Участие различных отделов гипоталамуса в патогенезе экспериментального сахарного диабета у крыс

Наши данные [5-7] и литературные сведения 111, 12, 17, 20] позволяют высказать предположение, что в регуляции эндокринной функции поджелудочной железы, патогенезе сахарного диабета, развитии патологических и компенсаторных механизмов при этом заболевании играют важную роль не только нейросекреторный гипоталамус, представленный прежде всего паравентри- кулярным (ПВЯ) и супраоптическим ядрами, но и другие гипоталамические образования, не обладающие способностью к нейросекреции. Среди последних в первую очередь необходимо назвать вентромедиальное ядро (ВМЯ), являющееся центральным сенсором глюкозы [14, 15] и топографически совпадающее с локализацией центра насыщения [8, 9]. Это предположение подтверждается хорошо известными классическими опытами с разрушением ВМЯ, приводящим к усиленной пролиферации В-клеток, гипертрофии островков Лангерганса и гиперинсулинемии [8,9].

Изучение структур гипоталамуса требует комплексного методического подхода. Оценка состояния активности клеток нейросекреторных ядер гипоталамуса, по данным морфогистохимических исследований (наиболее часто применяемых при их изучении), связана с известной долей осторожности и нуждается в подкреплении при помощи других методик, например, радиоиммунологичес- кого определения соответствующего гипоталамического гормона в крови или его иммуноцитохимического выявления в нейронах и срединном возвышении. Такой комплекс исследований позволяет в достаточной степени аргументированно высказать мнение о состоянии синтетической и секреторной активности нейросекреторных структур гипоталамуса. Для структур гипоталамуса, как не обладающих способностью к нейросекреции, так и обладающих этим свойством, хорошим дополнением к морфометрическим исследованиям может служить изучение биоэлектрической активности (БЭА) популяции нейронов при помощи хронически вживленных электродов, что позволяет в отличие от всех других методов проследить динамику процессов, происходящих в тех или иных структурах.

В настоящей работе была предпринята попытка установить взаимосвязь БЭА структур гипоталамуса и морфогистохимических показателей нейронов с целью определения степени их участия в патогенезе экспериментального сахарного диабета.

Материалы и методы

Исследования проведены на 44 крысах-самцах линии Вистар массой 230—250 г в осенне-зимний период. Животные находились в условиях естественного освещения, на стандартном рационе питания. Сахарный диабет моделировали при помощи стрептозотоцина (50 мг/кг в 0,5 мл цитратного буфера внутрибрюшинно) ]3|. Контрольным животным внутрибрюшинно вводили 0,5 мл цитратного буфера. Животные находились под наблюдением 5 нед. Определение глюкозы и тест толерантности, а также забой животных для извлечения органов и взятия крови проводились после 16-часового голодания в 10 ч.

Изучали вентролатеральное (ВЛ) и дорсомедиальное (ДМ) субъядра ВМЯ, кортиколиберинсинтезирующее медиальное мелкоклеточное (ММ) и вазопрессинсинтезирующес заднелатеральное крупноклеточное (ЗЛК) субъядра ПВЯ. О морфофупкциональпой активности нейронов (МФАН) судили по морфометрическим (объем нейронов, цитоплазмы, ядер, ядрышек) и гистохимическим (содержание в клетке и ядрышке нуклеиновых кислот) показателям, методика регистрации которых описана ранее |7].

Для исследования БЭА ядер гипоталамуса крысам под нембуталовым наркозом (35 мг/кг внутрибрюшинно) стере- отаксически имплантировали нихромовые микроэлектроды диаметром 120 мкм. изолированные па всем протяжении, за исключением торцевой части |2|. Локализация кончика электрода соответствовала координатам атласа 116| и составляла для ММ ПВЯ: А — 7,2; L - 0,3; Н - 8,0; для ЗЛК ПВЯ: А - 7,2; L - 0,7; Н - -7,8; для ДМ ВМЯ: А - 5,8; L - 0,6; Н - -9,6; для ВЛ ВМЯ: А — 5,8; L — 0,8; Н    10,1; для теменной

коры: А — 4,0; L — 3,0; Н----- 1,5. Индифферентным электро

дом служила неизолированная нихромовая проволока диаметром 200 мкм, имплантированная под лобную кость. После окончания опытов проводили контроль локализации копчика электрода. Исследования начинали через 10 дней после операции.

Регистрацию БЭА структур мозга проводили в течение 8 с на автоматизированном комплексе, включающем элекгроэнцефалограф EEG-8S (“Medicor”, Венгрия), АЦП и ПЭВМ ATARI-13ОХЕ и ATAR1-65XE. Реактивность структур определяли по тесту усвоения навязанного ритма, для чего использовали ритмические световые воздействия частотой 15 Гц и длительностью 25 мс, генерируемые фотостимулятором FTS-21 (“Medicor”, Венгрия) на протяжении 30 с. Для оценки полученных данных применялся спектральный анализ, в основе которого лежал алгоритм быстрого преобразования Фурье. В результате получали ряд характеристик: спектры мощности, когерентности и фазовый спектр, нормированные по максимальной спекгральной компоненте в диапазоне 2-64 Гц с разрешающей способностью по частоте 0,5 Гц. Дополнительными характеристиками спектра являлись |1| мощность спектра, максимальная частота спектра и ее ненормированная мощность, средняя частота спектра, учитывающая вес всех частотных составляющих спектра; эффективная частотная полоса, характеризующая величину размытости спектра относительно средней частоты.

Полученные результаты оценивали статистически с использованием /-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

В наших предыдущих исследованиях (5-71 показано, что моделирование начальных стадий сахарного диабета у крыс характеризовалось умеренной гипергликемией, нарушением теста толерантности к глюкозе, деструкцией островков Лангерганса, дегенеративными изменениями в р- клетках, снижением в них и сыворотке крови содержания инсулина и С-пептида. Изменения в эндокринной части поджелудочной железы сопровождались повышением синтетической и секреторной функций кортиколиберинсинтезиру- ющих нейронов ММ ПВЯ и вазопрессинсинтс- зирующих нейронов ЗЛК ПВЯ в виде гипертрофии нейронов, цитоплазмы, ядер и ядрышек с

Спектральные характеристики БЭА субъядер ПВЯ и ВМЯ.

и — ДМ ВМЯ, б — ВМ ВМЯ, в — ЗЛК ПВЯ, г — ММ ПВЯ. Пунктирная линия — контроль; сплошная — диабет (36 дней). По оси ординат — нормированная среднеквадратичная мощность; по оси абсцисс — частота (в Гц).

увеличением содержания в них нуклеиновых кислот, нарастанием в крови концентрации вазопрессина, кортиколиберина, АКТГ, кортикостероидов. Повышение функциональной активности этих субъядер ПВЯ при диабете связано с участием кортиколиберина и вазопрессина в регуляции углеводного гомеостаза, которая осуществляется как прямым, так и опосредованным через гормоны щитовидной железы и надпочечников их влиянием на метаболизм в клетках печени и жировой ткани, а также непосредственной стимуляцией синтеза и секреции инсулина (-клетками [11, 12, 17, 20]. При этом нельзя не учитывать роль вазопрессина и кортиколиберина в развитии ряда патологических изменений при сахарном диабете, таких, как гипергликемия в результате стимуляции глюконеогенеза и гликогенолиза и инсулинорезистентность [10].

Изучение состояния БЭЯ показало, что в исходном состоянии для ЗЛК ПВЯ и ММ ПВЯ (см. рисунок, в, г) был характерен двугорбый профиль спектра мощности с максимумами БЭА в области альфа- и дельта-ритмов, а фотостимуляция выявляла хорошее усвоение навязанного ритма в субъядрах ПВЯ. Сахарный диабет на протяжении 5 нед приводил к изменению профиля спектра мощности в обоих субъядрах ПВЯ и постепенному смещению средней частоты спектра в области низких частот, сужению эффективной частотной полосы, а также увеличению мощности спектра, особенно в ММ ПВЯ (табл. 1, см. рисунок, в, г). Фотостимуляция выявила нарушение усвоения навязанного ритма. Таким образом, повышение морфофункциональ-

Таблица 1

Характеристики БЭА изучаемых структур гипоталамуса

Примечание. А — суммарная мощность спектра; Ту, — средняя частота спектра (в Гц); Т_Эф — эффективная частотная полоса (в Гц).

ной и секреторной активности ММ ПВЯ и ЗЛК ПВЯ при диабете сопровождалось развитием процессов синхронизации БЭА нейронов этих структур.

В ДМ ВМЯ на 15-й день (табл. 2) происходило увеличение объемов нейронов и содержания в них и ядрышках нуклеиновых кислот. На -6-й день отмечалось увеличение объемов клеток, их цитоплазмы, ядер и ядрышек. Содержание нуклеиновых кислот в нейронах уменьшалось до уровня контроля, а в ядрышках даже достоверно ниже.

В нейронах ВЛ ВМЯ (см. табл. 2) при сахарном диабете на 15-й день заболевания отмечалось достоверное уменьшение морфометрических показателей с увеличением содержания в клетках и ядрышках нуклеиновых кислот. На -6-й день заболевания происходило некоторое восстановление морфометрических показателей, однако объемы ядрышек все же оставшись достоверно ниже уровня контроля. Содержание в клетках и ядрышках нуклеиновых кислот уменьшалось по сравнению с предыдущим сроком практически до уровня контроля. Кроме того, в области ВЛ ВМЯ появлялись нейроны с признаками дегенерации, количество которых нарастало к концу исследования. Таким образом, морфогистохимические показатели' в определенной мерс свидетельствовали о снижении функциональной активности нейронов ВЛ ВМЯ.

Изучение БЭА показало, что в исходном состоянии для ДМ и ВЛ ВМЯ был характерен двугорбый профиль спектра мощности' (см. рисунок, а, б), с максимумами БЭА в области тета- и доминирующего дельта-ритма. Фотостимуляция выявляла хорошее усвоение навязанного ■ ритма в обоих субъядрах.

В динамике развития сахарного диабета БЭА нейронов ДМ ВМЯ характеризовались повышением спектра мощности (см. рисунок, а), некоторым смещением средней частоты спектра в сторону низких частот и сужением эффективной частотной полосы (см. табл. 1). При этом фотостимуляция выявляла нарушение усвоения навязанного ритма. Подобные изменения БЭА в со-

Таблица 2

Примечание. К — клетка, Ц — цитоплазма, Яд — ядро, Ядр — ядрышко; в числителе — морфометрические показатели, в знаменателе — содержание нуклеиновых кислот. Одна звездочка — р < 0,05; две — р < 0,01; три — р < 0,001.

четании с умеренным увеличением МФАН ДМ ВМЯ можно расценивать как адекватную реакцию структуры на изменение гомеостаза.

В нейронах ВЛ ВМЯ не отмечалось выраженных изменений фоновой БЭА в динамике развития сахарного диабета (см. табл. 1). Однако в отличие от ДМ ВМЯ происходило постепенное значительное снижение мощности спектра (см. рисунок, б), совпадающее по времени с появлением в этой структуре дегенерирующих нейронов. Следует также указать на тот факт, что из всех изученных нами структур только в ВЛ ВМЯ отмечались изменения БЭА уже через 4 ч после введения стрептозотоцина в виде смещения средней частоты спектра в сторону низких частот и сужения эффективной частотной полосы, что подчеркивает важность именно этого образования гипоталамуса в регуляции углеводного гомеостаза и состояния р-клеток островков Лангерганса.

Таким образом, проведенные исследования выявили значимую корреляцию между состоянием БЭА и МФАН гипоталамических структур и уровнем синтезируемых ими нейрогормонов. При этом синхронизация БЭА, особенно в сочетании с нарушением усвоения навязанного ритма при ФС, отражала более высокую степень напряжения МФАН (при сахарном диабете), а состояние десинхронизации было присуще исходному уровню МФАН и физиологически адекватной нагрузке на нейроны ядер гипоталамуса.

Выявленные нами изменения состояния активности различных структур гипоталамуса свидетельствуют о неоднозначной их роли в патогенезе сахарного диабета. О возможном значении изменений со стороны субъядер ПВЯ мы уже говорили выше. Что же касается субъядер ВМЯ, то значение изменений с их стороны неоднозначно. Известно, что ВЛ ВМЯ является центральным сенсором глюкозы. Учитывая возникающие после разрушения ВМЯ эффекты, о которых говорилось выше, можно предполагать, что гипофункция ВЛ ВМЯ при начальных стадиях сахарного диабета является одним из механизмов компенсации, приводящих к усилению парасимпатических влияний со стороны п. vagus и способствующих стимуляции синтеза и секреции инсулина. Это предположение нашло свое подтверждение в опытах с мышами линии C57BL/KsJ, гетерозиготных по гену диабета, которым для моделирования инсулинзависимой формы заболевания вводили стрептозотоцин. Кроме того, из данных литературы и наших исследований известно, что у гомозиготных мышей этой линии гипертрофия островков Лангерганса и гиперинсулинемия сочетаются с дегенеративными изменениями в ВМЯ [4]. Однако этот механизм компенсации эффективен лишь в случае сохраненной остаточной функции р-клеток. Как показали наши исследования, выполненные в последнее время, тяжелая форма диабета с абсолютной инсулиновой недостаточностью характеризуется повышением МФАН ВМЯ, что связано, по-видимому, с нарушением механизма регуляции углеводного обмена и секреции инсулина со стороны этого ядра, а также изменением метаболизма у больных диабетом, направленным на преимущественное использование в качестве энергетического материала жиров. Эти предположения имеют под собой основания, так как известно, что нейроны ВМЯ содержат большое количество рецепторов к инсулину и имеют сильные связи с жировой тканью 113, 18, 19, 211.

Таким образом, наши исследования свидетельствуют о важной роли указанных структур гипоталамуса в патогенезе сахарного диабета. Она заключается прежде всего в стимуляции синтеза и секреции инсулина, осуществляемой как путем секреции гипоталамических гормонов, так и нервно-проводниковым путем, реализуемым через п. vagus.

Выводы

1. Развитие сахарного диабета у крыс характеризуется повышением синтетической и секреторной активности вазопрессин- и кортиколибсрин- синтезирующих нейронов ЗЛК и ММ субъядер ПВЯ.
2. Показано снижение мощности спектра БЭА и наличие дегенерирующих нейронов в ВЛ ВМЯ, свидетельствующее о снижении МФАН этой структуры, что является одним из механизмов компенсации начальных стадий сахарного диабета.