ФГБОУ ВО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава России
Экспериментальные модели патологий щитовидной железы
Сергалиева Мариям Утежановна, старший преподаватель кафедры фармакогнозии, фармацевтической технологии и биотехнологии
Абдулкадырова Эльвира Ильдаровна, аспирант кафедры фармакогнозии, фармацевтической технологии и биотехнологии
Ясенявская Анна Леонидовна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры фармакогнозии, фармацевтической технологии и биотехнологии
Рассмотрены вопросы экспериментального моделирования патологии щитовидной железы у лабораторных животных (гипотиреоз, гипертиреоз и др.), проведен анализ исследовательских работ, изучающих функциональные нарушения со стороны различных систем организма, которые происходят в данных экспериментальных условиях. Сегодня среди наиболее надежных и легко воспроизводимых экспериментальных моделей патологий щитовидной железы широкое применение нашли химические модели. Показано, что на фоне заболеваний щитовидной железы изменяется функциональное состояние иммунной, сердечно-сосудистой, нервной и других систем организма.
Ключевые слова: эндокринная система, щитовидная железа, экспериментальная модель, экспериментальные животные, гипотиреоз, гипертиреоз.
EXPERIMENTAL MODELS OF THYROID PATHOLOGIES
Sergalieva Mariyam U., Senior teacher of the Department, Astrakhan State Medical University
Abdulkadyrova Elvira I., post-graduate student, Astrakhan State Medical University
Yasenyavskaya Anna L., Cand. Sci. (Med.), Associate professor of Department, Astrakhan State Medical University
This article presents data revealing the issues of experimental modeling of thyroid pathology in laboratory animals (hypothyroidism, hyperthyroidism, etc.), as well as an analysis of research studies studying functional disorders of various body systems occurring in these experimental conditions. Among the most reliable and easily reproducible experimental models of thyroid pathologies, chemical models are widely used today. It is shown that against the background of thyroid diseases, the functional state of the immune, cardiovascular, nervous, and other body systems changes.
Key words: endocrine system, thyroid gland, experimental model, experimental animals, hypothyroidism, hyperthyroidism.
Сегодня среди всех заболеваний желез внутренней секреции заболевания щитовидной железы (ЩЖ), такие как гипертиреоз, гипотиреоз, аутоиммунный тиреоидит, диффузный токсический зоб, микседема и многое другое, занимают второе место по распространенности после сахарного диабета. Эксперты Всемирной организации здравоохранения отмечают, что с каждым годом заболевания ЩЖ обнаруживаются все чаще, примерно у каждого десятого жителя планеты [7, 3, 9, 16, 23, 24, 36, 39]. Дисфункция ЩЖ полиэтиологична и может быть связана с аномалией развития, генетической патологией, дефицитом Т-супрессоров, воспалительным процессом в ткани ЩЖ, врожденным дефектом ферментных систем, медикаментозной терапией, струмогенным эффектом дефицита микроэлементов и другими причинами [10, 25, 32]. Учитывая тот факт, что в последнее время отмечается рост заболеваемости ЩЖ, интерес исследователей направлен на формирование (подбор) экспериментальных моделей эндокринных заболеваний с целью изучения и анализа фармакологических свойств новых соединений, а также достоверного выявления особенностей в механизме действия уже известных лекарственных средств [33].
К числу самых распространенных эндокринных заболеваний ЩЖ относят гипотиреоз и гипертиреоз [6, 8, 12, 29, 31, 34, 38]. Механизм развития гипотиреоза определяется снижением уровня гормонов ЩЖ, что приводит к торможению обменных процессов, а также снижению активности ряда ферментов (малатдегидрогеназы, пиридиновой дегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы) [19] и газообмена, торможению развития ткани мозга и угнетению высшей нервной деятельности [4, 11]. Различают первичный гипотиреоз, возникающий в результате повреждения ЩЖ (хронический аутоиммунный тиреоидит и другие виды тиреоидитов) и вторичный - вследствие поражения гипофиза и/или гипоталамуса (новообразования, воспалительно-инфильтративные заболевания). Самая частая причина гипертиреоза (тиреотоксикоза) - диффузный токсический зоб, на его долю приходится от 60 до 90 % случаев [7]. На втором месте по частоте стоят многоузловой токсический зоб и токсическая аденома щитовидной железы, на долю которых приходится 10-40 % случаев тиреотоксикоза. В основе патогенетического механизма диффузного токсического зоба лежит нарушение функционального равновесия между Т-супрессорами и Т-хелперами, вследствие чего появляются «запрещенные» клоны Т-лимфоцитов, действующие в отношении антигенов фолликулярного эпителия ЩЖ, что в свою очередь, способствует образованию тиреоидстимулирующих антител, взаимодействие которых с рецепторным аппаратом фолликулярного эпителия ЩЖ приводит к усиленной продукции тиреоидных гормонов [18, 34].
В настоящее время отмечается неуклонный рост патологии ЩЖ, поэтому большое значение для изучения вопросов патогенеза, клиники, лечения и профилактики данных заболеваний имеет разработка экспериментальных моделей, при выборе которых необходимо учитывать адекватность, валидность, биоэтичность, чувствительность к различным физиологическим, фармакологическим, генетическим и иным манипуляциям.
Для экспериментальной биологии и медицины значимым является изучение моделей патологических состояний ЩЖ, что подтверждается значительным количеством научных исследований [1, 10, 20, 28, 33]. Сегодня для моделирования экспериментального гипер-, гипотиреоза и других заболеваний ЩЖ широко применяют химические модели. На модели экспериментального гипертиреоза путем ежедневных (12 дней) подкожных инъекций водного раствора гормона ЩЖ трийодтиронина в дозе 15 мкг/кг взрослым белым крысам-самцам показано, что подобные манипуляции вызывают формирование типичных симптомов гипертиреоидного состояния у животных: увеличение ректальной температуры, уровня трийодтиронина (T3) и тироксина (T4), массы ЩЖ, скорости потребления кислорода и частоты сердечных сокращений, выпадение шерсти, снижение массы тела [13]. При развитии экспериментального гипертиреоза были обнаружены многочисленные изменения со стороны активности различных фрагментов нервно-мышечного аппарата, что является проявлением их патофизиологического эффекта, выраженность которого определяют степенью нарушения тиреоидного статуса.
Исследователями А.С. Айвазовой и В.К. Колхиром (2009) разработана экспериментальная модель гипертиреоза у нелинейных крыс-самцов, полученная путем ежедневного перорального введения тиреотома в виде водной взвеси в еженедельно возрастающей дозе 25, 50, 100, 150, 200 мкг/кг в течение 6 недель, которая отражает клиническую картину функционального гипертиреоза с повышенным содержанием тиреоидных гормонов Т3, Т4 [1]. щитовидный эндокринный гипертиреоз
Установлено, что моделирование экспериментального гипертиреоза на животных путем ежедневного перорального введения тиреотома, представляющего собой комбинацию субстанций лиоти- ронина в дозе 40 мкг/кг и левотироксина натрия в дозе 160 мкг/кг в течение 8 недель в составе пищи, характеризуется увеличением: фолликулярно-коллоидного индекса, количества новообразованных фолликулов, высоты тироцитов, содержания связанного йода в коллоиде, объемной доли и плотности коллоида [20, 28].
В опытах на крысах линии Wistar с экспериментальным гипертиреозом, смоделированным путем ежедневного введения левотироксина натрия в дозе 5,0 мкг/100 г в течение 14 дней, показано, что у животных отмечается повышение процессов липопероксидации, активности каталазы и суперок- сиддисмутазы наряду с увеличением уровня тиреоидных гормонов [27].
Экспериментально установлено, что у мышей, на которых моделировали гипертиреоз путем внутрибрюшинного введения L-тироксина 50 мкг/сут в течение 40 недель, наблюдаются двигательные и эмоциональные нарушения в поведении в тесте «Открытое поле» [15]. У гипертиреоидных животных, начиная с 18 недели эксперимента, прослеживается увеличение количественных показателей всех компонентов исследовательской активности и груминга. При этом по мере удлинения эксперимента (до 40 недель) нарушения в поведении становятся более заметными. Также в ходе данного исследования установлено, что длительный гипертиреоз способствует повышению уровня дофамина в структурах головного мозга (гиппокамп, кора). Выявлено, что при гипертиреозе повышается экспрессия GFAP и VEGF с понижением экспрессии PDGFR-a в тех же структурах, что способствует умеренному изменению активности дофаминергической и серотонинергической систем головного мозга лабораторных животных. Авторы обнаружили, что в коре головного мозга мышей при гипертиреозе наблюдаются стойкие структурные признаки усиления белок-синтезирующей активности в цитоплазме (снижение плотности гетерохроматина в ядре, увеличение числа полирибосом и гипертрофии комплекса Гольджи, проявление признаков деструкции миелиновых волокон, дистрофических изменений эндотелиоцитов и периваскулярного пространства, нарушений в аксошипиковых синапсах и капилляростаз) [15].
Ученые Рязанского государственного медицинского университета установили, что на фоне экспериментального гипертиреоза, моделируемого подкожным введением кроликам породы Шиншилла L-тироксина в дозе 100 мкг/кг в течение 14 дней, отмечается повышение экспрессии глико- протеина-P в печени, тощей кишке и коре больших полушарий головного мозга [37].
Установлено, что течение экспериментального гипертиреоза, вызванного ежедневным внутрижелудочным введением L-тироксина в дозе 50 мкг/100 г массы тела в течение месяца, приводит к существенным структурным нарушениям почечной паренхимы белых беспородных крыс-самцов [5].
Исследователи Кубанского государственного медицинского университета при создании модели тиреотоксической нефропатии на белых нелинейных крысах путем перорального введения L-тироксина в дозе 1 мг/1 мл воды в течение 4 месяцев определили, что развитие экспериментального гипертиреоза сопровождается увеличением объема выпиваемой жидкости и развитием морфологических признаков нефропатии [17].
Т.Н. Попова с соавторами (2016) выявили, что при развитии гипертиреоза, вызванного путем внутрибрюшинного введения T3 в дозировке 100 мкг/100 г массы тела, растворенного в 0,9 % натрия хлорида в течение 6 дней, в кардиомиоцитах белых крыс-самцов происходит возрастание концентрации диеновых конъюгатов, ингибирование активности аконитатгидратазы, накопление цитрата и ув е- личение содержания карбонильных групп белков, что свидетельствует об их окислительной модификации [26].
В исследованиях на крысах-самцах Wistar, у которых моделировали гипертиреоз путем введения лиотиронина (трийодтиронина 50) в дозе 10 мкг/100 г массы тела в течение недели, было установлено, что экспериментальный гипертиреоз сопровождается повышением биоцидности и снижением функциональных резервов фагоцитирующих клеток в ткани пародонта и крови, снижением компенсаторных возможностей антиоксидантной системы и ростом интенсивности перекисного окисл е- ния липидов [21].
Выявлено, что состояние тиреоидного статуса влияет на минеральный обмен, при этом наибольшие изменения в содержании химических элементов зафиксированы в организме крыс с экспериментальным гипертиреозом. Так, у крыс-самцов Wistar моделировали состояние гипертиреоза путем внутрибрюшинного введения L-тироксина в дозе 200 мкг/кг массы тела ежедневно на протяжении 10-35 дней и экспериментальный гипотиреоз путем внутрибрюшинного введения мерказолила в дозе 1 мг/100 г массы тела, ежедневно в течение 15 дней. У крыс с гипер- и гипотиреозом было обнаружено более высокое содержание В, Co, V и Al. Кроме того, в организме животных с гипертиреозом выявлены более высокие значения Cr, Fe, Mn, Ni, Zn и Cd относительно гипотиреозных крыс [22].
При развитии гипотиреоза наблюдается следующая картина, демонстрирующая закономерные изменения показателей морфофункционального состояния железы: снижение в крови концентрации Т3, Т4 и повышение уровня содержания тиреотропного гормона по механизму обратной связи, уменьшение массы ЩЖ [35]. Учеными Рязанского государственного медицинского университета предложен способ моделирования гипотиреоза путем однократного внутрижелудочного введения тиамазола (мерказолила) в виде водно-крахмальной суспензии крысам в дозе 5-50 мг/кг/сут в течение 21 дня. Установлено, что на фоне мерказолилового гипотиреоза к концу введения препарата в дозах 5 и 50 мг/кг/сут снижается уровень T3 и T4 в плазме крови животных. Выявлено, что после прекращения введения мерказолила наблюдается тенденция к спонтанной нормализации функции ЩЖ, хотя состояние гипотиреоза сохраняется и спустя 3 недели после отмены препарата. Так, уровень T3 в плазме остается сниженным к 7, 14 и 21 дню после окончания введения мерказолила, а уровень T4 к 7 дню после окончания введения мерказолила снижается, к 14 дню достигает нормы, к 21 дню наблюдается компенсаторное превышение нормы. Авторы рекомендуют для предотвращения собственных органотоксических эффектов мерказолила использовать дозу препарата 5 мг/кг [35].
Как показывают методы иммуноферментного анализа сыворотки крови, при внутрижелудоч- ном введении половозрелым крысам-самцам тиреостатика - мерказолила из расчета 5 мг/100 г массы тела в течение 21 дня у животных развиваются характерные для гипотиреоза изменения в содержании тиреоидных гормонов. Более высокие дозы мерказолила (10 и 20 мг/100 г массы тела) искажают экспериментальную модель гипофункционального состояния ЩЖ. Так, у животных на 2 сутки введения мерказолила отмечали проявления его побочных эффектов, например, снижение повседневной активности, крысы проводили большую часть времени в состоянии сна; на 3 сутки наблюдались признаки агрессивного поведения; на 9 сутки у двух особей появился паралич двигательных функций задних конечностей [14].
В исследованиях на крысах-самцах породы Wistar, у которых моделировали экспериментальный гипотиреоз ежедневным введением per os мерказолила в дозе 25 мг/кг в течение 21 дня, выявлено, что мерказолиловый гипотиреоз сопровождается усилением напряженности системы перекисного окисления липидов и снижением способности тканей к репарации [21].
В ходе исследования активности ферментов энергетического обмена печени крыс-самцов с гипотиреозом, вызванным ежедневным внутрижелудочным введением мерказолила в дозе 2,5 мг/100 г массы тела в течение 3 недель, обнаружено, что экспериментальный гипотиреоз сопровождается снижением активности митохондриальных ферментов - малат- и глутаматдегидрогеназ с одновременным повышением активности сукцинатдегидрогеназы [11]. Кроме того, экспериментальный мер- казолиловый гипотиреоз, созданный данной моделью на крысах-самцах, приводит к снижению маркеров метаболизма костной ткани (С-концевых телопептидов коллагена типа I и костной щелочной фосфатазы), при этом уровни Са, Р и Mg в крови не меняются; а также к повышению содержания уровней гонадотропинов, паратиреоидного гормона, интерлейкина-ф, интерлейкина-6 и фактора некроза опухоли а [2, 10].