Пошкодження печінки вагітних самиць щурів під впливом раціону з надлишком поживних речовин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний медичний університет

Пошкодження печінки вагітних самиць щурів під впливом раціону з надлишком поживних речовин

Кузнецова Мілена Олександрівна доцент кафедри загальної та клінічної патофізіології ім. Д.О. Альперна,

Бібіченко Вікторія Олександрівна доцент кафедри загальної та клінічної патофізіології ім. Д.О. Альперна,

Ковальцова Марина Вікторівна доцент кафедри загальної та клінічної патофізіології ім. Д.О. Альперна,

Кузнєцова Ірина Костянтинівна асистент кафедри медичної біології

м. Харків

Анотація

За останні роки відбувається неухильний ріст патології органів системи травлення. Доведено, що одну з ключових ролей в формуванні патології печінки належить несприятливому впливу раціону харчування.

Доведено, вживання незбалансованого харчування призводить до розвитку різноманітних та структурних порушень органів травлення, проте саме його вплив на печінку вагітних залишається не до кінця встановленим.

Метою цього дослідження було встановлення ушкоджуючого впливу тривалого вживання раціону з надлишком поживних речовин на структурно- функціональний стан печінки вагітних щурів.

Для досягнення мети дослідження було використано 14 самиць щурів популяції WAG, яких було розподілено на дві групи: контролю і група щурів, які отримували раціон з надлишковим вмістом поживних речовин. Було проведено, комплекс імуногістохімічних (ІГХ) досліджень тканини печінки та біохімічних досліджень сироватки крові і гомогенатів печінки.

В ході проведеного дослідження було встановлено помірно виражені зміни активності eNOS та iNOS та функціональні зміни показників ліпідного обміну сироватки крові та фракційного складу ліпідів. При аналізі ІГХ препаратів печінки було виявлено нерівномірний розподіл eNOS та позитивна реакція iNOS спостерігалась не тільки в макрофагах, але й у поодиноких ендотеліоцитах розширених синусоїдів, клітинах ендотелію центральної вени та в окремих розрізнених гепатоцитах.

Водночас, в сироватці крові спостерігалось зростання ІА, за рахунок підвищення ЛПДНЩ - на 219,4%, р<0,05 та при зниженні ЛПВЩ - на 42,6%, р<0,05. Крім того, в гомогенатах печінки виявлено накопичення НЕЖК та ТГ,

Отримані в ході дослідження дані свідчили про пошкодження ендотелію судин печінки під негативним впливом раціону з надлишком поживних речовин, також було виявлено зростання показника ІА в сироватці крові та накопичення фракцій ліпідів в гомогенатах печінки, що пов'язано з функціональним перевантаженням клітин органу надлишком поживних речовин.

Отримані в ході експериментального дослідження дані вказують на негативний вплив раціону з надлишком поживних речовин на структурно- функціональний стан печінки вагітних щурів.

Ключові слова: печінка, вагітні щури, надлишок поживних нутрієнтів, сироватка крові, фракційний склад ліпідів.

Abstract

Kuznetsova Milena Olexandrivna PhD, Associated professor at the General and Clinical Pathophysiology department named D.O. Alpern, Kharkiv national medical university, Kharkiv

Bibichenko Victoria Olexandrivna PhD, Associated professor at the General and Clinical Pathophysiology department named D.O. Alpern, Kharkiv national medical university, Kharkiv

Kovaltsova Marina Victorivna PhD, Associated professor at the General and Clinical Pathophysiology department named D.O. Alpern, Kharkiv national medical university, Kharkiv

Kuznetsova Iryna Kostyantynivna Assistant at the Medical biology department, Kharkiv national medical university, Kharkiv

LIVER DAMAGE IN PREGNANT FEMALE RATS UNDER THE INFLUENCE OF NUTRIENT EXESS DIET

In recent years, there has been a steady increase in the incidence of digestive disorders. Unfavorable influence of diet has been proven to be one of the key roles in the development of liver impairments.

Eating an unbalanced diet has been shown to result in development of various and structural disorders of the digestive organs, but its effect on the liver of pregnant women remains not fully established.

The purpose of this study was to determine the harmful effect of long-term consumption of a diet with an excess of nutrients on the structural and functional state of the liver of pregnant rats.

To achieve the purpose of the study, 14 female rats of the WAG population were used, which were divided into two groups: control and a group of rats that received a diet with excess nutrients. A complex of immunohistochemical (IHC) studies of liver tissue and biochemical studies of blood serum and liver homogenates was carried out.

In the course of the study, moderate changes in the activity of eNOS and iNOS and functional changes in indicators of serum lipid metabolism and the fractional composition of lipids were established.

IHC assessment of liver samples showed an uneven distribution of eNOS, and a positive reaction of iNOS was observed not only in macrophages, but also in single endothelial cells of dilated sinusoids, endothelial cells of the central vein, and in individual differentiated hepatocytes. At the same time, an increase in IA by 219.4%, p<0.05, was observed in blood serum due to an increase in VLDL, along with a decrease in HDL by 42.6%, p<0.05. In addition, homogenates of the liver was found to contain accumulation of FFA and TG.

The data obtained during the study indicated damage to the endothelium of the liver vessels under the negative influence of a diet with an excess of nutrients, and an increase in the IA index in the blood serum and the accumulation of lipid fractions in the liver homogenates was associated with a functional overload of the cells of the organ with an excess of nutrients.

The data obtained during the experimental study indicate a negative effect of a diet with an excess of nutrients on the structural and functional state of the liver of pregnant rats.

Keywords: liver, pregnant rats, excess nutrients, blood serum, fractional composition of lipids.

Постановка проблеми

За останнє десятиріччя в декілька разів зросла розповсюдженість патології органів шлунково-кишкового тракту (ШКТ) серед працездатного населення країн Європи. За даними опублікованими в дослідженнях Devarbhavi H та співавторів в США кожного року понад 36, 8 мільйонів випадків пов'язані зі скаргами переважно з боку органів ШКТ, водночас у 43, 4 мільйонів первинно діагностуються захворювання ШКТ [1-4]. У відповідності до статистичних даних в США кількість госпіталізацій з діагнозом «захворювання ШКТ» становить 3,8 мільйонів, зокрема з них приблизно 403699 повторні випадки. За даними літератури одне з головних місць в структурі захворювань ШКТ займають, різні нозологічні форми патології печінки [5; 7]. Так наприклад, одним з розповсюджених видів патології гепатобіліарної системи в світі є неалкогольна жирова хвороба печінки. За даними статистики поширеність захворювання серед населення складає 25 - 30% [6-9]. Так за даними досліджень, в США її поширеність коливається в межах від 10 до 46%. За даними 2020 р. розповсюдженість неалкогольної жирової хвороби печінки в країнах Західної Європи становить від 20 до 30%, а в країнах Азії - 15% [10]. На даний час досліджень присвячених встановленню її поширеності не існує.

Серед факторів, які призводять до пошкодження материнської печінки за останні роки одне з головних значень набуває споживання продуктів, які містять надлишкову кількість жирів та вуглеводів [11-12]. Так було доведено, що вживання збагаченого яловичим жиром раціону харчування призводило до збільшення обсягу та кількості адипоцитів у мишей різних вікових груп. Встановлено, що жирні кислоти, які потрапляють з їжею вірогідніше включаються в мембранні ліпіди, що своєю чергою призводить до порушень структурних і функціональних властивостей мембран [12; 13]. Також встановлено, що тривале вживання раціону з надлишком поживних речовин призводить до розвитку різних метаболічних порушень, що сприяє розвитку артеріальної гіпертензії, збільшення ваги тіла тощо. Не менш важливою є роль цього чинника в реалізації механізмів епігенетичного програмування різної патології у потомства народженого від таких матерів.

Незважаючи на велику кількість досліджень, направлених на встановлення впливу надлишку поживних речовин в раціоні на структуру та функції різних органів і систем саме реалізація його дії на гепатобіліарну систему залишається не до кінця встановленою.

Метою цього дослідження було встановлення ушкоджуючого впливу тривалого вживання раціону з надлишком поживних речовин на структурно- функціональний стан печінки вагітних самиць щурів.

Матеріали та методи

Експериментальне дослідження виконане на 14 самицях щурах популяції WAG, 50% з яких становили групу контролю. Щурів було розподілено на дві групи: перша - контрольна група, до другої групи включались тварини, які до настання та протягом всієї вагітності перебували в звичайних умовах віварію та отримували раціон зі збільшеним на 25% вмістом поживних речовин.

Ушкоджуючий вплив тривалого вживання продуктів з надлишком поживних речовин досліджували з використанням імуногістохімічних (ІГХ) та біохімічних методів. ІГХ- методом в тканині печінки виявляли експресію маркерів обміну оксиду азоту: ендотеліальної синтази оксиду азоту (eNOS) та індуцібельної синтази оксиду азоту (iNOS), для чого використовували концентровані поліклональні кролячі антитіла фірми Thermo scientific (Німеччина). Функцію печінки оцінювали за результатами дослідження показників ліпідного обміну сироватки крові: загального холестерину (ХС), ліпопротеїдів низької щільності (ЛПНЩ), ліпопротеїдів дуже низької щільності (ЛПДНЩ), ліпопротеїдів високої щільності (ЛПВЩ), тригліцеридів (ТГ), а також фракційному складу ліпідів в гомогенатах печінки (холестерину (ХС), фосфоліпідів (ФЛ), тригліцеридів (ТГ) та НЕЖК. Дані показники ліпідного обміну в сироватці крові визначались спектрофотометричним методом за допомогою набору реактивів «Філісіт - Діагностика», а фракційний склад ліпідів в гомогенатах печінки визначали за допомогою тонкошарової хроматографії на пластинах Silufol.

Щури виводились з експерименту одразу після народження потомства шляхом декапітації. Всі досліди які виконувались на експериментальних тваринах виконані з дотриманням положень «Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовуються для експериментальних та інших наукових цілей» (Страсбург, 18.03.86).

Статистична обробка даних виявлених в ході експериментального дослідження проводилась за допомогою спеціального програмного забезпечення GraphPadPrism5. харчування печінка вагітний щур

Виклад основного матеріалу

В ході проведеного дослідження було отримано певні морфологічні відмінності печінки щурів 2-ї групи від контролю. Дані відмінності полягали в тому що розподіл eNOS в тканині органу щурів 2-ї гр. був нерівномірним, переривчастим водночас при цьому спостерігалась загальна помірна реакція з боку маркеру. Крім того, разом з виявленими змінами з боку маркера eNOS, визначалась позитивна реакція iNOS, яка спостерігалась не тільки в макрофагах, але й у поодиноких ендотеліоцитах розширених синусоїдів, клітинах ендотелію центральної вени та в окремих розрізнених гепатоцитах. Отримані в ході дослідження дані вказували на порушення цілісності ендотеліального покриву капілярів, центральних вен, а також більш крупних судин з формуванням незначної кількості «голих зон», що своєю чергою свідчило про помірний ступінь пошкодження ендотелію судин печінки.

Рис. 1. Мікрофотографія печінки щура-матері 2-ї гр. (Реакція з ПКАТдо anti-iNOS.^400) Позитивне забарвлення ендотеліоцитів.

Під час біохімічного дослідження сироватки крові самиць щурів було отримано дані, які вказували на наявність функціональних змін в органі. Так в ліпідограмі сироватки крові щурів 2-ї гр. встановлено, що рівень ХС подібний до такого, що визначався у щурів I-ї гр. Водночас було встановлено, що рівень ТГ був достовірно вищий (на 257,1%, р<0,05). Крім того, було виявлено значне підвищення ІА (на 190,2%, р=0,001), яке відбувалось переважно за рахунок істотного підвищення ЛПДНЩ (на 219,4%, р<0,05) та зниження ЛПВЩ (на 42,6%, р<0,05 (див. рис. 2). Отримана в ході експерименту інформація вказує на виразні порушення з боку ліпідного обміну, що своєю чергою свідчить про високий ризик розвитку атеросклерозу у самиць, які отримували аліментарне навантаження поживних речовин, в першу чергу вуглеводів і жирів.

Рис.2. Біохімічні показники ліпідного обміну сироватки крові самиць щурів 2-ї групи.

При дослідженні фракційного складу ліпідів в гомогенатах печінки самиць щурів 2-ї групи було виявлено певні відмінності від контролю. Так у самиць щурів 2-ї гр., які отримували раціон зі збільшеним вмістом поживних нутрієнтів, були виявлені суттєві зміни фракційного складу ліпідів (рис. 3): рівень ХС зменшений на 28,1% (р<0,01), вмісту ТГ і

Рис. 3. Фракційний склад ліпідів у печінці самиць щурів 2-ї групи.

НЕЖК - збільшений на 71,7% і 95,1% (р<0,01) відповідно при нормальному рівні ФЛ. Рівень глікогену не відрізнявся від такого у щурів 1-ї групи (див. рис. 3).

Такі результати вказували на помірно виражене пошкодження органу, яке супроводжувалось розладами особливо з боку ліпідного обміну, що може бути пов'язано з функціональним перевантаженням клітин органу, а також вірогідно з активацією процесів перекисного окислення ліпідів. Крім того, такі дані вказують на наявність функціональних розладів печінки, що в подальшому призведе до формування фіброзу органу.

Отримані в ході дослідження дані підтверджують загальні закономірності пошкодження печінки під впливом надлишку поживних речовин [14; 15], крім того вони доповнюють вже існуючі уявлення доводячи негативний його негативний вплив на ендотелій судин печінки і викликає функціональні зміни. Також в цілому можна зробити припущення, що отримані зміни можуть привести до формування фіброзу печінки у експериментальних тварин. Дані зміни також, можна розглядати, як фактор ризику розвитку патології у потомства отриманого від таких матерів.

Висновки

Отже, засновуючись на отриманих в ході дослідження даних можна зробити висновок, про те, що довготривале аліментарне навантаження збільшеним вмістом жирів та вуглеводів в раціоні вагітних самиць щурів призводило до помірного пошкодження ендотеліального покриву судин печінки, а також до розвитку функціональних зрушень переважно з боку ліпідного обміну, що підтверджувалось підвищенням ІА в сироватці крові та накопиченням ТГ і НЕЖК на фоні зниженого рівня ХС та ФЛ мембран клітин печінки. Виявлений характер змін можна розцінювати як основу для формування органічної патології печінки та різноманітних захворювань, зокрема цукрового діабету 2 типу та атеросклеротичних уражень судин в системі мати-плід. Виявлені в ході досліджень порушення створюють основу для подальшого вивчення механізмів пошкодження гепатобіліарної системи у вагітних та у їхнього потомства. Крім того, створюють перспективи для визначення ролі механізмів епігенетичного програмування хвороб в майбутньому у потомства.

Література

1. Devarbhavi H, Asrani SK, Arab JP, Nartey YA, Pose E, Kamath PS. Global burden of liver disease: 2023 update. J Hepatol. 2023;79(2):516-537.

2. Gautheron J, Gores GJ, Rodrigues CMP. Lytic cell death in metabolic liver disease. J Hepatol. 2020; 73(2):394-408.

3. Pouwels S, Sakran N, Graham Y, Leal A, Pintar T, Yang W, Kassir R, Singhal R, Mahawar K, Ramnarain D. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD): a review of pathophysiology, clinical management and effects of weight loss. BMC Endocr Disord. 2022; 22(1):63.

4. Maurice J, Manousou P. Non-alcoholic fatty liver disease. Clin Med (Lond). 2018; 18(3):245-250. doi: 10.7861/clinmedicine.18-3-245.

5. Cotter TG, Rinella M. Nonalcoholic Fatty Liver Disease 2020: The State of the Disease. Gastroenterology. 2020;158(7):1851-1864.

6. Pavithra S, Kishor Kumar DG, Ramesh G, Panigrahi M, Sahoo M, Singh TU, Madhu CL, Manickam K, Shyamkumar TS, Kumar D, Parida S. Fat augments leptin-induced uterine contractions by decreasing JAK2 and BKCa channel expressions in late pregnant rats. Cytokine. 2022;157:155966.

7. Yao X, Liu R, Li X, Li Y, Zhang Z, Huang S, Ge Y, Chen X, Yang X. Zinc, selenium and chromium co-supplementation improves insulin resistance by preventing hepatic endoplasmic reticulum stress in diet-induced gestational diabetes rats. J Nutr Biochem. 2021; 96:108810.

8. Brawerman GM, Kereliuk SM, Brar N, Cole LK, Seshadri N, Pereira TJ, Xiang B, Hunt KL, Fonseca MA, Hatch GM, Doucette CA, Dolinsky VW. Maternal resveratrol administration protects against gestational diabetes-induced glucose intolerance and islet dysfunction in the rat offspring. J Physiol. 2019;597(16):4175-4192.

9. Talton OO, Bates K, Salazar SR, Ji T, Schulz LC. Lean maternal hyperglycemia alters offspring lipid metabolism and susceptibility to diet-induced obesity in mice. Biol Reprod. 2019; 100(5): 1356-1369.

10. Chu AHY, Godfrey KM. Gestational Diabetes Mellitus and Developmental Programming. Ann Nutr Metab. 2020; 76 Suppl 3(Suppl 3):4-15.

11. Bianco ME, Josefson JL. Hyperglycemia During Pregnancy and Long-Term Offspring Outcomes. Curr Diab Rep. 2019; 19(12): 143.

12. Dluski DF, Wolinska E, Skrzypczak M. Epigenetic Changes in Gestational Diabetes Mellitus. Int J Mol Sci. 2021; 22(14):7649.

13. Zhu Z, Chen X, Xiao Y, Wen J, Chen J, Wang K, Chen G. Gestational diabetes mellitus alters DNA methylation profiles in pancreas of the offspring mice. J Diabetes Complications. 2019; 33(1): 15-22.

14. Yan J, Yang H. Gestational diabetes mellitus, programing and epigenetics. J Matern Fetal Neonatal Med. 2014; 27(12):1266-9.

15. El Hajj N, Schneider E, Lehnen H, Haaf T. Epigenetics and life-long consequences of an adverse nutritional and diabetic intrauterine environment. Reproduction. 2014; 148(6):R111-20.

References

1. Devarbhavi H, Asrani SK, Arab JP, Nartey YA, Pose E, Kamath PS. Global burden of liver disease: 2023 update. J Hepatol. 2023;79(2):516-537.

2. Gautheron J, Gores GJ, Rodrigues CMP. Lytic cell death in metabolic liver disease. J Hepatol. 2020; 73(2):394-408.

3. Pouwels S, Sakran N, Graham Y, Leal A, Pintar T, Yang W, Kassir R, Singhal R, Mahawar K, Ramnarain D. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD): a review of pathophysiology, clinical management and effects of weight loss. BMC Endocr Disord. 2022; 22(1):63.

4. Maurice J, Manousou P. Non-alcoholic fatty liver disease. Clin Med (Lond). 2018; 18(3):245-250.

5. Cotter TG, Rinella M. Nonalcoholic Fatty Liver Disease 2020: The State of the Disease. Gastroenterology. 2020;158(7):1851-1864.

6. Pavithra S, Kishor Kumar DG, Ramesh G, Panigrahi M, Sahoo M, Singh TU, Madhu CL, Manickam K, Shyamkumar TS, Kumar D, Parida S. Fat augments leptin-induced uterine contractions by decreasing JAK2 and BKCa channel expressions in late pregnant rats. Cytokine. 2022;157:155966.

7. Yao X, Liu R, Li X, Li Y, Zhang Z, Huang S, Ge Y, Chen X, Yang X. Zinc, selenium and chromium co-supplementation improves insulin resistance by preventing hepatic endoplasmic reticulum stress in diet-induced gestational diabetes rats. J Nutr Biochem. 2021; 96:108810.

8. Brawerman GM, Kereliuk SM, Brar N, Cole LK, Seshadri N, Pereira TJ, Xiang B, Hunt KL, Fonseca MA, Hatch GM, Doucette CA, Dolinsky VW. Maternal resveratrol administration protects against gestational diabetes-induced glucose intolerance and islet dysfunction in the rat offspring. J Physiol. 2019;597(16):4175-4192.

9. Talton OO, Bates K, Salazar SR, Ji T, Schulz LC. Lean maternal hyperglycemia alters offspring lipid metabolism and susceptibility to diet-induced obesity in mice. Biol Reprod. 2019; 100(5): 1356-1369.

10. Chu AHY, Godfrey KM. Gestational Diabetes Mellitus and Developmental Programming. Ann Nutr Metab. 2020; 76 Suppl 3(Suppl 3):4-1

11. Bianco ME, Josefson JL. Hyperglycemia During Pregnancy and Long-Term Offspring Outcomes. Curr Diab Rep. 2019; 19(12): 143.

12. Dluski DF, Wolinska E, Skrzypczak M. Epigenetic Changes in Gestational Diabetes Mellitus. Int J Mol Sci. 2021; 22(14):7649.

13. Zhu Z, Chen X, Xiao Y, Wen J, Chen J, Wang K, Chen G. Gestational diabetes mellitus alters DNA methylation profiles in pancreas of the offspring mice. J Diabetes Complications. 2019; 33(1): 15-22.

14. Yan J, Yang H. Gestational diabetes mellitus, programing and epigenetics. J Matern Fetal Neonatal Med. 2014; 27(12):1266-9.

15. El Hajj N, Schneider E, Lehnen H, Haaf T. Epigenetics and life-long consequences of an adverse nutritional and diabetic intrauterine environment. Reproduction. 2014; 148(6):R111-20.

Размещено на Allbest.ru