ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2022-4-98-104ssmu-5029Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSВлияние высокоуглеводной высокожировой диеты на сетчатку молодых и старых крысEffects of a high-fat, high-carbohydrate diet on the retina of young and old ratshttps://orcid.org/0000-0002-9876-6957ЛогвиновС. В.LogvinovS. V.

Логвинов Сергей Валентинович – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Mosсow Trakt, Tomsk, 634050

s_logvinov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3526-7875МустафинаЛ. Р.MustafinaL. R.

Мустафина Лилия Рамильевна – доктор медицинских наук, доцент, профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Mosсow Trakt, Tomsk, 634050

lrmustafina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9603-822XКурбатовБ. К.KurbatovB. K.

Курбатов Борис Константинович – младший научный сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии

634012, г. Томск, ул. Киевская, 111а

111a, Kievskaya Str., Tomsk, 634012

bobersanker@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2264-1928НарыжнаяН. В.NaryzhnayaN. V.

Нарыжная Наталья Владимировна – доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии

634012, г. Томск, ул. Киевская, 111а

111a, Kievskaya Str., Tomsk, 634012

natalynar@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3173-5336ВаракутаЕ. Ю.VarakutaE. Yu.

Варакута Елена Юрьевна – доктор медицинских наук, доцент, заведующая кафедрой анатомии человека с курсом топографической анатомии и оперативной хирургии

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Mosсow Trakt, Tomsk, 634050

varelen@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0468-3959ПотаповА. В.PotapovA. V.

Потапов Алексей Валерьевич – доктор медицинских наук, профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии, доктор медицинских наук

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Mosсow Trakt, Tomsk, 634050

potalex@mail.ruСибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)РоссияSiberian State Medical UniversityRussian FederationНаучно-исследовательский институт (НИИ) кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр (НИМЦ) Российской академии наукРоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center (NRMC) of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20222101202321498104Copyright © Логвинов С.В., Мустафина Л.Р., Курбатов Б.К., Нарыжная Н.В., Варакута Е.Ю., Потапов А.В., 20232023Логвинов С.В., Мустафина Л.Р., Курбатов Б.К., Нарыжная Н.В., Варакута Е.Ю., Потапов А.В.Logvinov S.V., Mustafina L.R., Kurbatov B.K., Naryzhnaya N.V., Varakuta E.Y., Potapov A.V.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/5029Цель

Цель: изучить в эксперименте влияние высокоуглеводной высокожировой диеты на сетчатку в молодом и старческом возрасте.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование проводили на самцах крыс линии Вистар в возрасте 60 и 450 сут в начале эксперимента. Животных распределяли на четыре группы: 1-я (n = 14) – интактные крысы в возрасте 150 сут на момент окончания исследования; 2-я (n = 14) – 150-суточые крысы на момент окончания 90 сут высокоуглеводной высокожировой диеты (ВУВЖД); 3-я (n = 14) – интактные крысы 540-суточного возраста на момент окончания исследования; 4-я (n = 14) – 540-суточные крысы после окончания 90 сут ВУВЖД. В работе использовали иммуноферментный и гистологический методы исследования.

Результаты

Результаты. ВУВЖД приводила к повышению концентрации глюкозы у животных обеих возрастных групп, а у старых животных вызывала выраженное увеличение содержания инсулина, TGFβ и фибронектина в сыворотке крови, неоваскуляризацию наружных слоев сетчатки, кариопикноз и массовую гибель нейросенсорных клеток, влекущую за собой разрушение слоя палочек и колбочек, резкое истончение наружного ядерного и наружного сетчатого слоев. У молодых крыс, содержавшихся на ВУВЖД, не было отмечено выраженных гистологических нарушений сетчатки.

Заключение

Заключение. ВУВЖД усиливает возрастные изменения сетчатки у старых (450-суточных) крыс.

Aim

Aim. To study the effect of a high-fat, high-carbohydrate diet on retinal morphology of young and old rats in the experiment.

Materials and methods

Materials and methods. The study was carried out on male Wistar rats aged 60 and 450 days at the beginning of the experiment. The animals were divided into 4 groups: group 1 (n = 14) included intact rats aged 150 days at the end of the experiment; group 2 (n = 14) encompassed rats (60 days old) fed with a high-fat, high-carbohydrate diet (HFHCD) for 90 days; group 3 (n = 14) included intact rats (450 days old) receiving a standard diet for 90 days; group 4 (n = 14) included rats (450 days old) fed with HFHCD for 90 days. Immunoassay and histology were used in the work.

Results

Results. HFHCD resulted in an increase in glucose concentration in animals of both age groups. In old animals, it caused a pronounced increase in the content of insulin, TGFβ, and fibronectin in the blood serum, neovascularization of outer retinal layers, as well as karyopyknosis and death of neurosensory cells, leading to destruction of photoreceptors and drastic thinning of the outer nuclear and outer plexiform layers. In young rats fed with HFHCD, no pronounced histologic disorders of the retina were noted.

Conclusion

Conclusion. HFHCD enhances age-related retinal changes in old (450-day-old) rats.

ретинопатиявозрастные изменения сетчаткивысокоуглеводная высокожировая диетаretinopathyage-related changes in the retinahigh-fathigh-carbohydrate dietReferencesDai W., Dierschke S.K., Toro A.L., Dennis M.D. Consumption of a high fat diet promotes protein O-GlcNAcylation in mouse retina via NR4A1-dependent GFAT2 expression. Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2018;1864(12):3568–3576. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.09.006.Dai W., Dierschke S.K., Toro A.L., Dennis M.D. Consumption of a high fat diet promotes protein O-GlcNAcylation in mouse retina via NR4A1-dependent GFAT2 expression. Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2018;1864(12):3568–3576. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.09.006.Hammoum I., Mbarek S., Dellaa A., Dubus E., Baccouche B., Azaiz R. et alStudy of retinal alterations in a high fat diet-induced type ii diabetes rodent: Meriones shawi. Acta Histochem. 2017;119(1):1–9. DOI: 10.1016/j.acthis.2016.05.005.Hammoum I., Mbarek S., Dellaa A., Dubus E., Baccouche B., Azaiz R. et alStudy of retinal alterations in a high fat diet-induced type ii diabetes rodent: Meriones shawi. Acta Histochem. 2017;119(1):1–9. DOI: 10.1016/j.acthis.2016.05.005.Vidal E., Lalarme E., Maire M.-A., Febvret V., Grégoire S., Gambert S. et al. Early impairments in the retina of rats fed with high fructose/high fat diet are associated with glucose metabolism deregulation but not dyslipidaemia. Sci. Rep. 2019;9(1):5997. DOI: 10.1038/s41598-019-42528-9.Vidal E., Lalarme E., Maire M.-A., Febvret V., Grégoire S., Gambert S. et al. Early impairments in the retina of rats fed with high fructose/high fat diet are associated with glucose metabolism deregulation but not dyslipidaemia. Sci. Rep. 2019;9(1):5997. DOI: 10.1038/s41598-019-42528-9.Lee K.S., Lin S., Copland D.A., Dick A.D., Liu J. Cellular senescence in the aging retina and developments of senotherapies for age-related macular degeneration. J. Neuroinflammation. 2021;18(1):32. DOI: 10.1186/s12974-021-02088-0.Lee K.S., Lin S., Copland D.A., Dick A.D., Liu J. Cellular senescence in the aging retina and developments of senotherapies for age-related macular degeneration. J. Neuroinflammation. 2021;18(1):32. DOI: 10.1186/s12974-021-02088-0.Nag T.C., Wadhwa S. Ultrastructure of the human retina in aging and various pathological states. Micron. 2012;43(7):759– 781. DOI: 10.1016/j.micron.2012.01.011.Nag T.C., Wadhwa S. Ultrastructure of the human retina in aging and various pathological states. Micron. 2012;43(7):759– 781. DOI: 10.1016/j.micron.2012.01.011.Kovács-Valasek A., Etelka Pöstyéni E., Dénes V., Mester A., Sétáló G.Jr., Gábriel R. Age-related alterations of proteins in albino Wistar rat retina. Cells Tissues Organs. 2021;210(2): 135–150. DOI: 10.1159/000515447.Kovács-Valasek A., Etelka Pöstyéni E., Dénes V., Mester A., Sétáló G.Jr., Gábriel R. Age-related alterations of proteins in albino Wistar rat retina. Cells Tissues Organs. 2021;210(2): 135–150. DOI: 10.1159/000515447.Karaca C., Karaca Z. Beyond hyperglycemia, evidence for retinal neurodegeneration in metabolic syndrome. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2018;59(3):1360–1367. DOI: 10.1167/iovs.1723376.Karaca C., Karaca Z. Beyond hyperglycemia, evidence for retinal neurodegeneration in metabolic syndrome. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2018;59(3):1360–1367. DOI: 10.1167/iovs.1723376.Godisela K.K., Reddy S.S., Kumar C.U., Saravanan N., Reddy P.Y., Jablonski M.M. et al. Impact of obesity with impaired glucose tolerance on retinal degeneration in a rat model of metabolic syndrome. Mol. Vis. 2017;23:263–274.Godisela K.K., Reddy S.S., Kumar C.U., Saravanan N., Reddy P.Y., Jablonski M.M. et al. Impact of obesity with impaired glucose tolerance on retinal degeneration in a rat model of metabolic syndrome. Mol. Vis. 2017;23:263–274.Yau P.L., Kim M., Tirsi A., Convit A. Retinal vessel alterations and cerebral white matter microstructural damage in obese adolescents with metabolic syndrome. JAMA Pediatr. 2014;168(12):e142815. DOI: 10.1001/jamapediatrics.2014.2815.Yau P.L., Kim M., Tirsi A., Convit A. Retinal vessel alterations and cerebral white matter microstructural damage in obese adolescents with metabolic syndrome. JAMA Pediatr. 2014;168(12):e142815. DOI: 10.1001/jamapediatrics.2014.2815.Thierry M., Pasquis B., Buteau B., Fourgeux C., Dembele D., Leclere L. et al. Early adaptive response of the retina to a pro-diabetogenic diet: Impairment of cone response and gene expression changes in high-fructose fed rats. Exp. Eye. Res. 2015;135:37–46. DOI: 10.1016/j.exer.2015.04.012.Thierry M., Pasquis B., Buteau B., Fourgeux C., Dembele D., Leclere L. et al. Early adaptive response of the retina to a pro-diabetogenic diet: Impairment of cone response and gene expression changes in high-fructose fed rats. Exp. Eye. Res. 2015;135:37–46. DOI: 10.1016/j.exer.2015.04.012.Paz M.C., Barcelona P.F., Subirada P.V., Ridano M.E., Chiabrando G.A., Castro C. et al. Metabolic syndrome triggered by fructose Diet impairs neuronal function and vascular integrity in ApoE-KO mouse retinas: Implications of autophagy deficient activation. Front. Cell Dev. Biol. 2020;8:573987. DOI: 10.3389/fcell.2020.573987.Paz M.C., Barcelona P.F., Subirada P.V., Ridano M.E., Chiabrando G.A., Castro C. et al. Metabolic syndrome triggered by fructose Diet impairs neuronal function and vascular integrity in ApoE-KO mouse retinas: Implications of autophagy deficient activation. Front. Cell Dev. Biol. 2020;8:573987. DOI: 10.3389/fcell.2020.573987.Логвинов С.В., Потапов А.В. Структурные изменения сетчатки при комбинированном воздействии света и рентгеновских лучей. Морфология. 2000;117(1):19–23.Логвинов С.В., Потапов А.В. Структурные изменения сетчатки при комбинированном воздействии света и рентгеновских лучей. Морфология. 2000;117(1):19–23.Tisi A., Parete G., Flati V., Maccarone R. Up-regulation of pro-angiogenic pathways and induction of neovascularization by an acute retinal light damage. Sci. Rep. 2020;10(1):6376. DOI: 10.1038/s41598-020-63449-y.Tisi A., Parete G., Flati V., Maccarone R. Up-regulation of pro-angiogenic pathways and induction of neovascularization by an acute retinal light damage. Sci. Rep. 2020;10(1):6376. DOI: 10.1038/s41598-020-63449-y.Toma C., De Cillà S., Palumbo A., Garhwal D.P., Grossini E. Oxidative and Nitrosative Stress in Age-Related Macular Degeneration: A Review of Their Role in Different Stages of Disease. Antioxidants (Basel). 2021;10(5):653. DOI: 10.3390/antiox10050653.Toma C., De Cillà S., Palumbo A., Garhwal D.P., Grossini E. Oxidative and Nitrosative Stress in Age-Related Macular Degeneration: A Review of Their Role in Different Stages of Disease. Antioxidants (Basel). 2021;10(5):653. DOI: 10.3390/antiox10050653.Rezzola S., Loda A., Corsini M., Semeraro F., Annese T., Presta M. et al. Angiogenesis-Inflammation Cross Talk in Diabetic Retinopathy: Novel Insights From the Chick Embryo Chorioallantoic Membrane/Human Vitreous Platform. Front. Immunol. 2020;11:581288. DOI: 10.3389/fimmu.2020.581288.Rezzola S., Loda A., Corsini M., Semeraro F., Annese T., Presta M. et al. Angiogenesis-Inflammation Cross Talk in Diabetic Retinopathy: Novel Insights From the Chick Embryo Chorioallantoic Membrane/Human Vitreous Platform. Front. Immunol. 2020;11:581288. DOI: 10.3389/fimmu.2020.581288.Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Tрубачева O.А., Петрова И.В., Гречишникова А.Ю. и др. Влияние высокожировой и высокоуглеводной диеты на клетки крови крыс. Бюллетень сибирской медицины. 2021;20(3):6–12. DOI: 10.20538/1682-0363-2021-3-6-12.Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Tрубачева O.А., Петрова И.В., Гречишникова А.Ю. и др. Влияние высокожировой и высокоуглеводной диеты на клетки крови крыс. Бюллетень сибирской медицины. 2021;20(3):6–12. DOI: 10.20538/1682-0363-2021-3-6-12.Wheeler S.E., Lee N.Y. Emerging roles of transforming growth factor β signaling in diabetic retinopathy. J. Cell. Physiol. 2017;232(3):486–489. DOI: 10.1002/jcp.25506.Wheeler S.E., Lee N.Y. Emerging roles of transforming growth factor β signaling in diabetic retinopathy. J. Cell. Physiol. 2017;232(3):486–489. DOI: 10.1002/jcp.25506.Huang H. Pericyte-endothelial interactions in the retinal microvasculature. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(19):7413. DOI: 10.3390/ijms21197413.Huang H. Pericyte-endothelial interactions in the retinal microvasculature. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(19):7413. DOI: 10.3390/ijms21197413.Goumans M.-J., Valdimarsdottir G., Itoh S., Rosendahl A., Sideras P., Ten Dijke P. Balancing the activation state of the endothelium via two distinct TGF-beta type I receptors. EMBO J. 2002;21(7):1743–1753. DOI: 10.1093/emboj/21.7.1743.Goumans M.-J., Valdimarsdottir G., Itoh S., Rosendahl A., Sideras P., Ten Dijke P. Balancing the activation state of the endothelium via two distinct TGF-beta type I receptors. EMBO J. 2002;21(7):1743–1753. DOI: 10.1093/emboj/21.7.1743.Gacka M., Adamiec J. The role of transforming growth factor-beta in the pathogenesis of diabetic retinopathy. Przegl. Lek. 2006;63(5):296–298. (In Polish).Gacka M., Adamiec J. The role of transforming growth factor-beta in the pathogenesis of diabetic retinopathy. Przegl. Lek. 2006;63(5):296–298. (In Polish).Van Geest R.J., Klaassen I., Vogels I.M., Van Noorden C.J., Schlingemann R.O. Differential TGF-{beta} signaling in retinal vascular cells: a role in diabetic retinopathy? Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2010;51(4):1857–1865. DOI: 10.1167/iovs.09-4181.Van Geest R.J., Klaassen I., Vogels I.M., Van Noorden C.J., Schlingemann R.O. Differential TGF-{beta} signaling in retinal vascular cells: a role in diabetic retinopathy? Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2010;51(4):1857–1865. DOI: 10.1167/iovs.09-4181.Chaqour B., Karrasch C. Eyeing the extracellular matrix in vascular development and microvascular diseases and bridging the divide between vascular mechanics and function. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(10):3487. DOI: 10.3390/ijms21103487.Chaqour B., Karrasch C. Eyeing the extracellular matrix in vascular development and microvascular diseases and bridging the divide between vascular mechanics and function. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(10):3487. DOI: 10.3390/ijms21103487.

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