Цель

ssmu

Бюллетень сибирской медицины

Bulletin of Siberian Medicine

1682-03631819-3684

Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

10.20538/1682-0363-2020-4-14-20

ssmu-4142

Research Article

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ORIGINAL PAPERS

Экспериментальная модель метаболического синдрома у крыс на основе высокожировой и высокоуглеводной диеты

High-fat, high-carbohydrate diet-induced experimental model of metabolic syndrome in rats

https://orcid.org/0000-0003-1237-9786

Бирулина

Ю. Г.

Birulina

J. G.

канд. биол. наук, доцент, кафедра биофизики и функциональной диагностики

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

birulina20@yandex.ru

https://orcid.org/0000-0001-9348-4945

Иванов

В. В.

Ivanov

V. V.

канд. биол. наук, руководитель Центра доклинических исследований ЦНИЛ

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-6714-1938

Буйко

Е. Е.

Buyko

E. E.

лаборант, Центр доклинических исследований ЦНИЛ; аспирант, Исследовательскаяшкола химических и биомедицинских технологий

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

30, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-5145-2184

Быков

В. В.

Bykov

V. V.

аспирант, кафедра биохимии и молекулярной биологии с курсом клинической лабораторной диагностики; начальник отдела фармакологических исследований

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

Россия, 634021, г. Томск, ул. Елизаровых, 79/4

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

79/4, Elizarovikh Str., Tomsk, 634021, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-5263-027X

Смаглий

Л. В.

Smagliy

L V.

канд. мед. наук, доцент, кафедра биофизики и функциональной диагностики

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-0119-9707

Носарев

А. В.

Nosarev

A. V.

д-р мед. наук, профессор, кафедра биофизики и функциональной диагностики

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-9034-4226

Петрова

И. В.

Petrova

I. V.

д-р биол. наук, профессор, кафедра биофизики и функциональной диагностики

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-5047-8668

Гусакова

С. В.

Gusakova

S. V.

д-р мед. наук, зав. кафедрой биофизики и функциональной диагностики

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

Попов

О. С.

Popov

O. S.

д-р мед. наук, доцент, профессор кафедры общей хирургии, СибГМУ, г. Томск

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

Васильев

В. Н.

Vasilev

V. N.

д-р биол. наук, профессор, кафедра физической культуры и здоровья, СибГМУ

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation

Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)РоссияSiberian State Medical UniversityRussian Federation

Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ); Национальный исследовательский Томский политехнический университет (НИ ТПУ)РоссияSiberian State Medical University; National Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian Federation

Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ); ООО «Инновационные фармакологические разработки»РоссияSiberian State Medical University; Innovative Pharmacology ResearchRussian Federation

2020

07012021

1941420

2021

Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Быков В.В., Смаглий Л.В., Носарев А.В., Петрова И.В., Гусакова С.В., Попов О.С., Васильев В.Н.

Birulina J.G., Ivanov V.V., Buyko E.E., Bykov V.V., Smagliy l.V., Nosarev A.V., Petrova I.V., Gusakova S.V., Popov O.S., Vasilev V.N.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/4142

Цель

Цель. Разработать экспериментальную модель метаболического синдрома (МС) у крыс на основе высокожировой и высокоуглеводной диеты.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование выполнено на 20 самцах крыс линии Вистар, которые были распределены на контрольную и опытную группы. Крысы контрольной группы находились на стандартной диете. Крысы опытной группы в течение 12 нед получали высокожировую и высокоуглеводную диету, содержащую животный жир (17%), фруктозу (17%) и 20%-й раствор фруктозы вместо питьевой воды. В конце исследования у животных измеряли массу тела, артериальное давление (АД), проводили глюкозотолерантный (ГТТ) и инсулинотолерантный (ИТТ) тесты. В плазме крови определяли отдельные показатели липидного обмена, в печени – содержание триацилглицеролов (ТАГ) и холестерина (ХС).

Результаты

Результаты. Содержание животных на высокожировой и высокоуглеводной диете в течение 12 нед приводило к повышению АД, увеличению удельной массы висцеральной жировой ткани. Выполнение ГТТ и ИТТ позволило выявить у крыс с МС гипергликемию, нарушение толерантности к глюкозе и инсулинорезистентность. Было обнаружено увеличение концентрации ТАГ в плазме крови крыс опытной группы, при этом уровень общего ХС не отличался от контроля. У крыс с МС наблюдалось увеличение удельной массы печени, а также содержания в ней ТАГ и ХС.

Заключение

Заключение. Полученная экспериментальная модель диет-индуцированного метаболического синдрома воспроизводит большинство типичных признаков МС у человека и может быть полезна в изучении патофизиологических основ развития МС и методов его профилактики и лечения.

Purpose

Purpose. The study is focused on development of high-fat, high-carbohydrate diet-induced experimental model of metabolic syndrome (MS) in rats.

Materials and methods

Materials and methods. The 6-week old Wistar rats (n = 20) were used for study. Rats were separated into control and experimental groups. The rats from the control group were fed standard rat chow. The rats from the experimental group had a high-fat, high-carbohydrate diet rich in lard (17%) and fructose (17%) and drank 20% fructose solution. At the end of the study, body weight and blood pressure (BP) were assessed. After 12 weeks of a diet load, an oral glucose tolerance test (GTT) and insulin tolerance test (ITT) were carried out. Lipid and protein biochemical parameters in plasma were analyzed. Adipose tissue and liver were measured at the end of the study. The levels of triacylglycerol (TAG) and cholesterol (Сh) in the liver were determined by enzymatic methods.

Results

Results. High-fat, high-carbohydrate diet feeding in rats for 12 weeks led to BP elevation and increase in the adipose tissue/body weight ratio. Hyperglycemia, impaired glucose tolerance and insulin resistance were found in rats with MS by means of GTT and ITT. Elevation of plasma TAG level was observed in the experimental group, although plasma total Сh and HDL-Ch did not differ from those of controls. Liver/body weight ratio and the level of TAG and Ch in the liver were elevated in rats with MS.

Conclusion

Conclusion. Experimental rat model of diet-induced MS reproduces many aspects of MS in humans. This model may be useful for studying the pathophysiology of MS and methods for its prevention and treatment.

метаболический синдромвысокожировая и высокоуглеводная диетаожирениедислипидемиягипергликемияинсулинорезистентность

metabolic syndromehigh-fathigh-carbohydrate dietobesitydyslipidemiahyperglycemiainsulin resistance

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Томской области в рамках научного проекта № 19-415-703015 (№ 18-44-700009, 18-44703008) и Совета по грантам президента Российской Федерации (МК-143.2020.4)

The study was funded by RFBR and Tomsk region according to the research project No. 19-415-703015 (No. 18-44-700009, 18-44703008) and by The Council for Grants of the President of the Russian Federation (CS-143.2020.4).

References1

Alberti K.G., Zimmet P., Shaw J. Metabolic syndrome-a new world-wide definition. A consensus statement from the International Diabetes Federation. Diabet. Med. 2006; 23 (5): 469–480. DOI: 10.1111/j.1464-5491.2006.01858.x.

Saklayen M.G. The global epidemic of the metabolic syndrome. Curr. Hypertens. Rep. 2018; 20 (2): 12. DOI: 10.1007/s11906-018-0812-z.

Aydin S., Aksoy A., Aydin S., Kalayci M., Yilmaz M., Kuloglu T., Citil C., Catak Z. Today’s and yesterday’s of pathophysiology: Biochemistry of metabolic syndrome and animal models. Nutrition. 2014; 30 (1): 1–9. DOI: 10.1016/j.nut.2013.05.013.

Potenza M.V., Mechanick J.I. The metabolic syndrome: definition, global impact, and pathophysiology. Nutr. Clin. Pract. 2009; 24 (5): 560–577. DOI: 10.1177/0884533609342436.

Fowler M.J. Microvascular and macrovascular complications of diabetes. Clinical Diabetes. 2008; 26 (2): 77–82. DOI: 10.2337/diaclin.26.2.77.

Ройтберг Г.Е. Метаболический синдром. М.: МЕД-М54 пресс-информ, 2007: 224.

Кравчук Е.Н., Галагудза М.М. Экспериментальные модели метаболического синдрома. Артериальная гипертензия. 2014; 20 (5): 377–383. DOI: 10.18705/1607-419X-2014-20-5-377-383.

Байрашева В.К., Пчелин И.Ю., Егорова А.Э., Василькова О.Н., Корнюшин О.В. Экспериментальные модели алиментарного ожирения у крыс. Juvenis Scientia. 2019; 9–10: 8–13. DOI: 10.32415/jscientia.2019.09-10.02.

Kwitek A.E. Rat models of metabolic syndrome. Methods Mol. Biol. 2019; 2018: 269–285. DOI: 10.1007/978-1-4939-9581-3_13.

Panchal S.K., Brown L. Rodent models for metabolic syndrome research. J. Biomed. Biotechnol. 2011; 2011: 351982. DOI: 10.1155/2011/351982.

Gancheva S., Zhelyazkova-Savova M., Galunska B., Chervenkov T. Experimental models of metabolic syndrome in rats. Scripta Scientifica Medica. 2015; 47 (2): 23–30. DOI: 10.14748/ssm.v47i2.1145.

Moreno-Fernández S., Garcés-Rimón M., Vera G., Astier J., Landrier J.F., Miguel M. High fat/high glucose diet induces

metabolic syndrome in an experimental rat model. Nutrients. 2018; 10 (10): 1502. DOI: 10.3390/nu10101502.

Lim J.S., Mietus-Snyder M., Valente A., Schwarz J.M., Lustig R.H. The role of fructose in the pathogenesis of NAFLD and the metabolic syndrome. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2010; 7: 251–264. DOI: 10.1038/nrgastro.2010.41.

Panchal S.K., Poudyal H., Iyer A., Nazer R., Alam A., Diwan V., Kauter K., Sernia C., Campbell F., Ward L., Gobe G., Fenning A., Brown L. High-carbohydrate high-fat diet-induced metabolic syndrome and cardiovascular remodeling in rats. J. Cardiovasc. Pharmacol. 2011; 57 (5): 611–624. DOI: 10.1097/FJC.0b013e31821b1379.

Sadowska J., Bruszkowska M. Comparing the effects of sucrose and high-fructose corn syrup on lipid metabolism and the risk of cardiovascular disease in male rats. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 2017; 16 (2): 231–240. DOI: 10.17306/J.AFS.0482.

Dupas J., Feray A. Goanvec C., Guernec A., Samson N., Bougaran P., Guerrero F., Mansourati J. Metabolic syndrome and hypertension resulting from fructose enriched diet in Wistar rats. Biomed. Res. Int. 2017; 2017: 2494067. DOI: 10.1155/2017/2494067.

Patarrao R.S., Lautt W.W., Macedo M.P. Assessment of methods and indexes of insulin sensitivity. Rev. Port. Endocrinol. Diabetes Metab. 2014; 9 (1): 65–73. DOI: 10.1016/j.rpedm.2013.10.004.

Folch J., Lees M., Sloane-Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues. J. Biol. Chem. 1957; 226 (1): 497–509.

Dobiásová M., Frohlich J. The plasma parameter log (TG/HDL-C) as an atherogenic index: correlation with lipoprotein particle size and esterification rate in apoB- lipoprotein-depleted plasma (FER(HDL)). Clin. Biochem. 2001; 34 (7): 583–588. DOI: 10.1016/s0009-9120(01)00263-6.

Nagai Y., Yonemitsu S., Erion D.M., Iwasaki T., Stark R., Weismann D., Dong J., Zhang D., Jurczak M.J., Löffler M.G., Cresswell J., Yu X.X., Murray S., Bhanot S., Monia B.P., Bogan J.S., Samuel V., Shulman G.I. The role of peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 beta in the pathogenesis of fructose-induced insulin resistance. Cell Metab. 2009; 9 (3): 252–264. DOI: 10.1016/j.cmet.2009.01.011.

Dos Santos Lacerda D., Garbin de Almeida M., Teixeira C., De Jesus A., Da Silva Pereira J.E., Martins Bock P., Pegas Henriques J.A., Gomez R., Dani C., Funchal C. Biochemical and physiological parameters in rats fed with high-fat diet: the protective effect of chronic treatment with purple grape juice (Bordo Variety). Beverages. 2018; 4 (4): 100. DOI: 10.3390/beverages4040100.

Ткачук В.А., Воротников А.В. Молекулярные механизмы развития резистентности к инсулину. Сахарный диабет. 2014; 2: 29–40. DOI: 10.14341/DM2014229-40.

Schaefer E.J., Gleason J.A., Dansinger M.L. Dietary fructose and glucose differentially affect lipid and glucose homeostasis. J. Nutr. 2009; 139 (6): 1257–1262. DOI: 10.3945/jn.108.098186.

Alam M.A., Kauter K., Brown L. Naringin improves diet- induced cardiovascular dysfunction and obesity in high carbohydrate, high fat diet-fed rats. Nutrients. 2013; 5 (3): 637–650. DOI: 10.3390/nu5030637.

Fernández-Macías J.C., Ochoa-Martínez A.C., Varela- Silva J.A., Pérez-Maldonado I.N. Atherogenic index of plasma: novel predictive biomarker for cardiovascular illnesses. Arch. Med. Res. 2019; 50 (5): 285–294. DOI: 10.1016/j.arcmed.2019.08.009.

Basaranoglu M., Basaranoglu G., Sabuncu T., Sentürk H. Fructose as a key player in the development of fatty liver disease. World J. Gastroenterol. 2013; 19 (8): 1166–1172. DOI: 10.3748/wjg.v19.i8.1166.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.