Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МОДЕЛИРОВАНИЕ САХАРНОГО ДИАБЕТА И ДИАБЕТИЧЕСКОЙ НЕФРОПАТИИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Байрашева В.К. 1, 2
1 ФГБУ «Северо-Западный федеральный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России
2 ГБОУ ВПО Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. И.П. Павлова Минздрава России
Учитывая неуклонно возрастающее во всем мире число больных сахарным диабетом, актуальной проблемой остаётся изучение патогенетических механизмов возникновения и прогрессии и способов профилактики одного из наиболее грозных осложнений заболевания – диабетической нефропатии. В этой связи важное значение имеет моделирование сахарного диабета с последующим развитием диабетической нефропатии у экспериментальных животных. Среди существующих на сегодняшний день генетических и негенетический моделей диабетической нефропатии наиболее изученными и подробно описанными, в силу их простоты реализации, относительно низкой затратности и возможности воспроизведения в любой экспериментальной лаборатории, являются модели диабетической нефропатии у грызунов со стрептозотоциновым сахарным диабетом, развивающие обратимые стадии диабетической болезни почек, наблюдаемые в клинической практике. В данном обзоре подробно описаны морфофункциональные почечные изменения у крыс с диабетической нефропатией при сахарном диабете 1 и 2 типа, индуцированного введением стрептозотоцина, изложены механизмы его повреждающего действия и способы уменьшения цитотоксичности, описана методика приготовления раствора стрептозотоцина, проведён обзор значимых преимуществ и имеющихся недостатков описанных моделей.
высокожировое питание.
геминефрэктомия
никотинамид
стрептозотоцин
крысы
модели у животных
почки
диабетическая нефропатия
сахарный диабет 1 тип и 2 тип
1. «Алгоритмы специализированной медицинской помощи больным сахарным диабетом». Клинические рекомендации / Дедов. И.И., Шестакова М.В., Галстян Г.Р. и др. [под ред. И.И. Дедова, М.В. Шестаковой (7-й вып.)]. Проблемы эндокринологии. – 2015. – Т. 61, № 1(2). – С. 1-105.
2. Байрашева В.К., Бабенко А.Ю., Дмитриев Ю.В., Иванова А.Н., Шаталов И.С., Гринева Е.Н. // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 3; URL: www.science-education.ru/123-20212 (дата обращения 2.07.2015).
3. Бондарь И.А., Климонтов В.В. Тубулоинтерстициальный фиброз при диабетической нефропатии: механизмы развития и подходы к лечению // Сахарный диабет. - 2008. - № 2. - С. 11-15.
4. Джиоева И.А. Клиническая и фармако-экономическая оценка лечения больных сахарным диабетом 2 типа // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1; URL: www.science-education.ru/122-17263 (дата обращения: 03.06.2015).
5. Добронравов В. А. Эпидемиология диабетической нефропатии: общие и региональные проблемы: Обзор // Нефрология. - 2002. – T. 6, № 1. - С. 16-22.
6. Караман Ю.К. Механизмы адаптации организма к алиментарной высокожировой нагрузке: Автореф. дис. докт. биол. наук. – Владивосток, 2011. – 44 с.
7. Кроненберг Г.М., Мелмед Ш., Полонски К.С., Ларсен П.Р. Сахарный диабет и нарушения углеводного обмена. (Серия: Эндокринология по Вильямсу). [Перев. под ред. И.И. Дедова]. -М.: Рид Элсивер, ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 448 с
8. Оскар Минковский – открытие, изменившее мир // Сахарный диабет. – 2008. - № 4. – С. 102-103.
9. Практикум по биохимии: Учеб. пособие [Под ред. С.Е. Северина, Г.А. Соловьёвой]. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 509 с.
10. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая. [Под ред. А.Н. Миронова]. - М.: Гриф и К, 2012. - 944 с.
11. Спасов А.А., Воронкова М.П., Снигур Г.Л., Чепляева Н.И., Чепурнова М.В. Экспериментальная модель сахарного диабета типа 2 // Биомедицина. – 2011. - № 3. - С. 12-18.
12. Шестакова М.В., Дедов И.И. Сахарный диабет и хроническая болезнь почек. – М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2009. – 482 с.
13. Шестакова М.В., Сунцов Ю.И., Дедов И.И. Диабетическая нефропатия: состояние проблемы в мире и в России // Сахарный диабет. - 2001. - № 3. - С. 2-5.
14. Alhaider A.A., Korashy H.M., Sayed-Ahmed M.M., Mobark M., Kfoury H., Mansour M.A. // Chem. Biol. Interact. – 2011. - Vol. 192, № 3. – P. 233- 242.
15. Anderson S., Rennke H.G., Brenner B.M. Nifedipine versus fosinopril in uninephrectomized diabetic rats // Kidney Int. - 1992. – Vol. 41, № 4. – P. 891-897.
16. Animal Models of Diabetic Complications Consortium [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.amdcc.org (дата обращения 05.06.2015).
17. Ar'Rajab A., Ahrén B. Long-term diabetogenic effect of streptozotocin in rats // Pancreas. – 1993. – Vol. 8, № 1. – P. 50-57.
18. Battell M.L., Yuen V.G., Verma S., McNeil J.H. Other models of type 1 diabetes. [In: McNeil J.H., editor. Experimental models of diabetes]. Florida, USA.: CRC Press. LLC, 1999. - Р. 219–229.
19. Bayrasheva V., Grineva E., Babenko A., Dmitriev Yu., Chefu S., Shatalov I. Diabetes Technol. Ther. – 2015. – Vol. 17, S1. – P. A179.
20. Chen D., Wang M.W. Development and application of rodent models for type 2 diabetes // Diabetes Obes. Metab. – 2005. - Vol. 7, № 4. – P. 307- 317.
21. Danda R.S., Habiba N.M., Rincon-Choles H., Bhandari B.K., Barnes J.L., Abboud H.E., Pergola P.E. // Kidney Int. - 2005. - Vol. 68, № 6. – P. 2562-2571.
22. Dufrane D., van Steenberghe M., Guiot Y., Goebbels R.M., Saliez A., Gianello P. // Transplantation. - 2006. - Vol. 81. - P. 36–45.
23. Fröde T.S., Medeiros Y.S. Animal models to test drugs with potential antidiabetic activity // J. Ethnopharmacol. – 2008. - Vol. 115, № 2. – P. 173-183.
24. Gallego B., Flores O., López-Novoa J.M., Pérez-Barriocanal F. Renal effects of antihypertensive therapy in uninephrectomized diabetic rats // Res. Exp. Med.(Berl). – 1997. – Vol. 197, № 4. – P. 199-209.
25. Howarth C.F. , Qureshi A., Shahin A., Lukic M. L. Effects of single high-dose and multiple low-dose streptozotocin on contraction and intracellular Ca2+ in ventricular myocytes from diabetes resistant and susceptible rats // Mol. Cell. Biochem. – 2005. - Vol. 269, № 1. – P. 103–108.
26. Islam S., Choi H. Nongenetic model of type 2 diabetes: A Comparative Study // Pharmacology.- 2007. - № 79. - Р. 243–249.
27. Kannan Y., Tokunaga M., Moriyama M., Kinoshita H.,Nakamura Y. // Clin. Exp. Immunol. – 2004. - Vol. 137, № 2. - P. 263–271.
28. Karunanayake E.H., Baker J.R., Christian R.A., Hearse D.J., Mellows G. // Diabetologia. – 1976. - Vol. 12. – P. 123–128.
29. Kraynak A.R., Storer R.D., Jensen R.D., Kloss M.W., Soper K.A., Clair J.H., DeLuca J.G., Nichols W.W., Eydelloth R.S. // Toxicol. Appl. Pharmacol. – 1995. – Vol. 135, № 2. – P. 279-286.
30. Lenzen S. The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes // Diabetologia. – 2008. – Vol. 51, № 2. – P. 216-226.
31. National Kidney Foundation. KDOQI Clinical Practice Guideline for diabetic and CKD: 2012 update // Am. J. Kidney Dis. - 2012. Vol. 60, №50. – Р. 850-886.
32. Ostenson C.G., Grill V., Roos M. Studies on sex dependency of B-cell susceptibility to streptozotocin in a rat model of type II diabetes mellitus // Exp. Clin. Endocrinol. - 1989. - Vol. 93, № 2-3. – P.241-247.
33. Rees D.A., Alcolado J.C. Animal models of diabetes mellitus // Diabetic Medicine. – 2005. – Vol. 22. – P. 359–370.
34. Reutens A.T., Atkins R.C. Epidemiology of diabetic nephropathy // Contrib. Nephrol. -2011. Vol. 170. P. 1-7. doi: 10.1159/000324934.
35. Shafrir E., Ziv E., Mosthaf L. Nutritionally induced insulin resistance and receptor defect leading to b cell failure in animal models // Ann. NY Acad. Sci. – 1999. – Vol. 892. – P. 223-246.
36. Srinivasan K., Ramarao P. Animal models in type 2 diabetes research: an overview // Indian J. Med. Res. – 2007. - Vol. 125, № 3. – P. 451-472.
37. Sugano M., Yamato H., Hayashi T., Ochiai H., Kakuchi J., Goto S., Nishijima F., Iino N., Kazama J.J., Takeuchi T., Mokuda O., Ishikawa T., Okazaki R. // Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. – 2006. - Vol. 16, № 7. – P. 477-484.
38. Szkudelski T. Streptozotocin-nicotinamide-induced diabetes in the rat. Characteristics of the experimental model // Exp. Biol. Med. – 2012. – Vol. 237, № 5. - P. 481-490.
39. Turk J., Corbett J.A., Ramanadham S., Bohrer A., McDaniel M.L. // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 1993. – Vol. 197. – P. 1458–1464.
40. Utimura R., Fujihara C.K., Mattar A.L., Malheiros D.M., Noronha I.L., Zatz R. // Kidney Int. – 2003. – Vol. 63. – P. 209–216.
41. Velasquez M.T., Kimmel P.L., Michaelis O.E. 4th. Animal models of spontaneous diabetic kidney disease // FASEB J. - 1990. – Vol. 4, № 11. – P. 2850-2859.
42. Wehbi G.J., Zimpelmann J., Carey R.M., Levine D.Z., Burns K.D. // Am. J. Physiol. Renal Physiol. - 2001 – Vol. 280, № 2. – P. 254 - 265.
43. Wei M., Ong L., Smith M.T., Ross F.B., Schmid K., Hoey A.J., Burstow D., Brown L. // Heart Lung Circ. - 2003. – Vol.12, №1. – P. 44-50.
44. Yamamoto H., Uchigata Y., Okamoto H. Streptozotocin and alloxan induce DNA strand breaks and poly(ADP-ribose) synthetase in pancreatic islets // Nature. – 1981. – Vol. 294. – P. 284–286.
45. Zhang M., Lv X.Y., Li J., Xu Z.G., Chen L. The characterization of high-fat diet and multiple low-dose streptozotocin induced type 2 diabetes rat model // Exp. Diabetes Res. - 2008;2008:704045.
46. Zheng S., Noonan W.T., Metreveli N.S., Coventry S., Kralik P.M., Carlson E.C., Epstein P.N. // Diabetes. - 2004. - Vol. 53, № 12. – P. 3248-3257.

Несмотря на достигнутые успехи в лечении пациентов с сахарным диабетом (СД), диабетическая нефропатия по-прежнему остаётся одной из основных причин заболеваемости и смертности пациентов с сахарным диабетом [1], как и десятилетие назад [5], принося национальной системе здравоохранения значительные социально-экономические потери [4]. Являясь самостоятельной лидирующей причиной терминальной стадии хронической болезни почек в большинстве стран мира, диабетическая нефропатия (ДН), трактуемая с 2007 г. как диабетическая болезнь почек [3], с течением времени развивается по меньшей мере у трети пациентов с СД [13] и в своём классическом течении проходит прогрессию от стадии нормоальбуминурии через микроальбуминурию до макроальбуминурии / протеинурии и снижения скорости клубочковой фильтрации (СКФ) [34]. Важным с точки зрения понимания патофизиологических механизмов возникновения и прогрессирования ДН и разработки профилактических и лечебных подходов является использование адекватных моделей ДН у экспериментальных животных, максимально точно воспроизводящих стадии естественного течения этого микрососудистого осложнения СД у людей.

Типы моделей сахарного диабета у экспериментальных животных

Поскольку для возникновения ДН необходимо наличие гипергликемии (о чём свидетельствует отсутствие подобных почечных изменений у пациентов без СД), в основе воспроизведения ДН как при СД 1 типа, так и при СД 2 типа у экспериментальных животных лежит индукция гипергликемического состояния.

Существует множество моделей спонтанного развития у грызунов СД 1 типа (биобридинговые, LETL, WBN/Kob крысы, NOD-мыши и др.) и 2 типа (крысы и мыши с дефектом синтеза лептина или лептинового рецептора и др.), полученные в результате передаваемых по наследству генетических мутаций или отобранные из аутбредных животных без диабета (например, крысы Goto-Kakizaki, мыши Tsumara Suzuki и др.) [7, 10]. СД может быть вызван хирургическим путём (посредством частичной или тотальной панкреатэктомии, классическим примером которой является эксперимент О. Минковского и Й. Меринга на собаках [8], фармакологическими препаратами (вызывающими деструкцию секретирующих инсулин бета-клеток поджелудочной железы [30]), посредством использования методов генной инженерии (технологии «нокаута» и трансгенной гиперэкспрессии специфических генов [7]), назначением специальных диетических рационов [6, 35], а также различными вариантами их сочетания.

Тем не менее, несмотря на довольно обширный выбор моделей СД у животных, во многих экспериментальных лабораториях для моделирования осложнений заболевания, в т.ч. ДН, используется введение диабетогенного цитотоксина стрептозотоцина (СТЗ) [43].

Механизм диабетогенного действия стрептозотоцина

Стрептозотоцин является токсическим соединением из группы производных нитрозомочевины, связанным в С2 положении с D-глюкозой [29], избирательно проникающим в панкреатические бета-клетки посредством переносчика GLUT-2 [28]. Панкреатотоксичность СТЗ в значительной мере связывают с алкилирующей активностью его метильной группы, приводящей к фрагментации ДНК бета-клеток, в ответ на которую активируется участвующий в репарации повреждённой ДНК фермент поли (АДФ-рибоза) полимераза (PARP). Развивающийся в связи с этим дефицит запасов кофактора NAD+, а затем и энергетических субстратов в виде АТФ, неминуемо приводит, в конечном счёте, к некрозу бета-клеток [44]. Данный процесс усугубляется активацией свободнорадикального окисления, связанного с генерацией пероксинитрита из избыточно образующегося оксида азота, донатором которого является нитрозогруппа СТЗ [39].

Диабетогенный эффект СТЗ наблюдается у многих видов животных, включая мышей, собак, кошек, обезьян, морских свинок и др. Наиболее резистентными к действию СТЗ оказались кролики и свиньи, а максимальная сенсибилизация выявлена у крыс, при этом оптимальная диабетогенная доза СТЗ для крысы уменьшается по мере увеличение массы животного. [18, 22, 33] Также отмечено, что особи мужского пола при сопоставимой дозе развивают более выраженную гипергликемию [32].

Технология приготовления цитратного буфера и раствора стрептозотоцина

Порошок стрептозотоцина, который до использования должен храниться в защищённом от света пластиковом флаконе с осушителем при температуре -20° С, растворяют в натриевом цитратном буфере с pH 4,5. Для приготовления раствора цитратного буфера с требуемым pH 4,5 необходимо: 1) смешать 47 мл 0,1 М раствора лимонной кислоты (содержит 21,01 г/л моногидрата лимонной кислоты) и 53 мл 0,1 М раствора тринатриевой соли лимонной кислоты (содержит 29,41 г/л дигидрата тринатриевой соли); 2) довести содержимое раствора до 950-970 мл дистиллированной водой, перемешать мешалкой; 3) аккуратно довести объём раствора до 1000 мл, параллельно измеряя рН-метром pH получившегося раствора. 4) Если рН раствора выше 4,5, добавить несколько капель 0,1 М раствора лимонной кислоты (2,1 гр цитрата довести до объёма 10 мл), или добавить несколько капель водного раствора цитрата натрия, если pH ниже 4,5 [9]. Рекомендовано использовать свежеприготовленный или оттаянный после замораживания при -20° С буфер, порошок СТЗ должен быть растворён в светонепроницаемой стеклянной ёмкости и введён экспериментальному животному внутривенно или внутрибрюшинно в максимально ближайшие сроки.

Негенетические модели диабетической нефропатии, воспроизводимые с помощью стрептозотоцина

На текущий момент лишь в некоторых генетических моделях ДН у грызунов описаны изменения, более-менее соответствующие всем критериям идеальной модели этого осложнения [41, 46], приведённым на официальном сайте Американского консорциума по моделям диабетических осложнений у животных (AMDCC) [16]. Тем не менее, значительные ограничения в использовании этих моделей, связанные с их высокой стоимостью, трудностями в воспроизведении, сложностями ухода, высокой степенью инбридинга и, зачастую, моногенным характером наследования СД [36], диктуют необходимость разработки, апробации и совершенствования негенетических моделей ДН у экспериментальных животных.

По данным проведённого обзора литературы, негенетические модели ДН наиболее часто воспроизводят с использованием СТЗ, вводимого аутбредным крысам. В зависимости от применяемой в эксперименте дозы цитотоксина и путей введения (внутрибрюшинно, внутривенно) у грызунов возможно моделирование различных по степени выраженности состояний углеводного обмена – от лёгких, преддиабетических изменений, до СД с абсолютной инсулиновой недостаточностью [25, 27]. При этом в большинстве используемых стрептозотоциновых моделей как СД 2 типа с умеренной гипергликемией, так и СД 1 типа с выраженной гипергликемией у крыс описывают лабораторные и морфологические признаки, характерные для ранних стадий классического течения ДН у людей [20], с не более чем 30-кратным повышением уровня альбуминурии. Однако, важность изучения патогенеза ДН и возможностей её коррекции и профилактики именно на ранних, морфофункционально обратимых стадиях, только увеличивает ценность достаточно легко воспроизводимых и относительно незатратных негенетических моделей ДН у крыс.

Моделирование диабетической нефропатии при стрептозотоциновом сахарном диабете 1 типа у крыс

Модели ДН у аутбредных крыс со стрептозотоциновым СД наиболее часто воспроизводят на самцах крыс стоков Wistar и Sprague-Dawley, при этом для моделирования СД 1 типа половозрелым крысам в возрасте 8-10 нед. (масса 200-250 г) внутривенно вводится СТЗ, растворённый в цитратной буфере (в дозировке 60 мг/кг и 55 мг/кг, соответственно). [14, 40]. Считается, что интраперитонеальный путь ведения требует большей дозы СТЗ. СТЗ вводится после 12-16 ч голода, поскольку введение препарата накормленным особям приводит к уменьшению диабетогенного эффекта СТЗ и может вызвать большой разброс экспериментальных данных из-за снижения восприимчивости животных к СТЗ на фоне постпрандиального повышения гликемии [23]. Принимая во внимание данные о возникновении выраженной отсроченной гипогликемии (вследствие временной «утечки» инсулина из разрушенных бета-клеток), возникающей через 4-8 ч после инъекции СТЗ [30], в течение 24-48 ч экспериментальные животные получают перорально 5 % раствор глюкозы. СД подтверждается при выявлении натощакового уровня гликемии выше 15 ммоль/л спустя 48 ч после инъекции СТЗ [40].

Через 8 нед. после возникновения СД наблюдается 3-4-кратное увеличение альбуминурии с одновременным снижением СКФ в 1,5 раза от первоначального, сопровождающееся появлением тубулоинтерстициального фиброза и 1,5-кратным увеличением толщины гломерулярной базальной мембраны (по данным электронной микроскопии) [26]. Длительность эксперимента в данном случае ограничивается развитием метаболических нарушений вследствие выраженной гипергликемии (более 30 ммоль/л) и инсулинопении.

С целью коррекции кетоацидоза рекомендовано назначение инсулинотерапии. Предпочтительнее применять непрерывное его введение с помощью пластыря или помпы, позволяющее добиться среднесуточного уровня глюкозы крови, близкого к нормогликемии [42]. Возможно ежедневное подкожное введение инсулина длительного действия в дозе 1-4 ед., приводящее к снижению гипергликемии до умеренных цифр (11,1-22,2 ммоль/л), что позволяет увеличить продолжительность исследования до 5-8 мес. [15, 24, 40,42]. При этом важно учитывать описанное в литературе снижение стойкого диабетогенного эффекта СТЗ, введённого в дозе 40-50 мг/кг, приводящее к спонтанной нормализации инсулин-секреторной функции при назначении инсулинотерапии в первую неделю после индукции СД [17].

Для ускорения наступления специфических диабетических изменений в почечной ткани используют хирургическую редукцию массы функционирующих нефронов. С этой целью крысам предварительно (за 3 нед. до инъекции СТЗ) производят правостороннюю нефрэктомию. В таком случае начальные признаки ДН выявляются уже в течение первого месяца после манифестации диабета, проявляющиеся гиперфильтрацией [15], значимое повышение АД отмечается на 8-й неделе, а после 8 мес. диабетического статуса – более чем 30-кратное повышение уровня экскреции альбумина с мочой относительно исходных данных, а также морфологические признаки диабетического гломерулосклероза различной степени выраженности [15, 40].

Тем не менее, данная стрептозотоциновая модель СД 1 типа у крыс имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих её широкое использование с экспериментальной целью. Однократное введение СТЗ в высокой дозе приводит к возникновению выраженной инсулинопении и быстрой декомпенсации течения заболевания у крыс, что не позволяет проводить длительные хронические эксперименты на таких животных без введения инсулина, что существенно ограничивает её применение при исследовании сахароснижающих препаратов. Кроме того, СТЗ в высокой дозе, действуя через имеющийся в эпителиоцитах почечных канальцев вышеупомянутый глюкозный транспортёр GLUT 2, непосредственно вызывает повреждение ДНК клеток тубулярного эпителия, сохраняющееся до 4-х нед. после введения препарата [29], что необходимо учитывать при планировании длительности эксперимента и времени определения маркеров повреждения почек.

Моделирование диабетической нефропатии при стрептозотоциновом сахарном диабете 2 типа у крыс

Существенным недостатком модели ДН при стрептозотоциновом СД 1 типа является недостаточная её валидность при исследовании лекарственных средств для лечения СД 2 типа. К тому же отсутствует возможность наравне с гипергликемией оценить вклад таких серьёзных патогенетических компонентов СД 2 типа и ДН, как инсулинорезистентность, ожирение и дислипидемия. В связи с чем в экспериментальной диабетологии были разработаны несколько негенетических моделей ДН при СД 2 типа, воспроизводимого с использованием СТЗ у крыс.

Так, относительно недавно стали применяться модели геминефрэктомированных крыс с алиментарным ожирением (вызванным назначением высокожирового питания) и индукцией диабета посредством одно- или двукратного введения c недельным интервалом субдиабетических доз СТЗ (30-35 мг/кг) [21, 37]. СД 2 типа диагностируют спустя 1 нед после инъекции СТЗ посредством проведения орального глюкозотолерантного теста, в процессе которого крысам измеряют уровень гликемии натощак и через 30, 60, 90 и 120 мин. после внутрижелудочного введения 40% раствора глюкозы в дозе 3 г/кг, и уровне гликемии от 9,0 до 14,0 ммоль/л. При этом авторы описывают развитие лабораторных и морфологических признаков поздних стадий ДН на 35-40 нед эксперимента (протеинурия, снижение СКФ, диффузный гломерулосклероз). Интересно отметить, что выраженность морфологических диабетических изменений в группе крыс, получавших высокожировое питание и двукратную инъекцию СТЗ, несмотря на умеренную гипергликемию оказалась значимо выше по сравнению с крысами с СД 1 типа [45]. Однако в пилотных исследованиях по отработке обозначенной методики нам не удалось зафиксировать пороговую для СД 2 типа гипергликемию у крыс (при введении рекомендуемой в этих работах низкой дозы СТЗ (30 мг/кг) при однократном введении), а при интервальном двукратном введении СТЗ наблюдалось развитие диабета, по уровню дефицита секреции инсулина, приближающегося к абсолютной инсулинопении [2]. В связи с чем нами была апробирована модель ДН у геминефрэктомированных крыс стока Wistar, получавших в течение 5 нед. высокожировое питание, с последующей индукцией никотинамид-стрептозотоцинового СД 2 типа, в которой к 28 нед. после индукции СД развивается значимая альбуминурия и морфологические признаки ДН, выявляемые при световой микроскопии (увеличение индекса мезангиальной экспансии, артериологиалиноз, тубулоинтерстициальный фиброз), а на 16 нед., по результатам электронной микроскопии, зафиксировано значимое утолщение гломерулярной базальной мембраны [19]. Внутрибрюшинное ведение никотинамида в дозе 230 мг/кг за 15 мин. до инъекции СТЗ (65 мг/кг) минимизирует повреждающее действие цитотоксина как на бета-клетки поджелудочной железы, вызывая лишь частичную инсулинопению и стабилизацию других клинических проявлений СД [26] за счёт способности никотинамида ингибировать вышеупомянутый фермент PARP [38].

Стоит отметить, что модель стрептозотоцин-индуцированного СД 2 типа с предварительным введением никотинамида ранее успешно была применена на практике зарубежными исследователями [26] и нашими соотечественниками [11], однако, без высокожирового питания и нефрэктомии специфических лабораторно-морфологических признаков ДН у крыс в этих работах не выявлено.

Преимуществами данной модели ДН у крыс по сравнению с генетическими моделями являются широкая доступность, низкая затратность, а также относительно простая методика воспроизведения. По нашим наблюдениям, такие животные развивают ожирение, среднюю по выраженности гипергликемию, инсулинорезистентность, альбуминурию, дислипидемию и умеренную артериальную гипертензию, являющиеся основными компонентами патогенеза ДН при СД 2 типа [12].

Заключение

Несмотря на большое разнообразие описанных на сегодняшний день моделей сахарного диабета у экспериментальных животных, негенетические модели стрептозотоцинового сахарного диабета по-прежнему остаются наиболее доступными, относительно легко реализуемыми и достаточно валидными, адекватно воспроизводящими обратимые стадии диабетической болезни почек у людей, когда воздействие фармакологических препаратов с нефропротективными свойствами может замедлить прогрессирование течения осложнения. Ряд имеющихся недостатков таких моделей (возможность разброса экспериментальных данных по уровню гликемии, потенциальная нефротоксичность стрептозотоцина, возможность спонтанной нормализации инсулин-секреторной функции) могут быть устранены путём правильного подбора диабетогенной дозы препарата, заблаговременного планирования протокола эксперимента и времени определения маркеров почечной дисфункции, а также посредством предварительного введения химических соединений, уменьшающих повреждающее действие цитотоксина на инсулин-секретирующие клетки (никотинамид). Кроме того, при использовании определённых схем введения стрептозотоцина у крыс с индуцированным алиментарным ожирением возможно моделирование умеренной гипергликемии, инсулинорезистентности и дислипидемии, т.е. ключевых патогенетических компонентов сахарного диабета 2 типа, а хирургическая редукция массы функционирующей почечной паренхимы может способствовать ускорению манифестации гипертензии и лабораторно-морфологических признаков диабетической нефропатии.

Работа выполнена в сотрудничестве с ресурсным центром «Развитие молекулярных и клеточных технологий» СПбГУ.

Рецензенты:

Митрейкин В.Ф., д.м.н., профессор кафедры патологической физиологии с курсом клинической патофизиологии ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова, г. Санкт-Петербург;

Гринева Е.Н., д.м.н., профессор, директор Института эндокринологии ФГБУ «СЗФМИЦ», г. Санкт-Петербург.


Библиографическая ссылка

Байрашева В.К. МОДЕЛИРОВАНИЕ САХАРНОГО ДИАБЕТА И ДИАБЕТИЧЕСКОЙ НЕФРОПАТИИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21024 (дата обращения: 18.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074