С.О. Борисов, Ф.І. Костєв, О.В. Борисов

Роль продуктів вуглеводно-білкового метаболізму у перебігу гострого пієлонефриту при супутньому цукровому діабеті в експерименті

Вступ. В аспекті подальшого дослідження патогенезу діабетичних ускладнень при інфек-ційно-запальних захворюваннях нирок увагу дослідників привертає не тільки підвищений рівень глюкози, але і вміст ряду метаболітів вуглевод- но-фосфорного і ліпідного обмінів. Згадані спо- луки, до яких належать ацетоацетат, метилгліоксаль, сорбітол та ін. здатні сприяти розвитку метаболічних порушень, що призводять до ураження судин, паренхіматозних органів і тканин. Існує також виражена кореляція між рівнем глікозильованого гемоглобіну і метилгліоксалю в крові хворих на цукровий діабет (ЦД) [1, 3, 6].

В останні роки досягнуто значного прогресу у вивченні молекулярних основ цукрового діабету і супутніх йому ускладнень та підкреслюється роль ранніх продуктів глікозилювання, в тому числі і метилгліоксалю як найважливішого з них в патогенезі цього захворювання [2, 4, 9, 10].

Високореакційні сполуки кисню, оксоальдегіди і продукти перекисного окислення ліпідів негативно впливають на стан функціональних груп білків, викликаючи порушення їх нативних властивостей і полімеризацію. Одночасно із за-значеними метаболічними змінами відбувається зниження параметрів антиоксидантного захисту в тканинах організму [2, 3, 5, 7].

При активації процесів оксидації і пероксидації їх продукти здатні пошкоджувати білково-ліпідні компоненти клітинних мембран, що безперечно негативно впливає на функціональний стан нирок.

Незважаючи на постійну увагу дослідників, залишається не вивченою патогенетична роль продуктів глікозилювання, зокрема метилгліоксалю, стан структурно-функціональних властивостей білків на ранніх стадіях інфекційно-запального процесу в нирках при наявності супутнього цукрового діабету, що обумовлює необхідність проведення подальших поглиблених досліджень.

Мета дослідження: визначення можливостей корекції рівня метилгліоксалю в крові та тканинах нирок щурів за умов моделювання гострого пієлонефриту та супутнього стрептозотоцинового цукрового діабету I та II типів.

Матеріали і методи дослідження. Експериментальні дослідження проводилися на щурах лінії Вістар, вагою 200-300 г віком 8-9 міс. Експеримент був здійснений відповідно до «Загальних етичних принципів експериментів на тваринах», які схвалені 3-м Національним кон-гресом (Київ, 2007) і відповідно до положень «Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовуються для експериментальних та інших цілей» (Страсбург, 1986).

Тварини були розділені на вісім груп: I група - контрольна (норма), в якій тварини не піддавалися будь-якому експериментальному впливу (30 щурів), II - тварини з відтворенням моделі гострого пієлонефриту (35 щурів), III -тварини з відтвореним пієлонефритом та діабетом I типу без медикаментозної корекції (50 щурів), IV- тварини з відтвореним пієлонефритом і діабетом I типу при традиційній медикаментозній корекції (50 щурів), V - тварини з відтвореним пієлонефритом і діабетом I типу при запропонованій медикаментозній корекції (50 щурів), VI - тварини з відтвореним пієлонефритом та діабетом II типу без медикаментозної корекції (50 щурів), VII - тварини з відтвореним пієлонефритом і діабетом II типу при традиційній медикаментозній корекції (50 щурів), VIII - тварини з відтвореним пієлонефритом і діабетом II типу при запропонованій медикаментозній корекції (50 щурів).

Цукровий діабет викликали шляхом інтраперітоніальної ін’єкції стрептозотоцину в 10 мM цитратному буфері (pH 4,5) - діабет I типу одноразовою дозою 55 мг на 1 кг ваги і діабет II типу дворазовою в дозі 35 мг на 1 кг (Байрашева В.К., 2015).

При моделюванні стрептозотоцинового діабету II типу тварини отримували висококало-рійну жирову їжу. Інсулін вводився діабетичним тваринам з метою запобігання зниженню смерт-ності та ваги за умови підтримки гіперглікемії. У тварин з підтвердженим цукровим діабетом моделювали гострий пієлонефрит (Авер’яно- ва Н.К., 2008). Щурам одноразово ректально уводили ізолят Escherichia coli (ступінь бактеріурії в 1 мл 107 КОЕ), отриманий з сечі пацієнта з клінічною картиною та бактеріологічним підтвердженням гострого пієлонефриту. На другу добу тварини підлягали холодовому стресу при температурі 0+2 °C протягом 2 годин. Обраний спосіб забезпечує отримання моделі, яка максимально наближена до перебігу гострого пієлонефриту в клінічних умовах.

При традиційній медикаментозній корекції в групі тварин з діабетом та пієлонефритом застосовували внутрішньом’язово антибіотик «Гепацеф» у дозі 30 мг на кг ваги тварини 2 рази на добу протягом 14 днів після моделювання гострого пієлонефриту.

При запропонованому медикаментозному втручанні у тварини в групах з ЦД та пієлонеф-ритом, крім антибіотика «Гепацеф» у дозі 30 мг на кг ваги тварини 2 рази на добу, отримували per os препарат «Нуклекс» з розрахунку на кг ваги по 7 мг 3 рази на добу та внутрішньом’язово препарат «Армадин» 1,5 мг на кг ваги 3 рази на добу протягом 14 днів після моделювання гострого пієлонефриту.

Через 14 діб після моделювання щурів виводили з експерименту з попередньою анестезією тіопенталом натрію (50 мг препарату на кг ваги).

У плазмі крові та тканинах нирок спектрофотометрично визначали вміст метилгліоксалю та білкових карбонільних груп.

Статистичну обробку даних проводили за допомогою програми Statistica 5.5.

Результати та їх обговорення. Нами встановлено, що за умов моделювання гострого пієлонефриту вміст метилгліоксалю суттєво підвищувався в плазмі крові на 27,8% і тканині нирок тварин на 21,7% при порівнянні з нормою (табл. 1, 2). При моделюванні у тварин гострого пієлонефриту та супутнього цукрового діабету I типу спостерігали значне збільшення рівня метилгліоксалю як у тканині нирок на 67,4%, так і в плазмі крові на 86,1% по відношенню до норми. У випадку моделювання гострого пієлонефриту та супутнього цукрового діабету II типу рівень метилгліоксалю був дещо нижчим, але істотно перевищував показники норми, в плазмі крові на 58,3% і в тканині нирок на 46,7% (табл. 2). Слід зазначити, що в групі тварин з цукровим діабетом I і II типу і пієлонефритом рівень метилгліоксалю в досліджених тканинах був значно підвищений по відношенню до групи тварин з гострим пієлонефритом, не ускладненим цукровим діабетом: у плазмі крові і тканині нирок на 45,7% і на 37,5 % при діабеті I типу і пієлонефриті, на 23,9% і 20,5% при діабеті II типу і пієлонефриті відповідно.

При традиційній медикаментозній ко-рекції тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом I типу рівень метилгліоксалю залишався суттєво підвищеним в плазмі крові і нирках на 79,2% на 60,8% відносно норми, та на 40,2% і 32,1% порівняно з тваринами із відтвореним пієлонефритом, відповідно.

Застосування запропонованої медикаментозної корекції тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом I типу вірогідно знижувало рівень метилгліоксалю в плазмі крові на 23,1% і в нирках на 23,4% по відношенню до групи без корекції. Незважаючи на наявність суттєвої різниці у порівнянні з нормою (в плазмі крові - на 43,1% і в нирках - на 28,3%), при порівнянні з групою щурів з традиційною медикаментозною корекцією встановлена переконлива ефективність препаратів багатовекторної дії - в плазмі крові зниження на 20,2% і в нирках на 20,3%.

У тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом II типу при традиційній медикаментозній корекції рівень метилгліоксалю в плазмі крові і тканинах нирок мав лише тенденцію до зменшення відносно групи без корекції, а по відношенню до норми рівень був суттєво підвищений, в плазмі крові - на 52,8% і нирках - на 33,7%.

Запропонована медикаментозна корекція групи тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом II типу сприяло суттєвому зниженню рівня метилгліоксалю в плазмі крові на 24,6% і в нирках на 24,6% і на 25,2% відносно групи без корекції та на 21,9% і на 17,9% відповідно, порівнюючи з групою тварин з традиційною корекцією.

Отримані нами дані про вплив гострого пієлонефриту та цукрового діабету на вміст карбонільних груп у білках у плазмі крові та нирках щурів представлені в таблицях 3 та 4.

Вміст карбонільних груп у плазмі крові експериментальних тварин з пієлонефритом суттєво підвищувався на 22,9%, а в нирках на 19,4% відносно норми.

При моделюванні цукрового діабету I типу вміст карбонільних груп у плазмі крові та нирках збільшувалася на 62,5% і на 50,7% як по відношенню до норми (р<0,001), так і на 32,2% і 26,3% відносно групи тварин з пієлонефритом.

Традиційна медкорекція тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом I типу сприяла тільки тенденції до зниження рівня карбонільних груп як в плазмі крові, так і в нирках відносно групи тварин без корекції. При цьому вміст зазначеного показника залишався суттєво відмінним від рівня білкових карбо-нільних груп у плазмі крові на 54,2% і нирках на 43,7% порівняно з нормою, і на 25,45% і на 20,4% відповідно до групи з пієлонефритом.

Застосування запропонованої комплексної медкорекції тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом II типу при порівнянні з групою щурів з традиційним лікуванням сприяло зниженню рівня карбонільних груп у плазмі крові на 18,9% і нирках на 17,9% (р<0,05). Отримані дані суттєво відрізнялись не тільки від показників групи тварин без корекції, а і від норми.

Слід зазначити, що рівень білкових карбонільних груп у плазмі крові та нирках тварин з цукровим діабетом II типу був дещо нижчим, ніж у тварин з відтвореним діабетом I типу, складаючи 150,0% та 143,3% відповідно до норми (р<0,001), але також суттєво відрізнявся від даних тварин з пієлонефритом - у плазмі крові на 22,0% і в нирках на 20,1%.

У групі тварин з традиційною корекцією в групі з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом II типу виявлена тенденція до зниження рівня білкових карбонільних груп в досліджуваних тканинах відносно групи щурів без втручання. При цьому рівень карбонільних груп суттєво відрізнявся від відповідного показника в нормі - плазмі крові на 35,4% і нирках на 26,8%.

Запропонована комплексна медикаментозна корекція стану тварин з пієлонефритом та супутнім цукровим діабетом II типу забезпечувала зниження рівня карбонільних груп у плазмі крові і нирках на 23,1% і на 18,1%, порівнюючи з групою тварин із традиційними підходами та на 30,6% і на 27,5% щодо групи без корекції (р<0,05) відповідно, суттєво не відрізняючись від групи з пієлонефритом та норми.

Таким чином, аналізуючи результати проведеного дослідження необхідно зазначити, що розвиток пієлонефриту із супутнім стрептозотоциновим діабетом I і II типів, більшою мірою при ЦД I типу, призводить до зростання рівня метилгліоксалю, який є високореакційною сполукою, здатною приймати участь у процесах глікірування білків та їх карбонільних груп у плазмі крові та нирках тварин за умов експерименту.

Висновки

1.Механізм виявленого нами підвищення інтенсивності процесів утворення метилглиоксалю при гострому пієлонефриті, що має найбільшу вираженість у тварин із супутнім стрептозотоциновим діабетом I та II типів, обумовлений, на нашу думку, розвитком оксидативного стресу в організмі тварин. Це положення підтверджується нашими даними про підвищення рівня білкових карбонільних груп у досліджуваних тканинах, що свідчить про появу в білкових структурах організму експериментальних тварин критичної кількості карбонільних груп.

2. Виявлені метаболічні порушення в крові і тканинах нирок щурів при моделюванні гострого пієлонефриту в умовах супутнього цукрового діабету I та II типів здатні обумовлювати пошкодження білкових ультраструктур тканин нирок експериментальних тварин. Представлені дані, на наш погляд, дозволяють глибше зрозуміти особливості патогенетичних механізмів, що лежать в основі розвитку та перебігу гострого пієлонефриту за умов супутнього цукрового діабету I та II типів.

3. Застосування обраних нами препаратів багатовекторної коригуючої дії, на відміну від традиційної медикаментозної корекції, знижувало ступінь вираженості патохімічних порушень у крові, і в тканинах нирок тварин за умов моделювання гострого пієлонефриту з супутнім цукровим діабетом I та II типів, більшою мірою при ЦД II типу, що створює умови для сприятливого перебігу інфекційно-запального процесу та поліпшення морфофункціонального стану нирок.