INFLUENCE OF PHYSICAL ACTIVITIES ON MORPHOMETRIC PARAMETERS OF THE MESENTERIC AND SUBCUTANEOUS TISSUE OF RATS WITH OBESITY, HIGH-FAT DIET INDUCED

Cover Page

Abstract


White adipose tissue (WAT) distribution (visceral fat predomination) and amount (adipose cell hypertrophy) may be a crucial risk factor of metabolic disorders. Present study shows effects of aerobic and anaerobic exercises on morphometric characteristics of mesenteric and subcutaneous WAT in hi-fat diet induced obese rats. The study found that animals, received hi-fat diet, demonstrate prevalence of small-size adipocytes. Probably it protects ectopic tissues from lipotoxic effects. Anaerobic physical exercises reduce amount of mesenteric WAT in normal rats received standard chow. Applied with hi-fat diet, anaerobic physical exercises reduce amount and size of fat cells in mesenteric WAT, but aerobic physical exercises reduce the same characteristics in subcutaneous WAT.

Full Text

Ожирение в настоящее время является одним из распространенных хронических заболеваний и приобретает характер глобальной эпидемии. Избыточный вес и ожирение приводят не только к косметическому дефекту, но и к развитию тяжелых и социально значимых заболеваний, таких как сахарный диабет, ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь и другие [1, 2]. Выделяют два основных жировых депо: висцеральное и подкожное, при этом висцеральное депо у грызунов представлено мезентериальной, забрюшинной и эпидидимальной жировой тканью [5]. Увеличение массы жировой ткани идет двумя путями: за счет увеличения объема клеток-адипоцитов (гипертрофии) и увеличения числа адипоцитов (гиперплазии). Известно, что у людей при избыточном питании увеличение подкожной жировой ткани в ягодично-бедренной области происходит за счет увеличения числа клеток, а области передней брюшной стенки за счет увеличения размера адипоцитов [20]. У крыс, находившихся на высокожировой диете, развитие мезентериальной и эпидимальной жировой ткани преимущественно происходит за счет гипертрофии клеток, в то время как 43 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. забрюшинной и подкожной жировой ткани за счет гиперплазии [19]. При этом размер адипоцитов определяет чувствительность к инсулину, синтез и секрецию адипокинов, в том числе провоспалитель-ных, наиболее активно синтезируемых в клетках больших размеров [6]. На сегодняшний день поиск методов, направленных на снижение объема определенных жировых депо остается актуальным и значимым. Физические упражнения остаются одним из средств комплексной терапии ожирения [3, 15, 21]. Физическая нагрузка создает отрицательный энергетический баланс и уменьшает массу жировой ткани [18]. Тем не менее, несмотря на разнообразие методов снижения веса, остается открытым вопрос о влияние физических нагрузок разной направленности и интенсивности на объем жировых депо, размер жировых клеток. Цель работы изучить влияние аэробной и анаэробной физической нагрузки на морфометрические параметры мезентериальной и подкожной жировой ткани крыс с ожирением, индуцированным высокожировой диетой. Материалы и методы Исследования проводили на белых крысах самцах Wistar. Животные находились в стандартных условиях содержания на естественном световом режиме при свободном доступе к воде и пище (температура воздуха в виварии 20±2°С, влажность - не более 80 %). Содержание и все манипуляции, которым подвергались животные во время карантина и исследования, соответствовали правилам лабораторной практики, утвержденным приказом министра здравоохранения и социального развития от 23 августа 2010 г. N 708н «Об утверждении правил лабораторной практики», а также с соблюдением конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей, принятой Европейским союзом в 1986 году, и директивы 86/609 ЕЭС, основанной на тексте соглашения “Dr. RobertHubrecht, Current EU Legislation Controlling Animal Experiments”. Животные были разделены на шесть групп по 5 в каждой: 1 группа - животные со стандартной диетой без физических нагрузок, 2 группа - животные с высокожировой диетой без физических нагрузок, 3 группа - животные со стандартной диетой и аэробной физической нагрузкой, 4 группа - животные со стандартной диетой и анаэробной физической нагрузкой, 5 группа - животные с высокожировой диетой и аэробной физической нагрузкой, 6 группа - животные с высокожировой диетой и анаэробной физической нагрузкой. Животные 1, 3 и 4 групп принимали стандартную пищу «ПроКорм» для лабораторных крыс фирмы ЗАО «БиоПро» (г. Новосибирск) и воду ad libitum. Животные 2, 5 и 6 групп в течение 12 недель находились на высокожировой диете (жир - 29,6%, белок -14,8%, углеводы - 55,6%) и принимали воду ad libitum. Физическая нагрузка проводилась в виде плавания. Адаптация к водной среде проходила в течение 15 дней в цилиндрической емкости с гладкой поверхностью. Диаметр емкости 60 см, глубина - 120 см, температура воды 31±1°C. Аэробный характер физической нагрузки был определен методом максимального стабильного содержания лактата (Maximal Lactate Stable State) в сыворотке крови крыс [16, 17]. Плавание с отягощением, равным 4% от массы тела крысы приводило к повышению уровня лактата в сыворотке крови крыс с последующей его стабилизацией, что свидетельствовало о преобладании процессов аэробного энергообеспечения. Данный режим тренировок определен как «аэробная нагрузка». Плавание с отягощением 8% от массы тела крысы приводило к нарастающему накоплению лактата в сыворотке крови крыс, что указывало на преобладание процессов анаэробного гликолиза, и данный режим тренировок определен как «анаэробная нагрузка». В 3 и 5 группах проводилась аэробная тренировка через день в течение 1 часа с отягощением 4% от массы тела. В 4 44 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. и 6 группах проводилась анаэробная тренировка через день в течение 80 секунд с 8% отягощением от массы тела в три подхода с 5 минутными периодами отдыха между подходами. Продолжительность занятий составила 6 недель. Спустя 6 недель тренировок, через 24 часа после последнего занятия животных выводили из эксперимента СО2- асфиксией. Методом диссекции [5] выделялась и взвешивалась на аналитических весах жировая ткань (подкожная, мезентериальная) и рассчитывалась ее удельная масса (масса жировой ткани на 100 г массы тела крысы). Для морфометрического исследования кусочки жировой ткани фиксировались в 10% нейтральном забу-ференном формалине (Biovitrum, Россия), обезвоживались в изопропиловом спирте - раствор IsoPrep (Biovitrum, Россия) и заливались в парафин (Histomix, Россия) по методике Ю.А. Криволапова [4]. На микротоме МЗП-01 (Техном, Россия) изготавливались срезы толщиной 5-7 мкм, которые затем монтировались на предметные стекла и окрашивались гематоксилином и эозином. Полученные микропрепараты просматривались в проходящем свете на микроскопе Биомед-3М (Россия) совместимом с компьютером. Изображения срезов оцифровывались для последующей оценки размеров адипоци-тов. Оцифрованные фотографии с хорошо выявленными границами клеток подвергались морфометрической обработке с использованием компьютерной программы ImageJ 1.46 [8]. Для каждой группы животных определялся средний диаметр 500 жировых клеток. Полученные результаты выражены в виде медианы (Ме), верхнего и нижнего квартилей (Q1-Q3). Статистическую обработку данных проводили с использованием программного пакета SPSS 20.0. Различия считали достоверными при p<0,05. Результаты и их обсуждение В результате эксперимента установлено, что высокожировая диета у крыс приводит к увеличению массы тела жи вотных на 25% (p<0,01). При этом удельная масса подкожной жировой ткани возрастала в 5,5 раза (p<0,01), а мезентериальной жировой ткани в 2,1 раза (p<0,01) соответственно по сравнению с группой крыс получавших стандартную диету (табл. 1). Средний диаметр адипоцитов подкожной жировой ткани в группе животных, находившихся на высокожировой диете, был больше на 13% (p<0,05), а мезентериальной жировой ткани на 63% (p<0,005) по сравнению с группой крыс получавших стандартную диету (табл. 2, рис. 1, 2). В одном и том же жировом депо, жировые клетки увеличиваются в размере не синхронно и могут быть разделены на маленькие (диаметром до 50 мкм) и большие (диаметр от 50 до 100 мкм) [10]. Менее выраженное увеличение среднего размера адипоцитов подкожной жировой ткани по сравнению с мезентериальной жировой ткани, обусловленно преобладанием жировых клеток малых размеров. Согласно современным представлениям жировые клетки малых размеров выполняют защитную функцию органов и тканей от эктопического накопления жира [12, 13]. Размер адипоцитов и соотношение маленьких и больших клеток имеет важную роль, так как клетки малого размера секретируют адипонектин в большей, а воспалительные адипокины - в меньшей степени. Это способствует повышению чувствительности инсулиновых рецепторов, что может являться механизмом снижения отрицательных эффектов избытка жировой ткани [9, 15]. Таким образом, увеличение массы подкожной жировой ткани при высокожировой диете возможно обусловлено преимущественно гиперплазией, в то время как в мезентериальном жировом депо - гипертрофией жировых клеток. Гипертрофия клеток мезентериальной жировой ткани и увеличение ее массы в значительной степени определяет риск развития заболеваний сопряженных с ожирением [2, 6, 13]. Физические нагрузки у животных в течение 6 недель не приводили к сущест 45 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. венному снижению массы тела и удельной массы подкожной жировой ткани у тренированных животных в группах, находившихся на стандартной диете. В группе с анаэробной физической нагрузкой отмечалось снижение удельной массы мезентериальной жировой ткани на 22% (p<0,05) по сравнению с нетренированной группой (табл. 1). У животных, находившихся на высокожировой диете, в процессе физических тренировок отмечалось снижение массы тела на 18% (p<0,05) и удельной массы подкожной и мезентериальной жировой ткани. При этом наибольшее снижение удельной массы подкожной на 70% (p<0,01) и мезентериальной жировой ткани на 56% (p<0,05) отмечалось при аэробной физической нагрузке по сравнению с нетренированной группой. Несмотря на то, что висцеральная жировая ткань более чувствительна к адренергической активации, которую может стимулировать физическая нагрузка, продолжительные тренировки в аэробном режиме приводят к значительному уменьшению подкожного жирового депо [18]. В то же время при анаэробных нагрузках происходит более выраженное снижение удельной массы мезентериальной жировой ткани по сравнению с подкожной (табл. 1). В группе животных, получавших стандартную диету, при аэробной физической нагрузке в подкожной жировой ткани отмечено снижение количества клеток малого размера, а в мезентериальной жировой ткани увеличение клеток малого размера по сравнению с нетренированной группой животных (табл. 2, рис. 1, 2). В процессе тренировок в группе животных, находившихся на высокожировой диете, отмечено уменьшение среднего диаметра адипоцитов подкожной и мезентериальной жировой ткани по сравнению с нетренированной группой (табл. 2). Более выраженный эффект отмечен при аэробном режиме занятий в мезентериальной жировой ткани (средний диаметр адипоцитов снижался на 32% (p<0,05) по сравнению с группой нетренированных крыс находящихся на высокожировой диете). В группах плавающих животных увеличилось количество клеток малых размеров, наибольшее увеличение клеток малого размера в мезентериальной ткани отмечено при аэробном режиме тренировок (рис. 1, 2), что возможно связано с уменьшением размеров гипертрофированных клеток мезентериальной жировой ткани при высокожировой диете. Показано, что уменьшение в размере гипертрофированных адипоцитов приводит к повышению секреции адипонектина, обладающего антидиабетической, противовоспалительной и антиатерогенной активностью [7]. При анаэробных нагрузках также происходит уменьшение среднего размера адипоцитов в мезентериальной жировой ткани в то время как в подкожной не наблюдается существенного изменения среднего размера жировых клеток (табл. 2). Полученные данные свидетельствует о том, что анаэробные физические нагрузки снижают размер адипоцитов и удельную массу мезентериальной жировой ткани, а аэробные оказывают более выраженное действие на подкожное жировое депо. Выводы 1. У животных, находящихся на высокожировой диете, в подкожной жировой ткани преобладают адипоциты малых размеров, что возможно играет защитную роль от липотоксичности эктопических тканей. 2. У крыс, находящихся на стандартной диете аэробные физические нагрузки в большей степени снижают удельную массу мезентериальной жировой ткани. 3. Аэробные и анаэробные физические нагрузки снижают удельную массу и уменьшают размер адипоцитов мезентериальной и подкожной жировой ткани у животных, находящихся на высокожировой диете. 4. Анаэробные физические нагрузки при высокожировой диете преимущественно оказывают влияние на мезентериальную жировую ткань, в то время как аэробные - на подкожную. 46 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. Таблица 1 Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на массу тела и удельную массу мезентериальной и подкожной жировой ткани крыс, Me (Q j - Q3) Экспериментальные группы Масса тела, г удельная масса подкожной жировой ткани, г/100 г массы тела удельная масса мезентериальной жировой ткани, г/100 г массы тела Me (Q 1 -Q, ) изменения в % Р Me (Q 1 -Q, ) изменения в % Р - І g су изменения в % Р І.Стандартная диета, (n=5) 460 (440-480) 0,88 (0,85-0,91) 1,07 (1,06-1,11) 2.Высокожировая диета, (n=5) 577 (555-610) Î25 (2-1) Р2 - 1 <0,01 4,89 (3,59-5,16) Î 455 (2-1) Р2 - 1 <0,01 2,26 (2,08-2,26) Î111 (2-1) Р2 - 1 <0,01 З.Стандартная диета и аэробные нагрузки, (n=5) 439 (435-454) |5 (3-1) Рз _ 1 >0,05 0,89 (0,75-1,45) |2 (3-1) Рз - 1 >0,05 0,96 (0,84-0,97) |11 (3-1) Рз - 1 >0,05 4.Стандартная диета и анаэробные нагрузки, (n=5) 446 (418-455) 13 (4-2) p4 - 1 >0,05 0,81 (0,64-0,87) |8 (4-1) Р4 - 1 >0,05 0,83 (0,82-0,87) |22 (4-1) Р4 - 1 <0,05 5.Высокожировая диета и аэробные нагрузки, (n=5) 472 (460-473) 118 (5-2) р5 - 2 <0,05 1,47 (1,39-1,61) |70 (5-2) Р5 - 2 <0,01 0,99 (1,1-1,26) |56 (5-2) Р5 - 2 <0,05 б.Высокожировая диета и анаэробные нагрузки, (n=5) 476 (460-492) |18 (6-2) р6 - 2 <0,01 3,07 (1,99-3,08) |27(6-2) Р6 - 2 <0,01 1,29 (1,26-1,38) |43 (6-2) Р6 - 2 <0,01 Примечание: n - число животных в группе; р - уровень статистической значимости Таблица 2 Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на средний диаметр адипоцитов подкожной и мезентериальной жировой ткани крыс, Me (Q j - Q3) Экспериментальные группы Средний диаметр адипоцитов подкожной жировой ткани, мкм Средний диаметр адипоцитов мезентериальной жировой ткани, мкм Me (Q 1 - Q, ) изменения в % Р Me (Q 1 - Q, ) изменения в % Р 1.Стандартная диета, (n=5) 47,8(43,1-54,3) 42(37-47) 2.Высокожировая диета, (n=5) 54,1(48,3-61,4) Î13 (2-1) Р2 - 1 <0,05 68,7(60,7-78) Î63 (2-1) Р2 - 1 <0,005 3.Стандартная диета и аэробные нагрузки, (n=5) 50,1(45-56,7) Î4 (3-1) 39,1(34,7-43) |7 (3-1) 4.Стандартная диета и анаэробные нагрузки, (n=5) 48(44,1-52,3) 42,7(38,2-47,8) 5.Высокожировая диета и аэробные нагрузки, (n=5) 48,4(43,8-54,3) 111 (5-2) Р5 - 2 <0,05 47,1(42,8-52) |32 (5-2) Р5 - 2 <0,005 б.Высокожировая диета и анаэробные нагрузки, (n=5) 52,7(47,7-58,2) 13 (6-2) 55,5(50,2-61,8) |19 (6-2) Р6 - 2 <0,01 Примечание: n - число животных в группе; р - уровень статистической значимости 47 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. Рис. 1. Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на распределение по размеру адипоцитов мезентериальной жировой ткани крыс; А - стандартная диета, (n=5); В - высокожировая диета, (n=5); С - стандартная диета и аэробные нагрузки, (n=5); D - высокожировая диета и аэробные нагрузки, (n=5); E - стандартная диета и анаэробные нагрузки, (n=5); F - высокожировая диета и анаэробные нагрузки, (n=5) 48 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2015 г. размер адипоцитов.мкм размер адипоцитов.мкм Рис. 2. Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на распределение по размеру адипоцитов подкожной жировой ткани крыс; А - стандартная диета, (n=5); В - высокожировая диета, (n=5); С - стандартная диета и аэробные нагрузки, (n=5); D - высокожировая диета и аэробные нагрузки, (n=5); E - стандартная диета и анаэробные нагрузки, (n=5); F - высокожировая диета и анаэробные нагрузки, (n=5)

About the authors

I Yu Yakimovich

Email: iness2501@yandex.ru

D A Borodin

Email: bda1911@yandex.ru

I K Podrezov

Email: ksaru@yandex.ru

V V Ivanov

Email: ivanovvv1953@gmail.com

V N Vasilyev

Email: vas11@yandex.ru

M Yu Kotlovsky

Email: Misha11443@rambler.ru

L V Borisova

Email: LuciBor@yandex.ru

References

  1. Абдоминальное ожирение: клиникосоциальные аспекты проблемы / В.Б. Гриневич [и др.] // Ожирение и метаболизм. - 2012. - № 2. - С. 28-32.
  2. Бутрова А.С. Висцеральное ожирение - ключевое звено метаболического синдрома / А.С. Бутрова, Ф.Х. Дзгоева // Ожирение и метаболизм. - 2004. -№ 1. - С. 10-16.
  3. Корнеева О.Н. Регуляция чувствительности к инсулину: диета и физическая нагрузка / О.Н. Корнеева // Российские медицинские вести. -2007. - Т. 2. - С. 36-44.
  4. Криволапов Ю.А. Морфологическая диагностика лимфом / Ю.А. Криволапов, Е.Е. Леенман. - СПб.: Издательско-полиграфическая компания «КОСТА», 2006. - 208 с.
  5. Методический подход к изучению ожирения в эксперименте / А.А. Никоноров [и др.]. - Оренбург: ОАО "ИПК "Южный Урал", 2013. - 240 с.
  6. Ожирение: молекулярные механизмы и оптимизация таргетной терапии / М.А. Пальцев [и др.] // Молекулярная медицина. - 2013. - № 2. - С. 3-12.
  7. Basal lipolysis, not the degree of insulin resistance, differentiates large from small isolated adipocytes in high-fat fed mice / S. Wueest [et al.] // Diabetologia. - 2009. - Vol. 52, № 3. - P. 541-546.
  8. Collins T.J. // Image J for microscopy / T.J. Collins // Biotechniques. - 2007. -Vol. 43, № 1 (Suppl.). - P. 25-30.
  9. Dynamics of fat cell turnover in humans / K.L. Spalding [et al.] // Nature. - 2008. -Vol. 453, № 7196. - P. 783-787.
  10. Müller Günter. Take-over: multiple mechanisms of inter-adipocyte communication / Günter Müller // Journal of Molecular Cell Biology. - 2011. - Vol. 3, № 2. - P. 81-90.
  11. Heterogeneity among white adipose tissue depots in male C57BL/6J Mice / Lu-cila Sackmann-Sala [et al.] // Obesity. -2010. - Vol. 20, № 1. - P. 101-111.
  12. High local concentrations and effects on differentiation implicate interleukin-6 as a paracrine regulator / V.R. Sopasakis [et al.] // Obesity reviews. - 2004. - Vol. 12, № 3. - P. 454-460.
  13. Ibrahim M.M. Subcutaneous and visceral adipose tissue: structural and functional differences / M.M. Ibrahim // Obesity reviews. - 2010. - Vol. 11, № 1. - P. 11-18.
  14. Lundgren M. No in vitro effects of fatty acids on glucose uptake, lipolysis or insulin signaling in rat adipocytes / M. Lundgren, J.W. Eriksson // Horm Metab Res. - 2004. - Vol. 36, № 4. - P. 203 -209.
  15. Margos F. Exercise and sensitivity -where do we stand? You'd better run! / F. Margos, Labros S. Sidossis // US Endocrinology. - 2008. - Vol. 4, № 1. -P. 23-26.
  16. Maximal lactate steady state in rats submitted to swimming exercise / C.A. Gobatto [et al.] // Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. - 2001. -Vol. 130, № 1. - Р. 21-27.
  17. Maximal lactate steady state in obese rats of both genders / G.G. Araujo [et al.] // Brasilian Journal of Sports Medicine. - 2009. - Vol. 15, № 1. - P. 46-49.
  18. Physical activity and exercise in the regulation of human adipose tissue physiology / Dylan Thompson [et al.] // Physiological Reviews. - 2012. - Vol. 92. -P. 157-191.
  19. Qualitative regional differences in adipose tissue growth and cellularity in male Wistar rats fed ad libitum / M. DiGirolamo [et al.] // Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. - 1998. - Vol. 274. - P. 1460-1467.
  20. Regional differences in cellular mechanism of adipose tissue gain with overfeeding / Y.D. Tchoukalova [et al.] // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2010. - Vol. 107, № 42. - P. 18226-18231.
  21. Tchemof André. Pathophysiology of human visceral obesity: an update / André Tchemof, Jean-Pierre Després // Physiol. Rev. - 2013. - Vol. 93, № 1. -P. 359-404.

Statistics

Views

Abstract - 347

PDF (Russian) - 256

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2015 Yakimovich I.Y., Borodin D.A., Podrezov I.K., Ivanov V.V., Vasilyev V.N., Kotlovsky M.Y., Borisova L.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies