XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Первые экспериментальные модели патологии печени

Первые экспериментальные модели печени были направлены на изучение физиологических процессов, происходящих в органе в норме и патологии. На тот период самыми распространёнными моделями являлись хирургические модели, так как они были наиболее просты в исполнении и легко воспроизводимы.

В 1877г. Экком была предложена первая модель патологии печени — наложение фистулы. В данной модели соединяют два сосуда: нижнюю полую и воротную вены — при этом создается так называемый анастомоз. Благодаря чему кровь из органов брюшной полости поступает не в печень, как происходит это обычно, а в нижнюю полую вену. Таким образом, была изучены мочевинообразовательная и обезвреживающая функции печени.

Позже в 1893г. И.П. Павлов создал модель обратной фистулы Экка-Павлова. Ее отличие заключалось в том, чтобы после соустья перевязывать нижнюю полую вену, а не воротную. Что позволило изучать состояние печени при разной пищевой нагрузки.

Так же с помощью экспериментальной модели можно воссоздать печеночную кому, которая доказывает, что печень является жизненно необходимым органом. Для этого используют полное удаление печени. Оно производится в два приема. На первом этапе делается обратная фистула Экка-Павлова. Затем после реабилитационного периода (через 3-4 недели), переходят ко второму этапу: перевязывание воротной вены и удаление печени. После данных манипуляций у животного появляется мышечная слабость, снижается уровень сахара в крови до критической точки, что ведет за собой гипогликемическую кому и гибель.

В 1919г. был создан ангиостомический метод Е.С. Лондона, который позволил изучить роль печени в билирубинообразовании и различных обменах веществ. Он заключается в том, что к воротной и печеночной вене подсоединяется трубка с просветом (канюля), по которой подаются различные вещества и может производиться забор крови [1; 2].

Хирургические модели патологии печени

Первые модели печеночной недостаточности можно отнести к хирургическим, именно они послужили развитию современных моделей. Их можно разделить на 3 группы: резекция печени и гепатэктомия, полная и частичная деваскуляризация печени и модели, сочетающие в себе резекцию и печени и деваскуляризацию.

Гепатэктомия или удаление всей печени приводит к летальному исходу, так как за 15-26 часов стремительно развивается энцефалопатия и печеночная кома. Данная модель выполняется на таких модельных объектах как: крысы, кролики, собаки и свиньи.

Резекция печени или частичное удаление печени обычно не приводит к летальному исходу, так как неудаленная часть органа продолжает существовать, выполняя свою функцию. На сегодняшний день используется модель Г.М. Хиггинса и Р.М. Андерсона предложенная в 1931 г. Сущность метода заключается в том, что удаляется до 70% печени, а затем она регенерируется. Таким образом, изучают процессы регенерации и доклинические испытания лекарственных препаратов, направленных на лечение печеночной недостаточности. В качестве модельных объектов используются мыши, собаки и свиньи.

Модели с полной или частичной деваскуляризацией печени и модели, сочетающие резекцию печени и деваскуляризацию заключаются в перевязке сосудов.Такие модели весьма трудоемки из-за применения микрохирургической техники и практически не используются [3].

Химические модели печеночной недостаточности

Ряд химических веществ способен вызывать печеночную недостаточность, поэтому такие вещества как: этиловый спирт, четыреххлористый углерод, тиоацетамид, диметилнитрозамин и диэтилнитрозамин — используются для создания экспериментальных моделей на животных с целью изучения различных патологий печени. Зачастую внутрибрюшинная инъекция этих химических веществ вызывает печеночную недостаточность быстро и на относительно короткий срок, когда как при приеме внутрь или путем вдыхания для развития патологий требуется больше времени.

Этиловый спирт. Употребление алкоголя во всем мире является причиной хронических заболеваний печени. Обычно развитие заболеваний начинается со стеатоза печени, который может прогрессировать в фиброз и последующий цирроз [4]. В печени этанол в основном метаболизируется алкогольдегидрогеназами и ферментами CYP450. В процессе метаболизма производятся активные формы кислорода, происходит истощение глутатиона, перекисное окисление липидов и усиление синтеза коллагена, что несет негативный характер. В совокупности эти механизмы вызывают апоптоз гепатоцитов, воспаление и активацию гемопоэтических стволовых клеток. Наиболее часто используемой моделью в исследованиях являются мыши. Для этого применяют сочетание введения этанола не на прямую, а косвенно, включая специальные диеты, фармакологические агенты, индукторы CYP450, гормоны, генетические манипуляции или вирусную инфекцию. Однако не существует на данный момент ни одной модели грызунов, которая бы полностью отражала печеночную недостаточность человека при употреблении алкоголя [5].

Четыреххлористый углерод(CCl4) —является наиболее широко используемым гепатотоксином при изучении фиброза и цирроза печени у грызунов. Зачастую данное вещество имитирует хроническое заболевание печени человека. Печеночная биотрансформация CCl4 зависит от CYP2E1 и дает трихлорметильный радикал, который участвует в нескольких свободнорадикальных реакциях и процессах перекисного окисления липидов, которые вызывают некроз гепатоцитов, активацию клеток Купфера и индукцию воспалительной реакции. В качестве объектов применяют крыс и мышей. В организм животного вводят внутрибрюшинную инъекцию CCl4 около 6 недель до образования рубцов и узелков в ткани печени, а также развитие цироза [1].

Тиоацетамид — вещество, требующее метаболической активации, чтобы стать токсичным. Процесс биоактивации, катализируемый изоферментами CYP450, приводит к
образованию диоксида серы тиоацетамида, который и является токсичным. Механизмы,
лежащие в основе печеночной недостаточности до конца не изучены, но предполагается что это связано со снижением активности ферментов, участвующих в β-окислении жирных кислот, а также с активацией белков, связанных с перекисным окислением липидов. Крысы и мыши применяются для создания моделей фиброза печени. После введения инъекций или пероральном путем на протяжении 6-8 недель у животных наблюдается увеличение печени с
некрозом [1; 5].

Диметилнитрозамин и диэтилнитрозамин— являются канцерогенными соединениями, которые часто используются для экспериментального индуцирования фиброза и некроза печени у животных. В результате их биотрансформации в большом количестве образуются активные формы кислорода, которые реагируют с нуклеиновыми кислотами, белками и липидами, вызывая сбой и запуск развития некроза. В моделировании также используют крыс и мышей, вводя перорально диметилнитрозамин и диэтилнитрозамин на протяжении 12 недель.

Инфекционные моделипатологии печени

Инфекционные модели позволяют исследователям выяснить механизмы, связанные с иммунной системой, которые возникают при фиброзе печени и не могут быть изучены на других моделях.

Вирусная инфекция гепатита достаточно широко распространена и вызывает фиброз печени у людей, но не у грызунов. Поэтому обычно используют генетически модифицированных животных, способных экспрессировать кодирующую область оболочки вируса гепатита В (HBV) под конститутивным транскрипционным контролем промотора мышиного альбумина. У этих мышей спонтанно не развивается гепатит печени, если их иммунная система не нарушена и не заменена нетрансгенными клетками костного мозга и клетками селезенки, предварительно иммунизированными антигеном вируса гепатита В (HBV) [1].

Также на мышах проводят изучение влияния на развитие фиброза печени при заражении шистосомозом Мэнсона. Инфекция легко устанавливается у мышей из-за большого сходства с инфекцией человека и высокой воспроизводимости. Животных инфицируют путем введения церкариев под кожу через хвост или путем внутривенного введения 10 000 жизнеспособных яиц. Церкарии развиваются во взрослых особей и могут производить более 100 яиц.засутки, которые могут задерживаться в печени и оказывают негативное влияние.

Преимущества и недостатки используемых моделей

Таким образом, хирургические модели достаточно эффективны, но трудоемки, особенно если речь идет о операциях, проводимых на мелких животных. Также они не всегда экономически выгодные из-за микрохирургической техники и специального оборудования.

Инфекционные модели на данный момент являются перспективными в изучении печеночной недостаточности вирусной этиологии, но относительно новыми, поскольку многие исследования сталкиваются с неудачами.

При изучении печеночной недостаточности токсической природы наиболее эффективными являются химические модели, они высоко воспроизводимы, просты в исполнении, а также полностью отражают механизмы, участвующие в печеночной недостаточности.

Однако, не стоит забывать, что метод исследования определяется задачами конкретного эксперимента, а они в какой-то степени зависят от природы патологии.

Списоклитературы:

Экспериментальное моделирование патологии печени [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/6689506/page:9/ (дата обращения: 11.11.2022).

Experimental models of acute liver failure // I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2015. Т. 23. № 4. С. 138–144.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ПЕЧЕНОЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnye-modeli-pechenochnoy-nedostatochnosti/viewer (дата обращения: 12.11.2022).

Хронические гепатиты и циррозы печени // Логинов А.С., Блок Ю.Е. МЛ987-272С

Цитохром Р-450 в проблеме токсического повреждения печени [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tsitohrom-r-450-v-probleme-toksicheskogo-povrezhdeniya-pecheni/viewer (дата обращения: 12.11.2022).

Код для цитирования: Скопировать