MORPHOLOGICAL FEATURES OF RAT HEART IN EXPERIMENTAL DIABETES MELLITUS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.60797/IRJ.2024.146.64
Issue: № 8 (146), 2024
Suggested:
20.07.2024
Accepted:
12.08.2024
Published:
16.08.2024
208
12
XML
PDF

Abstract

The specific feature of diabetes mellitus is a long, up to several years, asymptomatic course, during which metabolic disorders already occur, but they do not manifest themselves clinically. Primary structural and functional changes of internal organs also appear. Only experimental modelling can be used to study the earliest changes of internal organs in diabetes mellitus. The aim of the study was to perform pathomorphological research of the heart obtained in animals at different terms (3, 7, 14, 30 days) of experimental diabetes mellitus induced by alloxan monohydrate at a dose of 135 mg/kg. Emerging hyperglycaemia already on the 3rd day leads to pronounced changes in the heart – polymorphism of the cardiomyocyte population and significant disruption of the vascular channel of this organ. The obtained results indicate the appearance of very early morphological changes in the heart under experimental hyperglycemia.

1. Введение

Сахарный диабет (СД) является очень распространенным заболеванием, основным звеном в патогенезе которого является абсолютный или относительный дефицит инсулина

. Основными мишенями негативного влияния сахарного диабета являются те клетки организма, в которые глюкоза проникает при содействии инсулина, то есть инсулин-зависимые. Среди них на первый план выходят те, у которых повышена потребность в энергии. К ним можно отнести миоциты, особенно сердечные. Инсулин необходим для облегченной диффузии глюкозы в клетки, ее фосфорилирования и использования на синтез аденозинтрифосфата в цикле Кребса. Особенностью СД является длительное, до нескольких лет, бессимптомное течение, когда нарушения обмена веществ уже возникают, но они не проявляются клинически. Однако появляются первичные структурные и функциональные изменения внутренних органов. Для изучения наиболее ранних изменений внутренних органов при СД может быть использовано только экспериментальное моделирование
,
.

Цель исследования – провести патоморфологическое исследование сердца крыс, полученных у животных в разные сроки экспериментального сахарного диабета.

2. Методы и принципы исследования

Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО Ивановский ГМУ Минздрава России и проводилось в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных. Сахарный диабет воспроизводили по описанной методике

. Экспериментальным животным однократно подкожно вводили аллоксана моногидрат в дозе 135 мг/кг. Эта доза в наших предыдущих исследованиях приводила к развитию клинических признаков сахарного диабета
. Забор материала для исследования осуществляли в 4 срока: 1-я группа – через 3 дня после инъекции (n=10), 2-я группа – через 7 дней (n=10), 3-я группа – через 14 дней (n=10), 4-я группа – через 30 дней (n=10). Также для оценки контрольных показателей были дополнительно исследованы интактные животные (n=10). Всего 50 крыс. Перед забором внутренних органов животные были наркотизированы раствором золетила, выводили их из эксперимента путем декапитации. Сердце при аутопсии извлекали целиком, помещали в 10% формалин для первичной фиксации на сутки. Затем осуществлялась макроскопическая оценка камер сердца с помощью горизонтальных разрезов. Далее выполняли вторичную фиксацию и обезвоживание. Полученные фрагменты сердца заливали парафином и изготавливали гистологические срезы толщиной 5-6 мкм на санном микротоме «Microm», которые окрашивали гематоксилином и эозином. При оценке патогистологического состояния миокарда определялась выраженность нарушений кровообращения, состояние кардиомиоцитов. Представленные в работе фотографии выполнены на микроскопе «Micros» МС-200 с цифровой окулярной камерой DCM 900. Развитие гипергликемии при введении аллоксана подтверждено путем измерения концентрации глюкозы в крови, данные были опубликованы
. Максимальная концентрация глюкозы наблюдалась на 3-й день эксперимента, далее ее уровень снижался, но оставался выше контрольных значений. Около 30% животных в 1-й - 4-й группах погибало, преимущественно в течение 1-й недели воздействия аллоксана. Гибель животных скорее всего была связана с развитием кетоацидотической комы (подтверждается патоморфологическими изменениями в головном мозге) в начальный период воздействия аллоксана.

3. Основные результаты и обсуждение

В контрольной группе сердце всех животных именно правильную форму, полости левого желудочка не содержала крови, в правом – незначительное количество крови. При микроскопическом исследовании в контрольных группах кардиомиоциты правого и левого желудочков одинаковой толщины с поперечной исчерченностью и равномерной окраской цитоплазмы. Нарушения кровообращения в ткани миокарда не отмечено (Рис. 1).

Сократительные волокна миокарда левого желудочка равномерной окраски и толщины

Рисунок 1 - Сократительные волокна миокарда левого желудочка равномерной окраски и толщины

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение х480

У крыс с гипергликемией в течение 3 дней сердце макроскопически не отличается от контрольной группы, но при гистологическом исследовании в капиллярах миокарда отмечается картина, характеризующаяся стазом и агрегацией эритроцитов (рис. 2). Эти нарушения периферического кровообращения могут быть связаны с гликированием мембран эритроцитов, что увеличивает взаимодействие красных клеток крови. Кроме того, гипергликемия при СД существенно нарушает функцию эндотелия
,
.
Агрегация эритроцитов в капиллярах, периваскулярный отек

Рисунок 2 - Агрегация эритроцитов в капиллярах, периваскулярный отек

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение х1200

В частности, снижается выделение оксида азота, оказывающего сосудорасширяющее действие, при одновременной активации свободно радикальных процессов. Стенка сосуда относится к инсулиннезависимой ткани, поэтому в условиях повышения концентрации глюкозы в крови происходит накопление данного углевода в тканях сосудов, активация полиолового пути метаболизма, приводящее к набуханию стенки, и, следовательно, ее утолщению
. В результате существенно ухудшается периферическое кровообращение, что вызывает гипоксию миокарда.

Гипергликемия в течение 1 недели приводит к незначительному утолщению стенок правых отделов сердца. На микроскопическом уровне выявляются более существенные изменения в миокарде. В капиллярах нарастает агрегация эритроцитов. На фоне общего полнокровия отмечается спазм интрамуральных артерий, эндотелиальные клетки меняют свое расположение, отмечается периваскулярный отек стромы миокарда (рис. 3).

Спазм коронарной артерии, периваскулярный отек

Рисунок 3 - Спазм коронарной артерии, периваскулярный отек

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение х480

На фоне выраженных расстройств кровообращения, отмечаются признаки ишемии в ткани, кардиомиоциты приобретают волнистую деформацию, ядра их сморщенные, смещены на периферию клеток (рис. 4).
Волнистая деформация кардиомиоцитов

Рисунок 4 - Волнистая деформация кардиомиоцитов

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение: х480

Полученные изменения в ткани сердца являются отражением влияния сохраняющейся гипергликемии на стенку сосудов. Кроме уже описанного, можно добавить нарушение механизмов их регуляции, что проявляется спазмом артериальных сосудов. Все эти особенности усиливают гипоксию и гипогликемию миокарда, приводя к гипоэнергетическому состоянию кардиомиоцитов, снижению в них процессов внутриклеточной регенерации, активации свободнорадикального повреждения клеточных мембран, метаболическому ацидозу, увеличению потребности в кислороде, формируя порочный круг, который в дальнейшем приведет к хронической сердечной недостаточности
,
.

На фоне гипергликемии в течение 2-х недель также не отмечается существенных макроскопических изменений. При этом, становятся еще более выраженными гистологические изменения в микроциркуляторном русле и повреждения кардиомиоцитов в виде их волнообразной деформации. При этом окраска миокарда в этих зонах характеризуется очаговой эозинофилией. Встречаются участки с фрагментацией и глыбчатым распадом клеток, в которых отмечается вакуольная дистрофия (рис. 5, 6).

Волнообразная деформация сократительных волокон с участками повышенной эозинофилии, отек стромы миокарда

Рисунок 5 - Волнообразная деформация сократительных волокон с участками повышенной эозинофилии, отек стромы миокарда

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение х480

Фрагментация, глыбчатый распад сократительных волокон

Рисунок 6 - Фрагментация, глыбчатый распад сократительных волокон

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение х1200

Гипергликемия в течение 1 месяца сопровождается утолщением стенок миокарда правых отделов сердца, при этом левые отделы существенно не изменены. Продолжает нарастать выраженность изменений кардиомиоцитов: волнообразная деформация, фрагментация и глыбчатый распад клеток (рис. 7).
Волнообразная деформация сократительных волокон с участками повышенной эозинофилии, отек стромы миокарда

Рисунок 7 - Волнообразная деформация сократительных волокон с участками повышенной эозинофилии, отек стромы миокарда

Примечание: окраска гематоксилином и эозином; увеличение х480

4. Заключение

Экспериментально вызванная хроническая гипергликемия приводит к выраженным изменениям в сердце – изменениям структуры кардиомиоцитов и значительному изменению сосудистого русла сердца, которые возникают уже на 3-и сутки повышения глюкозы в крови. Гипергликемия рано приводит к морфологическим изменениям сердца, что усиливает гипоксические нарушения в организме при сахарном диабете.

Article metrics

Views:208
Downloads:12
Views
Total:
Views:208