Сахарный диабет (СД) является одним из самых распространненых неинфекционных заболеваний человека. На сегодняшний момент, заболевание часто встречается не только в странах с низким экономическим развитием, но и в индустриально развитых странах, где распространненость патологии достигает 10 – 15% [1].
Одной из основных проблем диагностики СД является длительность бессимптомного периода. В результате чего, СД выявляется уже на стадии тяжелых, необратимых поздних осложнений, которые могли бы быть успешно предотвращены при своевременном начале лечения. Однако значительная доля случаев СД протекает без очевидных клинических симптомов и остается нераспознанным в течение длительного времени.
Патогенез СД1
Сахарный диабет 1 типа вызван деструкцией бета-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. Абсолютные дефицит инсулина приводит к гипергликемии и иным тяжелым метаболическим нарушениям. Отсутствие инсулина у пациента неминуемо приводит к диабетическому кетоацидозу. В основном, в литературе описываются случаи развития СД1 у детей, подростков и молодых людей, но в последнее время все чаще диагностируется и у людей старше 30 лет, такой тип диабета отнесли к медленно развивающемуся иммуноопосредованнму СД1 у взрослых [2].
Классический вариант дебюта СД1 характеризуется острым началом с развитием полиурии, полидипсии, жажды. Отмечается значительное снижение массы тела. Состояние пациента быстро ухудшается, развивается ацетонурия. Отсутствие своевременного назначения инсулина может привести к развитию кетоацидотической комы, тяжелому состоянию больного.
Большая часть людей с СД1 при диагностике имеют доказательства иммуноопосредованного процесса – наличие антител к антигенам β-клеток: аутоантитела к инсулину (IAA), к глутаматдекарбоксилазе (GAD), тирозинфосфатаза-подобному белку (IA-2А), к цитоплазматическим антигенам островковых клеток (ICA) и к транспортерам цинка – ZnT8. Имеется сильная ассоциация заболевания с генами главного комплекса гистосовместимости (HLA) в области DQA, DQB [3]. Однако следует подчеркнуть, что в данном случае наследуется не само заболевание, а особенности иммунной системы, способные, при определенных условиях, привести к запуску (триггированию) аутоиммунных реакций.
Моделирование сахарного диабета 1 типа
При изучении сахарного диабета в последние десятилетия были созданы многочисленны модели, которые включают в себя химические, хирургические, гормональные, вирус-индуцированные и генетические вмешательства. Несмотря на то, что подходы к методологии моделирования диабета известны достаточно давно, экспериментальные методики различаются даже в рамках одной модели.
Хирургические модели
Хирургическое удаление поджелудочной железы является одним из наиболее надежных методов развития инсулинозависимого сахарного диабета 1 типа. Однако полезность этого метода ограничена у мелких животных из-за факторов стресса, связанных с операцией. Несмотря на это ограничение, на этой модели проводится большое количество исследований из-за простоты процедуры, а также доступной стоимости.
Генетические модели
Хотя данные о людях необходимы для изучения этиологии сахарного диабета 1 типа, спонтанные модели грызунов являются основными животными, используемыми в исследованиях диабета. Среди них выделяются мыши с диабетом без ожирения (NOD) и крысы Biobreeding (BB) (Biobreeding Laboratories, Онтарио, Канада). Эти спонтанные штаммы произошли от пула нормальных животных путем тщательного отбора особей, склонных к сахарному диабету 1 типа.
Мыши NOD являются наиболее предпочтительной моделью для изучения этиопатогенеза сахарного диабета 1 типа. У мышей NOD наблюдаются те же клинические симптомы диабета (гипергликемия, полиурия и полидипсия), что и у людей. Подобно людям, мыши NOD претерпевают субклиническую деструкцию бета-клеток до того, как проявляется явный диабет, и демонстрируют сходство на генетическом уровне.
BB-крысы (BioBreeding rats) получены от аутбредных крыс Wistar в 1974 г. в Канаде. Животные склонны к развитию таких симптомов заболевания, как потеря веса, полиурия, полидипсия, гипергликемия и инсулинопения, которые приводят к развитию тяжелого кетоацидоза и смерти. Клиническая картина проявляется в среднем на 12-й неделе жизни животного, часто во время полового созревания (8–16-я неделя). Заболеваемость среди крыс составляет более 90 %, причем она одинакова среди самцов и самок. Подобно мышам NOD, островки Лангерганса BB-крыс подвергаются иммунной атаке Т-, B-лимфоцитами, макрофагами и естественными киллерами, что вызывает развитие инсулита [4].
Химические модели
Для создания модели диабета используются химические агенты, в результате действия которых происходит избирательное повреждение β-клеток поджелудочной железы и развивается картина сахарного диабета. Для индукции модели применяют несколько веществ, обладающих диабетогенной активностью, наиболее полуряные из них: стрептозотоцин и аллоксан.
Первоначально аллоксан использовали в качестве бета-цитотоксического агента для индукции симптомов диабета как у мышей, так и у крыс. У животных, получавших аллоксан, проявлялись классические симптомы диабета человека (гипергликемия, глюкозурия, полиурия, полидипсия и т. д.). Но использование аллоксана приводит к таким нежелательным факторам как почечная токсичность, а так же у мышей, получавших аллоксан, может наблюдаться спонтанное выздоровление от хронического диабетического состояния.
Стрептозотоцин (СТЗ), другой бета-цитотоксический агент, был более специфичен в отношении разрушения бета-клеток. Это мощный алкилирующий агент, вызывающий разрыв дезоксирибонуклеиновой кислоты в бета-клетках. Дополнительным преимуществом STZ является то, что степень повреждения бета-клеток зависит от дозы, его используют для создания субклинических состояний диабета.
Вирус-индуцированный метод
Хорошо известно, что проникновение вирусных белков в биологическую систему может инициировать сигнальный каскад, который приводит к экспрессии некоторых генов цитокинов. Как только цитотоксический Т-лимфоцит пролиферирует и дифференцируется в активированную эффекторную клетку, он может вызвать лизис инфицированной вирусом клетки. Синдром, подобный сахарному диабету 1 типа, можно индуцировать при BB-DR с помощью определенных вирусов, таких как вирус Коксаки В, вирус энцефаломиокардита и крысиный вирус Килхэма.
Модели с участием более крупных животных
Текущие правила безопасности лекарственных средств требуют, чтобы фармакокинетические и фармакодинамические свойства новых химических соединений были проверены как на грызунах, так и на лабораторных животных, не являющихся грызунами, до введения их человеку. Выбор животных крупнее грызунов – сложный вопрос, который учитывает ряд факторов, таких как физиологическое/метаболическое сходство, профиль заболевания, а также стоимость и доступность животных. Виды животных, которые в настоящее время используются в исследованиях сахарного диабета 1 типа, включают собак, приматов, свиней и мини-свиней.
Методы оценки динамики патологического процесса СД1 у лабораторных животных
Для выявления клинических, биохимических и гистологических признаков СД 1 типа у экспериментальных животных проводят исследования в динамике. Рассмотрим данные исследования на примере введения стрептозотоцина крысам. На протяжении всего периода развития СД1 у крыс исследуют количество глюкозы крови (считается, что можно говорить о стойком развитии СД1 у крыс при концентрации глюкозы более 150 ммоль/л) [5], гликированный гемоглобин (HbA1c не зависит от физических нагрузок, приема пищи или суточных колебаний глюкозы, по его концентрации можно судить о среднем содержании глюкозы в крови за последние 8–12 недель), массу тела, выраженность полиурии, полифагии, полидипсии, наличие трофических поражений.
Помимо этого изучают структурные нарушения в паренхиме внутренних органов морфологическими методами. Для этого животных, выведенных из исследования лишают еды на 12-часовой период, умерщвляют, извлекают поджелудочную железу, которую затем фиксируют в растворе Буэна. Состояние островков Лангерганса поджелудочной железы и их функциональную активность оценивают на срезах, окрашенных гематоксилином и эозином. Тимус, селезёнку и почки каждого животного фиксируют в 10% формалине, затем готовят парафиновые срезы и окрашивают гематоксилином и эозином для последующего выявления и оценки степени тяжести структурных нарушений в органах [6].
Вывод
Приведенные данные не отражают весь спектр разработанных на сегодняшний день моделей СД1. Количество моделей постоянно растет, но они недостаточно изучены. При этом следует учитывать, что каждая экспериментальная модель воссоздает лишь определенные звенья патогенеза СД1 и не имеет полного соответствия с развитием и течением этого заболевания у человека. Поэтому продолжаются работы по модификации имеющихся и созданию новых более совершенных моделей, наиболее полно отражающих изменения, присущие СД1 у человека.