Влияние хронического стресса на показатели обмена коллагена в костной ткани крыс с аллоксановым диабетом

Остеопатия является одним из проявлений и осложнений сахарного диабета [2, 4, 5]. Метаболические нарушения, развивающиеся на фоне абсолютного или относительного дефицита инсулина и повышенной секреции контринсулярных гормонов, отражаются на состоянии белковой матрицы кости, прежде всего коллагена [3, 11]. Известно, что от функционального состояния коллагена зависят динамическая устойчивость костной ткани, ее резистентность и адаптация к воздействию различных экстремальных факторов.

Под влиянием стрессовых воздействий наступает состояние декомпенсации сахарного диабета с выраженным повышением активности контринсулярных гормонов [1], что, очевидно, может усугубить изменения в метаболизме коллагена костной ткани.

Цель данной работы — изучение динамики показателей обмена коллагена в костной ткани крыс при хроническом стрессе на фоне аллоксанового диабета.

Материалы и методы

Эксперимент проведен на 106 белых беспородных крысах- самцах массой 180—220 г. Обследовали 3 группы животных. Контрольную группу составили 10 интактных крыс, которым ежедневно подкожно вводили 1 мл 0,9% раствора NaCl. У животных двух других групп вызывали инсулинзависимый диабет путем однократного подкожного введения аллоксана тетрагидрата ("Fluka Chemica”, Швеция) в дозе 170 мг/кг [6]: l-ю группу составили 44 крысы с индуцированным диабетом, которые находились на обычном режиме вивария, животных 2-й группы (52 крысы) подвергали ежедневной 2-часовой иммобилизации в течение 30 дней. Воспроизведение стресса контролировали по совокупности следующих факторов: наличию мелкоточечных кровоизлияний на слизистой оболочке желудка, увеличению массы надпочечников и повышению содержания 11 -оксикортикостероидов (11-ОКС) в плазме крови подопытных крыс по сравнению с контрольными. Животных забивали путем декапитации под кратковременным эфирным наркозом на 5,10, 15,20, 30-й день эксперимента с целью выявления динамики изучаемых показателей.

В гомогенатах диафиза бедренной кости (преобладает компактный тип костной ткани) и тела II поясничного позвонка (преобладает губчатый тип костной ткани) определяли содержание суммарного коллагена (СК) по количеству гидроксипролина [10]; содержание фракций коллагена: нейтральносолераство- римой (НРК), цитратрастворимой (ЦРК), нерастворимой (НК) [7|; содержание свободного гидроксипролина (СГ) [10]. В крови определяли концентрацию 11-ОКС [8], а также содержание инсулина и С-пептида радиоиммунологическим методом с использованием тест-наборов для определения инсулина — "Рио- ИНС-ПГ-^,25Г' (Беларусь), С-пептида - "IMMUNOTECH С-

Примечание. В числителе — концентрация инсулина и С-пептида в крови крыс с аллоксановым диабетом, в знаменателе — при сочетании аллоксанового диабета с иммобилизационным стрессом. * — достоверность различий с контролем; ^А — между аллоксановым диабетом и сочетанием диабета со стрессом. Одинарный символ — р < 0,05; двойной — р < 0,01, тройной — р < 0,001.

peptid IRMA” (Чехия). Количество НРК, ЦРК, НК, СК и СГ выражали в миллимолях гидроксипролина на 1 кг сухой массы ткани (в ммоль/кг), инсулина — в пикомолях на 1 л сыворотки крови (в пмоль/л), С-пептида — в нанограммах на 1 мл сыворотки крови (в нг/мл). Цифровые данные обрабатывали методом вариационной статистики, достоверность изменений (р) определяли по критерию Стьюдента (/).

Результаты и их обсуждение

Введение животным аллоксана вызывало развитие стойкой гипоинсулинемии (табл. 1), причем концентрация С-пептида и инсулина в крови снижалась в динамике эксперимента и к 30му дню исследования составила 30 и 39% соответственно (р < 0,001) от контрольных значений. Уровень инсулина в крови у крыс с аллоксановым диабетом, подвергавшихся иммобили- зационному стрессу, был ниже, чем у животных с "изолированным" диабетом, на протяжении всего эксперимента. В этих условиях концентрация С-пептида в крови в первые 10 дней была ниже, а в последующие дни опыта — выше, чем у крыс с индуцированным диабетом.

Инсулиновой недостаточности отводится основное место в развитии остеопатии при сахарном диабете [2, 3]. Известно, что инсулин оказывает стимулирующее действие на метаболизм костной ткани, в том числе и на обмен коллагена в ней.

Метаболизм коллагена определяется взаимодействием процессов биосинтеза и распада данного биополимера. На преобладание анаболических процессов указывает увеличение содержания СК и его фракций НРК и НК. Катаболические процессы характеризуются повышением концентрации ЦРК, СО и снижением — СК [9]. У животных с экспериментальным диабетом по сравнению с контрольной группой наблюдали изменения показателей обмена коллагена в исследуемых тканях. Концентрация НРК в диафизе бедренной кости (табл. 2) снижалась в динамике опыта и максимально отличалась от контроля на 20-й и 30-й дни опыта на 25 и 19% соответственно (р < 0,05). Количество ЦРК и СГ в первые 15 дней эксперимента было значительно выше контрольных данных, а к 30-му дню опыта не отличалось от них. Содержание НК и СК было достоверно ниже контроля в течение всего опыта, исключая 10-й день исследования.

Таблица 2

Показатели обмена коллагена (в ммоль/кг) в диафизе бедренной кости крыс с аллоксановым диабетом в условиях хронического стресса (М ± т)

При ме ча ние. Здесь и в табл. 3 в числителе — показатели обмена коллагена в костной ткани крыс с аллоксановым диабетом, в знаменателе — при сочетании аллоксанового диабета с иммобилизационным стрессом. * — р < 0,05, ** — р < 0,01, *** — />< 0,001 по сравнению с контролем.

Таблица 3

Показатели обмена коллагена (в ммоль/кг) в теле II поясничного позвонка крыс с аллоксановым диабетом в условиях хронического стресса (М ± т)

В группе животных с индуцированным диабетом, подвергавшихся стрессовым воздействиям, количество СГ и ЦРК в диафизе бедренной кости в первые 15 дней эксперимента было ниже, а в последней декаде выше, чем в группе крыс с "изолированным" диабетом. Концентрация НРК у крыс 2-й группы была значительно ниже соответствующего показателя крыс 1-й группы в течение всего эксперимента, хотя динамика этой растворимой фракции коллагена в обеих группах крыс носила одинаковую направленность. Содержание СК и НК в диафизе бедренной кости было выше у крыс с "изолированным" диабетом, исключая 5-й день исследования.

В теле II поясничного позвонка крыс с аллоксановым диабетом (табл. 3) уровень НРК был достоверно ниже контрольных данных на 20-й и 30-й дни исследования на 29% (/> < 0,05) и 38% (р < 0,01) соответственно. Количество ЦРК, увеличенное в первые 10 дней опыта, затем снижалось, достоверно отличаясь от контроля на 15-й и 20-й дни эксперимента на 36% (р < 0,05) и 51% (р < 0,01) соответственно. Содержание НК и СК было ниже контрольных значений в течение всего эксперимента, максимально отличаясь от них на 30-й день исследования на 20% (р < 0,01) и 21% (р < 0,001) соответственно.

При дополнительной стрессовой нагрузке на крыс с аллоксановым диабетом на протяжении эксперимента (исключая 10-й день) наблюдалось увеличение количества СГ и ЦРК в теле II поясничного позвонка по сравнению с "изолированным" диабетом. Для крыс 2-й группы была характерна более низкая концентрация НРК в течение опыта, за исключением 30-го дня. Кроме того, у животных этой группы отмечалось значительное снижение содержания НК и СК в теле II поясничного позвонка, особенно выраженное к 30-му дню исследования.

Таким образом, изменения метаболизма коллагена в исследуемых тканях крыс с сочетанием диабета и стресса характеризовались преобладанием катаболических процессов, о чем свидетельствует снижение содержания НРК, НК и СК, а также повышение концентрации ЦРК и СГ. Необходимо отметить, что уменьшение количества СК было более значительным в позвонке, чем в диафизе бедренной кости крыс обеих экспериментальных групп. Возможной причиной таких изменений является дефицит инсулина, наиболее выраженный в группе крыс с индуцированным диабетом, подвергавшихся иммобилизации. В условиях недостатка этого гормона снижается скорость анаболических реакций, о чем свидетельствует уменьшение содержания НРК в исследуемых тканях, причем этот показатель на протяжении всего эксперимента коррелировал с концентрацией инсулина в сыворотке крови крыс с аллоксановым диабетом (г =0,79; р< 0,001) и крыс с сочетанием диабета и стресса (г = 0,81; р < 0,001).

Кроме того, длительная иммобилизация крыс с аллоксановым диабетом привела к более значительному увеличению концентрации 11-ОКС в плазме крови в первые 15 дней эксперимента по сравнению с "изолированным" диабетом. Так, на 5-й день исследования этот показатель был выше на 91% (р < 0,001), на 10-й день — на 76% (р < 0,001), на 15-й день — на 68% (р < 0,001) в крови крыс с аллоксановым диабетом, подвергавшихся стрессовым воздействиям. Возможно, что тормозящее влияние на синтез коллагена оказало и повышение в крови уровня глюкокортикоидов.

Выводы

1. Изменения в обмене коллагена костной ткани крыс с аллоксановым диабетом и с сочетанием последнего со стрессом носят однонаправленный характер.

Дополнительная стрессовая нагрузка приводит к более значительному снижению скорости синтетических процессов и к активации процессов распада в обмене коллагена костной ткани крыс с аллоксановым диабетом.