Исследование устойчивости к физической нагрузке и острой гипоксии у крыс с аллоксановым диабетом

Умеренные физические нагрузки (ФН) при сахарном диабете повышают чувствительность больных к инсулину, что способствует нормализации углеводного и липидного обмена [1, 5, 11]. Целесообразность включения ФН в комплекс лечебных мероприятий при инсулиннезависимом сахарном диабете не вызывает сомнения [1, 11]. Вместе с тем реакция больных инсулинзависимым сахарным диабетом (ИЗСД) на ФН во многом зависит от мощности нагрузки и степени компенсации диабета. Работа супероптимальной мощности при недостаточной компенсированное™ заболевания приводит к усугублению гипергликемии и развитию кетоацидоза. Вполне возможно, что негативные эффекты ФН высокой интенсивности при диабете могут быть связаны с неудовлетворенностью кислородного запроса головного мозга, на долю которого приходится 20—25% потребляемого в покое О₂ [6]. Известно, что ФН предельной мощности не только увеличивают потребность в кислороде, но и могут вызвать снижение краниальной гемоперфузии даже у профессиональных спортсменов [4]. Вероятность такого нарушения гемодинамики значительно возрастает при ИЗСД, который характеризуется церебральной микроангиопатией и нарушением ортостатической регуляции кровообращения [1, 9]. Не исключено, что усугубление циркуляторной гипоксии мозга при тяжелых ФН вызывает развитие стресс-реакции, усиливающей катаболическую направленность обмена веществ при ИЗСД [1, И].

Таким образом, имеются основания предположить, что снижение физической работоспособности при ИЗСД [1] является компенсаторно-приспособительным феноменом, направленным на минимизацию кислородного запроса и смягчение церебральной гипоксии. Одним из важных механизмов снижения физической работоспособности при ИЗСД является нарушение инсулинчувст- вительности и сопутствующее угнетение метаболического потребления глюкозы мышцами [1, 3]. При этом инсулиннезависимое проникновение глюкозы в клетки нервной ткани значительно усиливается. Вероятно, подобное перераспределение глюкозы может обеспечить дополнительную энергопродукцию за счет анаэробного гликолиза в нервной ткани при острой гипоксии мозга. Справедливость высказанного предположения изучалась нами на экспериментальной модели ИЗСД у крыс. В представленной статье анализируются взаимосвязи между изменениями толерантности к ФН, устойчивостью к гипоксии, а также уровнем метаболитов углеводного обмена в крови, мозге и скелетных мышцах.

Материалы и методы

В работе использованы половозрелые крысы- самцы Вистар массой тела 200—250 г. После предварительной 24-часовой депривации пищи (при сохраненном доступе к воде) у крыс моделировали ИЗСД путем внутрибрюшинного введения аллоксана тригидрата ("La Chema", Чехия) в дозе 200 мг/кг [10]. Контрольные животные получали эквиобъемную инъекцию 0,9% NaCl.

Через 72 ч после введения аллоксана, на фоне предварительного лишения пищи в течение суток, животных забивали с целью изучения ИЗСД-обу- словленных метаболических сдвигов. В этой серии экспериментов определяли уровни гликемии и лактатемии, а также содержание свободных жирных кислот (СЖК) и триглицеридов (ТГ) в крови. Одновременно исследовали содержание гликогена и молочной кислоты в головном мозге и скелетной мускулатуре (квадрицепс бедра).

Показатели гликемии регистрировали энзиматически при помощи стандартных наборов реактивов ("La Chema", Чехия). Уровень молочной кислоты в цельной крови и тканях определяли колориметрически [15]. Концентрацию СЖК в ЭДТА- стабилизированной плазме крови регистрировали экстракционно-колориметрическим методом [12]. Концентрацию ТГ в сыворотке крови опре-

Таблица 1

Метаболические проявления диабета у крыс через 3 сут после введения аллоксана (М ± т)

Примечание. Достоверность различий (р) оценивали при помощи /-критерия Стьюдента и точного метода Фишера (ТМФ). Здесь и в табл. 2: п — число животных.

деляли на биохимическом анализаторе фирмы KONE (Финляндия). Содержание гликогена в тканях исследовали с помощью нефелометрического метода [14].

Дополнительно проводили исследование гликолитического потребления глюкозы in vitro гомогенатами мозга здоровых и больных ИЗСД крыс. Инкубационная среда, приготовленная на основе раствора Кребса, содержала 10 мМ/л глюкозы, 119 мМ/л NaCl, 4,7 мМ/л КС1, 3,5 мМ/л СаС1₂, 1,2 мМ/л КН₂РО₄, 2,4 мМ/л MgSO₄, 25 мМ/л NaHCO₃. 0,5 мл 25% гомогената мозга, приготовленного на свободной от глюкозы среде, смешивали с 0,5 мл глюкозосодержащей среды. 0,05 мл полученной смеси забирали для определения лактата на "нулевой” момент времени. Затем, после 2-часовой инкубации при 37°С, повторно определяли содержание молочной кислоты. Скорость накопления лактата рассчитывали на цельный мозг по разнице между конечным уровнем молочной кислоты и ее содержанием на "нулевой" момент времени.

В отдельной серии экспериментов изучали устойчивость к ФН и чувствительность к острой гипоксии через 3 сут после инъекции аллоксана. Устойчивость к физической нагрузке оценивали по длительности принудительного плавания при температуре воды 17—18°С. Чувствительность к гипоксии изучали при помощи метода [7], модифицированного нами для работы с крысами (принцип метода заключается в регистрации латентности развития гипоксической комы по критерию прекращения спонтанных движений у животных, помещенных под воду).

Результаты обработаны статистически. Достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента (Z), а также при помощи точного метода Фишера. Различия считали достоверными при р < 0,05.

Результаты и их обсуждение

Через 72 ч после введения аллоксана у крыс развивались метаболические сдвиги, характерные для ИЗСД (табл. 1). Уровень гликемии натощак возрастал в 6,5 раза, а содержание ТГ в сыворотке крови повышалось в 5,7 раза. Содержание молочной кислоты в крови проявляло статистически незначимую тенденцию к приросту. Тяжесть метаболических расстройств при использованной модели ИЗСД иллюстрируются фактом гибели 26,5% крыс к 4-м суткам после инъекции аллоксана (из 117 крыс с экспериментальным ИЗСД погибло 31 животное).

На 4-е сутки с момента индукции ИЗСД было отмечено снижение концентрации циркулирующих СЖК на 20% (см. табл. 1). Скорее всего, этот феномен связан с недостаточным синтезом липо- протеинлипазы, которая является инсулинзависимым ферментом [11] и вносит существенный вклад в поддержание уровня СЖК крови [13]. По- видимому, развитие гипертриглицеридемии при аллоксановом диабете тоже в значительной степени связано с дефицитом активности липопроте- инлипазы, контролирующей удаление ТГ из крови и их депонирование в жировой ткани [11]. Нарушение депонирования ТГ в жировой ткани может рассматриваться как основа не только гипертриглицеридемии, но и снижения массы тела больных крыс (см. табл. 1).

Введение аллоксана приводило к существенному угнетению метаболизма глюкозы в мышечной ткани. Это проявлялось снижением содержания гликогена на 28% и молочной кислоты на 23% в квадрицепсе бедра (см. табл. 1). Поскольку мышечная ткань является самым крупным инсулинзависимым "потребителем" глюкозы [11, 13], описанные сдвиги следует рассматривать как следствие дефицита секреции инсулина [10] и вторичной инсулинрезистентности при аллоксановом диабете [3]. Сниженное потребление глюкозы ограничивает способность мышечной ткани к энергообеспечению собственных функций. При этом дефицит энергопродукции усугубляется снижением концентрации циркулирующих СЖК (см. табл. 1), окисление которых обеспечивает генерацию макроэргов в мышечных волокнах на фоне стрессорной инсулинрезистентности [8]. Таким образом, угнетение обмена глюкозы в мышцах и сопутствующее снижение уровня СЖК в крови целесообразно рассматривать как метаболическую основу уменьшения физической работоспособности при аллоксановом диабете. Справедливость этого вывода иллюстрируется ускоренным (на 42%) развитием утомления в процессе принудительного плавания больных крыс (табл. 2).

Содержание гликогена и лактата в головном мозге крыс с ИЗСД изменялось совершенно иным образом по сравнению с мышечной тканью. Как видно из табл. 1, к 4-му дню после введения аллоксана уровни гликогена и молочной кислоты оказались повышенными на 53 и 126% соответственно. Скорее всего, прирост содержания лактата в нервной ткани не связан с увеличением активности ферментов гликолиза, так как скорости образования молочной кислоты в глюкозосодержащей среде гомогенатами мозга здоровых и больных ИЗСД крыс in vitro не различались между со-

Таблица 2

Изменения физической работоспособности и устойчивости к острой гипоксии у крыс через 3 сут после введения аллоксана (М± т)

Примечание. Звездочка — различия с контролем достоверны при р < 0,05 по /-критерию Стьюдента.

бой: 4,57 ± 0,35 мМ • 10“²/мозг/ч (л = 6) против 4,55 ± 0,34 мМ • 10^_2/мозг/ч (л = 7; р > 0,05 соответственно). Не исключено, что накопление гликогена в мозге крыс с аллоксановым диабетом является причиной усиленного образования лактата мозгом in vivo.

Полученные результаты хорошо согласуются с общепринятыми представлениями об усиленном проникновении глюкозы в нервную ткань при ИЗСД, что считается важным механизмом развития диабетической нейропатии [1]. По-видимому, усиленное потребление глюкозы тканью мозга при диабете имеет не только негативное, но и определенное компенсаторно-приспособительное значение. Так, накопление гликогена в мозге крыс с аллоксановым диабетом можно рассматривать как один из механизмов компенсации снижения церебрального кровотока при ИЗСД [9]. Эта компенсация, скорее всего, достигается за счет усиления анаэробной, гликолитической энергопродукции, что и приводит к накоплению молочной кислоты в ткани мозга. Стоит добавить, что умеренное накопление лактата в тканях при гипоксии рассматривается как адаптивный феномен, направленный на смягчение гипоксической альтерации клеток [2].

Таким образом, накопление гликогена и лактата в ткани мозга крыс с аллоксановым диабетом можно рассматривать как метаболическую основу устойчивости организма к гипоксии. Целесообразность такой постановки вопроса подтверждается фактом достоверного прироста (на 12%) латентности развития гипоксической комы у больных крыс (см. табл. 2). При этом известно, что удовлетворенность энергетических запросов центральной нервной системы является критическим фактором, определяющим выживание в условиях острой гипоксии [2].

Полученные результаты свидетельствуют о том, что угнетение метаболизма глюкозы в скелетной мускулатуре сопровождается накоплением гликогена и усилением анаэробного гликолиза в мозге крыс с аллоксановым диабетом. По-видимому, такое перераспределение отражает преимущественное потребление глюкозы инсулиннезависимыми тканями при ИЗСД в ущерб инсулинзависимым тканям. Такая ситуация приводит к разнонаправленным изменениям энергообеспечения мускулатуры и мозга и как следствие к разнонаправленным сдвигам физической работоспособности и переносимости острой асфиксии. При этом само снижение физической работоспособности является фактором, уменьшающем общий кислородный запрос организма [4]. Вполне возможно, что выявленные метаболические и функциональные сдвиги составляют основу компенсаторно-приспособительной реакции, смысл которой состоит в смягчении последствий нарушения мозгового кровообращения при ИЗСД.

Выводы

1. Через 3 сут после индукции аллоксанового диабета наблюдается снижение содержания гликогена и молочной кислоты в скелетной мускулатуре, что свидетельствует об угнетении метаболического потребления глюкозы инсулинзависимой тканью поперечнополосатых мышц.
2. Аллоксановый диабет у крыс сопровождается развитием гипертриглицеридемии на фоне одновременного снижения уровня циркулирующих СЖК и уменьшения массы тела. Комплекс этих сдвигов позволяет судить о вероятном подавлении активности липопротеинлипазы и нарушенном депонировании ТГ в жировой ткани.
3. Угнетение метаболизма глюкозы в мышечной ткани и одновременное уменьшение концентрации СЖК в плазме крови снижает доступность энергетических субстратов для мышечной ткани и как следствие уменьшает физическую работоспособность крыс с аллоксановым диабетом.
4. Через 72 ч с момента индукции аллоксанового диабета наблюдается увеличение содержания гликогена и лактата в головном мозге больных крыс, что свидетельствует об увеличенном потреблении глюкозы инсулиннезависимой нервной тканью.
5. Увеличение содержания гликогена в ткани мозга и одновременная активация гликолиза оптимизируют церебральную энергопродукцию в анаэробных условиях и как следствие увеличивают устойчивость крыс с аллоксановым диабетом к острой гипоксии.