cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2021-36-3-119-126cardiotomsk-1253Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESВозрастные особенности формирования инсулинорезистентности организма и чувствительности к инсулину адипоцитов у крыс при индуцированном метаболическом синдромеAge-related features of developing insulin resistance and adipocyte sensitivity to insulin in rats with induced metabolic syndromehttps://orcid.org/0000-0003-2264-1928НарыжнаяН. В.NaryzhnayaN. V.

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

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Natalia V. Naryzhnaya, Dr. Sci. (Med.)., Leading Research Scientist, Laboratory of Experimental Cardiology.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

natalynar@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1237-9786БирулинаЮ. Г.BirulinaYu. G.

Бирулина Юлия Георгиевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры биофизики и функциональной диагностики.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Yulia G. Birulina, Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Department of Biophysics and Functional Diagnostics.

2, Moskovsky tract, Tomsk, 634050

birulina20@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9603-822XКурбатовБ. К.KurbatovB. K.

Курбатов Борис Константинович - младший научный сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Boris K. Kurbatov, Junior Research Scientist, Laboratory of Experimental Cardiology.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

bobersanker@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4502-0836СиротинаМ. С.SirotinaM. A.

Сиротина Мария Александровна - младший научный сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Maria A. Sirotina, Junior Research Scientist, Laboratory of Experimental Cardiology.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

sirotina_maria@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6020-1598МасловЛ. Н.MaslovL. N.

Маслов Леонид Николаевич - доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией экспериментальной кардиологии.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Leonid N. Maslov, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the Laboratory of Experimental Cardiology.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

maslov@cardio-tomsk.ruНаучно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр, Российская академия наукРоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияSiberian State Medical UniversityRussian Federation202107102021363119126Copyright © Нарыжная Н.В., Бирулина Ю.Г., Курбатов Б.К., Сиротина М.С., Маслов Л.Н., 20212021Нарыжная Н.В., Бирулина Ю.Г., Курбатов Б.К., Сиротина М.С., Маслов Л.Н.Naryzhnaya N.V., Birulina Y.G., Kurbatov B.K., Sirotina M.A., Maslov L.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1253

Пожилой возраст и инсулинорезистентность, сопровождающая метаболический синдром, являются значимыми факторами формирования сердечно-сосудистой патологии.

Цель работы

Цель работы: выявление возрастных особенностей формирования инсулинорезистентности организма и резистентности к инсулину адипоцитов крыс при индуцированном метаболическом синдроме.

Материал и методы

Материал и методы. Исследование проведено на крысах-самцах линии Вистар, которые были распределены на следующие группы: 1-я (n = 14) – интактные крысы в возрасте 150 дней на момент окончания исследования; 2-я  (n = 14) – крысы в возрасте 150 дней на момент окончания 90-дневной диеты с высоким содержанием углеводов и жиров (ВУВЖД); 3-я (n = 14) – интактные крысы 540-дневного возраста на момент окончания исследования; 4-я (n = 14) – крысы в возрасте 540 дней после окончания 90-дневной ВУВЖД. Состав диеты: 16% белков, 21% жиров, 46% углеводов, в том числе 17% фруктозы, 0,125% холестерина с заменой питьевой воды 20%-м раствором фруктозы. По окончании диеты измеряли массу тела, органов, содержание в сыворотке крови глюкозы, инсулина, триглицеридов, лептина, триглицеридов в печени. Адипоциты эпидидимальной жировой ткани выделяли энзиматически, исследовали содержание активных форм кислорода (АФК) с помощью 2,3-дигидродихлорфлуоресцеина диацетата (DCF); выявлено усиление выработки АФК и ингибирование липолиза в ответ на инсулин.

Результаты

Результаты. Обнаружено, что в обеих возрастных группах при ВУВЖД формируются признаки метаболического синдрома: висцеральное ожирение, гипергликемия, инсулинорезистентность (HOMA-IR), однако в группе молодых крыс более выражены показатели ожирения, в то время как у крыс старшей возрастной группы – призна   ки инсулинорезистентности. Лептинемия имела прямую корреляционную связь с HOMA-IR (rSp = 0,485; p = 0,03). Инсулинорезистентность адипоцитов наблюдали у крыс старше 540 дней после ВУВЖД.

Заключение

Заключение. Полученные результаты позволяют говорить о том, что возраст является фактором риска развития инсулинорезистентности организма; под влиянием возраста происходит снижение чувствительности адипоцитов к инсулину при метаболическом синдроме. Возможным механизмом усугубления инсулинорезистентности с возрастом может быть повышение содержания лептина в сыворотке крови.

Old age and insulin resistance accompanying metabolic syndrome are significant factors in the development of cardiovascular pathology.

Aim

Aim. The aim of the study was to identify the age-related characteristics of developing insulin resistance on the body level and insulin resistance in rat adipocytes in animals with induced metabolic syndrome.

Material and Methods

Material and Methods. The study was carried out on male Wistar rats, which were divided into the following groups: group 1 (n = 14) comprised intact rats aged 150 days at the end of study; group 2 (n = 14) comprised rats aged 150 days at the end of 90-day period on diet with high contents of carbohydrates and fats (HCHFD); group 3 (n = 14) comprised intact rats aged 540 days at the end of the study; group 4 (n = 14) comprised rats aged 540 days after the end of 90-day HCHFD. Diet composition was as follows: 16% proteins, 21% fats, 46% carbohydrates including 17% fructose, 0.125% cholesterol, and replacement of drinking water with a 20%-fructose solution. At the end of the diet, body and organ weights were measured, and contents of glucose, insulin, triglycerides, serum leptin, and liver triglycerides were assessed. Epididymal adipose tissue adipocytes were isolated enzymatically. The content of reactive oxygen species (ROS) was investigated using 2,3-dihydrodichlorofluorescein diacetate. Increased ROS production and lipolysis inhibition in response to insulin were observed.

Results

Results. The signs of metabolic syndrome were observed in both age groups of HCHFD animals and included visceral obesity, hyperglycemia, and insulin resistance measured by homeostatic model assessment of insulin resistance (HOMA-IR). However, the obesity indicators were more pronounced in the group of young rats, whereas the signs of insulin resistance prevailed in older rats. Leptinemia directly correlated with HOMA-IR (rSp = 0.485, p = 0.03). Insulin resistance of adipocytes was observed in rats older than 540 days after the HCHFD.

Conclusion

Conclusion. The obtained results suggested that age was a risk factor for the development of insulin resistance on the body level. Aging resulted in a decrease in the adipocyte sensitivity to insulin in metabolic syndrome. An increase in leptin may be a possible mechanism for worsening of insulin resistance with age.

возрастинсулинорезистентностьметаболический синдромageinsulin resistancemetabolic syndromeРабота выполнена в рамках темы фундаментальных исследований А15-115120910024-0. Разработка методики моделирования индуцированного метаболического синдрома выполнена при финансовой поддержке Совета по грантам Российской Федерации (МК-143.2020.4)The work was carried out within the framework of the theme of fundamental research A15-115120910024-0ReferencesKatsimardou A., Imprialos K., Stavropoulos K., Sachinidis A., Dou mas M., Athyros V. Hypertension in metabolic syndrome: Novel insights. Curr. Hypertens. Rev. 2020;16(1):12–18. DOI: 10.2174/1573402115666190415161813.Katsimardou A., Imprialos K., Stavropoulos K., Sachinidis A., Dou mas M., Athyros V. Hypertension in metabolic syndrome: Novel insights. Curr. Hypertens. Rev. 2020;16(1):12–18. DOI: 10.2174/1573402115666190415161813.Gouveia É.R., Gouveia B.R., Marques A., Peralta M., França C., Lima A. et al. Predictors of metabolic syndrome in adults and older adults from Amazonas. Brazil. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021;18(3):1303. DOI: 10.3390/ijerph18031303.Gouveia É.R., Gouveia B.R., Marques A., Peralta M., França C., Lima A. et al. Predictors of metabolic syndrome in adults and older adults from Amazonas. Brazil. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021;18(3):1303. DOI: 10.3390/ijerph18031303.Reaven G.M. Insulin resistance: The link between obesity and cardiovascular disease. Endocrinol. Metab. Clin. North. Am. 2008;37(3):581– 601. DOI: 10.1016/j.ecl.2008.06.005.Reaven G.M. Insulin resistance: The link between obesity and cardiovascular disease. Endocrinol. Metab. Clin. North. Am. 2008;37(3):581– 601. DOI: 10.1016/j.ecl.2008.06.005.Kou H., Deng J., Gao D., Song A., Han Z., Wei J. et al. Relationship among adiponectin insulin resistance and atherosclerosis in non-diabetic hypertensive patients and healthy adults. Clin. Exp. Hypertens. 2018;40(7):656–663. DOI: 10.1080/10641963.2018.1425414.Kou H., Deng J., Gao D., Song A., Han Z., Wei J. et al. Relationship among adiponectin insulin resistance and atherosclerosis in non-diabetic hypertensive patients and healthy adults. Clin. Exp. Hypertens. 2018;40(7):656–663. DOI: 10.1080/10641963.2018.1425414.Naryzhnaya N.V., Koshelskaya O.A., Kologrivova I.V., Kharitonova O.A., Evtushenko V.V., Boshchenko A.A. Hypertrophy and insulin resistance of epicardial adipose tissue adipocytes: Association with the coronary artery disease severity. Biomedicines. 2021;9(1):64. DOI: 10.3390/biomedicines9010064.Naryzhnaya N.V., Koshelskaya O.A., Kologrivova I.V., Kharitonova O.A., Evtushenko V.V., Boshchenko A.A. Hypertrophy and insulin resistance of epicardial adipose tissue adipocytes: Association with the coronary artery disease severity. Biomedicines. 2021;9(1):64. DOI: 10.3390/biomedicines9010064.Tofler G.H., Muller J.E., Stone P.H., Willich S.N., Davis V.G., Poole W.K. et al. Factors leading to shorter survival after acute myocardial infarction in patients ages 65 to 75 years compared with younger patients. Am. J. Cardiol. 1988;62(13):860–867. DOI: 10.1016/0002-9149(88)90882-X.Tofler G.H., Muller J.E., Stone P.H., Willich S.N., Davis V.G., Poole W.K. et al. Factors leading to shorter survival after acute myocardial infarction in patients ages 65 to 75 years compared with younger patients. Am. J. Cardiol. 1988;62(13):860–867. DOI: 10.1016/0002-9149(88)90882-X.Strait J.B., Lakatta E.G. Aging-associated cardiovascular changes and their relationship to heart failure. Heart Fail. Clin. 2012;8(1):143–164. DOI: 10.1016/j.hfc.2011.08.011.Strait J.B., Lakatta E.G. Aging-associated cardiovascular changes and their relationship to heart failure. Heart Fail. Clin. 2012;8(1):143–164. DOI: 10.1016/j.hfc.2011.08.011.Avolio A.P., Kuznetsova T., Heyndrickx G.R., Kerkhof P.L.M., Li J.K.-J. Arterial flow, pulse pressure and pulse wave velocity in men and women at various ages. In: Advances in experimental medicine and biology. New York: Springer LLC; 2018;1065:153–168. DOI: 10.1007/978-3-319-77932-4_10.Avolio A.P., Kuznetsova T., Heyndrickx G.R., Kerkhof P.L.M., Li J.K.-J. Arterial flow, pulse pressure and pulse wave velocity in men and women at various ages. In: Advances in experimental medicine and biology. New York: Springer LLC; 2018;1065:153–168. DOI: 10.1007/978-3-319-77932-4_10.Strazhesko I.D., Kashtanova D.A., Dudinskaya E.N., Tkacheva O.N. Arterial aging: The role of hormonal and metabolic status and telomere biology. In: Biomarkers of human aging; Moskalev A. (ed.). New York: Springer, Cham; 2019;10:329–348. DOI: 10.1007/978-3-030-24970-0_20.Strazhesko I.D., Kashtanova D.A., Dudinskaya E.N., Tkacheva O.N. Arterial aging: The role of hormonal and metabolic status and telomere biology. In: Biomarkers of human aging; Moskalev A. (ed.). New York: Springer, Cham; 2019;10:329–348. DOI: 10.1007/978-3-030-24970-0_20.Lind L., Sundström J., Ärnlöv J., Risérus U., Lampa E. A longitudinal study over 40 years to study the metabolic syndrome as a risk factor for cardiovascular diseases. Sci. Rep. 2021;11(1):2978. DOI: 10.1038/s41598-021-82398-8.Lind L., Sundström J., Ärnlöv J., Risérus U., Lampa E. A longitudinal study over 40 years to study the metabolic syndrome as a risk factor for cardiovascular diseases. Sci. Rep. 2021;11(1):2978. DOI: 10.1038/s41598-021-82398-8.Naryzhnaya N., Kurbatov B., Gorbunov A., Derkachev I., Logvinov S., Birulina J. et al. High carbohydrate high fat diet induces the production of connective tissue growth factors, increased blood pressure, and changes in the aortic wall in aged rats. FASEB J. 2021;35:S1.05125. DOI: 10.1096/fasebj.2021.35.S1.05125.Naryzhnaya N., Kurbatov B., Gorbunov A., Derkachev I., Logvinov S., Birulina J. et al. High carbohydrate high fat diet induces the production of connective tissue growth factors, increased blood pressure, and changes in the aortic wall in aged rats. FASEB J. 2021;35:S1.05125. DOI: 10.1096/fasebj.2021.35.S1.05125.Birulina Yu.G., Ivanov V.V., Buyko E.E., Bykov V.V., Smagliy L.V., Nosarev A.V. et al. High-fat, high-carbohydrate diet-induced experimental model of metabolic syndrome in rats. Bulletin of Siberian Medicine. 2020;19(4):14–20 (In Russ.). DOI: 10.20538/1682-0363-20204-14-20.Birulina Yu.G., Ivanov V.V., Buyko E.E., Bykov V.V., Smagliy L.V., Nosarev A.V. et al. High-fat, high-carbohydrate diet-induced experimental model of metabolic syndrome in rats. Bulletin of Siberian Medicine. 2020;19(4):14–20 (In Russ.). DOI: 10.20538/1682-0363-20204-14-20.Folch J., Lees M., Sloane Stanley G. A simple method for the isola tion and purification of total lipides from animal tissues. J. Biol. Chem. 1957;226:497–509.Folch J., Lees M., Sloane Stanley G. A simple method for the isola tion and purification of total lipides from animal tissues. J. Biol. Chem. 1957;226:497–509.Ilan E., Tirosh O., Madar Z. Triacylglycerol-mediated oxidative stress inhibits nitric oxide production in rat isolated hepatocytes. J. Nutr. 2005;135(9):2090–2095. DOI: 10.1093/jn/135.9.2090.Ilan E., Tirosh O., Madar Z. Triacylglycerol-mediated oxidative stress inhibits nitric oxide production in rat isolated hepatocytes. J. Nutr. 2005;135(9):2090–2095. DOI: 10.1093/jn/135.9.2090.Thalmann S., Juge-Aubry C.E., Meier C.A. Explant cultures of white adipose tissue. Methods Mol. Biol. 2008;456:195–199. DOI: 10.1007/978-1-59745-245-8_14.Thalmann S., Juge-Aubry C.E., Meier C.A. Explant cultures of white adipose tissue. Methods Mol. Biol. 2008;456:195–199. DOI: 10.1007/978-1-59745-245-8_14.Suga H., Matsumoto D., Inoue K., Shigeura T., Eto H., Aoi N. et al. Numerical measurement of viable and nonviable adipocytes and other cellular components in aspirated fat tissue. Plast. Reconstr. Surg. 2008;122(1):103–114. DOI: 10.1097/PRS.0b013e31817742ed.Suga H., Matsumoto D., Inoue K., Shigeura T., Eto H., Aoi N. et al. Numerical measurement of viable and nonviable adipocytes and other cellular components in aspirated fat tissue. Plast. Reconstr. Surg. 2008;122(1):103–114. DOI: 10.1097/PRS.0b013e31817742ed.Steinhorn B., Sartoretto J.L., Sorrentino A., Romero N., Kalwa H., Dale Abel E. et al. Insulin-dependent metabolic and inotropic responses in the heart are modulated by hydrogen peroxide from NADPH-oxidase isoforms NOX2 and NOX. Free Radic. Biol. Med. 2017;113:16–25. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.09.006.Steinhorn B., Sartoretto J.L., Sorrentino A., Romero N., Kalwa H., Dale Abel E. et al. Insulin-dependent metabolic and inotropic responses in the heart are modulated by hydrogen peroxide from NADPH-oxidase isoforms NOX2 and NOX. Free Radic. Biol. Med. 2017;113:16–25. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.09.006.Burgeiro A., Fuhrmann A., Cherian S., Espinoza D., Jarak I., Carvalho R.A. et al. Glucose uptake and lipid metabolism are impaired in epicardial adipose tissue from heart failure patients with or without diabetes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2016;310(7):E550–E564. DOI: 10.1152/ajpendo.00384.2015.Burgeiro A., Fuhrmann A., Cherian S., Espinoza D., Jarak I., Carvalho R.A. et al. Glucose uptake and lipid metabolism are impaired in epicardial adipose tissue from heart failure patients with or without diabetes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2016;310(7):E550–E564. DOI: 10.1152/ajpendo.00384.2015.Viswanadha S., Londos C. Determination of lipolysis in isolated pri mary adipocytes BT. Methods Mol. Biol. 2008;456:299–306. DOI: 10.1007/978-1-59745-245-8_22.Viswanadha S., Londos C. Determination of lipolysis in isolated pri mary adipocytes BT. Methods Mol. Biol. 2008;456:299–306. DOI: 10.1007/978-1-59745-245-8_22.Do Bonfim T.H.F., Tavares R.L., de Vasconcelos M.H.A., Gouveia M., Nunes P.C., Soares N.L. et al. Potentially obesogenic diets alter metabolic and neurobehavioural parameters in Wistar rats: A comparison between two dietary models. J. Affect Disord. 2021;279:451–461. DOI: 10.1016/j.jad.2020.10.034.Do Bonfim T.H.F., Tavares R.L., de Vasconcelos M.H.A., Gouveia M., Nunes P.C., Soares N.L. et al. Potentially obesogenic diets alter metabolic and neurobehavioural parameters in Wistar rats: A comparison between two dietary models. J. Affect Disord. 2021;279:451–461. DOI: 10.1016/j.jad.2020.10.034.Tran L.T., Yuen V.G., McNeill J.H. The fructose-fed rat: A review on the mechanisms of fructose-induced insulin resistance and hypertension. Mol. Cell. Biochem. 2009;332(1–2):145–159. DOI: 10.1007/s11010-0090184-4.Tran L.T., Yuen V.G., McNeill J.H. The fructose-fed rat: A review on the mechanisms of fructose-induced insulin resistance and hypertension. Mol. Cell. Biochem. 2009;332(1–2):145–159. DOI: 10.1007/s11010-0090184-4.Alberti K.G.M.M., Eckel R.H., Grundy S.M., Zimmet P.Z., Cleeman J.I., Donato K.A. et al. Harmonizing the metabolic syndrome. Circula tion. 2009;120(16): 1640–1645. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.192644.Alberti K.G.M.M., Eckel R.H., Grundy S.M., Zimmet P.Z., Cleeman J.I., Donato K.A. et al. Harmonizing the metabolic syndrome. Circula tion. 2009;120(16): 1640–1645. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.192644.Subirana I., Fitó M., Diaz O., Vila J., Francés A., Delpon E. et al. Prediction of coronary disease incidence by biomarkers of inflammation, oxidation, and metabolism. Sci. Rep. 2018;8(1):3191. DOI: 10.1038/s41598018-21482-y.Subirana I., Fitó M., Diaz O., Vila J., Francés A., Delpon E. et al. Prediction of coronary disease incidence by biomarkers of inflammation, oxidation, and metabolism. Sci. Rep. 2018;8(1):3191. DOI: 10.1038/s41598018-21482-y.Rodríguez M., Pintado C., Torrillas-de la Cal R., Moltó E., Gallardo N., Andrés A. et al. Ageing alters the lipid sensing process in the hypothalamus of Wistar rats. Effect of food restriction. Nutr. Neurosci. 2021;5:1– 15. DOI: 10.1080/1028415X.2021.1872990.Rodríguez M., Pintado C., Torrillas-de la Cal R., Moltó E., Gallardo N., Andrés A. et al. Ageing alters the lipid sensing process in the hypothalamus of Wistar rats. Effect of food restriction. Nutr. Neurosci. 2021;5:1– 15. DOI: 10.1080/1028415X.2021.1872990.

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