаболизм кардиомиоцитов. Цель исследования — установление кардиопротективных свойств таукардина (производного таурина, синтезированного в Институте экспериментальной медицины) при моделировании острой ишемии миокарда и сахарного диабета 2 типа на основании морфологического анализа. После моделирования СД 2 типа у новорожденных самцов крыс установлено, что развиваются диффузные лизис цитоплазмы кардиомиоцитов и изменения по типу зернистой дистрофии, интерстициальный отек. Использование препарата таукардин при превентивной терапии ишемии миокарда препятствует развитию выраженных дистрофических изменений сократительных клеток миокарда. Ключевые слова: ишемия миокарда, сахарный диабет 2 типа, таукардин, кардиопротекция
An increase in mortality and a high level of disability in patients with acute myocardial infarction (AMI) complicated by diabetes mellitus (type 2 diabetes) necessitates a search for the new cardioprotective pharmacological agents and verification of their effectiveness. The goal of the study is to establish the cardioprotective properties of taukardin (a taurine derivative synthesized at the Institute of Experimental Medicine) on the basis of morphological analysis in the modeling of acute myocardial ischemia and type 2 diabetes. It was established that diffuse lysis of cytoplasm of cardiomyocytes, changes in granular dystrophy, and interstitial edema develop in new-born rats exposed to myocardial ischemia and type 2 diabetes. The use of taukardin in the preventive therapy of myocardial ischemia impedes the development of dystrophic changes in myocardial contractile cells. Keywords: myocardial ischemia, diabetes mellitus, taukardin, cardioprotection
Актуальность настоящего исследования обусловлена ростом частоты сердечно-сосудистых заболеваний [1, 2]; увеличением числа больных сахарным диабетом (СД) ежегодно на 3% [3, 4], смертности от острого инфаркта миокарда [1], а также ограниченно-
стью арсенала лекарственных средств для лечения и профилактики СД и его осложнений.
Несмотря на большие успехи современной медицины, появление интервенционной кардиологии и развитие сердечно-сосудистой хирургии смертность
от ОИМ остается высокой [5, 6]. В группу повышенного риска попадают пациенты, перенесшие ОИМ на фоне СД 2 типа [5, 7]. Выживаемость после ОИМ более одного года у данной категории пациентов ниже на 25%, а риск развития повторного инфаркта миокарда выше на 28% [8]. СД 2 типа, будучи широко распространенным хроническим заболеванием, представляет собой серьезную проблему здравоохранения, так как приводит к ранней инвалидизации и высокой смертности [9]. Заболеваемость СД 2 типа в большинстве стран мира неуклонно растет [5]. По данным Государственного регистра число больных СД 2 типа в Российской Федерации составляет 3 млн 121 тыс. человек, причем реальное количество больных, по данным других эпидемиологических исследований, в 2—3 раза выше [10].
СД занимает третье место среди непосредственных причин смерти после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний [4-6]. Ведущей причиной смертности у пациентов с СД 2 типа является ишемическая болезнь сердца (ИБС) и инфаркт миокарда (ИМ), которые встречаются у больных СД 2 типа в 2-4 раза чаще, чем в недиабетической популяции [11].
В связи с этим особой актуальностью является поиск препаратов, вовлеченных в естественный метаболизм клеток миокарда. К таким веществам можно отнести таурин (аминокислота сульфоксиглицин), название которого происходит от лат. 1ашш — бык. В миокарде таурин составляет более 50% пула свободных аминокислот [12], высокая концентрация которого стабилизирует потенциал мембран кардиомиоци-тов, митохондриальное окисление и, тем самым препятствует развитию оксидативного стресса [12,13], что усиливает действие дигиталиса и снижает артериальное давление.
Синтез производных таурина и установление их кардиопротективных свойств является актуальным, поскольку у самого таурина выражено положительное влияние на сердечно-сосудистую систему [12, 14-16]. Показано, что недостаточность таурина и его производных, в том числе потребляемых с пищей, развивается кардиомиопатия [16, 17] и повышается смертность [14]. На роль одного из таких препаратов может претендовать таукардин (ИЭМ-1660), синтезированный как производное таурина.
Цель исследования — установление кардио-протективных свойств таукардина при моделировании острой ишемии миокарда и сахарного диабета 2 типа на основании морфологического анализа.
Материал и методы. В исследовании использовали модель неонатального стрептозотоцинового СД 2 типа у крыс [18]. Индукция СД 2 типа проводилась путем однократного интраперитонеального введения стрептозотоцина, растворенного в цитратном буфере (рН 5,5), в дозе 65 мг/кг крысам-самцам линии Вистар в возрасте 4-5 дней после рождения (15 особей). Глобальная ишемия—реперфузия сердца была воспроизведена у крыс в возрасте 4 мес (10 особей). После вдыхания паров эфира сердце извлекали из грудной полости, пересекая его магистральные сосуды, и присоединяли их к аппарату Лангендорфа
[19]. Ретроградную перфузию раствором Кребса— Хенселейта (насыщенного газовой смесью, содержащей 95% 02 и 5% СО2) осуществляли через канюлю, введенную в аорту. Через 15 мин. стабилизации работы сердца подачу перфузата прекращали в течение 30 мин. Крысам основной экспериментальной группы (5 особей) за 10 дней до операции внутрибрюшинно вводили таукардин (ИЭМ-1660) в дозе 5 мг/кг один раз в день. У крыс контрольной группы (5 особей) ишемию миокарда не индуцировали, терапию не проводили.
После фиксации в 10% растворе формальдегида и стандартной парафиновой проводки сердец готовили парафиновые срезы задней стенки левого желудочка, которые затем окрашивали гематоксилином-эозином. Реактивные изменения тканей определяли при анализе продольных срезов миокарда, что необходимо для установления поперечной исчерченности миофибрилл, расположенных в цитоплазме мышечных клеток. При помощи программы 1п^е$соре (Электронный анализ, Россия) устанавливали площадь кардиомиоцитов, содержащих однородную цитоплазму. Длины сторон прямоугольника, в пределах 0,1 мм2площади которого осуществляли морфомет-рическое исследование, были равны 0,02 и 0,05 мм; причем последний параметр составлял не менее половины толщины каждого из слоев миокарда левого желудочка. Различия средней величины и ее ошибки (-X ± ) считали значимыми при р<0,05.
Полученные результаты и их обсуждение.
Кардиомиоциты, составляющие вместе функциональные мышечные волокна, в сердце интактных крыс, ограничивали тонкие прослойки интерстици-альной соединительной ткани и ее тонковолокнистый матрикс. На всем протяжении цитоплазмы мышечных волокон были различимы тонкие светлые и темные диски поперечной исчерченности. Светлые овальные ядра кардиомиоцитов содержали эухроматин, небольшое количество гетерохроматина, конденсированного вблизи внутренней поверхности ядерной оболочки, и крупное ядрышко.
В миокарде, переживавшим острую ишемию, были выражены отек интерстициальной соединительной ткани, лизис цитоплазмы большинства кар-диомиоцитов, гиперхромия и сморщивание ядер сердечных мышечных клеток (рис.). Интерстици-альный отек выражался значительным расширением и увеличением прозрачности матрикса. Многочисленные участки миоцитолиза часто были протяженными и распространялись на группы мышечных клеток, реже был выражен лизис цитоплазмы одной сократительной клетки. В большинстве остальных участков сердечных мышечных волокон цитоплазма имела мелкозернистый вид. Поперечнаяисчерчен-ность определялась лишь в единичных небольших участках клеток. Ядра кардиомиоцитов были сморщены и гиперхромные, ядерные структуры в них были неразличимы. Площадь лизиса цитоплазмы кардиомиоцитов у крыс после острой экспериментальной ишемии составила 83,8 ± 5,1% от площади исчерченных клеток (табл.).
В результате превентивной терапии и последующей ишемии участки лизиса цитоплазмы были единичными и распространялись в пределах одной клетки или небольших групп миоцитов. Сохранился выраженный отек интерстициальной соединительной ткани. Площадь лизиса цитоплазмы была уменьшена до 8,5 ± 1,9% (p<0,05).
Таблица
Изменения площади лизиса цитоплазмы кардиомиоцитов у крыс после острой экспериментальной ишемии и терапии препаратом таукардин (ИЭМ-1660) по сравнению с площадью клеток у контрольных и ин-тактных животных ( X ± S — ) .
Группы животных Площадь цитоплазмы с признаками лизиса
мкм2 %
Контрольные (п=5) 0 0
После ишемии (п=5) 24137,0 ± 2001,2 83,8 ± 5,1
После ишемии и терапии (п=5) 3165,8 ± 721,0* 8,5 ± 1,9*
Примечание. * — различия с параметром клеток в контроле значимы (р<0,05); n — количество наблюдений
Выявленное значительное уменьшение площади лизиса цитоплазмы мышечных клеток сердца можно объяснить сохранением (или повышением) у препарата таукардина ряда свойств его прекурсора — таурина. Механизм действия последнего обычно связывают с участием в обмене ферментов, влияющих на образование митохондриальныхцитохромов [15, 20] и стабилизацией мембран клеток [12, 21].
Предварительное исследование эффектов тау-кардина выявило его гипогликемичекское действие [22].
Таким образом, после острой ишемии миокарда в использованной модели эксперимента развиваются диффузные лизис цитоплазмы кардиомиоцитов и изменения по типу зернистой дистрофии, интерсти-циальный отек. Использование препарата таукардин (ИЭМ 1660) при превентивной терапии ишемии миокарда препятствует развитию выраженных дистрофических изменений клеток сердечной мышцы.
Бойцов С.А. Довгалевский П.Я., Гриднев В.И. и др. Сравнительный анализ данных Российского и зарубежного Регистров острого коронарного синдрома // Кардиологический вестник. 2010. № 1. С. 82-86. Шальнова С.А., Деев А.Д. Факторы, влияющие на смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в российской популяции // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2005. Т. 4. № 1. С. 4-9.
Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К. Эпидемиология сахарного диабета в Российской Федерации: кли-нико-статистический отчет по данным Федерального регистра сахарного диабета // Сахарный диабет. 2017. Т. 20. № 1.С. 13-41.
Дедов И.И., Шестакова М.В., Галстян Г.Р. Распространенность сахарного диабета 2 типа у взрослого населения
России (исследование NATION) // Сахарный диабет. 2016. Т. 19. № 2. С. 104-112.
5. Глобальный доклад по диабету. ВОЗ, 2016.
6. Информационный бюллетень ВОЗ. Май, 2014. № 310.
7. Информационный бюллетень ВОЗ. Январь, 2015. № 317.
8. Панова Е.И. Влияние некоторых факторов на выживаемость больных инфарктом миокарда и сахарным диабетом // Материалы Российского национального конгресса кардиологов. М., 2006. С. 684.
9. Кисляк О.А., Мышляева Т.О., Малышева Н.В. Сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия и риск сердечно-сосудистых осложнений // Сахарный диабет. 2008. Т. 38. № 1. С. 45-49.
10. Дедов И.И., Шестакова М.В. и соавт. Результаты реализации подпрограммы «Сахарный диабет» федеральной целевой программы «Предупреждение и борьба с социально значимыми заболеваниями 2007—2012 годы» // Сахарный диабет. 2013. № 2 (спецвыпуск). 48 с.
11. Haffner S.M. Epidemiology of type 2 diabetes: risk factors // Diabetes Care. 1998. Vol. 21. № 3. P. 3-6.
12. Ripps H., Shen W. Review: taurine: a "very essential" amino acid // Mol. Vis. 2012. Vol. 18. P. 2673-2686.
13. Sole M.J., Jeejeebhoy K.N. Conditioned nutritional requirements and the pathogenesis and treatment of myocardial failure // Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 2000. Vol. 3. № 6. P. 417-424.
14. Caletti G., Herrmann A.P., Pulcinelli R.R. et al. Taurine counteracts the neurotoxic effects of streptozotocin-induced diabetes in rats // Amino Acids. 2018. Vol. 50(1). P. 95-104. doi: 10.1007/s00726-017-2495-1.
15. Clark G.J., Pandya K., Lau-Cam C.A. The Effect of Metformin and Taurine, Alone and in Combination, on the Oxidative Stress Caused by Diabetes in the Rat Brain // Adv. Exp. Med. Biol. 2017. Vol. 975. P. 353-369.
16. Tappia P.S., Xu Y.J., Rodriguez-Leyva D. et al. Cardioprotective effects of cysteine alone or in combination with taurine in diabetes // Physiol. Res. 2013. Vol. 62. № 2. P. 171-178.
17. Li C., Cao L., Zeng Q. et al. Taurine may prevent diabetic rats from developing cardiomyopathy also by downregulating angiotensin II type2 receptor expression // Cardiovasc. Drugs Ther. 2005. Vol. 19. № 2. P. 105-112.
18. Kravchuk E., Grineva E, Bairamov A. et al. The Effect of Metformin on the Myocardial Tolerance to Ischemia-Reperfusion Injury in the Rat Model of Diabetes Mellitus Type II // Experimental Diabetes Research. 2011. Vol. 2011. P. 907496. doi: 10.1155/2011/907496.
19. de Leiris J., Harding D.P., Pestre S. The isolated perfused rat heart: a model for studying myocardial hypoxia or ischaemia // Basic Res. Cardiol. 1984. Vol. 79. № 3. P. 313-321.
20. Шумянцева В.В., Махова А.А., Булко Т.В. и соавт. Тау-рин как модулятор каталитический активности цитохро-ма Р450 3А4 // Биохимия. 2015. Т. 80. № 3. С. 439-448.
21. Аюшин Н.Б. Таурин: фармацевтические свойства и перспективы получения из морских организмов // Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяй-ственного центра. 2001. Т. 129. С. 129-145.
22. Гаврилов Н.А., Зеленер А.О. Гипогликемический эффект препаратов таурина при экспериментальном стрептозо-тоциновом диабете 2 типа // Обзоры клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2015. Т. 13. № 1. C. 4142.
References
1. Boytsov S.A. Dovgalevskiy P.Ya., Gridnev V.I. i dr. Sravnitel'nyy analiz dannykh Rossiyskogo i zarubezhnogo Registrov ostrogo koronarnogo sindroma [Comparative analysis of the data of Russian and foreign acute coronary syndrome registries]. Kardiologicheskiy vestnik, 2010, no. 1, pp. 82-86.
2. Shal'nova S.A., Deev A.D. Faktory,vliyayushchie na smertnost' ot serdechno-sosudistykh zabolevaniy v rossiyskoy populyatsii [Factors influencing mortality from cardiovascular diseases in the population of Russia]. Kardiovaskulyarnaya terapiya i profilaktika, 2005, vol. 4, no. 1, pp. 4-9.
3. Dedov I.I., Shestakova M.V., Vikulova O.K. Ehpidemiologiya sakharnogo diabeta v Rossiyskoy
Federatsii: kliniko-statisticheskiy otchet po dannym Federal'nogo registra sakharnogo diabeta [Epidemiology of diabetes mellitus in the Russian Federation: clinical and statistical report on the data of the Federal Registry of Diabetes Mellitus]. Sakharnyy diabet, 2017, vol. 20, no. 1, pp. 13-41.
4. Dedov I.I., Shestakova M.V., Galstyan G.R. Rasprostranennost' sakharnogo diabeta 2 tipa u vzroslogo naseleniya Rossii (issledovanie NATION) [The prevalence of type 2 diabetes in the adult population of Russia (NATION study)]. Sakharnyy diabet, 2016, vol. 19, no. 2, pp. 104-112.
5. Global'nyy doklad po diabetu [Global report on diabetes. WHO]. VOZ, 2016.
6. Informatsionnyy byulleten' VOZ [WHO Newsletter]. May, 2014, no. 310.
7. Informatsionnyy byulleten' VOZ [WHO Newsletter.]. January, 2015, no. 317.
8. Panova E.I. Vliyanie nekotorykh faktorov na vyzhivaemost' bol'nykh infarktom miokarda i sakharnym diabetom [Impact of some factors on the survival rate in patients with myocardial infarction and diabetes mellitus]. Proc. of "Rossiyskiy natsional'niy kongress kardiologov". Moscow, 2006, p. 684.
9. Kislyak O.A., Myshlyaeva T.O., Malysheva N.V. Sakharnyy diabet 2 tipa, arterial'naya gipertenziya i risk serdechno-sosudistykh oslozhneniy [Diabetes mellitus type 2, arterial hypertension and the risk of cardiovascular complications]. Sakharnyy diabet, 2008, vol. 38, no. 1, pp. 45-49.
10. Dedov I.I., Shestakova M.V. i soavt. Rezul'taty realizatsii podprogrammy "Sakharnyy diabet" federal'noy tselevoy programmy "Preduprezhdenie i bor'ba s sotsial'no znachimymi zabolevaniyami 2007—2012 gody" [The results of the implementation of the subprogram "Diabetes mellitus" of the federal targeted program "Prevention and control of socially significant diseases 2007-2012"]. Sakharnyy diabet, 2013, no. 2 (special iss.). 48 p.
11. Haffner S.M. Epidemiology of type 2 diabetes: risk factors. Diabetes Care, 1998, vol. 21, no. 3, pp. 3-6.
12. Ripps H., Shen W. Review: taurine: a "very essential" amino acid. Mol. Vis., 2012, vol. 18, pp. 2673-2686.
13. Sole M.J., Jeejeebhoy K.N. Conditioned nutritional requirements and the pathogenesis and treatment of myocardial failure. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care,
2000, vol. 3, no. 6, pp. 417-424.
14. Caletti G., Herrmann A.P., Pulcinelli R.R. et al. Taurine counteracts the neurotoxic effects of streptozotocin-induced diabetes in rats. Amino Acids, 2018, vol. 50(1), pp. 95-104. doi: 10.1007/s00726-017-2495-1.
15. Clark G.J., Pandya K., Lau-Cam C.A. The Effect of Metformin and Taurine, Alone and in Combination, on the Oxidative Stress Caused by Diabetes in the Rat Brain. Adv. Exp. Med. Biol., 2017, vol. 975, pp. 353-369.
16. Tappia P.S., Xu Y.J., Rodriguez-Leyva D. et al. Cardioprotective effects of cysteine alone or in combination with taurine in diabetes. Physiol. Res., 2013, vol. 62, no. 2, pp. 171-178.
17. Li C., Cao L., Zeng Q. et al. Taurine may prevent diabetic rats from developing cardiomyopathy also by downregulating angiotensin II type2 receptor expression. Cardiovasc. Drugs Ther., 2005, vol. 19, no. 2, pp. 105-112.
18. Kravchuk E., Grineva E, Bairamov A. et al. The Effect of Metformin on the Myocardial Tolerance to Ischemia-Reperfusion Injury in the Rat Model of Diabetes Mellitus Type II. Experimental Diabetes Research, 2011, vol. 2011, p. 907496. doi: 10.1155/2011/907496.
19. de Leiris J., Harding D.P., Pestre S. The isolated perfused rat heart: a model for studying myocardial hypoxia or ischaemia. Basic Res. Cardiol., 1984, vol. 79, no. 3, pp. 313-321.
20. Shumyantseva V.V., Makhova A.A., Bulko T.V. i soavt. Taurin kak modulyator kataliticheskiy aktivnosti tsitokhroma R450 3A4 [Taurine as modulator of catalytic activity of cytochrome P450 3A4]. Biokhimiya, 2015, vol. 80, no. 3, pp. 439-448.
21. Ayushin N.B. Taurin: farmatsevticheskie svoystva i perspektivy polucheniya iz morskikh organizmov [Taurine: pharmaceutical properties and prospects for obtaining from marine organisms]. Izvestiya Tikhookeanskogo nauchno-issledovatel'skogo rybokhozyaystvennogo tsentra, 2001, vol. 129, pp. 129-145.
22. Gavrilov N.A., Zelener A.O. Gipoglikemicheskiy ehffekt preparatov taurina pri ehksperimental'nom streptozototsinovom diabete 2 tipa [Hypoglycemic effect of taurine preparations in experimental streptozotocin type 2 diabetes]. Obzory klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii, 2015, vol. 13, no. 1, pp. 41-42.
Рис. Установление площади лизиса цитоплазмы кардиомиоцитов при помощи программы !тадезсоре (Россия). После выделения контуров участков лизиса цитоплазмы клеток в области захвата кадра программой и калибровки кадра с использованием окуляра х10 и объектива х63 площадь устанавливалась автоматически. Площадь участков лизиса цитоплазмы кардиомиоцитов данного кадра составила 6910 мкм2. Окраска гематоксилином и эозином
