научная статья по теме ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 1 ТИПА Биология

Текст научной статьи на тему «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 1 ТИПА»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2014, том 45, № 2, с. 20-36

УДК 612.133

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНЫХ СОСУДОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 1 ТИПА

© 2014 г. Г. С. Болеева1, С. В. Мочалов1, О. С. Тарасова12

'Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Москва, 2ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН, Москва

В обзоре рассмотрены патологические изменения эндотелия, гладкой мышцы и вазомоторной иннервации артериальных сосудов при экспериментальном СД 1 типа. Особое внимание уделено анализу механизмов диабетических нарушений в свете современных представлений о функционировании основных компонентов сосудистой стенки.

Ключевые слова: сахарный диабет, стрептозотоцин, эндотелий, гладкая мышца, вазомоторная иннервация.

ВВЕДЕНИЕ

Сахарный диабет (СД) - это группа метаболических заболеваний, характеризующихся гипергликемией, которая является результатом уменьшения секреции инсулина, действия инсулина или обоих этих факторов [4]. СД является одним из наиболее социально значимых заболеваний в современном обществе, его распространенность неуклонно растет и, по эпидемиологическим прогнозам, к 2030 году достигнет 7-8% от общей численности населения мира [79]. Приблизительно 10% всех случаев СД приходится на СД 1 типа [4], который развивается в результате деструкции Р-клеток поджелудочной железы. Часто поражение Р-клеток происходит в результате иммунного поражения, но в ряде случаев этиология СД неясна, в таком случае говорят об идиопатической форме СД 1 типа [4].

В результате повреждения Р-клеток в организме прекращается продукция инсулина, ключевого регулятора процессов углеводного и липидно-го обмена, и повышается концентрация глюкозы в крови. Патологические изменения в органах и тканях при СД 1 типа связаны как с непосредственным влиянием гипергликемии, так и с нарушением их кровоснабжения. Изменения в строении и в функционировании кровеносных сосудов являются основной причиной ухудшения качества жизни и гибели больных СД. Развитие СД 1 типа ведет к патологическим изменениям всех элементов сосудистой стенки: эндотелия, гладкой мышцы и интрамуральных нервных сплетений [4, 33].

Несмотря на то что сосудистые нарушения у людей при СД 1 типа хорошо известны на феноменологическом уровне, механизмы таких изменений изучены явно недостаточно. В первую очередь, это связано с трудностью или невозможностью получения образцов тканей человека для исследований in vitro с применением современных аналитических методик. Поэтому для таких исследований разработаны и широко используются экспериментальные модели СД 1 типа у животных, чаще всего, у лабораторных крыс. Несмотря на некоторые ограничения, такие модели воспроизводят основные патогенетические факторы и феноменологию сосудистых нарушений при СД 1 типа у человека, что позволяет ожидать и сходства механизмов диабетических изменений сосудистого русла в клинике и эксперименте.

В данном обзоре будут рассмотрены патологические изменения эндотелия, гладкой мышцы и вазомоторной иннервации артериальных сосудов при экспериментальном СД 1 типа. Особое внимание будет уделено анализу механизмов диабетических нарушений в свете современных представлений о функционировании основных компонентов сосудистой стенки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ СД 1 ТИПА

СД 1 типа у лабораторных животных может быть либо обусловленным генетически (наследуемым), либо индуцированным путем введения

химических веществ, токсичных для Р-клеток поджелудочной железы.

Наиболее известными наследуемыми моделями СД 1 типа являются линия крыс BB/Wor (BioBreeding Worcester rats) и линия мышей NOD (nonobese diabetic mouse) [30]. Начиная с определенного возраста (с 7 по 14 неделю у крыс BB/Wor и до 6-мес. возраста у мышей NOD) развивается аутоиммунное поражение Р-клеток поджелудочной железы, что имитирует развитие СД 1 типа у человека.

Индуцированный СД 1 типа у животных, как правило, вызывают путем введения аллоксана (2,4,5,6-оксипиримидин) или стрептозотоцина (СТЗ, 2-деокси-2-([(метилнитрозоамино) кар-бинил]амино)^-глюкопираноза, антибиотик из Streptomycetes achromogenes). Аллоксан и СТЗ обладают токсическим действием на продуцирующие инсулин Р-клетки поджелудочной железы. Эти вещества обладают структурным сходством с молекулой глюкозы, благодаря чему они интенсивно транспортируются в Р-клетки с помощью низкоаффинного переносчика GLUT2 [83; 52].

Цитотоксическое действие аллоксана связано, в первую очередь, с повышением продукции активных форм кислорода [52, 83]. В клетке аллоксан восстанавливается до диалуровой кислоты, что запускает цикл окислительно-восстановительных реакций, в результате которых образуется супероксид-анион. Под действием суперок-сиддисмутазы супероксид-анион превращается в перекись водорода, которая посредством реакции Фентона превращается в гидроксил-радикал. Появление этого чрезвычайно агрессивного радикала ведет к повреждению ДНК и нарушению кальциевого гомеостаза Р-клеток. Кроме того, аллоксан нарушает секреторную активность Р-клеток путем ингибирования фермента глю-кокиназы, которая регулирует чувствительность Р -клеток к глюкозе.

Основным механизмом токсического действия СТЗ является алкилирование ДНК с последующим ее фрагментированием [52, 83]. Это приводит к активации процессов поли-АДФ-рибозили-рования, истощению запасов НАД+ и нарушению функционирования митохондрий, которое усугубляется метилированием митохондриальной ДНК. Кроме того, токсическое действие СТЗ связано с его способностью генерировать оксид азота, а также с активацией ксантиноксидазы, что, как и при действии аллоксана, ведет к окислительному стрессу.

В подавляющем большинстве современных исследований моделирование индуцированного СД 1 типа у животных проводится путем однократного введения СТЗ, который более стабилен в растворе и имеет более широкий, по сравнению с аллоксаном, диапазон диабетогенных доз [52]. По данным литературы, аллоксан может оказывать прямое токсическое действие на клетки печени [83], а действие СТЗ селективно в отношении Р-клеток поджелудочной железы. В сравнительно умеренных дозах, которые используются для моделирования СД 1 типа у животных, СТЗ не оказывает прямого токсического влияния на клетки других органов. Такое утверждение базируется на наблюдениях, что индуцированные СТЗ нарушения в организме крыс полностью или в большой степени корректируются с помощью инсулиновой терапии [44] или же путем трансплантации островков Лангерганса в селезенку крыс сразу после введения СТЗ [64].

Уже через сутки после введения СТЗ в крови животных наблюдается значительное повышение концентрации глюкозы [45]. Поскольку действие СТЗ носит необратимый характер, глюкоза крови сохраняется на повышенном уровне в течение всего последующего периода наблюдения за животными (недели и месяцы). При этом функциональные изменения артериальных сосудов развиваются в течение нескольких недель после введения СТЗ. Однако следует отметить, что динамика сосудистых изменений, зарегистрированная в работах разных авторов, существенно различается. Например, в некоторых работах изменения гладкой мышцы и эндотелия показаны уже через две недели после введения СТЗ [20; 11], тогда как в других их не было выявлено даже через 8-нед. [71]. Такая разная динамика развития диабетических изменений может объясняться некоторыми отличиями моделей СТЗ-диабета в разных работах. Так, доза СТЗ в разных работах варьирует от 45 мг/кг до 65 мг/кг, и при одинаковом результате такого воздействия (выраженная гипергликемия в крови крыс) доля гибнущих Р-клеток поджелудочной железы может существенно различаться [45]. Также отличаются растворитель для СТЗ (вода, изотонический раствор или кислый цитратный буфер, из которых предпочтителен последний), температура растворителя (СТЗ стабилен только в холодном растворе), путь введения СТЗ (внутривенный или внутрибрюшинный), возраст животных (молодые животные более чувствительны к диабетогенному действию СТЗ) и их пол, и, наконец, состояние животных во время проведения инъекции (сытые они или голодные) [45]. По нашему опыту, введение СТЗ сытым живот-

ным (рано утром, т.е. после ночного потребления пищи) вызывает менее суровый СД 1 типа, чем введение во второй половине дня, что проявляется в менее выраженном снижении массы тела в последующий период наблюдения. Вероятно, это объясняется конкуренцией за переносчики ОЬиТ2 молекул СТЗ с молекулами глюкозы, содержание которых различается в крови сытых и голодных животных. В связи с этим при использовании разных модификаций модели СТЗ-диабета "остаточная" концентрация инсулина в крови животных может различаться. По уровню глюкозы в крови это может быть и не заметным, поскольку у крыс частичное сглаживание диабетических органопа-тий проявляется при введении инсулина даже в низкой дозе, которая почти не влияет на уровень глюкозы крови [44].

Таким образом, в экспериментах на животных СД 1 типа чаще всего моделируют путем введения СТЗ. Это приводит к множественным изменениям регуляции сосудистого тонуса, механизмы которых будут рассмотрены далее. В первую очередь рассмотрим изменения на уровне эндотелия, так как дисфункция эндотелия является наиболее характерным сосудистым нарушением при СД.

ДИСФУНКЦИЯ ЭНДОТЕЛИЯ ПРИ СД 1 ТИПА

1. Факторы, секретируемые эндотелием сосудов. Эндотелий представляет собой клеточный монослой, выстилающий внутреннюю поверхность сосудистого русла. В последние три десятилетия представления о роли эндотелия коренным образом изменились: стало ясно, что он представляет собой не просто атромбогенный барьер между кровью и стенкой сосуда, а поистине гигантскую совокупность клеток, которые продуцируют множество активных молекул, влияющих на тонус кровеносных сосудов [6].

В условиях естественного кровообращения секреторная активность эдотелиальных клеток стимулируется влиянием локальных и системных регуляторов. Первые из них образуются в ткани или высвобождаются из клеток крови и нервных волокон в стенке сосуда: это такие регуляторы как брадикинин, АТФ, АДФ, кальцитонин-ген-родственный пептид, субстанц

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком