ometendoОжирение и метаболизмObesity and metabolism2071-87132306-5524Endocrinology Research Centre10.14341/omet12789ometendo-12789Research ArticleНаучные исследованияOriginal studiesОсобенности моделирования жирового гепатоза у крыс разного возраста на основе высококалорийного рационаFeatures of modeling fatty liver disease in rats of different ages based on a high-calorie diethttps://orcid.org/0000-0002-0397-7517ЯнкоР. ВYankoR. V.

Янко Роман Васильевич - кандидат биологических наук; eLibrary SPIN: 7701-2184.

01024, Киев, ул. Богомольца, д. 4

Roman V. Yanko - PhD in biology; eLibrary SPIN: 7701-2184.

4 Bogomolets Street, 01024 Kiev

biolag@bigmir.nethttps://orcid.org/0000-0001-7425-2751ЧакаЕ. Г.ChakaE. G.

Чака Елена Георгиевна - кандидат биологических наук; eLibrary SPIN: 9509-2563.

Киев

Elena G. Chaka - PhD in biology; eLibrary SPIN: 9509-2563.

Kiev

lenchaka@ukr.nethttps://orcid.org/0000-0003-4824-7689ЗинченкоА. С.ZinchenkoA. S.

Зинченко Анастасия Сергеевна - аспирант

Киев

Anastasia S. Zinchenko - postgraduate student.

Kiev

anastazi.de.resto@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4785-0315СафоновС. Л.SafonovS. L.

Сафонов Сергей Леонидович - Отдел клинической физиологии соединительной ткани, ведущий инженер.

Киев

Sergey L. Safonov

Kiev

sersaffiz@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1354-2047ЛевашовМ. И.LevashovM. L.

Левашов Михаил Иванович - доктор медицинских наук; eLibrary SPIN: 7467-9830

Киев

Mikhail I. Levashov - MD, PhD; eLibrary SPIN: 7467-9830.

Kiev

levashov@biph.kiev.uaИнститут физиологии им. А.А. Богомольца, Национальная академия наук УкраиныУкраинаBogomoletz Institute of PhysiologyUkraine202118022022184387397Copyright © Янко Р.В., Чака Е.Г., Зинченко А.С., Сафонов С.Л., Левашов М.И., 20222022Янко Р.В., Чака Е.Г., Зинченко А.С., Сафонов С.Л., Левашов М.И.Yanko R.V., Chaka E.G., Zinchenko A.S., Safonov S.L., Levashov M.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.omet-endojournals.ru/jour/article/view/12789Обоснование

Обоснование. Проблема диагностики, лечения и профилактики жирового гепатоза (ЖГ) является одной из актуальных проблем современной медицины. В этой связи возникает потребность в создании надежных экспериментальных моделей ЖГ, которые были бы максимально приближены к патогенетическим закономерностям развития данного заболевания у человека.

Цель

Цель. Создание экспериментальной модели ЖГ и сравнение эффективности ее воспроизведения у крыс разного возраста.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование проведено на крысах-самцах линии Wistar, возраст которых в начале эксперимента составлял 3 и 18 мес. Контрольные животные находились на стандартном рационе питания. Подопытные крысы в течение 12 нед содержались на рационе с избыточным содержанием жиров (45%) и углеводов (31%). Для морфологических исследований ЖГ отбирали образцы ткани печени, из которых изготавливали гистологические препараты по стандартной методике. Морфометрию на цифровых изображениях микропрепаратов осуществляли с помощью компьютерной программы IMAGE J. В ткани печени определяли концентрацию липидов, холестерина и триглицеридов, а в сыворотке крови определяли концентрацию аланинаминотрансферазы. Для оценки биофизических свойств печеночной ткани использовали метод мультичастотной биоимпедансометрии.

Результаты

Результаты. О наличии ЖГ после влияния предложенного нами высококалорийного рациона свидетельствуют увеличенная масса печени, ее бледноватый оттенок и мягкая консистенция. Также выявлены морфометрические признаки ЖГ: гипертрофия гепатоцитов с одновременным снижением ядерно-цитоплазматического соотношения, накопление в цитоплазме многочисленных липидных включений, появление крупных липидных капель, которые замещали пустоты погибших гепатоцитов, снижение количества двуядерных гепатоцитов и ядрышек в ядрах, уменьшение относительной площади сети синусоидов. Наблюдали возрастание концентрации липидов, холестерина и триглицеридов в ткани печени подопытных крыс, а также активности аланинаминотрансферазы в сыворотке крови. Изменение показателей биоимпедансометрии печеночной ткани также свидетельствовало о развитии выраженной жировой дистрофии печени как у молодых (в большей степени), так и у зрелых крыс.

Заключение

Заключение. Предложенная нами модель ЖГ на основе комбинированного (жироуглеводного) высококалорийного рациона у всех подопытных крыс приводит к развитию выраженных морфологических, биохимических и биофизических признаков данной патологии. Наиболее выраженные проявления ЖГ наблюдаются у молодых животных.

BACKGROUND

BACKGROUND: The problem of diagnosis, treatment and prevention of fat liver disease (FLD) is one of the actual problems of modern medicine. In this regard, the need for the creation of reliable experimental models of the FLD, which would be as close as possible to the pathogenetic patterns of the development of this disease in humans.

AIM

AIM: To create an experimental model of FLD and compare the efficiency of its reproduction in rats of different ages.

MATERIALS AND METHODS

MATERIALS AND METHODS: The study was conducted on male Wistar rats, whose ages at the beginning of the experiment were 3 and 18 months. Control animals were fed a standard diet. The experimental rats were kept on a diet with excess fat (45 %) and carbohydrates (31 %) for 12 weeks. The liver tissue samples were taken for morphological studies of FLD. Histological preparations were made according to the standard technique. Morphometry on digital images of micropreparations was conducted using the computer program «IMAGE J». The concentration of lipids, cholesterol, and triglecerides in the liver tissue was determined, and the concentration of ALT in the blood serum was determined. To assess the biophysical properties of the liver tissue, the method of multifrequency bioimpedance measurement was used.

RESULTS

RESULTS: The transfer of animals to a high-calorie diet developed by us led to the development of FLD. This was evidenced by an increase of the liver mass, its pale shade and soft consistency. Morphometric signs of FLD were also revealed. Hypertrophy of hepatocytes was observed with a simultaneous decrease in the nuclear-cytoplasmic ratio; accumulation of numerous lipid inclusions in the cytoplasm and the appearance of large lipid droplets replacing the voids of dead hepatocytes. The number of binuclear hepatocytes and nucleolus in the nucleus, the relative area of the sinusoid network were decreased. An increase in the concentration of lipids, cholesterol and triglecerides in the liver tissue of experimental rats, as well as the activity of ALT in the blood serum, was observed. Changes in the bioimpedance measurements of the liver tissue also indicated the  development of severe fatty degeneration of the liver in both young (to a greater extent) and old rats.

CONCLUSION

CONCLUSION: The model of FLD we have advanced based on a combined (fat-carbohydrate) high-calorie diet. It leads to the development of pronounced morphological, biochemical and biophysical signs of this pathology in all experimental rats. The most pronounced manifestations of FLD are observed in young animals.

печеньжировой гепатозвысококалорийный рационliverfatty liver diseasehigh-calorie dietРабота выполнена в рамках государственного задания «Институт физиологии им. А.А. Богомольца НАН Украины» (№ 0119U103965). Также эта работа частично поддержана из средств НАН Украины для поддержки развития приоритетных направлений исследований СРН (№ 0118U007344)ReferencesMaurice J, Manousou P. Non-alcoholic fatty liver disease. Clin Med (Lond). 2018;18(3):245-250. doi: https://doi.org/10.7861/clinmedicine.18-3-245Maurice J, Manousou P. Non-alcoholic fatty liver disease. Clin Med (Lond). 2018;18(3):245-250. doi: https://doi.org/10.7861/clinmedicine.18-3-245Carr RM, Oranu A, Khungar V. Nonalcoholic fatty liver disease: pathophysiology and management. Gastroenterol Clin North Am. 2016;45(4):639-652. doi: https://doi.org/10.1016/j.gtc.2016.07.003Carr RM, Oranu A, Khungar V. Nonalcoholic fatty liver disease: pathophysiology and management. Gastroenterol Clin North Am. 2016;45(4):639-652. doi: https://doi.org/10.1016/j.gtc.2016.07.003Li B, Zhang C, Zhan Y-T. Nonalcoholic Fatty Liver Disease Cirrhosis: A Review of Its Epidemiology, Risk Factors, Clinical Presentation, Diagnosis, Management, and Prognosis. Can J Gastroenterol Hepatol. 2018;2018:1-8. doi: https://doi.org/10.1155/2018/2784537Li B, Zhang C, Zhan Y-T. Nonalcoholic Fatty Liver Disease Cirrhosis: A Review of Its Epidemiology, Risk Factors, Clinical Presentation, Diagnosis, Management, and Prognosis. Can J Gastroenterol Hepatol. 2018;2018:1-8. doi: https://doi.org/10.1155/2018/2784537Tanaka N, Kimura T, Fujimori N, et al. Current status, problems, and perspectives of non-alcoholic fatty liver disease research. World J Gastroenterol. 2019;25(2):163-177. doi: https://doi.org/10.3748/wjg.v25.i2.163Tanaka N, Kimura T, Fujimori N, et al. Current status, problems, and perspectives of non-alcoholic fatty liver disease research. World J Gastroenterol. 2019;25(2):163-177. doi: https://doi.org/10.3748/wjg.v25.i2.163Kim SH, Lim Y, Park JB, et al. Comparative study of fatty liver induced by methionine and choline-deficiency in C57BL/6N mice originating from three different sources. Lab Anim Res. 2017;33(2):157-164. doi: https://doi.org/10.5625/lar.2017.33.2.157Kim SH, Lim Y, Park JB, et al. Comparative study of fatty liver induced by methionine and choline-deficiency in C57BL/6N mice originating from three different sources. Lab Anim Res. 2017;33(2):157-164. doi: https://doi.org/10.5625/lar.2017.33.2.157Cai-Yu Lian, Zhen-Zhen Zhai, Zi-Fa Li, et al. High fat diet-triggered non-alcoholic fatty liver disease: A review of proposed mechanisms. Chemico-Biological Interactions. 2020;330:109-199. doi: https://doi.org/10.1016/j.cbi.2020.109199Cai-Yu Lian, Zhen-Zhen Zhai, Zi-Fa Li, et al. High fat diet-triggered non-alcoholic fatty liver disease: A review of proposed mechanisms. Chemico-Biological Interactions. 2020;330:109-199. doi: https://doi.org/10.1016/j.cbi.2020.109199Massart J, Begriche K, Moreau C, et al. Role of nonalcoholic fatty liver disease as risk factor for drug-induced hepatotoxicity. J Clin Transl Res. 2017;3(1):212-232. doi: https://doi.org/10.18053/jctres.03.2017S1.006Massart J, Begriche K, Moreau C, et al. Role of nonalcoholic fatty liver disease as risk factor for drug-induced hepatotoxicity. J Clin Transl Res. 2017;3(1):212-232. doi: https://doi.org/10.18053/jctres.03.2017S1.006Wahlang B, Beier L, Clair HB, et al. Toxicant-associated steatohepatitis. Toxicol Pathol. 2013;41(2):343-360. doi: https://doi.org/10.1177/0192623312468517Wahlang B, Beier L, Clair HB, et al. Toxicant-associated steatohepatitis. Toxicol Pathol. 2013;41(2):343-360. doi: https://doi.org/10.1177/0192623312468517Лещенко Д.В., Костюк Н.В., Белякова М.Б., и др. Диетически индуцированные животные модели метаболического синдрома (обзор литературы) // Верхневолжский медицинский журнал. — 2015. — Т. 14. — №2. — С. 34-39.Leshchenko DV, Kostyuk NV, Belyakova MB, et al. Diyeticheski indutsirovannyye zhivotnyye modeli metabolicheskogo sindroma (OBZOR LITERATURY). Verkhnevolzhskiy meditsinskiy zhurnal. 2015;14(2):34-39. (іn Russ.).Rudzki Z, Szczudrawa J, Stachura J. Morphometry of normal, regenerating and cancerous hepatocytes. Folia Histochem Cytobiol. 1999;27(3):141-148.Rudzki Z, Szczudrawa J, Stachura J. Morphometry of normal, regenerating and cancerous hepatocytes. Folia Histochem Cytobiol. 1999;27(3):141-148.Янко Р.В., Чака Е.Г., Литовка И.Г., Левашов М.И. Морфологические изменения печени крыс разного возраста после введения хлорида магния // Журнал Белорусского государственного университета. Биология. — 2019. — №3. — С. 40–48 doi: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2019-3-40-48Yanko RV, Chaka EG, Litovka IG, Levashov MI. Morfologicheskiye izmeneniya pecheni krys raznogo vozrasta posle vvedeniya khlorida magniya. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2019;3:40-48. (іn Russ.). doi: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2019-3-40-48Данилов Р.К. Руководство по гистологии. Том ІІ. — Санкт-Петербург: СпецЛит; 2011. [Danilov RK. Rukovodstvo po gistologii. Tom ІІ . St. Petersburg: SpecLith; 2011. (іn Russ.)].Danilov RK. Rukovodstvo po gistologii. Tom ІІ . St. Petersburg: SpecLith; 2011. (іn Russ.).Николаев Д.В., Смирнов А.В., Бобринская И.Г., Руднев С.Г. Биоимпедансный анализ состава тела человека. — М.: Наука; 2009.Nikolayev DV, Smirnov AV, Bobrinskaya IG, Rudnev SG. Bioimpedansnyy analiz sostava tela cheloveka. Moscow: Nauka, 2009. (іn Russ.).Kneeman JM, Misdraji J, Corey KE. Secondary causes of nonalcoholic fatty liver disease. Therap Adv Gastroenterol. 2012;5(3):199-207. doi: https://doi.org/10.1177/1756283X11430859Kneeman JM, Misdraji J, Corey KE. Secondary causes of nonalcoholic fatty liver disease. Therap Adv Gastroenterol. 2012;5(3):199-207. doi: https://doi.org/10.1177/1756283X11430859Crescenzo R, Bianco F, Coppola P, et al. Fructose supplementation worsens the deleterious effects of short-term high-fat feeding on hepatic steatosis and lipid metabolism in adult rats. Exp Physiol. 2014;99(9):1203-1213. doi: https://doi.org/10.1113/expphysiol.2014.079632Crescenzo R, Bianco F, Coppola P, et al. Fructose supplementation worsens the deleterious effects of short-term high-fat feeding on hepatic steatosis and lipid metabolism in adult rats. Exp Physiol. 2014;99(9):1203-1213. doi: https://doi.org/10.1113/expphysiol.2014.079632DiStefano JK. Fructose-mediated effects on gene expression and epigenetic mechanisms associated with NAFLD pathogenesis. Cell Mol Life Sci. 2020;77(11):2079-2090. doi: https://doi.org/10.1007/s00018-019-03390-0DiStefano JK. Fructose-mediated effects on gene expression and epigenetic mechanisms associated with NAFLD pathogenesis. Cell Mol Life Sci. 2020;77(11):2079-2090. doi: https://doi.org/10.1007/s00018-019-03390-0Романова Л.П., Малышев И.И. Роль двуядерных гепатоцитов в регенерации печени после механической травмы в раннем онтогенезе у крыс // Вестник Чувашского университета. — 2011. — №3. — С. 398-402.Romanova LP, Malyshev II. Rol’ dvuyadernykh gepatotsitov v regeneratsii pecheni posle mekhanicheskoy travmy v rannem ontogeneze u krys. Vestnik Chuvashskogo universiteta. 2011; 3:398-402. (Іn Russ.).Boisvert F, van Koningsbruggen S, Navascués J, Lamond AI. The multifunctional nucleolus. Mol Cell Biol. 2007;8(7):574-585. doi: https://doi.org/10.1038/nrm2184Boisvert F, van Koningsbruggen S, Navascués J, Lamond AI. The multifunctional nucleolus. Mol Cell Biol. 2007;8(7):574-585. doi: https://doi.org/10.1038/nrm2184Luedde T, Kaplowitz N, Schwabe RF. Cell death and cell death responses in liver disease: mechanisms and clinical relevance. Gastroenterology. 2014;147(4):765-783. doi: https://doi.org/10.1053/j.gastro.2014.07.018Luedde T, Kaplowitz N, Schwabe RF. Cell death and cell death responses in liver disease: mechanisms and clinical relevance. Gastroenterology. 2014;147(4):765-783. doi: https://doi.org/10.1053/j.gastro.2014.07.018Hadizadeh F, Faghihimani E, Adibi P. Nonalcoholic fatty liver disease: Diagnostic biomarkers. World J Gastrointest Pathophysiol. 2017;8(2):11-26. doi: https://doi.org/10.4291/wjgp.v8.i2.11Hadizadeh F, Faghihimani E, Adibi P. Nonalcoholic fatty liver disease: Diagnostic biomarkers. World J Gastrointest Pathophysiol. 2017;8(2):11-26. doi: https://doi.org/10.4291/wjgp.v8.i2.11Ohmine Y, Morimoto T, Kinouchi Y, et al. Basic study of new diagnostic modality according to non-invasive measurement of the electrical conductivity of tissues. J Med Investig. 2004;51(3-4):218-225. doi: https://doi.org/10.2152/jmi.51.218Ohmine Y, Morimoto T, Kinouchi Y, et al. Basic study of new diagnostic modality according to non-invasive measurement of the electrical conductivity of tissues. J Med Investig. 2004;51(3-4):218-225. doi: https://doi.org/10.2152/jmi.51.218Kirpich IA, Gobejishvili LN, Bon Homme M, et al. Integrated hepatic transcriptome and proteome analysis of mice with high-fat diet-induced nonalcoholic fatty liver disease. J Nutr Biochem. 2011;22(1):38-45. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2009.11.009Kirpich IA, Gobejishvili LN, Bon Homme M, et al. Integrated hepatic transcriptome and proteome analysis of mice with high-fat diet-induced nonalcoholic fatty liver disease. J Nutr Biochem. 2011;22(1):38-45. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2009.11.009Bravo E, Palleschi S, Aspichueta P, et al. High fat diet-induced non alcoholic fatty liver disease in rats is associated with hyperhomocysteinemia caused by down regulation of the transsulphuration pathway. Lipids Health Dis. 2011;10:60. doi: https://doi.org/10.1186/1476-511X-10-60Bravo E, Palleschi S, Aspichueta P, et al. High fat diet-induced non alcoholic fatty liver disease in rats is associated with hyperhomocysteinemia caused by down regulation of the transsulphuration pathway. Lipids Health Dis. 2011;10:60. doi: https://doi.org/10.1186/1476-511X-10-60Buettner R, Parhofer KG, Woenckhaus M, et al. Defining high-fat-diet rat models: metabolic and molecular effects of different fat types. J Mol Endocrinol. 2006;36(3):485-501. doi: https://doi.org/10.1677/jme.1.01909Buettner R, Parhofer KG, Woenckhaus M, et al. Defining high-fat-diet rat models: metabolic and molecular effects of different fat types. J Mol Endocrinol. 2006;36(3):485-501. doi: https://doi.org/10.1677/jme.1.01909Hsu C-L, Wu C-H, Huang S-L, Yen G-C. Phenolic Compounds Rutin and o -Coumaric Acid Ameliorate Obesity Induced by High-Fat Diet in Rats. J Agric Food Chem. 2009;57(2):425-431. doi: https://doi.org/10.1021/jf802715tHsu C-L, Wu C-H, Huang S-L, Yen G-C. Phenolic Compounds Rutin and o -Coumaric Acid Ameliorate Obesity Induced by High-Fat Diet in Rats. J Agric Food Chem. 2009;57(2):425-431. doi: https://doi.org/10.1021/jf802715tJensen T, Abdelmalek MF, Sullivan S, et al. Fructose and sugar: A major mediator of non-alcoholic fatty liver disease. Journal of hepatology. 2018;68(5):1063-1075. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhep.2018.01.019Jensen T, Abdelmalek MF, Sullivan S, et al. Fructose and sugar: A major mediator of non-alcoholic fatty liver disease. Journal of hepatology. 2018;68(5):1063-1075. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhep.2018.01.019Panchal SK, Poudyal H, Iyer A, et al. High-carbohydrate high-fat diet–induced metabolic syndrome and cardiovascular remodeling in rats. J Cardiovasc Pharmacol. 2011;57(1):51-64. doi: https://doi.org/10.1097/FJC.0b013e3181feb90aPanchal SK, Poudyal H, Iyer A, et al. High-carbohydrate high-fat diet–induced metabolic syndrome and cardiovascular remodeling in rats. J Cardiovasc Pharmacol. 2011;57(1):51-64. doi: https://doi.org/10.1097/FJC.0b013e3181feb90a

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