CC BY
99
МОРФОЛОГИЯ
А. В. Смирнов, Г. Л. Снигур, А. Т. Яковлев, Д. С. Медников, Д. В. Куркин, Е. В. Волотова, Л. Н. Кириченко
Волгоградский государственный медицинский университет,
кафедра патологической анатомии, кафедра фармакологии и биофармации ФУВ,
кафедра биологии, кафедра клинической лабораторной диагностики
с курсом клинической лабораторной диагностики ФУВ;
Волгоградский медицинский научный центр,
лаборатория морфологии, иммуногистохимии и канцерогенеза
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В ЭНДОКРИННОЙ ЧАСТИ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ КРЫС ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТРЕПТОЗОТОЦИН-ИНДУЦИРОВАННОГО САХАРНОГО ДИАБЕТА
УДК 616.379-008.64-085.252.349
Проведено экспериментальное моделирование сахарного диабета путем однократного внутривенного введения стрептозотоцина (50 мг/кг). При морфометрическом исследовании эндокринного аппарата поджелудочной железы крыс с экспериментальным стрептозотоцин-индуцированным сахарным диабетом обнаружено значимое снижение площади и периметра панкреатических островков, что позволяет рассматривать вышеуказанные морфо-метрические параметры в качестве базовых при характеристике островкового аппарата поджелудочной железы крысы при моделировании данной патологии.
Ключевые слова: сахарный диабет, поджелудочная железа, патогистология.
A. V. Smirnov, G. L. Snigur, A. T. Yakovlev, D. S. Mednikov, D. V. Kurkin, E. V. Volotova, L. N. Kirichenko
QUANTITATIVE CHARACTERISTICS OF PATHOLOGICAL CHANGES IN ENDOCRINE PANCREAS IN RATS WITH EXPERIMENTAL STREPTOZOTOCIN-INDUCED DIABETES
Experimental diabetes mellitus was modeled by a single intravenous injection of streptozotocin (50 mg / kg). A significant reduction in the area and perimeter of the pancreatic islets in rats with experimental streptozotocin-induced diabetes mellitus was reported. This finding allows us to use these parameters as the basic ones when characterizing the endocrine pancreas in rats with streptozotocin-induced diabetes mellitus.
Keywords: diabetes mellitus, pancreas, histopathology.
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 медико-социальных 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 р-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 р-клеток резко уменьшено.
Значительным прорывом в понимании механизмов деструкции р-клеток поджелудочной железы явились исследования биологической значимости оксида азота (N0).
Длительное время о месте образования и биологической функции оксида азота судили косвенно по экспрессии N0-синтазы. Оказалось, что в организме имеется несколько изоформ N0-синтазы, две из которых называются основными конститутивными (эндотелиальная и нейрональная) и третья изоформа - инду-цибельная ^О-синтаза) [4]. L-аргинин под воздействием N0-синтазы превращается в L-цитру-лин и оксид азота. В случае взаимодействия L-аргинина с эндотелиальной или нейрональной N0-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 iN0-синтазы [2, 9]. Исследованиями последних лет показано, что именно оксиду азота, который образуется в островках и р-клетках поджелудочной железы, принадлежит основная роль в механизмах разрушения и гибели р-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 а- и р-эндокриноцитов; относительный и абсолютный размер ядер а- и р-эндокриноцитов; площадь (объемная доля) занимаемая а- и р-кпет-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 а-, р-и других эндокринных клеток [1, 11].
Однако сравнительная характеристика значимых изменений различных морфометри-ческих параметров панкреатических островков п р и 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 интакт-ных 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 и с следования 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 мкм); площадь островков 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 кли-нико-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 мор-фометрического 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 Лангер-ганса, 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 р-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.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автандилов Г. Г. Основы количественной патологической анатомии. - М.: Медицина. - 2002. - 240 с.
2. Влияние комбинированного стресса на морфологические изменения и экспрессию NO-синтаз в вентральном отделе гиппокампа крыс / А. В. Смирнов, И. Н. Тюренков, М. В. Шмидт и др. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2015. - Т. 160, № 7. - С. 110-114.
3. Дедов И. И. Сахарный диабет: развитие технологий в диагностике, лечении и профилактике (пленарная лекция) // Сахарный диабет. - 2010. - № 3. -С. 6-13.
4. Изучение влияния сулодексида на эндотелий зависимую вазодилатацию мозговых сосудов у животных со стрептозотоцин-индуцированным сахарным диабетом / И. Н. Тюренков, А. В. Воронков, А. А. Сли-ецанс и др. // Экспериментальная диабетология. -2011. - № 3. - С. 12-15.
5. Кротова Ю. Н., Каркищенко В. Н., Хлопонин Д. П. Роль апоптоза в патологии миокарда // Биомедицина. -2005. - № 1. - С. 17-34.
6. Механизмы токсического действия стрептозо-тоцина на в-клетки островков Лангерганса / В. Б. Писарев, Г. Л. Снигур, А. А. Спасов и др. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины - 2009. -Т. 148, № 12. - С. 700-702.
7. Мушкамбаров Н. Н., Кузнецов С. Л. Молекулярная биология. - М.: МИА, 2003. - 544 с.
8. Нозологическая гетерогенность, молекулярная генетика и иммунология аутоиммунного сахарного диабета / И. И. Дедов, М. В. Шестакова, Т. Л. Кураева и др. // Вестник Российской академии медицинских наук. - 2015. - Т. 70, № 2. - С. 132-138.
9. Роль ЫО-системы в морфогенезе заживления кожных ран при сахарном диабете / А. В. Смирнов, Н. Г. Паньшин, А. А. Слиецанс и др. // ВНМЖ. - 2014. -№ 4. - С. 10-14.
10. Снигур Г. Л. Лекарственный патоморфоз эндокринной части поджелудочной железы при экспериментальном сахарном диабете: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - Волгоград, 2012. - 40 с.
11. Снигур Г. Л, Смирнов А. В. К вопросу стандартизации патогистологической диагностики сахарного диабета // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. - 2010. - № 3 (35). -С. 112-115.
12. Уоткинс П. Дж. Сахарный диабет / Под ред. М. И. Балаболкина; пер. с англ. Д. Е. Колоды. - 2-е изд. -М.: БИНОМ, 2006. - 134 с.
13. Экспериментальная модель диабетической нефропатии у крыс / А. А. Спасов, А. В. Смирнов, О. А. Соловьева и др. // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. - 2015. -№ 3 (35). - С. 36-40.
14. Rat model of food-induced non-obese-type 2 diabetes mellitus: comparative pathophysiology and histopathology / A. O. Adeyi, B. A. Idowu, C. F. Mafiana, et al. // Int. J. Physiol. Pathophysiol. Pharmacol. - 2012. -Vol. 4 (1). - Р. 51-58.
15. Sun G., Qi Y., Pan Q. Quantitative analysis of prevention effect of tetrandrine on pancreatic islet beta ce I I s i njury in rats // Zhonghua Yi Xue Za Zhi. - 1997. -Vo l . 7 7 (4). - Р. 270-273.
