EXPERIMENTAL MODELS OF DIABETES MELLITUS (LITERARY REVIEW)

Full Text

Сахарный диабет (СД) - метаболическое расстройство, снижающее качество жизни, приводящее к инвалидизации населения и экономическим потерям в здравоохранении [5, 6, 8, 15, 17]. СД входит в четверку лидирующих неинфекционных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, онкологические и заболевания дыхательной системы [5, 13, 20]. Его распространенность в последние годы приобрела характер пандемии. По данным ученых, к 2030 году будет 578 млн (10,2%) населения с данным заболеванием, к 2045 году это число увеличится до 700 млн (10,9%) человек в мире [5, 6]. Распространенность сахарного диабета 2 типа (СД2) превалирует, составляя 85-90% [15]. Однако, следует отметить, что фактическая распространенность СД2 еще выше, включая пациентов с не зарегистрированной гипергликемией [6, 13, 17]. Большую актуальность имеет изучение патогенеза СД, влияние окружающих факторов на его развитие, поиск средств профилактики и лечения [4, 15, 18, 19, 20]. Все это приводит к необходимости создания моделей СД 1 и 2 типа. Существует большое число экспериментальных моделей, позволяющих изучать патофизиологию сахарного диабета 1 и 2 типа: хирургические, генетические, химические, эндокринные, иммунные. Хирургические модели. Хирургическая модель позволяет моделировать сахарный диабет 1 типа (СД1). При ее создании используется тотальное или частичное удаление поджелудочной железы, приводящее к абсолютному дефициту инсулина [15]. С одной стороны, это наиболее оптимальный способ моделирования СД1, однако, он имеет ряд ограничивающих факторов: риск летальности животных после операции, большая сложность самого оперативного вмешательства, вероятность возникновения ряда послеоперационных осложнений, экскреторная недостаточность поджелудочной железы, которую нельзя предупредить. Кроме этого, определенные сложности вызывает способность поджелудочной железы к естественной регенерации с течением времени [15, 17]. Генетические модели. Создание генетических моделей СД основано на существовании грызунов с мультифакториальной предрасположенностью к данному заболеванию, которое индуцируется под влиянием различных факторов, в том числе изменения температурного режима, характера питания, инфекционных триггеров. К спонтанному развитию СД1 способны такие линии животных, как мыши NOD и крысы ВВ [2, 4, 15]. Мыши Non-Obese Diabetes представляет собой модель диабета без ожирения. В возрасте 3-4 недель вокруг островков Лангерганса поджелудочной железы этих животных развивается инфильтрат из мононуклеарных клеток, далее инсулит прогрессирует, приводя к полной деструкции β-клеток. В основе данного разрушения лежит аутоиммунный ответ лимфоцитов. Каскад воспалительных реакций запускают Т-лимфоциты в ответ на аутоантиген к CD4+, презентуемый антигенпредставляющими клетками. Конечное повреждение β-клеток опосредуется в основном CD8+ T-лимфоцитами. Данные реакции приводят к развитию абсолютного дефицита инсулина, а, следовательно, гипергликемии и глюкозурии [2, 15, 17]. Необходимо отметить, что заболеваемость СД1 имеет мультифакториальную этиологию и зависит от наложения определенных условий на генетическую предрасположенность, что объясняет изменчивость в распространенности СД у этого вида животных [15, 17]. Крысы BioBreeding rats подобно мышам NOD подвержены возникновению СД1 вследствие иммунной атаки островков Лангерганса поджелудочной железы Т-, B-лимфоцитами, макрофагами и естественными киллерами, что приводит к развитию инсулита. К побочным влияниям данного каскада аутоиммунных реакций относится лимфопения, которая отмечается у животных с рождения [15]. Как мыши NOD, так и крысы ВВ, кроме влияния на поджелудочную железу, испытывают на себе развитие широкого спектра аутоиммунной патологии [15]. Генетические модели СД обладают своими преимуществами и недостатками. Положительные стороны данного метода моделирования - отсутствие хирургических манипуляций и связанных с ними рисков, высокая заболеваемость, возможность применения модели для долгосрочного исследования. К отрицательным сторонам данных моделей относится высокая стоимость, строгие условия для содержания вивария, развитие сопутствующих аутоиммунных заболеваний [15]. Химические модели. Химические модели сахарного диабета предполагают использование химических агентов, повреждающих β-клетки поджелудочной железы. Наибольшее распространение получили такие соединения, как аллоксан и стрептозотоцин, являющиеся цитотоксическими аналогами глюкозы [15, 16]. Аллоксан - производное пиримидина (2,4,5,6-тетраоксипиримидин, 5,6-диоксиурацил), продукт распада мочевой кислоты, в результате действия которого наблюдается некроз β-клеток поджелудочной железы, приводящий к инсулинопении. Аллоксан - соединение с глюкозоподобной структурой, которое при взаимодействии с транспортером глюкозы 2-го типа имеет способность поступать в β-клетки поджелудочной железы в неограниченном количестве. Далее возникает каскад реакций, приводящий к снижению продукции АТФ и подавлению глюкозоиндуцированной секреции инсулина. Также аллоксан имеет цитотоксическое действие, ведущее к постепенному повреждению β-клеток. Спустя некоторое время способность к секреции инсулина полностью утрачивается [16, 17]. По данным различных авторов, диабетогенная доза аллоксана для крыс колеблется между 100 и 200 мг/кг, оптимальным является парентеральное введение (внутривенно, внутрибрюшинно или подкожно) [15, 16]. Таким образом, можно сделать заключение, что аллоксановая модель сахарного диабета имеет следующие положительные стороны: низкая стоимость модели, высокая заболеваемость среди животных, достигающая 80%, и получение гипергликемии в течение 2-3х суток. Недостатки модели представлены гепато- и нефротоксичностью, высокой летальностью, дополнительным формированием инсулинорезистентности тканей, что приводит к присоединению относительного дефицита инсулина [15]. В настоящее время также часто используется для создания экспериментального сахарного диабета модель, связанная с введением стрептозотоцина [2, 15, 16]. Стрептозотоцин - аналог нитрозомочевины, проникновение которого в β-клетки поджелудочной железы осуществляется подобно аллоксану и связано с транспортером глюкозы 2-го типа. Однако, механизм разрушения островкового аппарата поджелудочной железы животных у данного соединения отличен. Его реализация связана со снижением содержания АТФ в клетках и ингибированием секреции инсулина, отрицательным влиянием внутриклеточного оксида азота, разрушительным действии активных форм кислорода. Каскад данных реакций постепенно приводит к гибели β-клеток поджелудочной железы [2, 15, 16]. Животные разных видов, а также различной гендерной принадлежности внутри одного вида имеют свою чувствительность к соединению. Этим объясняется различие в дозах, используемых для моделирования диабета, однако эффективная кратность и способ введения определены - однократно, парентерально. Следует отметить, что в отличие от аллоксана, стрептозотоцином можно добиться существенно меньшей деструкции β-клеток [2, 15]. Стрептозотоциновая модель приемлема по стоимости, обладает меньшей гепато- и нефротоксичностью, позволяет создать долгосрочную модель для изучения. Сложности и недостатки в ее использовании связаны с онкогенным действием стрептозотоцина, возможностью спонтанного выздоровления, в связи с формированием инсулиномы, видовая и гендерная специфичность, а также присоединение инсулинорезистентности тканей, что обуславливает смешанность типов диабета [2, 5, 16]. Эндокринные модели. При создании эндокринных моделей СД может использоваться длительное введение гормонов аденогипофиза, соматотропного гормона (СТГ), адренокортикотропного гормона (АКТГ), введение глюкокортикоидов [1, 3, 8, 13, 14]. Модель стероидного СД основана на применении глюкокортикоидов (ГК) - преднизолона (метилпреднизолона) или дексаметазона. Диабетогенная активность ГК показана в эксперименте у разных животных. Влияя на все метаболические процессы, они стимулируют активацию глюконеогенеза и отложение гликогена в печени, развитие инсулинорезистентности тканей и стойкой гипергликемии [10-14]. С течением времени наблюдается поражение β-клеток поджелудочной железы, что способствует снижению выработки инсулина. Затрагивая белковый, липидный и минеральный обмен, глюкокортикоиды приводят к распаду белков и образованию аминокислот, гипернатриемии и, как следствие, возникновению периферических отеков, гипокалиемии и гипокальциемии, что проявляется спазмом мышц и утомляемостью, дислипидемии за счет гиперхолестеринемии [1, 3, 7, 12, 13]. Для моделирования стероидного СД наиболее оптимальным, по мнению различных ученых, является внутрибрюшинное введение дексаметазона в дозировке 125 мкг/кг длительностью 13 суток [13]. У животных с дексаметазоновым диабетом помимо гипергликемии, выявляемой лабораторно, наблюдается стойкое изменение поведения: полидипсия, полиурия, агрессивность, объясняемая возникновением стероидного психоза. Обращает на себя внимание алопеция, незаживаемость ран, нарушение координации движений, которое можно связать со снижением зрения [13, 14]. Все это является проявлением стойких метаболических нарушений со всем спектром сопутствующих осложнений. Иммунные модели. Способом создания иммунной модели является введение животным антител против инсулина, что позволяет моделировать патогенетически обоснованный СД [15]. Также при доклинических исследованиях используется сочетание различный моделей, например, высокожировая диета и введение низкодозированного стрептозотоцина [9]. С помощью этой модели у животных развивается периферическая инсулинорезистентность, ведущая к относительному дефициту инсулина, нарушение липидного и белкового обмена, что соответствует патогенетически обоснованной картине СД2 [6, 9, 11, 20]. Данная модель по стоимости приемлема и в полной мере может использоваться для изучения патогенеза и комплексного лечения СД2. Заключение. Доклинические исследования имеют колоссальное значение в изучение патофизиологии СД. В настоящее время существует большое разнообразие моделей, имеющих свои преимущества и недостатки, созданных для изучения патогенеза, профилактики и лечения СД. Модели имеют отличия по способу и точкам приложения, по стоимости и сложностям, возникающим в ходе эксперимента. Однако, все они необходимы, поскольку показывают различные стороны в патогенезе СД человека, механизмы которого до конца воспроизвести в эксперименте пока не получается. До сих пор остается актуальной разработка новых подходов к моделированию СД, а также изучения эффективности различных лекарственных препаратов.

About the authors

G. A Batishcheva

Voronezh State Medical University

E. Yu Bibik

Lugansk State Medical University named after St. Luke

E. S Ketova

Clinical Hospital "Russian Railways-Medicine" Voronezh

References