Введение к работе
Актуальность темы
Уровень глюкозы в крови является одним из наиболее строго регулируемых физиологических показателей (Сгуег, 2004, 2005; Briscoe, Davis, 2006; Griffin, Ojeda, 2008). Гипогликемия приводит к нарушению функций центральной и периферической нервной системы (Балаболкин, 2000; Дедов, Шестакова, 2003; Сгуег, 2007; Marty et aL, 2007; Kumar, 2007; Cherrington, 2008; Телушкин и соавт., 2008 и др.) и изменяет функционалыгую способность миокарда (Robinson et aL, 2003; Стельмах, 2004; Lee et al., 2004; Koivikko et al., 2005).
Стратегическую позицию в обеспечении метаболического гомеостазиса организма занимает печень. Именно печень обеспечивает поддержание уровня глюкозы в крови путем активации гормонзависимых процессов - мобилизации гликогена и глюконеогенеза. Роль печени в регуляции гликемии' при различных физиологических и патологических состояниях, сопровождающихся изменением секреции гормонов, служила предметом многочисленных исследований (Cherrington, 1999, 2008). Инсулинодефицит приводит к развитию так называемых неалкогольных расстройств метаболизма в печени (West et aL, 2006). Нарушения обмена, связанные с этим состоянием, могут приводить к уменьшению функциональных возможностей органа в отношении регуляции гликемии. С другой стороны, гипогликемия вызывает увеличение уровня контринсулярных гормонов (глюкагона, катехоламинов, адренокортикотропного гормона, соматотропного гормона, глюкокортикоидов, вазопрессина), стимулирующих катаболизм аминокислот и глюконеогенез в печени (Amiel, 1996; Inouye, 2002), и способна приводить к активации окислительного стресса и повреждению клеток (Телушкин, Ноздрачев, 1999; Телушкин и соавт., 2008).
Причиной развития гипогликемии в реальных условиях часто является увеличение уровня инсулина в крови, связанное с передозировкой гормона у пациентов с сахарным диабетом. Таким образом, гипогликемия возникает, прежде всего, в условиях предшествующего инсулинодефипита и гипергликемии (Генес, 1970; Балаболкин, 2000; Дедов, Шестакова, 2003; Сгуег, 2003, 2004; ВоШ, 2003; Hirsch, 2005 и др.). Дефицит эффектов инсулина приводит к изменению доступности основных субстратов пластического и энергетического обмена и активности внутриклеточных ферментов (O'Brien et al., 2001; Bell, 2003; Griffin, Ojeda, 2008). Связанная с гипергликемией активация' окислительного стресса вызывает повреждение многих ферментных систем, в частности углеводного и азотистого метаболизма (Brownlee, 2001; Du et al., 2003).
Повышение метаболической' нагрузки на печень при гипогликемии может оказывать неблагоприятное воздействие на обмен в печени и в целом организме, особенно если это накладываются на уже имеющиеся нарушения, вызванные предшествующим инсулинодефицитом и гипергликемией (Балаболкин, 2000; Дедов, Шестакова, 2003; West et al., 2006).
Изменения метаболизма при тяжелой инсулиновой гипогликемии исследованы недостаточно. Практически не рассматривались особенности метаболического ответа печени на инсулиновую гипогликемию в условиях предшествующего дефицита инсулина. Это затрудняет разработку рациональных методов терапии такого тяжелого состояния, как гипогликемическая кома, особенно гипогликемической комы у пациентов с сахарным диабетом. Поэтому комплексное изучение субстратного обеспечения основных метаболических процессов и активности ферментов энергетического и азотистого обмена в печени при инсулиновой гипогликемии, развивающейся в условиях предшествующего инсулинодефицита, представляет существенный интерес.
Различные экспериментальные модели в течение многих лет успешно используются для изучения метаболизма при дефиците эффектов инсулина. Такие исследования позволяют раскрыть многие механизмы патогенеза сахарного диабета и его осложнений (Баранов и соавт., 1983; Куликов, 1994; Szkudelski, 2001; Walde et al., 2002; Волчегорский и соавт., 2008; 2009).
Цель исследования
Выявить и оценить изменения энергетического и азотистого метаболизма в печени при инсулиновой гипогликемии, развивающейся в условиях предшествующего инсулинодефицита.
Задачи исследования
-
Изучить изменения содержания метаболитов энергетического и азотистого обмена в крови и печени при инсулиновой гипогликемии у первоначально здоровых животных и крыс с экспериментальным сахарным диабетом.
-
Исследовать интенсивность гликогенолиза и гликолиза, активность ферментов цикла трикарбоновых кислот и ферментов азотистого обмена в печени при гипогликемии у первоначально здоровых животных и животных с экспериментальным сахарным диабетом.
-
Исследовать указанные метаболические параметры в восстановительном периоде после купирования гипогликемической комы глюкозой у первоначально здоровых животных и крыс с предшествующим инсулинодефицитом.
Научная новизна
Впервые получены комплексные данные об изменениях показателей углеводного и азотистого метаболизма в печени при инсулиновой гипогликемии у животных с предшествующим инсулинодефицитом.
Состояние пшогликемической комы у животных с инсулинодефицитом развивается при сохранении высокого уровня гликогена и в условиях снижения активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и повышения активности сукцинатдегидрогеназы и не приводит к изменениям активности никотинамидадениндинуклеодид-зависимой изоцитратдегидрогеназы в печени.
Показано, что инсулиновая гипогликемия у животных с предшествующим инсулинодефицитом развивается в условиях увеличения активности ферментов катаболизма аминокислот в печени (алашш- и аспартат-амшютрансфераз, глутаминазы, глутаматдегидрогеназы) и приводит к еще большему увеличению катаболизма аминокислот и продукции мочевины в печени, а также приводит к повышению активности аденозинмонофосфатдезаминазы в печени и уровіи мочевой кислоты в крови, которые наблюдаются и через 48 часов после купирования комы глюкозой.
Инсулиновая гипогликемия, развивающаяся в условиях предшествующего инсулинодефицита, потенцирует изменения азотистого метаболизма при этом состоянии и способна вносить вклад в биохимическую симптоматику сахарного диабета.
Практическая значимость
Оценена роль изменений уровня метаболитов углеводного, липидного и азотистого обмена в крови и активности ферментов окислительного и азотистого метаболизма в печени в обеспечении энергетического гомеостазиса при инсулиновой гипогликемии. Полученные данные позволяют раскрыть существенные особенности патогенеза нарушений метаболизма в печени и определить факторы, которые снижают функциональные возможности органа при гипогликемии, развивающейся в условиях предшествующего дефицита инсулина.
Результаты исследования являются основой для разработки патогенетически обоснованных мероприятий, направленных на коррекцию неблагоприятных метаболических изменений при гипогликемии у пациентов с сахарным диабетом.
Основные положения, выносимые на защиту
1. При инсулиновой гипогликемии у первоначально здоровых животных развиваются метаболические эффекты, преимущественно связанные с анаболическим действием инсулина.
-
Гипогликемия у животных с инсулинодефицитом развивается в условиях увеличения катаболизма аминокислот в печени и способна потенцировать изменения азотистого метаболизма, характерные для инсулиновой недостаточности, приводит к повышению распада пуриновых нуклеотидов в печени и увеличению уровня мочевой кислоты в крови. Анаболические эффекты инсулина выражены слабо, преобладают эффекты гипогликемии и активации контринсулярного аппарата.
-
На 2-е сутки после купирования тяжелой инсулиновой гипогликемией глюкозой у первоначально здоровых животных происходит нормализация исследованных показателей и наблюдаются эффекты, связанные с анаболическим действием инсулина, а у крыс с инсулинодефицитом большинство метаболических показателей возвращаются к исходному (инсулинодефицит) состоянию, и сохраняются условия для активации процессов свободнорадикального окисления.
Апробация работы
Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Всероссийской конференции "Механизмы синаптической передачи", Москва, 2004; конференции 'Тегиональная медицинская наука: тенденции и перспективы развития. Аспирантские чтения - 2004", Самара, 2004; IV Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине, Тула, 2005; VI конгрессе молодых ученых и специалистов "Науки о человеке" (Томск, 2005); конференции "Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины", Астрахань-Волгоград-Москва, 2006; 2-ом Международном молодежном медицинском конгрессе "Санкт-Петербургские научные чтения", СПб., 2007; Российской конференции "Актуальные проблемы теоретической и прикладной биохимии", Челябинск, 2009; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Актуальные вопросы медицинской науки", Ярославль, 2011.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Связь задач исследования с проблемным планом биологических наук
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Ярославской государственной медицинской академии (номер государственной регистрации 0120.0600923).
Объем и структура диссертации
Работа представлена на 151 странице печатного текста, содержит 40 таблиц, 14 рисунков и состоит из введения, обзора литературы, 3 глав экспериментальных исследований, заключения, выводов и списка литературы.
Библиографический указатель включает 226 источников литературы, из них 168 на иностранных языках.
