РЕЗЮМЕ. Распространенность сахарного диабета 2-го типа составляет до 95% всех случаев заболевания сахарным диабетом. В связи с этим особый интерес для исследователей представляют экспериментальные модели, которые позволяют понять не только причины развития и прогрессирования данной патологии, но также изучить потенциальные способы профилактики и лечения.
Цель исследования – изучить содержание химических элементов в сыворотке крови и печени лабораторных крыс при экспериментальном моделировании сахарного диабета 2-го типа.
Материалы и методы. В исследовании использовали крыс-самцов линии SHR (n=40). В течение двух недель контрольная группа животных получала общий рацион, опытная группа – высокожировую диету. На 15-е сутки животным опытной группы вводили внутрибрюшинно 35 мг/кг стрептозотоцина в цитратном буфере с целью моделирования сахарного диабета 2-го типа, животным контрольной группы – 1 мл/кг изотонического раствора NaCl. Далее в течение пяти недель контрольная группа животных снова получала общий рацион, а опытная группа – высокожировую диету. В конце эксперимента у лабораторных животных отбирали биообразцы для оценки показателей минерального обмена.
Результаты. У животных опытной группы уровень глюкозы был более 16,7 ммоль/л, что говорит о развитии диабетического состояния. У крыс с сахарным диабетом 2-го типа в сыворотке крови установлены более высокие значения меди и марганца на фоне более низких уровней хрома, железа, цинка, кальция, магния и натрия. В печени отмечались статистически значимо более высокие значения кальция, меди, железа, марганца, селена и цинка. Анализ химических форм железа в сыворотке крови показал, что имеются три железосодержащие фракции: ферритин, трансферрин и низкомолекулярные формы железа. В группе животных с сахарным диабетом 2-го типа относительно контроля наблюдалось увеличение ферритиновой фракции и низкомолекулярных форм железа на фоне снижения трансферриновой фракции.
Выводы. Метаболические нарушения при сахарном диабете 2-го типа связаны не только с валовым содержанием химических элементов в сыворотке крови, но и с перераспределением пула химических элементов, как между различными лигандами в сыворотке крови, так и между различными органами в организме.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: микроэлементы, железо, углеводный обмен, крысы, сахарный диабет 2-го типа, стрептозотоцин.
Для цитирования: Молчанов М.К., Нотова С.В. Нарушения минерального обмена при сахарном диабете 2-го типа (экспериментальное исследование). Микроэлементы в медицине. 2025;26(2):48-54. DOI: 10.19112/2413-6174-2025-26-2-48-54.
ВВЕДЕНИЕ
Сахарный диабет 2-го типа составляет до 95% всех случаев заболевания сахарным диабетом. С каждым годом данная проблема приобретает всё большую распространённость, несмотря на то, что этому вопросу уделяется пристальное внимание (Artasensi et al., 2020). В соответствии с докладом Всемирной организации здравоохранения известно, что с 1980 года число взрослых людей, страдающих диабетом, увеличилось почти в четыре раза и составило 422 млн. Предполагается, что к 2045 году количество людей с диабетом возрастёт до 693 млн (Cho et al., 2018). Повышенный уровень глюкозы в крови изменяет важнейшие гомеостатические механизмы, приводя к аномально повышенному уровню внеклеточных метаболитов, что имеет решающее значение для правильного клеточного функционирования (Casalena et al., 2020). Известно, что гипергликемия и связанные с ней метаболические нарушения могут приводить к нарушению минерального обмена в организме. Так, у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа наблюдался дисбаланс магния, меди, цинка и селена (Skalnaya et al., 2017; Sanjeevi et al., 2018; Hasanato, 2020). Современные исследования указывают на значительную роль ферроптоза в развитии и прогрессировании диабета, а также его осложнений (Miao et al., 2023). Однако для адекватного изучения этого вопроса необходимы дополнительные исследования, способные улучшить понимание роли микроэлементов в патогенезе сахарного диабета 2-го типа, так как доступные в литературе результаты всё еще противоречивы. Данные противоречия могут быть связаны с такими аспектами, как стадия сахарного диабета 2-го типа, стаж заболевания, приём гипогликемических препаратов, диабетические осложнения (ангиопатии, ретинопатии, нефропатии и т.д.). Всё это может оказать существенное влияние на минеральный обмен исследуемых пациентов (Hasanato, 2020; Feng et al., 2021; Temurer Afşar et al., 2023).
В связи с этим особый интерес для исследователей представляют экспериментальные модели, которые позволяют понять не только причины развития и прогрессирования данной патологии, но также изучить потенциальные способы профилактики и лечения. С одной стороны, сахарный диабет 2-го типа является многофакторным заболеванием, поэтому трудно найти универсальные экспериментальные модели для его изучения (Ruze et al., 2023). С другой стороны, использование лабораторных животных позволяет исследовать влияние отдельных факторов (генетическая предрасположенность, неправильное питание, сниженная физическая активность, ожирение, стресс) на развитие патологии в контролируемых условиях (Martín-Carro et al., 2023).
Цель исследования – изучение содержания химических элементов в сыворотке крови и печени лабораторных крыс при экспериментальном моделировании сахарного диабета 2-го типа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Экспериментальные исследования выполняли на базе ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». В исследовании использовали спонтанно-гипертензивных крыс-самцов линии SHR (n=40) массой 180–200 г в возрасте 10–12 недель. Эксперименты на животных осуществляли в соответствии с протоколами Женевской конвенции и по разрешению локального этического комитета (протокол № 1 от 14.03.2023 г.). Животные получали соответствующий эксперименту рацион и воду без ограничений. В течение двух недель контрольная группа животных (n=20) получала общий рацион (270 ккал/100 г корма, 20% белка, 10% жира, 70% углеводов); опытная группа (n=20) получала высокожировую диету, основанную на добавлении свиного жира и кокосового масла к общему рациону (351 ккал/100 г корма, 18% белка, 21% жира, 61% углеводов). Соотношение рассчитывалось, исходя из известной калорийности используемых ингредиентов, и достигалось путем их гомогенного распределения в корме. На 15-е сутки животным опытной группы вводили внутрибрюшинно 35 мг/кг стрептозотоцина в цитратном буфере (рH 4,5) после 12-часового голодания с целью моделирования сахарного диабета 2-го типа, животным контрольной группы – 1 мл/кг изотонического раствора NaCl (0,9%). Далее в течение пяти недель контрольная группа животных снова получала общий рацион, а опытная группа – высокожировую диету.
В конце эксперимента у лабораторных животных отбирали образцы крови и печени. Биохимические параметры оценивали с использованием коммерческих реагентов на анализаторе CS-T240 (Китай). Уровень инсулина в крови определяли с помощью иммуно-ферментного анализа на спектрофотометре INNO (LTek, Южная Корея) с использованием коммерческого набора ELISA Kit for Insulin (CEA448Ra). На основании полученных данных рассчитывали индекс HOMA-IR. Анализ общего содержания химических элементов в образцах сыворотки крови и печени проводили в аккредитованной лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (Москва) с помощью метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Анализ химических форм железа в сыворотке лабораторных животных выполняли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрией с индуктивно связанной плазмой. Полученные данные обрабатывали при помощи методов вариационной статистики с применением статистического пакета STATISTICA 10 (StatSoft Inc., США). Гипотеза о принадлежности данных нормальному распределению была отклонена во всех случаях с вероятностью 95%, что обосновало применение непараметрического U-критерия Манна–Уитни. Во всех процедурах статистического анализа рассчитывали достигнутый уровень значимости (p), при этом критическим уровнем значимости принимали р ≤ 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Модель сахарного диабета 2-го типа была создана на крысах линии SHR с помощью диеты с высоким содержанием жиров в сочетании с внутрибрюшинным введением стрептозотоцина. Выбор объекта исследования был связан с тем, что крыс линии SHR (Spontaneously Hypertensive Rat) достаточно часто используют в качестве модели для изучения метаболического синдрома и сахарного диабета 2-го типа. Крысы данной линии имеют склонность к раннему набору веса и постпрандиальной гипергликемии (Wang et al., 2014; Elmarakby, Sullivan, 2021). Помимо генетических моделей, для воспроизведения симптомов нарушения углеводного и липидного обменов используют цитотоксические диабетогенные вещества. Наиболее воспроизводимыми являются модели, вызванные стрептозотоцином (Raden-kovic et al., 2016). Существует несколько базовых протоколов с использованием стрептозотоцина для моделирования различных диабетических состояний.
Моделирование сахарного диабета 2-го типа в данном исследовании основано на введении умеренных доз стрептозотоцина (35 мг/кг) крысам, у которых развилась резистентность к инсулину из-за предшествующего употребления пищи с высоким содержанием жиров (Furman, 2021). Затем, чтобы создать долгосрочную модель сахарного диабета 2-го типа, крыс продолжали кормить высокожировой диетой в течение ещё пяти недель.
На протяжении всего эксперимента как в опытной, так и в контрольной группах отмечалась практически полная поедаемость корма (25–30 г корма). Однако в опытной группе животных фиксировалось статистически значимое увеличение потребление воды в 1,7 раза (p < 0,05), что в среднем составляло 75 мл.
В конце эксперимента у животных опытной группы уровень глюкозы оказался более 16,7 ммоль/л, что говорит о развитии диабетического состояния (Yu et al., 2019). Для повышения надёжности результатов у крыс определяли уровень инсулина и рассчитывали индекс HOMA-IR. Установлены более высокие значения данного индекса в опытной группе крыс на 254% относительно контрольных значений. На фоне избыточного веса и выраженной гипергликемии у животных опытной группы отмечалось развитие гипертриглицеридемии, что также является сопутствующим осложнением сахарного диабета 2-го типа (табл. 1). Таким образом, совокупность полученных данных дала основание к подтверждению того, что у лабораторных крыс опытной группы на фоне употребления высокожировой диеты и внутрибрюшинной инъекции стрептозотоцина развивается сахарный диабет 2-го типа.
Показатель | Контрольная группа | Опытная группа |
Масса тела, г | 286,5 (274,3–297,7) | 356,4 (348,2–376,2)** |
Глюкоза, ммоль/л | 5,7 (5,01–6,2) | 17,8 (17,1–18,8)** |
Индекс HOMA-IR | 2,4 (2,1–,2) | 8,5 (8,3–9,1)** |
Триглицериды, ммоль/л | 0,68 (0,6–0,71) | 1,42 (1,12–1,57)** |