калорийности - жиры) на массу тела самцов мышей линии C57BL/6: по оси абсцисс - время содержания животных на диете, нед, по оси ординат - масса тела, г. Сплошная линия - контрольная группа, n = 12; пунктирная линия - экспериментальная группа, n =
* достоверность различий с контрольной группой, p < 0,01
Fig. l.The effect of a high-fat diet (59% calorie fat) on C57BL/6 mice body weight: on the abscissa axis - the weeks of keeping animals on a diet, on the ordinate axis - body weight (gram). The solid line is the control group, n = 12; the dotted line is the experimental group, n = 12. * versus the control group, p < 0.01
Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета статистического анализа 81а11811еа 8.0. Уровень значимости при проверке гипотезы принадлежности двух выборок к одной генеральной совокупности оценивался по тесту Краскела - Уоллиса (ANOVA). Данные представлены в виде среднего значения и его ошибки X ± 5Ј.
Рис. 2. Результаты теста на толерантность к глюкозе у самцов мышей линии C57BL/6 через 16 нед содержания на высокожировой диете (59% калорийности - жиры): а - динамика концентрации глюкозы в крови у мышей контрольной (сплошная линия, n = 12) и экспериментальной (пунктирная линия, n = 12) групп после внутрибрю- шинного введения глюкозы (2 г/кг). Ось абсцисс - время после внутрибрюшинного введения глюкозы, мин; ось ординат - концентрация глюкозы в крови, ммоль/л; b - величина площади под кривой концентрации глюкозы AUC при глюкозотолерантном тесте в контрольной (темные столбики) и экспериментальной (светлые столбики) группах, мин х ммоль/л. * достоверность различий в сравнении с контрольной группой, p < 0,05
Результаты и их обсуждение
В результате применения жировой диеты у мышей выявлено формирование избыточной массы тела. Динамика изменения массы тела в течение 16 нед у животных контрольной и экспериментальной групп представлена на рис. 1. Выявленное превышение массы тела над контролем можно трактовать как признак выраженного ожирения, поскольку большинство авторов именно так расценивает увеличение массы тела на 25% и более [8-10].
На 7-й нед наблюдалось значительное увеличение массы тела у мышей экспериментальной группы. Масса тела экспериментальных животных превышала массу контрольной группы на 18%. На 8-й нед различия по массе выросли до 32%. К концу эксперимента масса мышей на жировой диете на 50% превышала массу контрольной группы (см. рис. 1).
Гипергликемия у мышей экспериментальной группы наблюдалась начиная с 8-й нед исследования (6,63 ± 0,91) ммоль/л, в контроле - (4,4 ± 1,3) ммоль/л. К концу эксперимента у мышей экспериментальной группы снизилась степень усвоения глюкозы. Через 15 и 30 мин после углеводной нагрузки у мышей экспериментальной группы уровень глюкозы в крови превышал показатель контрольной группы на 13%. Такое же соотношение сохранилось и через 30 мин. В течение 60 мин уровень глюкозы крови в контрольной группе начал постепенно снижаться, тогда как у мышей экспериментальной группы показатель увеличился и различия с контролем составили 41%. Через 2 ч уровень глюкозы в контрольной группе практически вернулся к исходному уровню, тогда как в экспериментальной группе сохранялся повышенным на 57% (рис. 2, а). У мышей контрольной группы максимальный подъем концентрации глюкозы наблюдался на 30-й мин и составил (15,46 ± 1,2) ммоль/л. У мышей экспериментальной группы максимальная концентрация была достигнута на 60-й мин и составила (17,7 ± 2,3) ммоль/л. Величина площади под кривой AUC в контрольной группе составила (1 424,6 ± 218,7) мин х ммоль/л; в экспериментальной - (1 851,7 ± 254,5) мин х ммоль/л, p < 0,05 (рис. 2, b).
Рис. 3. Концентрация инсулина (нг/мл) в плазме крови самцов мышей линии C57BL/6 до и через 15 мин после введения глюкозы; контрольная группа (темные столбики, n = 12), экспериментальная группа (светлые столбики, n = 12). * достоверность различий с контрольной группой, p < 0,05
Снижение уровня глюкозы называется гипогликемической фазой и косвенно отражает скорость выработки инсулина и чувствительность тканей к данному гормону. Пролонгация этой фазы характерна для сахарного диабета II типа, что и наблюдалось у мышей экспериментальной группы в данном исследовании. На рис. 3 представлена концентрация инсулина в плазме крови мышей до и после введения глюкозы. У мышей экспериментальной группы уровень инсулина превышал значение в контрольной группе в 3 раза как до, так и через 15 мин после введения глюкозы. Расчет HOMA-IR дал следующие результаты: в контрольной группе на 16-й нед эксперимента он составил 3,62 ± 0,48; а в экспериментальной - 19,85 ± 3,07, p < 0,001.
Как правило, СД II типа характеризуется резистентностью к инсулину. Поскольку концентрация глюкозы в крови продолжает расти, это способствует высвобождению большего количества инсулина.
Заключение
Полученные результаты свидетельствуют, что использование высокожировой диеты у мышей приводит к увеличению массы тела и формированию ожирения (масса тела более чем на 25% выше, чем в контрольной группе [8-10]), гипергликемии, снижению толерантности к глюкозе и гиперинсулинемии. Все это свидетельствует о адекватности разработанной экспериментальной модели заболеванию сахарным диабетом II типа. Критериями адекватности модели, таким образом, можно считать следующие: динамика массы тела; гипергликемия; результаты теста на толерантность к глюкозе, в том числе величину площади под кривой концентрации глюкозы AUC при глюкозотолерантном тесте.
В то же время высокая концентрация инсулина в крови животных экспериментальной группы свидетельствует о том, что нарушения сформировались только со стороны мышечной ткани, тогда как чувствительность Р-клеток поджелудочной железы к глюкозе сохраняется. Это позволяет сделать заключение об относительной адекватности разработанной модели - моделируются нарушения со стороны мышечной такни, но не поджелудочной железы. Возможно, для формирования резистентности к глюкозе со стороны Р-клеток поджелудочной железы требуется больший срок.
Созданная модель может быть особенно полезна в широкой области исследований резистентности к инсулину, диабета и ожирения, она позволит обеспечить лучшее понимание патогенеза, а также может быть использована для экспериментальной проверки эффектов терапевтических вмешательств.
Литература
1. Groop L.C., Eriksson J.G. The etiology and pathogenesis of non-insulin-dependent diabetes. Ann. Med. 1992; 24 (6): 483-489.
2. Fujimaki S., Kuwabara T. Diabetes-induced dysfunction of mitochondria and stem cells in skeletal muscle and the nervous system. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18 (10): 2147.
3. American Diabetes Association. Diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diabetes Care. 2010; 33 (1): S62-69.
4. Lyra e Silva N., Lam M.P., Soares C.N., Munoz D.P., Milev R., Felice G. Insulin resistance as a shared pathogenic mechanism between depression and type 2 diabetes. Front. Psychiatry. 2019; 10: 57.
5. Hojlund K. Metabolism and insulin signaling in common metabolic disorders and inherited insulin resistance. Dan. Med. J. 2014; 61 (7): B4890.
6. Сарвилина И.В., Макляков Ю.С., Криштопа А.В., Каркищенко В.Н. Поиск новых мишеней для разработки сахароснижающих лекарственных средств на основе биомоделирования сахарного диабета второго типа и протеомных технологий. Биомедицина. 2008; 1: 5-13. [Sarvilina I.V., Maklyakov Yu.S., Krishtopa A.V., Karkishchenko V.N. Biomedicine. 2008; 1: 513 (in Russ.)].
7. Nagy C., Einwallner E. Study of In vivo glucose metabolism in high-fat diet-fed mice using oral glucose tolerance test (OGTT) and insulin tolerance test (ITT). J. Vis. Exp. 2018; 131: 112.
8. Bobkiewicz-Kozlowska T., Dworacka M., Kuczynski S. et al. Hypoglycaemic effect of quinolizidine alkaloids lupanine and 2-thionosparteine on non-diabetic and strep-tozotocin-induced diabetic rats. European Journal of Pharmacology. 2007; 565 (13): 240244.
9. Чуканова Г.Н., Дворацка М., Искакова С.С., Курмамбаев Е.Ж. Моделирование сахарного диабета 2 типа для изучения лекарственных средств с антидиабетической активностью. Наука и здравоохранение. 2014; 4: 48. [Chukanova G.N., Dvoratska M., Iskakova S.S., Kurmambaev E.Zh. Science and Health. 2014; 4: 48 (in Russ.)].
10. Байрашева В.К., Бабенко А.Ю., Дмитриев Ю.В., Байрамов А.А., Чефу С.Г., Шаталов И.С., Пчелин И.Ю., Иванова А.Н., Гринева Е.Н. Новая модель сахарного диабета 2-го типа и диабетической нефропатии у крыс. Трансляционная медицина. 2016; 3 (4): 44-55. [Bayrasheva V.K., Babenko A.Yu., Dmitriev Yu.V., Bayramov A.A., Chefu S.G., Shatalov I.S., Pchelin I. Yu., Ivanova A.N., Grineva E.N. Translational Medicine. 2016; 3 (4): 44-55 (in Russ.)].
11. Winzell M.S., Ahren B. The high-fat diet-fed mouse: a model for studying mechanisms and treatment of impaired glucose tolerance and type 2 diabetes. Diabetes. 2004; 53 (3): S215-219.
12. Jorgensen M.S., Tornqvist K.S., Hvid H. Calculation of glucose dose for intraperitoneal glucose tolerance tests in lean and obese mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2017; 56 (1): 95-97.
13. Горячева М.А., Макарова М.Н. Особенности проведения глюкозотолерантного теста у мелких лабораторных грызунов (мыши и крысы). Международный вестник ветеринарии. 2016; 3: 155159. [Goryacheva M.A., Makarova M.N. International Journal of Veterinary Medicine. 2016; 3: 155159 (in Russ.)].
14. Matthews D.R. et al. Homeostasis model assessment: insulin resistance and beta-cell function from fasting plasma glucose and insulin concentrations in man. Diabetologia. 1985; 28 (7): 412419.