CC BY
435
УДК 616.379-088.64:615.322:57.084
H.A. Пальчикова, Ю.В. Лутов, Л.А. Обухова, В.Г. Селятицкая
ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО САХАРНОГО ДИАБЕТА ПРИ ВВЕДЕНИИ В РАЦИОН ЖИВОТНЫХ ПРИРОДНОГО ИНУЛИНОВОГО КОМПЛЕКСА
ГУ Научный центр клинической и экспериментальной медицины СО РАМН ГУ НИИ клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН
Измеряли содержание глюкозы и иммунореактивного инсулина в крови, проводили морфо-метрическое исследование эндокринной части поджелудочной железы при введении в рацион животных природного инулинового комплекса (ПИК). Показано, что введение ПИК в рацион в течение 3 недель у здоровых крыс способствует активации процессов образования островков в поджелудочной железе, а у животных с экспериментальным сахарным диабетом, вызванным введением аллоксана, облегчает течение заболевания.
Ключевые слова: сахарный диабет, аллоксан, тяжесть заболевания, природный инулиновый комплекс
Одной из причин сложности ведения больных сахарным диабетом является неудовлетворительная коррекция высокого содержания глюкозы в крови экзогенным инсулином и другими противодиабетическими препаратами, что требует поиска дополнительных путей оптимизации уровня гликемии. Для этой цели часто используют не только лекарственные средства, но и различные природные соединения, для которых показано влияние на углеводный обмен. В последние годы активно изучают лечебные и диетические свойства топинамбура. Это растение семейства сложноцветных, накапливающее в клубнях природный полисахарид инулин, используется в производстве биологически активных добавок и продуктов для диетического питания [1, 2]. Показано нормализующее действие инулина на углеводный обмен [1,3, 4], однако однозначного мнения о механизмах его действия на организм человека и экспериментальных животных нет.
Целью настоящего исследования было изучение течения экспериментального аллоксанового диабета на фоне включения в рацион животных природного инулинового комплекса, полученного из клубней топинамбура, при разных схемах его введения.
Методика
В работе использовали сухой концентрат топинамбура «Природный инулиновый комплекс» (ПИК), разработанный в Новосибирском НИИ клинической иммунологии СО РАМН и НТФ АРИС, который представляет собой сухой продукт переработки клубней топинамбура с высо-
ким содержанием инулина (до 70%) относительно общего содержания Сахаров в концентрате [6].
Эксперименты проводили на половозрелых крысах-самцах Вистар (масса тела 250±10 г), полученных из питомника Института цитологии и генетики СО РАН. Содержание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу МЗ СССР от 12.08.1977 г. №755).
Животных содержали в индивидуальных клетках и перед началом эксперимента делили на 5 групп:
— группа Контроль (п = 5) — интактные животные;
— группа ПИК (п = 8) — крысы, которым в корм добавляли инулиновый комплекс (250 г/ животное); выводили из опыта через 3 и 5 недель после начала эксперимента;
— группа АЛ (п = 15) — крысы с экспериментальным сахарным диабетом, который вызывали однократным внутрибрюшинным введением диа-бетогенной дозы аллоксана — 17 мг/100 г массы тела; выводили из опыта через 3 недели после введения аллоксана;
— группа Г1ИК+АЛ (п = 15) — крысы с экспериментальным сахарным диабетом, которым в течение двух недель до введения аллоксана и затем до конца эксперимента в течение 3 недель добавляли в корм ПИК;
— группа АЛ+ПИК (п = 15) — крысы с экспериментальным сахарным диабетом, которым
Палъчикова Н.А. Особенности течения экспериментального сахарного диабета при введении в рацион животных природного инулинового комплекса/с. 114-118
ПИК добавляли в корм с первого дня после введения аллоксана и до конца эксперимента (3 недели).
В динамике эксперимента измеряли массу тела, объем выпитой воды, диурез, глюкозурию. Выраженность отклонений в показателях, характеризующих тяжесть течения аллоксанового диабета, оценивали по 10-балльной шкале [5]. В крови измеряли содержание глюкозы колориметрическим методом и иммунореактивного инсулина (ИРИ) — радиоиммунным методом с использованием коммерческих наборов, рассчитывали глюкозо-инсулиновый индекс как отношение концентрации глюкозы в ммоль/л к концентрации ИРИ в мкЕд/мл.
Для морфологического исследования поджелудочную железу фиксировали в жидкости Теллесницкого, проводили через серию спиртов возрастающей концентрации, ацетон, ксилол, заливали в гистопласт. Срезы толщиной 5 и 7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином. Проводили морфометрическое исследование поджелудочной железы. Методом точечного счета определяли относительный объем (Уу%) островков поджелудочной железы, подсчитывали количество островков на стандартной площади среза (N/100 мм2) и вычисляли частоту встречаемости мелких (< 4*103 мм2) структурно и функционально незрелых островков в поджелудочной железе в каждой группе животных. Критерием отнесения панкреатических островков к незрелым считали отсутствие соединительнотканной капсулы и капиллярной сети внутри островка [6].
Для статистической обработки полученных результатов использовали дисперсионный анализ по Краскелу-Уоллису, непараметрический критерий Манна-Уитни и критерий у1 с поправкой Иейтса. Данные в таблицах представлены в виде М±ш, где М — среднее значение, т — ошибка средней.
Результаты
Добавление ПИК к рациону здоровых крыс не вызвало изменений в потреблении воды, диурезе, уровне глюкозурии и приросте массы тела по сравнению с контрольными животными. Средние
значения концентраций глюкозы, ИРИ в плазме крови и глюкозо-инсулинового индекса у крыс, получавших ПИК, также не отличались от контроля (Таблица 1). Морфометрический анализ поджелудочной железы показал, что введение в рацион здоровым крысам ПИК в течение 3 недель приводило к уменьшению относительного объема эндокринной части, однако при этом количество островков Лангерганса на стандартной площади не уменьшалось, а имело тенденцию к увеличению, что было обусловлено появлением мелких структурно и функционально незрелых островков (Таблица 1). Через 5 недель приема крысами ПИК относительный объем эндокринной части поджелудочной железы оставался сниженным, количество островков возвращалось к исходным значениям, при этом доля мелких островков снижалась. Полученные данные согласуются с результатами других исследователей и подтверждают современные представления об эндокринной части поджелудочной железы как о высокопластичной популяции клеток, реагирующей на любые воздействия, затрагивающие углеводный обмен [7].
Известно, что в течение первых суток после введения аллоксана у экспериментальных животных происходит развитие гипергликемии, которая является следствием дегенеративно- некротических изменений бета-клеток панкреатических островков и недостаточности секреции инсулина. Далее у животных развивается или острая форма аллоксанового диабета, которая приводит к летальному исходу в течение первых 3-5 дней, или хроническая форма с разной степенью проявлений симптомов заболевания [6, 8].
Летальность животных на 3-5-е сутки эксперимента в результате развития острой формы диабета в группе АЛ составила 46,7% (7 из 15), в группе ПИК+АЛ - 26,7% (4 из 15), в группе АЛ+ПИК — 33,3% животных (5 из 15).
В течение первой недели после введения аллоксана у крыс нарастало потребление воды, усиливался диурез, увеличивалась экскреция глюкозы с мочой (Таблица 2). У животных из групп АЛ и ПИК+АЛ в течение первой недели после введе-
Таблица 1
Концентрация глюкозы и иммунореактивного инсулина в сыворотке крови, глюкозо-инсулиновый индекс, результаты морфометрического исследования панкреатических островков у крыс, получавших ПИК
Показатель Контроль ПИК 3 нед. ПИК 5 нед.
Глюкоза, ммоль/л 5,9±0,18 6,1+0,52 6,0±0,36
Иммунореактивный инсулин (ИРИ), пмоль/л 61,0+9,00 58,4±10,14 55,7±10,21
Глюкозо-инсулиновый индекс 0,82±0,171 0,75±0,157 0,74±0,088
Количество островков на стандартной площади среза, N/'100 мм2 63,2±7,5 97,0±27,6 67,5± 16,2
Относительный объем островков, % 0,32±0,08 0,34±0,077 0,28±0,074
Суммарная встречаемость мелких островков, % 22,7 41,1* 23,7
Примечание. * — отличия статистически значимы по сравнению с контролем, р<0,05 (У=3,94)
Пальчикова H.A. Особенности течения экспериментального сахарного диабета при введении в рацион животных природного инулинового комплекса /с. 114-118
ния аллоксана тяжесть заболевания усиливалась, что проявлялось повышением потребления воды более чем в 2 раза, увеличением диуреза почти в 3 раза, ростом глюкозурии в 5 раз. У крыс из группы АЛ+ПИК эти показатели не менялись, увеличивалась в 2 раза только глюкозурия. Это означает, что после начального поражения поджелудочной железы, происходящего после введения аллоксана, добавление животным в корм ПИК предотвращает дальнейшее развитие и утяжеление метаболических нарушений в периферических органах и тканях. Сумма баллов, характеризующих тяжесть течения диабета, была в 2 раза меньше в группе АЛ+ПИК (10,6±1,6), чем в группах АЛ (20,3+2,5) и ПИК+АЛ (26,2±5,2), р<0,05.
Через 3 недели после введения аллоксана у 50% животных из группы АЛ сформировалась явная (уровень глюкозы выше 7,0 ммоль/л) и у 50% — скрытая (уровень глюкозы не превышал 7,0 ммоль/л) формы экспериментального диабета. В группе АЛ+ПИК также у половины крыс развивалась явная и у половины — скрытая формы заболевания. В группе ПИК+АЛ до конца эксперимента погибло еще 3 крысы, и у всех выживших животных развилась явная форма диабета. Обращает на себя внимание тот факт, что самые высокие значения глюкозо-инсулинового индекса были в группе ПИК+АЛ. Это свидетельствует
о выраженной недостаточности продукции инсулина для нормализации уровня глюкозы в крови (Таблица 3).
Таким образом, полученные результаты указывают, что заболевание у животных из группы ПИК+АЛ протекало в более тяжелой форме, чем у крыс из группы АЛ+ПИК.
Морфометрический анализ поджелудочной железы показал, что в ответ на введение аллоксана через 3 недели у крыс уменьшились число панкреатических островков на стандартной площади и доля эндокринной части на общей площади среза (Таблица 3). У крыс из группы ПИК+АЛ выявлены наиболее низкие величины изученных морфометрических показателей, что согласуется с данными биохимического исследования и тяжестью заболевания. У всех животных с аллок-сановым диабетом наблюдали увеличение числа мелких островков Лангерганса, что указывает на активацию процессов их образования de novo.
При обсуждении механизмов действия инулина основные акценты делают на его сахаросни-жающем эффекте. Гипогликемическое действие инулина и топинамбура объясняют тем, что образующаяся при его гидролизе фруктоза способствует усилению гликолиза и торможению глю-конеогенеза [9]. Действительно, было показано, что у больных диабетом типа 2 гликемия после
Таблица 2
Изменение потребления воды, диуреза и суточной экскреции глюкозы у крыс в течение недели после введения аллоксана
Показатель Срок после вве- Аллоксан ПИК+АЛ АЛ+ПИК Р
дения аллоксана 1 2 3
Потребление воды, мл/еут 1 сут 22±3 22+5 23±3
7 сут 54+10* 58±12* 24±6 3-1,2<0,05
Диурез, мл/сут 1 сут 23±4 24±3 28±3
7 сут 62+11* 64±13* 29±8 3-1,2<0,05
Экскреция глюкозы, г/сут 1 сут 0,70±0,24 0,78±0,17 1,11+0,15
7 сут 3,56+1,11* 4,22+1,01* 2,05+0,85
Примечание. * — отличия статистически значимы по сравнению со значенияии соответствующих показателей в первые сутки, р<0,05.
Таблица 3
Концентрация глюкозы и иммунореактивного инсулина в сыворотке крови, глюкозо-инсулиновый индекс, результаты морфометрического исследования панкреатических островков у крыс с аллоксановым диабетом
Показатель Аллоксан ПИК+АЛ АЛ+ПИК Р
1 2 3
Глюкоза, ммоль/л 10,9±3,07* 14,2±2,29* 7,4±0,62* 3-2<0,05
Иммунореактивный инсулин (ИРИ), пмоль/л 41,1±5,78 32,9±5,33* 37,9±8,35
Глюкозо-инсулиновый индекс 1,8±0,42* 3,4±0,7* 2,2±0,8*
Количество островков на стандартной площади среза, N/100 мм2 41,4+9,5 * 41,0±6,5 * 45,4±6,6 *
Относительный объем островков, % 0,13±0,06* 0,11±0,03* 0,15+0.04*
Суммарная встречаемость мелких островков, % 36,5 48,3* 37,7
Примечание. * — отличия статистически значимы по сравнению со значениями соответствующих показателей у здоровых животных, р<0,05 (см. табл. 1)
Пальчикова H.A. Особенности течения экспери-чентаньного сахарного диабета при введении в рацион животных природного инулинового комплекса /с. 114-118
приема пищи при использовании фруктозы ниже, чем при использовании глюкозы или сахарозы [10]. В исследованиях, проведенных на модели стрептозотоцинового диабета, было установлено, что инулин, который давали крысам с питьевой водой, приводил к увеличению содержания фруктозы и нормализации уровня глюкозы в крови, при этом резко снижалась экскреция глюкозы и кетоновых тел с мочой [9].
Обсуждают также механизмы действия инулина, основанные на его способности к поддержанию нормальной микрофлоры кишечника. Показано, что инулин обладает свойствами пребиотиков — пищевых инградиентов, способствующих стимуляции роста и/или метаболической активности микрофлоры толстой кишки [И, 12]. Инулин как полисахарид ферментируется в основном бифидобактериями, что приводит к образованию короткоцепочечных жирных кислот, которые, в свою очередь, оказывают влияние на углеводный и липидный обмен [4, 12]. Одновременно некоторые авторы отмечают его иммуномодулирующие эффекты [1, 11].
Считается, что носителем биологической активности концентрата топинамбура является не только инулин, но и природный комплекс поли-фруктозанов и продуктов их окисления с мак-ро- и микроэлементными компонентами [2, 13]. Данные литературы и результаты морфометри-ческого анализа поджелудочной железы, полученные в настоящем исследовании, позволяют высказать предположение, что инулин и комплекс других биологически активных веществ в составе ПИК влияют на активность процессов образования островков в поджелудочной железе, особенно в течение первых трех недель, облегчая тем самым тяжесть течения диабета у крыс из группы АЛ+ПИК.
Ранее нами при изучении влияния факторов различной природы на течение аллоксанового диабета было отмечено, что при их применении в течение определенного времени до инициации патологического процесса чувствительность животных к действию аллоксана повышалась [14, 15]. Аналогичные результаты получены и в настоящей работе. Объяснение этого факта требует дальнейших исследований.
Заключение
Результаты проведенного исследования показали, что введение ПИК в течение 3 недель в рацион здоровых крыс способствует активации процессов образования островков в поджелудочной железе, а у животных с аллоксановым диабетом облегчает течение заболевания, вероятно, за счет этого же механизма.
EXPERIMENTAL SUGAR DIABETES COURSE HABITS UNDER NATURAL INULIN COMPLEX INCLUSION INTO ANIMAL DIET
N.A. Palchikova, Y.V. Lutov, L.A. Obukhova, V.G. Selyatitskaya
Glucose and immunoreactive insulin concentration in blood are determined, morphometric study of pancreas endocrine is conducted in rats with alloxan diabetes under the topinambur extracted natural inulin complex (NIC) inclusion into animal diet. It is shown that NIC inclusion into the diet during 3 weeks promotes the process of pancreas isles formation at healthy rats and relieves disease current at alloxan diabetes suffering animals.
Литература
1. Влияние диеты, обогащенной инулином, на клинический статус и показатели гуморального иммунитета у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями /
A.В. Погожева, С.А. Дербенева, Е.К. Байрагин и др. // Вопр. питания. - 2006. - Т. 75. - № 3. - С. 27-31.
2. Топинамбур — возможности его использования в лечебном питании детей: Обзор / Л.А. Решетник, К.С. Ладодо, О. В. Прокопьева, Н.К. Кочнев // Вопр. питания. - 1998. - Т. 66. - № 1. - С. 18-20.
3. Жук Е.А. Концентрат топинамбура в лечении больных инсулинозависимым сахарным диабетом/ Е.А. Жук, В.Н. Зеленков // Вопр. питания. — 1997.
- № 6. - С. 34-36.
4. Beylot М. Effect of inulin-type fructans on lipid metabolism in man and in animal models / M. Beylot // Br. J. Nutr. - 2005. - Vol. 93. - Suppl. 1. - P. 163-168.
5. Влияние приема пробиотика «Биовестин-лакто» на течение аллоксанового диабета и структуру слизистой оболочки толстой кишки у экспериментальных животных / Н.А. Пальчикова, Н.П. Бгатова, А.И. Калмыкова и др. // Бюл. СО РАМН. - 2006. - № 1. -С. 67-71.
6. Экспериментальный сахарный диабет. Роль в клинической диабетологии / В.Г. Баранов, И.М. Соколове-рова, Э.Г. Гаспарян и др. — Л.: Наука, 1983. — 240 с.
7. Specific and combined effects of insulin and glucose on functional pancreatic (3-cell mass in vivo in adult rats / M. Paris, C. Bernard-Kargar, M-F. Berthault et al. // Endocrinology. - 2003. - Vol. 144. - № 6. - P. 2717-2727.
8. Пальчикова H.A. Количественная оценка чувствительности экспериментальных животных к диа-бетогенному действию аллоксана / Н.А. Пальчикова,
B.Г. Селягицкая, Ю.П. Шорин // Пробл. эндокринол.
- 1987. - № 4. - С. 65-68.
9. Ванадийсодержащие соединения — новый класс терапевтических средств для лечения сахарного диабета / Н.Ф. Беляева, В.К. Городецкий, А.И. Точилкин и др. // Вопросы медицинской химии. — 2000. — Т. 46.
- Вып. 4. - С. 344-360.
10. Сравнительная оценка послепищевой гликемии у больных сахарным диабетом типа 2 при потреблении моно- и дисахаридов и сахарозаменителей / Х.Х. Ша-рафетдинов, В.А. Мещерякова, О.А. Плотникова, М.Г.
Палъчикова H.A. Особенности течения экспериментального сахарного диабета при введении в рацион животных природного инулинового комплекса /с. 114-118
Гаппаров // Вопросы питания. — 2002. — Т. 71. — № 2.
- С. 22-26.
11. Влияние рационов, обогащенных инулином и олигофруктозой, на клеточный и гуморальный иммунитет у крыс / Э.Н. Трушина, Е.А. Мартынова, Д.Б. Никитюк и др. // Вопросы питания. — 2005. — Т. 74.
- № 3. - С. 22-27.
12. Grizard D. Non-digestible oligosaccharides used as prebiotic agents: mode of prodaction and beneficial effects on animal and human health / D. Grizard, C. Barthomeuf // Reprod. Nutr. Dev. - 1999. - Vol. 39. - P. 563-588.
13. Зеленков B.H. Химический и микроэлементный состав биологически активной добавки «Долголет» е ее модификаций по макро- и микроэлементному составу
/ В.II. Зеленков, Н.П. Заксас // Микроэлементы в медицине. - 2001. - Т. 2. - № 1. - 52-54.
14. Палъчикова H.A. Влияние перфторана на чувствительность экспериментальных животных к диабе-тогенному действию аллоксана и течение экспериментального диабета / H.A. Пальчикова, О.И. Кузьминова, В.Г. Селятицкая // Бюлл. СО РАМН. - 2006. - № 3. -С. 113-116.
15. Селятицкая В.Г. Особенности течения экспериментального сахарного диабета у лабораторных животных, получавших БАД «Литовит» / В.Г. Селятицкая, H.A. Пальчикова, Л.А. Обухова // Природные минералы на службе здоровья человека. — Новосибирск, 1999. - С. 96-101.
