Sex dependent of metabolic changes at laboratory animals with acute chemically induced damage of the pancreas

Full Text

Острый панкреатит является самым распространенным заболеванием поджелудочной железы (ПЖ), при этом зависимость особенностей его патогенеза от пола остается предметом изучения и дискуссии. Считается, что частота заболеваемости у мужчин и женщин существенно не различается, однако среди мужчин значительно выше смертность, чаще развивается рецидивирующий острый панкреатит и в два раза чаще формируется хронический панкреатит [1, 2]. Согласно данным научной литературы, различия в патогенезе заболеваний желудочно-кишечного тракта могут быть обусловлены влиянием половых гормонов, а также с генетическими вариациями, связанными с полом [2]. Описан половой диморфизм не только в общей анатомии поджелудочной железы, но и в структуре, а также в функциях островковых клеток [3].

Известно достаточное количество панкреотоксикантов химической природы, избирательно повреждающих как экзокринную часть поджелудочной железы, так и ее эндокринный компонент.

К числу таких веществ относят: этанол, азасерин, диметилбензо[а]антрацен, этионин, 4-гидроксиаминохинолин-1-оксид, бета-окисленные производные дипропилнитрозамина, олеиновую кислоту, стрептозотоцин, аллоксан. В частности, аллоксан (аналог глюкозы) накапливается преимущественно в β-клетках ПЖ, вызывая их гибель [5]. Однако нормализация метаболитов в крови и спонтанная регенерация ПЖ у лабораторных животных происходит в течение нескольких недель после введения аллоксана [6]. При этом воздействие аллоксана на про/антиоксидантную систему и гомеостаз кальция позволяет рассматривать его не только как диабетогенное соединение, но и как модельный панкреатоксикант для химически индуцированного повреждения ПЖ в эксперименте [5].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Оценка гендерных особенностей метаболических изменений в организме лабораторных животных при спонтанном восстановлении после однократного воздействия панкреотоксиканта – аллоксана.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте использовано 160 белых беспородных крыс (80 крыс-самцов и столько же крыс-самок). Возраст животных составлял 3–4 месяца, масса тела находилась в пределах 240–260 г. Содержание, уход, манипуляции с животными и их эвтаназию осуществляли в соответствии с требованиями международных рекомендаций Европейской конвенции по защите позвоночных животных. Дизайн эксперимента был одобрен локальной этической комиссией при ФГУП «НИИ ГТП» ФМБА, Волгоград, Россия, протокол № 1 от 8 июня 2023 года.

Для моделирования токсического повреждения ПЖ опытным животным после 18-часовой голодовки однократно вводили внутрибрюшинно аллоксан, приготовленный ex tempore, в дозе 150 мг/кг. Контрольным крысам вводили однократно внутрибрюшинно 1 мл физиологического раствора. Животных контрольной и опытных групп (по 6 особей в группе) выводили из эксперимента через 1, 3, 7, 14, 21 и 28 суток после введения панкреотоксиканта.

В целях выявления метаболических нарушений исследовали содержание альбуминов, глюкозы, триглицеридов (ТГ) в плазме крови с использованием наборов «Вектор-Бест», «Olvex Diagnosticum» (Россия) и планшетного фотометра SYNERGY HTX (BioTek, США). Активность карбоксилэстеразы (КЭ), как детоксифицирующего фермента, оценивали по изменению абсорбции α-нафтилацетата в качестве субстрата при длине волны 322 нм [6]. Содержание молочной (МК) и пировиноградной кислоты (ПВК) определяли спектрофотометрическим методом [7, 8]. Антиоксидантный статус оценивали по содержанию в эритроцитах малонового диальдегида (МДА) и активности каталазы, а также оксидазной активности церулоплазмина (ЦП) в плазме крови [8].

Статистический анализ проводился с применением программных пакетов Exel 2012 (Microsoft, США) и Statistica 13.0 (TIBCO, США). Рассчитывались параметры среднего арифметического значения (М) и стандартного отклонения (SD). Так как экспериментальные группы представляли собой небольшие выборки животных, то сравнения между контрольной и опытными группами проводили с помощью непараметрического метода анализа с использованием U-критерия Манна – Уитни. Уровень значимости (р) для достоверных различий между группами принимали равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сопоставление биохимических параметров в контрольных и опытных группах самцов и самок после острого химически индуцированного повреждения ПЖ с использованием аллоксана показало, что через 1 сутки только у крыс женского пола достоверно повышалось содержание ПВК, что приводило к снижению «гипоксического» индекса (отношение МК/ПВК) (табл.). При этом содержание глюкозы в крови в первые сутки после воздействия аллоксана возрастало как у самцов, так и у самок, однако отличие данного показателя от контроля у самок не достигало уровня статистической значимости. Также необходимо отметить, что в крови экспериментальных животных обоего пола отмечалась тенденция к накоплению продукта перекисного окисления липидов мембран эритроцитов – МДА, что являлось косвенным признаком развития оксидативного стресса, индуцируемого аллоксаном [8]. Полученные данные подтверждают результаты проведенного ранее исследования на мышах с генетически нарушенной аутофагией: хронический панкреатит после острого воздействия у самок развивался реже, было менее выражено накопление активных форм кислорода (АФК), лучше сохранялись экзокринная и эндокринная ткань поджелудочной железы. Авторы исследования предположили, что на детоксикацию АФК и способность тканей к восстановлению после повреждения влияет активность рецепторов андрогенов и эстрогенов. В то же время другие исследователи не выявили половых различий на моделях церулин-индуцированного, а также L-аргинин-индуцированного хронического панкреатита у мышей [1]. На 3-и сутки у крыс-самцов, после введения аллоксана, регистрировали повышение уровня глюкозы в крови на 167 % относительно контроля, у самок данный показатель также был повышен, но различия были недостоверны. В этот период наблюдения отмечали разнонаправленные изменения активности каталазы в эритроцитах: если у самцов этот показатель был незначительно снижен (на 5%), то у самок, наоборот, активность фермента относительно контроля возрастала на 10 % (см. табл.).

 

Динамика изменений биохимических параметров у подопытных животных обоего пола после однократного внутрибрюшинного введения аллоксана в дозе 150 мг/кг (М ± SD)

Исследуемый параметр	Самцы		Самки
	контроль	опыт, аллоксан 150 мг/кг	контроль	опыт, аллоксан 150 мг/кг
1	2	3	4	5
1-е сутки
МК, мкМоль/мл	13,18 ± 2,51	14,96 ± 3,11	20,31 ± 2,14	21,27 ± 1,33
ПВК, мкМоль/мл	0,55 ± 0,1	0,66 ± 0,13	0,18 ± 0,06	0,35 ± 0,07*
МК/ПВК, усл. ед.	1,38 ± 0,11	1,35 ± 0,05	2,07 ± 0,23	1,79 ± 0,11*
КЭ, мЕд/мл	0,18 ± 0,03	0,18 ± 0,02	0,22 ± 0,04	0,21 ± 0,02
ЦП, мЕд/мл	180,78 ± 56,22	172,05 ± 21,58	78,60 ± 17,54	83,84 ± 3,31
ТГ, мМоль/мл	1,21 ± 0,19	1,03 ± 0,39	0,68 ± 0,15	0,82 ± 0,24
Альбумины, мг/мл	32,47 ± 3,60	33,42 ± 2,28	24,46 ± 3,67	26,53 ± 0,67
Глюкоза, мкМоль/мл	8,34 ± 1,98	16,66 ± 9,62*	7,06 ± 1,27	9,66 ± 0,94
МДА в ЭР, мкМ/мл	0,88 ± 0,43	1,31 ± 0,49	1,93 ± 0,56	2,16 ± 0,75
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	27,61 ± 1,89	29,75 ± 1,37	30,26 ± 1,45	31,27 ± 0,80
3-и сутки
МК, мкМоль/мл	21,33 ± 2,03	19,93 ± 2,64	22,99 ± 1,51	21,44 ± 1,10
ПВК, мкМоль/мл	0,49 ± 0,14	0,43 ± 0,09	0,27 ± 0,04	0,31 ± 0,08
МК/ПВК, усл. ед.	1,65 ± 0,10	1,66 ± 0,05	1,93 ± 0,07	1,84 ± 0,10
КЭ, мЕд/мл	0,20 ± 0,02	0,18 ± 0,01	0,24 ± 0,04	0,22 ± 0,02
ЦП, мЕд/мл	286,45 ± 35,33	261,13 ± 17,35	79,47 ± 13,83	93,45 ± 8,39
ТГ, мМоль/мл	1,40 ± 0,59	1,20 ± 1,70	0,92 ± 0,33	1,22 ± 0,14
Альбумины, мг/мл	32,65 ± 2,84	30,95 ± 2,00	28,41 ± 1,74	28,28 ± 1,23
Глюкоза, мкМоль/мл	8,45 ± 1,66	22,62 ± 11,53*	8,34 ± 0,94	13,70 ± 6,78
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,66 ± 0,15	1,50 ± 0,25	2,19 ± 0,13	1,98 ± 0,23
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	32,94 ± 1,08	31,39 ± 0,77*	26,60 ± 1,31	29,32 ± 0,86*
7-е сутки
МК, мкМоль/мл	19,36 ± 5,17	19,76 ± 3,52	18,39 ± 1,06	17,52 ± 0,88
ПВК, мкМоль/мл	0,67 ± 0,30	0,59 ± 0,20	0,31 ± 0,10	0,21 ± 0,06
МК/ПВК, усл. ед.	1,50 ± 0,17	1,51 ± 0,08	1,79 ± 0,16	1,93 ± 0,14
КЭ, мЕд/мл	0,19 ± 0,03	0,31 ± 0,03*	0,23 ± 0,03	0,26 ± 0,04
ЦП, мЕд/мл	421,82 ± 53,00	220,08 ± 24,13*	230,56 ± 16,24	268,99 ± 20,34*
ТГ, мМоль/мл	0,52 ± 0,19	0,55 ± 0,18	1,20 ± 0,26	0,72 ± 0,21*
Альбумины, мг/мл	37,21 ± 3,24	35,82 ± 1,67	31,60 ± 0,85	28,13 ± 1,45*
Глюкоза, мкМоль/мл	8,27 ± 1,75	30,57 ± 13,46*	7,78 ± 2,23	19,60 ± 8,31*
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,39 ± 0,06	1,30 ± 0,16	1,28 ± 0,11	2,32 ± 0,24*
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	22,14 ± 0,95	22,20 ± 0,84	30,82 ± 4,64	32,70 ± 0,70
14-е сутки
МК, мкМоль/мл	21,90 ± 5,81	19,55 ± 2,03	14,81 ± 1,14	14,34 ± 0,53
ПВК, мкМоль/мл	0,79 ± 0,37	0,61 ± 0,12	0,51 ± 0,09	0,47 ± 0,04
МК/ПВК, усл. ед.	1,47 ± 0,11	1,51 ± 0,06	1,46 ± 0,07	1,48 ± 0,03
КЭ, мЕд/мл	0,22 ± 0,02	0,23 ± 0,03	0,14 ± 0,04	0,26 ± 0,03*
ЦП, мЕд/мл	282,09 ± 12,14	266,37 ± 60,33	303,92 ± 63,57	331,87 ± 47,41
ТГ, мМоль/мл	0,95 ± 0,22	0,67 ± 0,13	1,15 ± 0,34	0,97 ± 0,37
Альбумины, мг/мл	30,13 ± 0,96	34,40 ± 3,93	31,66 ± 1,58	30,84 ± 0,64
Глюкоза, мкМоль/мл	7,20 ± 2,11	8,03 ± 2,03	7,43 ± 0,50	27,11 ± 11,31*
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,97 ± 0,44	1,68 ± 0,14	2,47 ± 0,27	2,45 ± 0,40
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	24,10 ± 2,18	27,83 ± 0,90*	30,75 ± 1,65	32,92 ± 1,47*
21-е сутки
МК, мкМоль/мл	18,71 ± 1,82	15,49 ± 1,64*	16,71 ± 0,48	16,53 ± 1,87
ПВК, мкМоль/мл	0,57 ± 0,15	0,48 ± 0,06	0,56 ± 0,11	0,36 ± 0,12*
МК/ПВК, усл. ед.	1,53 ± 1,55	1,51 ± 0,06	1,48 ± 0,10	1,68 ± 0,15
КЭ, мЕд/мл	0,20 ± 0,04	0,23 ± 0,03	0,21 ± 0,03	0,27 ± 0,04*
ЦП, мЕд/мл	268,11 ± 27,21	276,85 ± 10,34	283,83 ± 48,41	294,31 ± 41,05
ТГ, мМоль/мл	1,02 ± 0,29	0,93 ± 0,38	1,26 ± 0,32	0,98 ± 0,34
Альбумины, мг/мл	33,23 ± 1,13	34,29 ± 4,28	30,80 ± 2,28	32,48 ± 0,82
Глюкоза, мкМоль/мл	8,23 ± 0,53	13,82 ± 8,81	7,14 ± 0,66	20,84 ± 14,32*
МДА в ЭР, мкМ/мл	2,40 ± 0,26	1,57 ± 0,12*	1,51 ± 0,14	1,44 ± 0,13
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	25,77 ± 0,46	26,39 ± 0,62	26,60 ± 0,96	28,94 ± 0,91*
28-е сутки
МК, мкМоль/мл	20,77 ± 4,28	19,18 ± 2,46	16,25 ± 1,16	19,93 ± 2,69
ПВК, мкМоль/мл	0,63 ± 0,08	0,62 ± 0,08	0,51 ± 0,05	0,44 ± 0,07
МК/ПВК, усл. ед.	1,51 ± 0,11	1,49 ± 0,05	1,50 ± 0,07	1,66 ± 0,11
КЭ, мЕд/мл	0,21 ± 0,03	0,22 ± 0,02	0,23 ± 0,03	0,25 ± 0,03
ЦП, мЕд/мл	246,28 ± 23,43	254,14 ± 33,92	268,11 ± 39,55	279,47 ± 34,23
ТГ, мМоль/мл	0,55 ± 0,25	0,68 ± 0,22	1,01 ± 0,35	0,84 ± 0,19
Альбумины, мг/мл	32,11 ± 4,26	31,08 ± 1,41	33,51 ± 2,01	33,91 ± 2,85
Глюкоза, мкМоль/мл	7,94 ± 0,90	13,59 ± 11,05	7,20 ± 0,59	10,48 ± 3,05
МДА в ЭР, мкМ/мл	1,64 ± 0,29	1,55 ± 0,50	1,22 ± 0,15	1,18 ± 0,36
Каталаза в ЭР, мЕд/мл	27,60 ± 0,46	26,93 ± 1,06	29,89 ± 1,42	29,66 ± 1,80

* Достоверные изменения при р ≥ 0,05 по отношению к средним показателям контрольных животных

 

Через 7 суток после однократного введения аллоксана в качестве модельного панкреотоксиканта у опытных животных, в большей степени у самок, выявляли многочисленные статистически значимые относительно параллельного контроля изменения метаболических параметров. Так, у крыс женского пола на фоне повышенного уровня глюкозы (в 2,5 раза по сравнению с контролем) снижалось содержание ТГ и альбуминов в крови, что являлось характерным признаком перестройки метаболизма при нарушении обмена веществ, вызванного устойчивой гипергликемией [9]. Об этом косвенным образом свидетельствовала и выраженная тенденция снижения ПВК с одновременным гипоксическим сдвигом в соотношении МК/ПВК внутренней среды организма. Кроме того, у самок возрастали оксидазная активность ЦП (на 18 %) в плазме крови и содержание МДА (на 81 %) в эритроцитах. У самцов метаболические изменения в организме выражались повышенным уровнем глюкозы (на 270 % относительно контроля), а также увеличением активности КЭ (на 63 %) с одновременным снижением оксидазной активности ЦП (на 48 %) в плазме крови. Полученные данные по изменениям уровня ТГ под воздействием панкреатоксиканта у самок достаточно интересны в плане экстраполяции на человека. Так, например, индуцированный гипертриглицеридемией острый панкреатит чаще развивается у мужчин, что связывают с большей частотой злоупотребления алкоголем на фоне сопутствующих метаболических нарушений [1].

По истечении 14 суток после однократного внутрибрюшинного введения аллоксана у опытных крыс обоего пола возрастала активность каталазы (на 15 % у самцов и на 7 % у самок) в эритроцитах. Кроме того, у самок сохранялась гипергликемия, а оксидазная активность КЭ относительно контроля была повышена на 85 %.

На 21-е сутки после введения аллоксана достоверные метаболические изменения в организме опытных крыс мужского пола ограничивались снижением уровня МК в плазме и МДА в эритроцитах, в то время как у самок сохранялась выраженная гипергликемия, а также повышенная активность КЭ в плазме крови и каталазы в эритроцитах. Также у крыс-самок значительно снижалось содержание ПВК в плазме крови, что позволяло предположить развитие у них метаболической гипоксии.

Через 28 суток от момента введения аллоксана у подопытных животных происходила нормализация практически всех метаболических параметров. Несмотря на это у особей обоего пола прослеживалась тенденция к сохранению умеренной гипергликемии, а у самок, кроме того, сохранялись признаки метаболической гипоксии, выражавшиеся в повышении содержания молочной кислоты на фоне пониженного уровня ПВК в плазме крови.

Наблюдаемые сдвиги исследуемых параметров в крови экспериментальных животных свидетельствуют о наличии половых различий в степени повреждения и скорости восстановления функциональной активности ПЖ после воздействия панкреотоксиканта. При этом самки оказались более чувствительными к воздействию аллоксана, что подтверждалось бόльшим количеством изменений биохимических параметров плазмы крови и показателей антиоксидантного статуса.

Необходимо отметить, что часть изменений, например, снижение содержания ТГ в крови у самок, может быть ассоциирована со снижением риска развития хронического панкреатита. Однако есть и предположения, что женские половые гормоны негативно влияют на токсичность. В эксперименте с применением этионина в качестве панкреатотоксина, тяжелый острый панкреатит с геморрагическим некрозом развивался у самок мышей, но не у самцов [1]. На сегодняшний день диагностические критерии панкреатита одинаковы у мужчин и женщин, однако описанные ранее и выявленные нашем исследовании различия подтверждают необходимость рассматривать половую принадлежность при повреждениях ПЖ в качестве «биологической переменной», которую необходимо учитывать при планировании исследований и интерпретации результатов [10]. Данный подход особенно важен при доклиническом изучении новых разрабатываемых лекарственных средств, а также при оценке класса опасности химических соединений при их гигиеническом нормировании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, при анализе результатов исследования особенностей метаболических изменений в организме лабораторных животных при остром химически индуцированном повреждении ПЖ аллоксаном были выявлены нарушения метаболического и антиокидантного статусов у животных обоего пола, при этом самки отличались большей чувствительностью к воздействию панкреотоксиканта, а нормализация исследуемых параметров у них протекала медленнее, чем у самцов. Наиболее выраженные проявления негативного воздействия аллоксана на организм самок отмечали на 7-е сутки после его введения. Выявленные половые различия в эксперименте под воздействием панкреотоксиканта химической природы может быть обусловлено анатомическими различиями, дифференциальной экспрессией генов, действием стероидных гормонов. Каждый из этих факторов в определенной степени вносит свой вклад в патофизиологические механизмы повреждения ПЖ, которые следует учитывать при планировании доклинических, клинических исследований, профилактических осмотров и интерпретации их результатов.

About the authors

Yuliya I. Velikorodnaya

Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology

Author for correspondence.
Email: velikorodnaya@rihtop.ru

Head of Laboratory, graduate student

Russian Federation, Volgograd

Olga N. Novikova

Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology

Email: novikova@rihtop.ru

Candidate of Medical Sciences

Russian Federation, Volgograd

Valeriy A. Antonov

Research Institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology

Email: antonov@rihtop.ru

Doctor of Medical Sciences, professor

Russian Federation, Volgograd

Elena D. Bazhanova

Scientific and Clinical Center of Toxicology named after academician S. N. Golikov

Email: bazhanovae@mail.ru

Doctor of Biological Sciences

Russian Federation, St. Petersburg

Veronika N. Zorina

Scientific and Clinical Center of Toxicology named after academician S. N. Golikov

Email: uchsovet@toxicology.ru

Doctor of Biological Sciences

Russian Federation, St. Petersburg

Dmitry Yu. Gurov

Volgograd State Medical University

Email: gurov007@mail.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor of the Department

Russian Federation, Volgograd

Rudolf P. Samusev

Volgograd State Medical University

Email: samusev_rudolf@mail.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor, Professor of the Department

Russian Federation, Volgograd

Valery S. Zamaraev

Volgograd State Medical University

Email: vszamaraev@mail.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor, Professor of the Department

Russian Federation, Volgograd

References

Supplementary files