Особенности действия низкоинтенсивного электромагнитного излучения на раннем этапе развития экспериментального метаболического синдрома, индуцированного диетой с высоким содержанием углеводов и жиров

Метаболический синдром представляет собой комплекс взаимосвязанных метаболических нарушений, приводящих к развитию абдоминального ожирения, гипергликемии, инсулинорезистентности, дислипидемии [1]. Для выявления и уточнения некоторых патогенетических механизмов метаболического синдрома, а также для разработки новых методов профилактики и лечения представляется важным провести моделирование метаболического синдрома с применением высококалорийной диеты. Наиболее адекватной для этих целей является комбинированная модель с высоким содержанием углеводов и жиров, которая способна более точно воспроизвести основные признаки и механизмы развития этого заболевания [2—4]. При этом представляет интерес развитие более ранних изменений в формировании метаболического синдрома, которые еще мало изучены, особенно с позиций развития защитно-адаптационных реакций. В качестве лечебно-профилактического средства перспективно использовать низкоинтенсивное электромагнитное излучение (ЭМИ) сверхвысокой частоты (СВЧ), способное оказывать стимулирующее влияние на защитно-адаптационные механизмы организма за счет развития антиоксидантного и мембраностабилизирующего эффектов [5, 6]. С учетом того, что развитие метаболического синдрома сопровождается изменениями активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, участвующей, в частности, в регуляции углеводного и жирового обменов [7], воздействие низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ целесообразно осуществлять на поясничную область в зоне проекции надпочечников. Предполагается, что этот фактор сможет оказать адаптогенное влияние на печень — центральный орган метаболизма с многочисленными и жизненно важными функциями.

Цель исследования — выявить особенности действия низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ на развитие адаптационных метаболических и ультраструктурных сдвигов в печени и крови крыс на раннем этапе развития метаболического синдрома.

Работа выполнена на 40 нелинейных крысах-самцах массой 180—220 г. Все крысы были разделены в случайном порядке на 3 группы: в 1-й группе (опытная) крысы в течение 2 мес содержались на высококалорийной диете, которая состояла из насыщенных жиров и углеводов [8] (добавление 20% маргарина к стандартному корму и 20% раствора фруктозы в качестве питья), действие ЭМИ СВЧ начинали проводить на фоне развития метаболического синдрома на 47-е сутки от начала воспроизведения модели и заканчивали на 60-е сутки — в день ее окончания; во 2-й группе (контрольная) крысы также содержались на высококалорийной диете, но вместо действия ЭМИ СВЧ получали ложные процедуры без включения аппарата; в 3-й группе (интактная) животные получали стандартный корм и никаким воздействиям не подвергались.

Исследования проводили в соответствии с правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.97 №755 и требованиям Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986). Все животные содержались в стандартных условиях вивария при свободном доступе к воде и пище. Воздействие ЭМИ СВЧ (курс из 10 процедур) проводили ежедневно на поясничную область в зоне проекции надпочечников с помощью аппарата Акватон-2 (плотность потока мощности менее 1 мкВт/см², частота около 1000 МГц) на фоне применяемой высококалорийной диеты. Облучение проводили с расстояния 2—3 см от поверхности кожи. Животных декапитировали путем дислокации шейного отдела позвоночника на следующий день после окончания курса процедур.

Объектами исследования являлись печень и кровь. Для исследования антиоксидантной активности использовали модельную систему в виде суспензии липопротеидов желтка куриного яйца [9]. Содержание белка определяли биуретовым методом [10], РНК и ДНК — двухволновым спектрофотометрическим методом в модификации [11]. В сыворотке крови определяли уровень инсулина и глюкозы с помощью биохимического анализатора KONELAB PRIME 30 i («Термофишер», Япония) и наборов Вектор-Бест (Россия). Для светооптических исследований кусочки печени фиксировали в нейтральном формалине, заливали в парафин, срезы окрашивали гематоксилином Эрлиха с докраской эозином. В печени подсчитывали число двуядерных гепатоцитов (100 клеток у каждого животного). Для электронно-микроскопических исследований образцы печени фиксировали в 2,5% растворе глютаральдегида, постфиксировали в 1% растворе OsO_4. После обезвоживания образцы заключали в смесь эпона и аралдита. Исследование образцов проводили с помощью электронного микроскопа Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss STM Nano Technology system Division, которая включает как режим трансмиссионных исследований, так и математическую обработку внутриклеточных структур. Осуществляли морфометрический анализ митохондрий (число, средняя и суммарная площади на стандартную площадь клетки). Продолжительность эксперимента составляла 60 сут.

Для статистической обработки данных использовали параметрический t-критерий Стьюдента.

При забое животных масса тела крыс в контрольной группе возрастала по сравнению с исходным уровнем на 85,8%. Применение низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ не оказало влияния на снижение массы тела по сравнению с контролем (увеличение на 86,0%). В брюшной полости у ряда животных контрольной и опытной групп наблюдалось накопление жировой ткани.

В контрольной группе животных при светооптическом исследовании печени обнаруживались отчетливая тенденция к снижению содержания ДНК, белка и усиление антиоксидантной активности по сравнению с интактной группой. Микроскопически часто обнаруживались зоны с выраженными дистрофическими изменениями гепатоцитов в виде просветлений их цитоплазмы. На ультраструктурном уровне во многих клетках, особенно в перипортальных отделах долек, выявлялось высокое содержание гликогена в форме розеток или в виде отдельных частиц округлой или удлиненной формы. Характерным также являлось наличие выраженных признаков жировой дистрофии, что проявлялось в увеличении содержания липидных включений от единичных до 10—20 и более в одной клетке (рис. 1, а). Гранулярная эндоплазматическая сеть чаще располагалась вблизи митохондрий в виде небольших комплексов, местами выявлялось укорочение, дегрануляция и неравномерное расширение ее цистерн. В части митохондрий наблюдались изменение формы, увеличение размеров, деструкция крист и просветление матрикса (см. рис. 1, б). При этом численность митохондрий снижалась (на 30%; p<0,01), а их средняя площадь, наоборот, возрастала (на 46,9%; p<0,01), в связи с чем суммарная площадь митохондрий практически не изменялась. В отдельных гепатоцитах обнаруживалось повышенное содержание лизосом и фагосом. Все эти данные свидетельствовали о существенных нарушениях метаболических и регенеративных процессов в печени при моделировании метаболического синдрома.

Рис. 1. Ультраструктурные изменения гепатоцитов при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ в условиях развития метаболического синдрома.

а — контрольная группа. Жировая дистрофия гепатоцитов; б — контрольная группа. Деструкция крист и просветление матрикса митохондрий (стрелки), неравномерное расширение цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Гликоген в виде розеток и гранул; в — опытная группа. Фрагменты двух клеток. Локальные скопления удлиненных цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Граница между клетками (стрелка); г — опытная группа. Гиперплазия рибосом и полисом. Формирование гранулярной эндоплазматической сети (стрелка); д — опытная группа. Митохондрии с конденсированным матриксом и расширенными кристами; е — опытная группа. Лизосомы и фаголизосомы (стрелка).

В опытной группе животных применение ЭМИ СВЧ на фоне высококалорийной диеты вызывало усиление ряда адаптационных сдвигов по сравнению с контролем. В крови это проявлялось в достоверном повышении уровня инсулина на 11,2% (p<0,01), что может свидетельствовать о повышении секреции этого гормона и усилении инсулиновой регуляции метаболических процессов. Уровень глюкозы в крови при этом снижался на 9,15% (рис. 2). В печени регистрировалось достоверное увеличение содержания общего белка (на 22,4%; p<0,05) и ДНК (на 26,8%; p<0,02), антиоксидантная активность повышалась в виде тенденции. В разных зонах печени встречались единичные гипертрофированные гепатоциты с крупными ядрами, число двуядерных клеток повышалось на 11,0%. Жировая дистрофия сохранялась, однако она была менее выраженной, при этом местами отмечались полиморфизм и истощение липидных капель.

Рис. 2. Изменение метаболических процессов в плазме крови и печени при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ в условиях развития метаболического синдрома.

1 — интактная группа; 2 — контрольная группа (метаболический синдром); 3 — опытная группа (метаболический синдром + ЭМИ СВЧ). * — p<0,01 по сравнению с контрольной группой.

Ультраструктура гепатоцитов имела ряд характерных особенностей. Обращали на себя внимание смещение органелл на периферию клетки или ближе к ядру и заполнение освободившихся пространств гранулами гликогена, что особенно было выражено в перипортальных гепатоцитах. При этом во многих зонах цитоплазмы гликоген подвергался лизису. Другая важная особенность проявлялась в увеличении содержания белоксинтезирующих органелл, что свидетельствовало об усилении их регенерации и гиперплазии. Наибольшего развития достигала гранулярная эндоплазматическая сеть, которая имела тесные контакты с митохондриями, образуя с ними морфофункциональные комплексы. Эти образования в основном состояли из увеличенного числа удлиненных параллельно расположенных цистерн гранулярной эндоплазматической сети с ассоциированными и свободными рибосомами и полисомами (см. рис. 1, в, г). В контрольной группе подобные крупные комплексы не встречались. Характерным сдвигам подвергались митохондрии: их численность снижалась на 17,3% (p<0,01), а суммарная площадь — на 21,4% (p<0,01), при этом, что важно отметить, возрастал их биоэнергетический потенциал за счет конденсации матрикса (см. рис. 1, д). Это означает, что выявленные количественные нарушения в процессе адаптации митохондрий к действию фактора сопровождались усилением качественных сдвигов, что, видимо, в той или иной степени обеспечивало необходимый уровень биоэнергетических реакций. Выявленные изменения, связанные с гиперплазией белоксинтезирующих органелл в комплексе с митохондриями, следует рассматривать как адаптационно-компенсаторную реакцию, направленную на повышение устойчивости гепатоцитов. При этом следует подчеркнуть, что деструктивные изменения со стороны ультраструктур, в том числе митохондрий, не имели выраженного развития, за исключением отдельных клеток в перипортальных отделах долек, которые обнаруживались также и в контрольной группе. В части гепатоцитов отмечалась умеренная активация лизосомальной системы в виде скопления вторичных лизосом и фагосом в основном в зоне билиарного полюса клеток (см. рис. 1, е). Характерно, что плазматические мембраны гепатоцитов в этих зонах образовывали глубокие инвагинации, которые увеличивали поверхность клеток и их контакты между собой. Эти сдвиги, по-видимому, являлись структурными проявлениями адаптации и способствовали активации (улучшению) метаболических реакций в условиях развития метаболического синдрома.

Таким образом, применение низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ на фоне постоянно действующего фактора (высококалорийная диета) вызывало сдвиги, которые в большинстве своем имели анаболическую (адаптационную) направленность. Одной из важных особенностей действия ЭМИ СВЧ являлось усиление белоксинтезирующих процессов на тканевом и внутриклеточном уровнях, что ограничивало развитие нарушений, расширяло адаптационные возможности организма и повышало его резистентность. Выявленные адаптационно-защитные сдвиги в основном были обусловлены антиоксидантным и мембраностабилизирующим влиянием ЭМИ СВЧ на общие нейрогормональные и местные механизмы регуляции.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что низкоинтенсивное ЭМИ СВЧ является перспективным фактором в свете разработок новых методов профилактики и лечения метаболического синдрома. Вместе с тем с целью оптимизации адаптационно-защитных и компенсаторных процессов, а также с учетом ослабления биоэнергетических резервов в гепатоцитах целесообразно использовать ЭМИ СВЧ в более адекватном режиме, в том числе в сочетании с другими немедикаментозными средствами (натуральные питьевые минеральные воды и др.).

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Ю.Н. Королев; сбор и обработка материала — Л.В. Михайлик, Л.А. Никулина, Е.Е. Брагина; статистическая обработка данных — Л.А. Никулина, Л.В. Михайлик; написание текста — Ю.Н. Королев; редактирование — Ю.Н. Королев.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.