Диет-индуцированные модели метаболических нарушений. Сообщение 5: экспериментальная артериальная гипертензия

Введение

Артериальная гипертензия (АГ), являющаяся самым распространенным неинфекционным заболеванием на земном шаре (более 1 млрд больных), служит основной причиной серьезных поражений сердечно-сосудистой системы (ишемическая болезнь сердца, хроническая сердечная недостаточность и др.), почек (хроническая болезнь почек и др.) и головного мозга (острое нарушение мозгового кровообращения и др.), а также каждого 7-го летального исхода [1–3]. Причем АГ практически всегда сопутствует таким заболеваниям как метаболический синдром (МС), ожирение и сахарный диабет 2-го типа (СД 2-го типа) [4], усугубляя их течение. Однако, несмотря на наличие в настоящее время большого количества препаратов для лечения АГ, патогенез развития и течения этого заболевания еще до конца не понят, что затрудняет поиск ЛС и профилактики. Поэтому адекватные экспериментальные модели необходимы для более углубленного изучения патогенеза АГ, а также для поиска средств профилактики и лечения АГ, что является чрезвычайно актуальной проблемой.

Характеристика артериальной гипертензии

Артериальная гипертензия – это и самостоятельное заболевание (эссенциальная АГ, или гипертоническая болезнь – ГБ), и симптом при множестве других заболеваний [5]. В настоящее время научно-практическое значение имеют 2 классификации: по уровню АД и по стадиям ГБ. Настоящая статья посвящена моделированию АГ у животных, поэтому здесь нет конкретных цифр классификации АГ по уровням АД у человека, однако ниже представлены показатели АД как контрольных животных, так и животных на разных рационах питания при индукции АГ.

Классификация собственно ГБ по стадиям подразумевает 3 стадии заболевания в зависимости от наличия и интенсивности поражения органов – мишеней: сердца, головного мозга, сетчатки глаз, почек и сосудов [5]. При этом на I стадии ГБ при наличии повышенного АД изменения в органах-мишенях отсутствуют; на II – отмечается наличие одного или нескольких изменений, определяемых лабораторными или инструментальными методами; на III стадии появляются уже явные симптомы со стороны органов-мишеней и их заболевания (стенокардия, инфаркт миокарда, инсульт, почечная недостаточность и др.). Следует отметить, что первичная АГ (ГБ) составляет 95% всех случаев длительного повышения артериального давления, вторичная АГ (симптом при заболеваниях почек и других органов, участвующих в регуляции артериального давления) – около 5% [6].

В патогенезе развития АГ задействованы различные факторы. Остановимся лишь на основных, которые так или иначе связаны с питанием. АГ является многофакторным заболеванием с генетической предрасположенностью и возникает в результате сложного взаимодействия факторов окружающей среды и генетических факторов. Среди основных факторов выделяют избыток NaCl и некоторых гормонов (стероиды, инсулин), нарушение экскреции Na⁺, избыточный вес, некоторые заболевания (ожирение, СД 2-го типа и др.), атеросклероз артерий, в том числе почечных [4, 5]. Поэтому, в рекомендациях по изменению образа жизни больных АГ большое значение придается уменьшению потребления NaCl и снижению массы тела [5]. Некоторые исследователи вообще считают избыточное потребление NaCl основной причиной АГ [3].

На тесную связь между увеличением потребления NaCl и ростом заболеваемости АГ указывает М.А. Garfinkle [7] в аналитическом обзоре. Причем NaCl влияет на АД не только путем непосредственного воздействия на водно-солевой обмен, но и опосредованно – через эндотелий сосудов [8].

Одновременно многочисленные исследования свидетельствуют о развитии АГ при моделировании на животных МС, ожирения, атеросклероза и СД 2-го типа [4, 9–11]. В.И. Подзолков [5] приводит также результаты анализа современной литературы, свидетельствующие о важном значении инсулинрезистентности и гиперинсулинемии в патогенезе АГ.

Рационы питания и виды животных, используемые для индукции артериальной гипертензии

Экспериментальные диет-индуцированные модели АГ широко используются как для углубленного изучения патогенеза заболевания [12], так и для поиска средств его профилактики и лечения [13, 14]. В основном используются 2 модели: солевая и сахарная; причем последняя гораздо реже.

Для индукции солевой АГ наиболее часто применяют рационы питания, содержащие от 4 [8, 15, 16] до 8% NaCl [8, 15, 17]; при этом контрольные животные получают 0,1–0,5% NaCl с рационом, реже – 0,7–0,8% [8, 15, 18, 19]. Иногда применяют введение NaCl не с рационом, а с питьевой водой (1% раствор NaCl); контрольные животные получают чистую воду [20]. В качестве базового рациона питания для животных чаще всего используют рационы питания AIN-76 и AIN – 93 с различными модификациями [16, 17, 21].

Длительность применения NaCl варьирует от 10 дней [20] до 3 [17], 8–9 [8, 22], 11 [16] и 36 нед [12]. T.S. Pavlov et al. [23] показали, что АД увеличивается прямо пропорционально количеству поваренной соли (0,4, 4 и 8%) в рационе крыс, а V. McLoone et al. [18] и B.T. Endres et al. [17] свидетельствуют о повышении АД с ростом длительности применения NaCl. При этом максимальный подъем АД происходит на 40–50-й день нахождения на высокосолевом рационе, затем наблюдается некоторое снижение АД [18].

Что касается «сахарной» модели АГ, то изначально для этой цели, действительно, использовали сахарозу или глюкозу [24, 25]. Однако в дальнейшем исследователи начали применять фруктозу, потребление большого количества которой более стабильно вызывает АГ [26]. Для индукции АГ обычно используют рационы питания, содержащие 60% фруктозы, или стандартные рационы питания с добавлением 10% фруктозы в воду для питья [26, 27]. При этом как и для солевых моделей, наиболее часто используют крыс, но в основном – диких аутбредных линий (Sprague Dawley, Wistar и др.) [26]. Причем для моделей с применением фруктозы необходимы более длительные сроки для развития АГ, чем для солевых – от 8 нед до 12 мес (наиболее часто – 3–5 мес) [27].

Поэтому некоторые исследователи для более стабильного и быстрого развития АГ к рациону питания, содержащему 60% фруктозы, добавляют в питьевую воду 1% NaCl [27]. Иногда, наоборот, к рациону питания, содержащему 4 или 8% NaCl, добавляют воду для питья с 4 или 10% фруктозы [28, 29], что также ускоряет развитие АГ и ИР [29]. Так, например, максимальный подъем АД отмечается уже  на 5-й неделе нахождения на рационе питания с содержанием в корме 4% NaCl и 4 г фруктозы на 100 мл питьевой воды, с последующим снижением АГ к концу 6-й недели и стабилизацией на довольно высоком уровне к 7-й неделе [28]. При этом среднее значение артериального давления на 7-й неделе использования этого рациона питания было 145±6 мм рт. ст., тогда как в контроле с 0,7% соли и без фруктозы – 126±5 мм рт. ст.

Кроме того, АГ часто развивается на моделях метаболического синдрома – высокожировой и высокоуглеводный рационы [10, 30], причем особо выраженный подъем АД у крыс линии Wistar вызывает рацион с высоким содержанием и жира и углеводов (161±3 мм рт. ст.) по сравнению с показателем в контроле (132±3 мм рт. ст.) [31]. При этом в эксперименте длительностью 16 нед высокое содержание жира обеспечивалось за счет говяжьего жира (300 г на 1 кг корма) и сгущенного молока (395 г на 1 кг корма), а углеводов – путем замены кукурузного крахмала фруктозой (175 г на 1 кг корма) [31]. АГ также развивается и на моделях ожирения – высокожировой и высокофруктозный рационы [11, 32, 33].

Вместе с тем как указывают Н.З. Клюева и соавт. [20], реакции организма на потребление NaCl зависят от количества в рационе питания некоторых минералов: дефицит калия и кальция, увеличивая чувствительность к NaCl, способствует развитию солечувствительной АГ, а высокое их содержание, наоборот, снижает риск развития  солечувствительной АГ. Рацион питания с высоким содержанием фосфора и дефицитом цинка увеличивал систолическое АД у крыс линий Wistar и SHR [34]. В связи с этим для моделирования АГ логично остановиться на рационах питания не только с повышенным содержанием NaCl, но и с ограничением калия, кальция и цинка на фоне увеличения количества фосфора.

В зависимости от реакции АД на количество потребляемого CaNl выделяют солечувствительных и солерезистентных здоровых людей и больных АГ. При этом как среди людей есть солечувствительные и нечувствительные к высокому содержанию соли индивидуумы [35], так и среди животных имеются разные линии животных, у которых высокое содержание соли в рационе вызывает АГ или не оказывает такового влияния [18]. Для нас важно то, что наличие повышенной чувствительности АД к солевой нагрузке может определять более частое развитие кардиоваскулярных осложнений, чем в категории солерезистентных больных людей или животных.

Поэтому для поиска лечебных и профилактических средств при АГ наиболее часто используются экспериментальные модели на спонтанно гипертензивных крысах (SHR) [13] и солечувствительных крысах линии Dahl (Dahl/SS) [13, 16, 17]. Причем АГ у крыс Dahl/SS присущи многие черты солечувствительной АГ человека [15]. Следует иметь в виду, что АД у солечувствительных крыс Dahl даже на обычном рационе питания возрастает с возрастом до 160–170 мм рт. ст. [13]

Кроме того, АГ развивается при моделировании МС на крысах Zucker с ожирением и СД 2-го типа (ZDF), спонтанно-гипертензивных крысах с ожирением (SHROВ), крысах Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF), крысах Wistar Ottawa Karlsburg W (WOKW) [36]. Одновременно у крыс линии ZDF развивается эндотелиальная дисфункция, сходная с диабетической микроангиопатией у людей. Следует отметить, что АГ на фоне моделей МС и ожирения развивается позже, чем на солевых моделях АГ [36].

Для оценки эффективности исследуемых препаратов в качестве контроля часто используются не только интактные крысы на обычном рационе питания и животные, получающие гипертензивный рацион, но и животные, находящиеся на гипертензивном рационе на фоне известных гипотензивных препаратов (каптоприл и др.) [13].

При моделировании АГ следует учитывать более высокую подверженность к повышению АД у самцов по сравнению с самками, что обусловлено неблагоприятным влиянием половых гормонов самцов, в частности тестостерона, который повышает чувствительность к натрию, ухудшает функцию эндотелия сосудов и т.п., а также благоприятным влиянием половых гормонов самок [37, 38]. Причем, как указывают Х.И. Ибрагимова и соавт. [37], имеются половые различия и приверженности к лечению антигипертензивными препаратами. Поэтому в большинстве экспериментальных исследований при моделировании АГ используются самцы [ 13, 17, 20].

Показатели, используемые для оценки артериальной гипертензии у животных

Основные показатели для оценки АГ у животных – АД (систолическое – САД, диастолическое – ДАД, среднее). Именно они анализируются в первую очередь как в опытных, так и в контрольных группах животных при исследовании различных способов и средств профилактики и лечения АГ. При этом регистрация АД у животных проводится разными методами: манжеточным, при котором животному на хвост надевают окклюзионную манжетку, соединенную с электроманометром ENEMA (Швеция) [20], или аналогичным ему плетизмографическим с помощью хвостовой манжеты (Narco Bio Systems, Houston, TX) [19, 23], или с помощью имплантированных телеметрических устройств (DSI) [16, 17].

Следует отметить, что у животных, находящихся на рационах с высоким содержанием NaCl, достоверно снижается масса тела, в несколько раз возрастает потребление воды и суточный объем выделяемой мочи [16, 39, 40] (табл. 1 и 2). Эти показатели также можно использовать для оценки степени воздействия как экспериментальных рационов питания, так и исследуемых препаратов.

Многие исследователи для оценки эффективности средств, применяемых для снижения неблагоприятного влияния АГ на организм подопытных животных, проводят исследование состояния эндотелия сосудов [13]. Отмечая негативное воздействие высокого содержания NaCl в рационе на функции эндотелия, М.А. Boegehold [8] указывает не только на возможное развитие АГ, но и на повышение риска сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта. В патогенезе нарушений, развивающихся в эндотелии при поступлении избыточных количеств NaCl, существенную роль играет окислительный стресс [8], показатели которого также ценны для контроля состояния животных при моделировании солевой АГ. К.А. Сысоев [42] отмечает важное значение в патогенезе АГ провоспалительных цитокинов [интерлейкин-1β (IL1β), фактор некроза опухоли альфа (TNFα), IL6], синтезируемых эндотелием, а также связывания эндотелиальными клетками липопротеинов низкой плотности, нарушаемых при АГ.

Н.Н. Крюков и соавт. [43] считают одним из маркеров риска развития АГ факт наличия инсулинорезистентности. И действительно, S. Aydin и соавт. [29] четко показали, что на фоне рациона с 8% NaCl повышается не только САД и ДАД, но и инсулинорезистентность уже к 4-й неделе эксперимента.

На фоне рациона с высоким содержанием NaCl солечувствительные крысы Dahl демонстрируют быстрое и заметное повышение значения среднего уровня АД и альбуминурии [17]. Так, уже на 7-й день АД у крыс на гиперсолевом рационе (128±1 мм рт. ст.) существенно превышало таковое у контрольных крыс (116±4 мм рт. ст.), на 14-й день разница в уровнях АД была еще больше (146±3 мм рт. ст. vs 119±4 мм рт. ст. в контроле), а к 21-му дню АД на фоне рациона с 8% NaCl составляло 172±5 мм рт. ст., в то время как на рационе с 0,4% NaCl – 122±4 мм рт. ст. Что касается альбуминурии, то исследователи установили резкое увеличение коэффициента соотношения альбумина и креатинина мочи – 131±0,1 у контроля vs 3,47±0,33 – на 3-й день, 6,75±1,27 – на 7-й день, 13,28±2,14 – на 14-й день и 17,04±2,68 – на 21-й день у животных опытной группы [17].

Соль-индуцированная АГ приводит к развитию гипертрофии левого желудочка у крыс, чувствительных к соли (Dahl/SS) [16], что выражается в достоверном росте массы сердца у животных с АГ (см. табл. 2).

Заключение

Среди моделей АГ наиболее эффективными в плане быстроты достижения АГ и ее адекватности АГ человека являются высокосолевые модели (8% NaCl в рационе питания) с добавлением в питьевую воду 4% или 10% фруктозы. Модели АГ с использованием только фруктозы (до 60% в рационе питания) менее эффективны. Для ускорения развития АГ на фоне высоко-солевых моделей можно уменьшать в рационах питания содержание калия, кальция и цинка, увеличивая при этом количество фосфора.

Для создания экспериментальных моделей АГ большинство исследователей используют линии спонтанно гипертензивных крыс (SHR) и солечувствительных крыс линии Dahl. При этом дикие породы грызунов (линии Wistar, Sprague Dawley) применяют в качестве контроля. Мыши привлекаются к экспериментам реже вследствие малых размеров, затрудняющих как измерение АД, так и отбор проб крови для анализа. Возможно также изучение АГ как симптома МС, ожирения или болезней почек, при моделировании указанных заболеваний.

Для оценки адекватности создаваемых моделей АГ у животных следует, в первую очередь, использовать показатели АД (систолическое, диастолическое, среднее) в сравнении с таковыми у контрольных животных, с тем, чтобы в дальнейшем изучать те или иные способы и средства профилактики и лечения АГ. Кроме того, надо анализировать различные показатели обмена веществ, окислительного стресса, провоспалительных цитокинов, состояния эндотелия, почек, массы сердца, объема выделяемой мочи и другие, тесно связанные с АГ.