Вивчення активності протеолітичних ферментів панкреатичного та позапанкреатичного походження в динаміці експериментального цукрового діабету

Що торкається безпосередніх причин та механізмів, які викликають порушення балансу у еластолітичній системі при цукровому діабеті, то до найбільш важливих слід віднести енергетичне голодування клітин, ацидоз, гіперглікемію та дісліпідемію (Биць Ю.В., Пишак В.П., Атаман А.В., 1999; Балаболкін М.І., 2000; Єфімов А.С., 2001; Корпачев В.В., 2001; Tryon E., 1986; Chu C.T.,1997; Finotti P.et al., 1992). При експериментальному ЦД додатковий вплив на ушкодження клітин організму пов'язують із безпосередньою токсичною дією діабетогених речовин (Баранов В.Г., 1983; Исламов Б.Ф., 1988; Like A.A., Rossini A.A., 1976; Jablenska R., 1991).

При енергетичному голодуванні, яке виникає за рахунок порушення поглинання глюкози, метаболічних шляхов її перетворення, і яке є одним з фундаментальних факторів ушкодження клітин, відбувається активація систем клітинного та лізосомального протеолізу. Активовані протеолітичні ферменти, серед яких важливе місце займає еластаза, руйнують мембранні структури клітин та прогресивно збільшують пошкодження оточуючих тканин. Енергетична недостатність клітин є важливим механізмом порушень функціонування мембран-асоційованих рецепторів, транспортних білків, іонних каналів та мембранних ферментів. За таких умов змінюється іонний склад у клітинах та в позаклітинному просторі.

Як відомо, активність тих чи інших протеолітичних ферментів забезпечується відповідним рівнем рН середовища (Balo J., Banga I., 1953; Hicks K.K., Seifen E., Stimers J.R. et al., 1997). Порушення кислотно-лужного стану, зокрема розвиток ацидозу може впливати на активацію еластази. Саме цим можна пояснити більшу активність еластази при алоксановій моделі діабету, яка супроводжувалась компенсованим кетоацидозом. Зсув рН також впливає на вміст інгібіторів еластази: під дією глюкокортикоїдів, активність яких збільшується при ацидозі, у гепатоцитах порушується синтез молекул інгібіторів. Отже, зміни кислотно-лужного стану при розвитку експериментального діабету у тварин та інсулінзалежного діабету в клінічній практиці є важливим фактором порушення взаємодії компонентів системи „еластаза/інгібітори еластази”.

Важливе місце у виникненні судинних ускладнень при ЦД займає підвищення вмісту глюкози у крові (Балаболкін М.І., 2000; Єфімов А.С., 2001; Корпачев В.В., 2001; Hellerstrom C., Pozzilli P., Di Mario U., Javicoli M., et al., 1982; Eizirik D., Welsh N., 1991; Tomizawa H., Yamazaki M., Kunika K. et al., 1993). Пошкоджуюча дія гіперглікемії здійснюється за рахунок процесу глюкозування білків та посилення сорбітолового обміну глюкози, що сприяє накопиченню сорбітолу та фруктози у різних органах і тканинах, в тому числі і в судинній стінці. Активні молекули глюкози мають здатність шляхом неферментного зв'язування із структурами судинної стінки та білків крові змінювати їх структуру і функції з подальшим утворенням кінцевих продуктів глюкозування (КПГ). Згодом накопичення КПГ при ЦД набуває прогресуючого характеру. Опосередковано через специфічні КПГ-рецептори, які розташовані в тому числі і на клітинах, здатних до синтезу еластази (моноцити, макрофаги, ендотеліоцити та ін.), КПГ активують так званий NF-k-b фактор, який є регулятором експресії багатьох генів на різні стимули (Балаболкін М.І., 2000). Допустимо, що при цьому виникає активація і гену, який відповідає за синтез еластази.

Нарешті, порушення балансу між компонентами еластолітичної системи може бути результатом загальнотоксичної дії діабетогенних речовин, яки використовують для моделювання експериментального ЦД. Доведено, що алоксан має більш виражену токсичну дію на організм тварин (Баранов В.Г., 1983; Tripson R., Ruben J., 1945; Nobuyuki T., Ichiro K., Takayuki A. et al., 1991). Проявами цього є вірогідне підвищення активності еластази вже на 5 добу після введення алоксану (на відміну від стрептозотоцинової моделі). Крім того, ця форма експериментального діабету супроводжується компенсованим кетоацидозом, про вплив якого на активацію еластази вже йшлося.

Отже, при експериментальному ЦД відтворюється своєрідний патологічний ланцюг. Його важливими складовими на фоні введення діабетогенних речовин є неспецифічне пошкодження клітин організму, вибіркове ураження бета-клітин, підвищення рівню глюкози у крові, енергетична недостатність клітин, розвиток ацидозу, активація внутрішньоклітинного протеолізу, додаткове ураження клітин з виходом еластази, підвищенням утворення пептидів еластину у позаклітинному просторі з подальшим розвитком патологічних змін у судинній стінці (макроангіопатій).

Для відповіді на питання, який із видів артеріосклерозу (атеросклероз чи артеріосклероз менкебергівського типу) розвивається на ранніх етапах експериментального цукрового діабету, були проведені гістологічні дослідження зрізів аорти при стрептозотоциновій моделі діабету. Досліди було проведено в лабораторії патоморфології Інституту серцево-судинної хірургії ім. М.М. Амосова АМН України при консультації д.м.н. В.П. Захарової. Було встановлено, що на ранніх етапах розвитку стрептозотоцинового діабету найбільш значні зміни відбуваються з боку еластичних мембран середньої оболонки стінки аорти щурів: порушення ходу еластичних мембран, їх тинкторіальних властивостей, чіткості та цілостності контурів. Також було зафіксовано збільшення кількості ГМК у внутрішній третині медії та зміни їх біосинтетичних функцій.

При спеціальному фарбуванні зрізів аорти суданом ІІІ та ІV з додаванням гематоксиліну в інтимі аорти не було виявлено ліпідних включень, характерних для атеросклеротичних змін. В той же час отримано докази того, що на ранніх стадіях експериментального стрептозотоцинового діабету ураження судинної стінки аорти мають риси артеріосклерозу Менкеберга. Такими ключовими проявами були медіанекроз ГМК та еластичних мембран, медіакальциноз еластичних мембран та основної проміжної речовини і, як наслідок, медіасклероз навколо пошкоджених ділянок середньої оболонки аорти. Але не виключено, що при подальшому розвитку цукрового діабету судинні ускладнення можуть набувати мозаїчності, коли певні ділянки судинної стінки будуть мати риси артеріосклерозу Менкеберга, а в інших зміни будуть протікати по атеросклеротичному типу.

Висновки

При моделюванні експериментального цукрового діабету за допомогою стрептозотоцину та алоксану встановлено зсув у системі “еластаза/інгібітори еластази” у бік посилення активності протеази.

Наведені зміни мають однонаправлену тенденцію у сироватці крові, тканинах аорти та підшлункової залози як при стрептозотоциновій, так і при алоксановій моделях цукрового діабету.

При моделюванні цукрового діабету за допомогою алоксану зміни з боку компонентів системи еластолізу мають більш виражений характер, що пояснюється додатковим внеском кетоацидозу.

Зміни у системі інгібіторів еластази при стрептозотоциновій моделі характеризуються зниженням рівня альфа-2-макроглобуліну (в сироватці крові та тканинах аорти), а при алоксановій моделі - альфа-1-інгібітору протеїназ у всіх середовищах та тканинах, які досліджувались. Частково це пов'язано з різним ступенем токсичного впливу та механізмом дії використаних діабетогенних засобів на організм піддослідних тварин.

Встановлено, що порушення балансу між компонентами системи еластолізу відбувається вже на ранніх етапах моделювання діабету та збільшується у динаміці експерименту.

При стрептозотоциновій моделі цукрового діабету в стінці аорти щурів встановлено порушення балансу системи “тромбін/інгібітори тромбіну” в бік посилення активності протеолітичного ферменту.

Зміни клітинних та неклітинних структур судинної стінки на ранніх етапах моделювання експериментального цукрового діабету мають риси артеріосклерозу менкебергівського типу.

Дисбаланс у системі протеолітичних ферментів та їх інгібіторів у сироватці крові, тканинах аорти та підшлункової залози є важливим патогенетичним механізмом не тільки ініціації, але й прогресування судинних ускладнень при цукровому діабеті.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Биць Ю.В., Досенко В.Є., Борисюк М.В. Стан еластолітичної системи підшлункової залози при моделюванні цукрового діабету // Фізіологічний журнал. - 2002.-Т. 48, № 5. - С. 17-22.

2. Борисюк М.В. Зміни активності еластази та її інгібіторів у тканинах аорти та сироватці крові щурів із стрептозотоциновим цукровим діабетом // Фізіологічний журнал. - 2002. -Т. 48, № 4. - С. 47-53.

3. Борисюк М.В., Торофімова І.М., Досенко В.Є., Биць Ю.В. Порівняльна характеристика кетонемічного та некетонемічного експериментального цукрового діабету за показниками активності протеолітичних ферментів та кислотно-лужного стану // Буковинський медичний вісник. - 2002. -Т. 6, № 3. - С. 155-159.

4. Борисюк М.В. Зміни активності еластази та її інгібіторів у сироватці крові щурів із стрептозотоциніндукованим цукровим діабетом // Тези 56 наукової конференції студентів та молодих вчених Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця з міжнародною участю, присвяченої 160-річчя НМУ імені О.О. Богомольця. - Київ, 2001. - С. 107.

5. Борисюк М.В. Зміни активності еластази та її інгібіторів у тканинах аорти та сироватці крові щурів із стрептозотоциніндукованим цукровим діабетом // Тези VІ Міжнародного медичного конгрессу студентів і молодих вчених. - Тернопіль, 2002. - С. 56.

6. Досенко В.Є., Борисюк М.В., Биць Ю.В. Активність тромбіну та альфа-2-макроглобуліну у тканинах аорти при стрептозотоциновому цукровому діабеті // Тези 4-го Інтернаціонального Конгрессу Патофізіологів. - Будапешт, 2002. - С. 99.

7. Биць Ю.В., Борисюк М.В., Досенко В.Є., Ларіонова Н.А., Трофімова І.М., Цвєткова М.М. Роль протеолітичних ферментів та їх інгібіторів в патогенезі макроангіопатий // Тези Пленуму наукового Товариства Патофізіологів України. - Одеса, 2002. - С. 81. Размещено на Allbest.ru