cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2023-38-1-90-98cardiotomsk-1716Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиологияEXPERIMENTAL INVESTIGATIONS. Pathological physiologyВлияние высокоуглеводной высокожировой диеты на возрастные изменения миокарда у крысInfluence of a high-carbohydrate high-fat diet on age-related changes in the myocardium in ratshttps://orcid.org/0000-0002-9876-6957ЛогвиновС. В.LogvinovS. V.

Логвинов  Сергей Валентинович - доктор медицинских наук, профессор,  заведующий кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии, СибГМУ МЗ РФ.

634050, Томск, Московский тракт, 2; 634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Sergey V. Logvinov - Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the Department of Histology, Embryology, and Cytology, Siberian State Medical University.

2, Moskovsky tract, Tomsk, 634050; 111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

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, Томск, Московский тракт, 2

Liliia R. Mustafina - Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Professor of the Department of Histology, Embryology, and Cytology, Siberian State Medical University.

2, Moskovsky tract, Tomsk, 634050

lrmustafina@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, Cardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

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

Сиротина Мария Александровна – аспирант.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Maria A. Sirotina - Postgraduate Student, Cardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

sirotina_maria@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5890-071XГорбуновА. С.GorbunovA. S.

Горбунов Александр Сергеевич - кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии, Научно-исследовательский институт кардиологии.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Alexander S. Gorbunov - MD, PhD, Senior Research Fellow, Laboratory of Experimental Cardiology, Cardiology Research Institute, Tomsk National Research  Medical  Center,  Russian Academy  of  Sciences.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

barabator@sibmail.comhttps://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, Cardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

natalynar@yandex.ruСибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации; Научно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияSiberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation; Cardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияSiberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationНаучно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation2023090420233819098Copyright © Логвинов С.В., Мустафина Л.Р., Курбатов Б.К., Сиротина М.A., Горбунов А.С., Нарыжная Н.В., 20232023Логвинов С.В., Мустафина Л.Р., Курбатов Б.К., Сиротина М.A., Горбунов А.С., Нарыжная Н.В.Logvinov S.V., Mustafina L.R., Kurbatov B.K., Sirotina M.A., Gorbunov A.S., Naryzhnaya N.V.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/1716

Связанный с долголетием рост сердечно-сосудистых заболеваний и метаболических нарушений актуализирует исследование влияния высококалорийных диет на старение сердца.

Цель исследования

Цель исследования: экспериментальное изучение влияния высокоуглеводной высокожировой диеты (ВУВЖД) на миокард в молодом и старческом возрасте.

Материал и методы

Материал и методы. Проведено морфологическое исследование миокарда в четырех группах крыс-самцов линии Вистар: группа 1 – 150-дневные животные, содержавшиеся на стандартном рационе; группа 2 – 150-дневные крысы, содержавшиеся на ВУВЖД в течение 90 сут (с 60-дневного возраста); группа 3 – 540-дневные животные, содержавшиеся на стандартном рационе; группа 4 – 540-дневные крысы, содержавшиеся на ВУВЖД в течение 90 сут (с 450-дневного возраста). Иммуноферментным методом в сыворотке крови определяли концентрацию фибронектина, трансформирующего фактора роста (ТФР) бета-1, фактора роста соединительной ткани (ФРСТ).

Результаты

Результаты. В группах 2–4 выявлены лейкостазы, очаговая лимфо-моноцитарная инфильтрация стромы миокарда, увеличение количества кардиомиоцитов с кариопикнозом и отеком перинуклеарной зоны саркоплазмы, контрактурными нарушениями, увеличение удельного объема соединительной ткани стромы. Поражение кардиомиоцитов и фиброз были наиболее выражены в группе 4. ВУВЖД повышала концентрацию фибронектина как у молодых, так и у старых животных с преобладанием в группе 4, вызывала тенденцию к повышению содержания ТФРбета-1, ФРСТ в сыворотке крови. Таким образом, ВУВЖД ускоряет и усиливает возрастные изменения миокарда белых крыс.

The increase in cardiovascular diseases and metabolic disorders associated with longevity actualizes the study of the effect of high-calorie diets on heart aging.

Aim

Aim: the experimental study of the effect of a high-carbohydrate hig -fat diet on the myocardium in young and old age.

Material and Methods

Material and Methods. A morphological study of the myocardium was carried out in four groups of male Wistar rats: group 1 - 150-day-old animals were kept on a standard diet; 2nd - 150 days, kept at a high-carbohydrate high-fat diet (HCHFD) for 90 days (from 60 days of age); 3rd - 540 days old, kept on a standard diet; 4th - 540 days old, kept at HCHFD for 90 days (from

450 days of age)

450 days of age). ELISA method in blood serum was used to determine the concentration of fibronectin, transforming growth factor beta-1, connective tissue growth factor.

Results

Results. In groups 2-4, leukostasis, focal lympho-monocytic infiltration of the myocardial stroma, an increase in the number of myocardial cells with karyopyknosis and edema of the perinuclear zone of the sarcoplasm, contracture disorders, and an increase in the specific volume of the connective tissue of the stroma were detected. The defeat of myocardial cells and fibrosis were most pronounced in group 4. HCHFD increased the concentration of fibronectin in animals in both age groups with predominance in group 4, caused a tendency to increase the content of transforming growth factor beta-1, connective tissue growth factor in blood serum. Thus, HCHFD accelerates and enhances age-related changes in the white rat myocardium.

возрастные изменения миокардавысокоуглеводная высокожировая диетаконтрактурные изменения кардиомиоцитовфибронектинтрансформирующий фактор роста бета-1фактор роста соединительной тканиage-related changes of myocardiumhigh-carbohydrate high-fat dietcontracture changes in myocardial cellsfibronectinTGF-beta 1CTGFИсследование изменений миокарда у молодых крыс при индуцированном метаболическом синдроме проводилось при поддержке Российского научного фонда Грант https://rscf.ru/project /22-25-20001/ и средств Администрации Томской области. Исследование изменений миокарда у старых крыс при индуцированном метаболическом синдроме осуществлялось в рамках государственного задания 122020300042-4. Работа выполнена с использованием Центра коллективного пользования «Медицинская геномика».The study of myocardial changes in young rats with induced metabolic syndrome was supported by the Russian Science Foundation Grant https://rscf.ru/project /22-25-20001/ and funds from the Administration of the Tomsk Region. Studies of myocardial changes in old rats with induced metabolic syndrome were carried out within the framework of the state task 122020300042-4. The work was performed using the Center for Collective Use “Medical Genomics”.ReferencesSun M., Tan Y., Rexiati M., Dong M., Guo W. Obesity is a common soil for premature cardiac aging and heart diseases – Role of autophagy. Biochim. Biophys. Acta-Mol. Basis Dis. 2019;1865(7):1898–1904. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.09.004.Sun M., Tan Y., Rexiati M., Dong M., Guo W. Obesity is a common soil for premature cardiac aging and heart diseases – Role of autophagy. Biochim. Biophys. Acta-Mol. Basis Dis. 2019;1865(7):1898–1904. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.09.004.De Castro U.G.M., dos Santos R.A.S.A.S., Silva M.E., de Lima W.G., Campagnole-Santos M.J., Alzamora A.C. Age-dependent effect of high-fructose and high-fat diets on lipid metabolism and lipid accumulation in liver and kidney of rats. Lipids Health Dis. 2013;(12–136). DOI: 10.1186/1476-511X-12-136.De Castro U.G.M., dos Santos R.A.S.A.S., Silva M.E., de Lima W.G., Campagnole-Santos M.J., Alzamora A.C. Age-dependent effect of high-fructose and high-fat diets on lipid metabolism and lipid accumulation in liver and kidney of rats. Lipids Health Dis. 2013;(12–136). DOI: 10.1186/1476-511X-12-136.Martinelli I., Tomassoni D., Moruzzi M., Roy P., Cifani C., Amenta F. et al. Cardiovascular Changes Related to Metabolic Syndrome: Evidence in Obese Zucker Rats. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(6):2035. DOI: 10.3390/ijms21062035.Martinelli I., Tomassoni D., Moruzzi M., Roy P., Cifani C., Amenta F. et al. Cardiovascular Changes Related to Metabolic Syndrome: Evidence in Obese Zucker Rats. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(6):2035. DOI: 10.3390/ijms21062035.Boyle A.J., Shih H., Hwang J., Ye J., Lee B., Zhang Y. et al. Cardiomyopathy of aging in the mammalian heart is characterized by myocardial hypertrophy, fibrosis and a predisposition towards cardiomyocyte apoptosis and autophagy. Exp. Gerontol. 2011;46(7):549–559. DOI: 10.1016/j.exger.2011.02.010.Boyle A.J., Shih H., Hwang J., Ye J., Lee B., Zhang Y. et al. Cardiomyopathy of aging in the mammalian heart is characterized by myocardial hypertrophy, fibrosis and a predisposition towards cardiomyocyte apoptosis and autophagy. Exp. Gerontol. 2011;46(7):549–559. DOI: 10.1016/j.exger.2011.02.010.Piek A., de Boer R.A., Silljé H.H.W. The fibrosis-cell death axis in heart failure. Heart Fail. Rev. 2016;21(2):199-211. DOI: 10.1007/s10741-016-9536-9.Piek A., de Boer R.A., Silljé H.H.W. The fibrosis-cell death axis in heart failure. Heart Fail. Rev. 2016;21(2):199-211. DOI: 10.1007/s10741-016-9536-9.Klausner S.C., Schwartz A.B. The aging heart. Clin. Geriatr. Med. 1985;1(1):119-141. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3913496/Klausner S.C., Schwartz A.B. The aging heart. Clin. Geriatr. Med. 1985;1(1):119-141. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3913496/Tracy E., Rowe G., LeBlanc A.J. Cardiac tissue remodeling in healthy aging: the road to pathology. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2020;319(1):C166–C182. DOI: 10.1152/ajpcell.00021.2020.Tracy E., Rowe G., LeBlanc A.J. Cardiac tissue remodeling in healthy aging: the road to pathology. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2020;319(1):C166–C182. DOI: 10.1152/ajpcell.00021.2020.Nakou E.S., Parthenakis F.I., Kallergis E.M., Marketou M.E., Nakos K.S., Vardas P.E. Healthy aging and myocardium: A complicated process with various effects in cardiac structure and physiology. Int. J. Cardiol. 2016;209:167–175. DOI: 10.1016/j.ijcard.2016.02.039.Nakou E.S., Parthenakis F.I., Kallergis E.M., Marketou M.E., Nakos K.S., Vardas P.E. Healthy aging and myocardium: A complicated process with various effects in cardiac structure and physiology. Int. J. Cardiol. 2016;209:167–175. DOI: 10.1016/j.ijcard.2016.02.039.Logvinov S.V., Naryzhnaya N.V., Kurbatov B.K., Gorbunov A.S., Birulina Y.G., Maslov L.L. et al. High carbohydrate high fat diet causes arterial hypertension and histological changes in the aortic wall in aged rats: The involvement of connective tissue growth factors and fibronectin. Exp. Gerontol. 2021;154:111543. DOI: 10.1016/j.exger.2021.111543.Logvinov S.V., Naryzhnaya N.V., Kurbatov B.K., Gorbunov A.S., Birulina Y.G., Maslov L.L. et al. High carbohydrate high fat diet causes arterial hypertension and histological changes in the aortic wall in aged rats: The involvement of connective tissue growth factors and fibronectin. Exp. Gerontol. 2021;154:111543. DOI: 10.1016/j.exger.2021.111543.Непомнящих Л.М., Лушникова Е.Л., Семенов Д.Е. Регенераторно-1пластическая недостаточность сердца: Морфологические основы и молекулярные механизмы. М.: Изд-во РАМН; 2003:255.Nepomnyashchih L.M., Lushnikova E.L., Semenov D.E. Regenerative plastic insufficienc of the heart: Morphological bases and molecular mechanisms. Мoscow: Publishing House RAMS; 2003:255.Kurbatov B.K., Prokudina E.S., Maslov L.N., Naryzhnaya N.V., Logvinov S.V., Gorbunov A.S. et al. The role of adrenergic and muscarinic receptors in stress-induced cardiac injury. Pflugers Arch. 2021; 473(10):1641–1655. DOI: 10.1007/s00424-021-02602-6.Kurbatov B.K., Prokudina E.S., Maslov L.N., Naryzhnaya N.V., Logvinov S.V., Gorbunov A.S. et al. The role of adrenergic and muscarinic receptors in stress-induced cardiac injury. Pflugers Arch. 2021; 473(10):1641–1655. DOI: 10.1007/s00424-021-02602-6.Sahraoui A., Dewachter C., de Medina G., Naeije R., Bouguerra S.A., Dewachter L. Myocardial Structural and Biological Anomalies Induced by High Fat Diet in Psammomys obesus Gerbils. PLoS One. 2016;11(2):e0148117. DOI: 10.1371/journal.pone.0148117.Sahraoui A., Dewachter C., de Medina G., Naeije R., Bouguerra S.A., Dewachter L. Myocardial Structural and Biological Anomalies Induced by High Fat Diet in Psammomys obesus Gerbils. PLoS One. 2016;11(2):e0148117. DOI: 10.1371/journal.pone.0148117.Poudyal H., Panchal S.K., Ward L.C., Waanders J., Brown L. Chronic high-carbohydrate, high-fat feeding in rats induces reversible metabolic, cardiovascular, and liver changes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2012;302(12): E1472–1482. DOI: 10.1152/ajpendo.00102.2012.Poudyal H., Panchal S.K., Ward L.C., Waanders J., Brown L. Chronic high-carbohydrate, high-fat feeding in rats induces reversible metabolic, cardiovascular, and liver changes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2012;302(12): E1472–1482. DOI: 10.1152/ajpendo.00102.2012.Bhandarkar N.S., Brown L., Panchal S.K. Chlorogenic acid attenuates high-carbohydrate, high-fat diet-induced cardiovascular, liver, and metabolic changes in rats. Nutr. Res. 2019;62:78–88. DOI: 10.1016/j.nutres.2018.11.002.Bhandarkar N.S., Brown L., Panchal S.K. Chlorogenic acid attenuates high-carbohydrate, high-fat diet-induced cardiovascular, liver, and metabolic changes in rats. Nutr. Res. 2019;62:78–88. DOI: 10.1016/j.nutres.2018.11.002.Elrashidy R. Dysregulation of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 signaling and activation of fibrogenic pathways in hearts of high fat diet-fed rats. Mol. Biol. Rep. 2020;47(4):2821–2834. DOI: 10.1007/s11033-020-05360-3.Elrashidy R. Dysregulation of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 signaling and activation of fibrogenic pathways in hearts of high fat diet-fed rats. Mol. Biol. Rep. 2020;47(4):2821–2834. DOI: 10.1007/s11033-020-05360-3.Comunoglu C., Comunoglu N., Eren B., Tanrlöver O., Türkmen N., Gündogmuş U.N. et al. Age-related histopathological changes in the cardiac conducting system in the Turkish population: an evaluation of 202 autopsy cases. Folia Morphol. 2012;71(3):178–182. URL: https://journals.viamedica.pl/folia_morphologica/article/view/18756.Comunoglu C., Comunoglu N., Eren B., Tanrlöver O., Türkmen N., Gündogmuş U.N. et al. Age-related histopathological changes in the cardiac conducting system in the Turkish population: an evaluation of 202 autopsy cases. Folia Morphol. 2012;71(3):178–182. URL: https://journals.viamedica.pl/folia_morphologica/article/view/18756.Pudil R. Age-related myocardial remodeling: myth or reality? Vnitr. Lek. 2020;66(8):507–511. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33740851/Pudil R. Age-related myocardial remodeling: myth or reality? Vnitr. Lek. 2020;66(8):507–511. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33740851/

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