Uncontrolled Diabetes with Underlying Structural Changes in the Atrioventricular Node / Diabetes no Controlada con Cambios Estructurales Subyacentes en el Nodo Atrioventricular

SUMMARY: Diabetic cardiomyopathy, characterized by diabetes mellitus (DM) -induced cardiac muscular abnormalities, is a strong inducer of impaired cardiac contraction and arrhythmia. Atrioventricular block, a serious type of arrhythmia resulting from interruption of cardiac impulse conduction via the atrioventricular node (AVN), frequently occurs among diabetic patients. However, details of structural changes in AVN in DM remain poorly explained. Here, this study defined the effects of DM on the morphological remodeling of the AVN in male Sprague Dawley rats induced by intraperitoneal injection of streptozotocin (60 mg/kg body weight). At 24 weeks, the pathological changes in the AVN were assessed by light microscopy (LM) and transmission electron microscopy (TEM). Under LM, the AVN in diabetic rats became a less compact mass and exhibited the intracellular vacuolation. The nodal cells were more varied in sizes with the absence or shrinkage of nuclei and clear cytoplasm compared to the control. The collagen content significantly increased in relation to the presence of myofibroblasts. Consistent with LM, TEM images of the diabetic nodal cells revealed several signs of cell damage, such as mitochondrial changes, deterioration of cell organelles, gap junction internalization, and cell separation. Furthermore, changes in AVN innervation, evidenced by damaged Schwann cells and axons, were also found. These results indicated alterations in important components in the AVN during diabetic condition, which may lead to the impairment of electrical conduction, causing abnormal cardiac functions in diabetic patients.

La miocardiopatía diabética, caracterizada por anomalías musculares cardíacas inducidas por diabetes mellitus (DM), es un fuerte inductor de alteración de la contracción cardíaca y arritmia. El bloqueo atrioventricular, un tipo grave de arritmia resultante de la interrupción de la conducción del impulso cardíaco a través del nodo atrioventricular (NAV), se produce con frecuencia entre los pacientes diabéticos. Sin embargo, los detalles de los cambios estructurales en NAV en DM siguen estando pobremente explicados. Aquí, este estudio definió los efectos de la DM en la remodelación morfológica del NAV en ratas macho Sprague Dawley inducidas por inyección intraperitoneal de estreptozotocina (60 mg/kg de peso corporal). A las 24 semanas, los cambios patológicos en el NAV se evaluaron mediante microscopía óptica (MO) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Bajo MO, el NAV en ratas diabéticas se convirtió en una masa menos compacta y exhibió la vacuolización intracelular. Las células nodales tenían tamaños más variados con ausencia o contracción de núcleos y citoplasma claro en comparación con el control. El contenido de colágeno aumentó significativamente en relación con la presencia de miofibroblastos. De acuerdo con MO, las imágenes MET de las células nodales diabéticas revelaron varios signos de daño celular, como cambios mitocondriales, deterioro de los orgánulos celulares, internalización de uniones comunicantes y separación celular. Además, también se encontraron cambios en la inervación del NAV, evidenciados por schwannocitos y axones dañados. Estos resultados indicaron alteraciones en componentes importantes en el NAV durante la condición diabética, lo que puede conducir al deterioro de la conducción eléctrica, causando funciones cardíacas anormales en estos pacientes.

The effects of early diabetes on duodenal alterations in the rats / Efectos de la diabetes temprana sobre las alteraciones duodenales en ratas

SUMMARY: Diabetes mellitus (DM) mainly affects functional changes in the duodenum, which plays an important role in the digestion and absorption of food. The impairment of duodenal function contributes to malnutrition, abdominal bloating and pain in diabetic patients. Thus, this study aimed to investigate the histological alterations and quantitative measurements of duodenal structures in the early stage of streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats. Eight male Sprague-Dawley rats were divided into three control and five diabetic rats. Diabetes was induced by a single intraperitoneal dose of 60 mg/kg STZ. After four weeks of diabetic induction, the duodenum was prepared for histological study and morphometric analysis. In diabetic rats, there were deformed villi with disrupted surface epithelium and mildly distorted shapes of crypts, together with an increase in villus height and crypt depth. The epithelial cells detached from their underlying basement membrane. The goblet cells decreased in number, whereas an increased number of Cellula panethensis (Paneth cells) with pale-stained eosinophilic granules occurred in the DM group. A diabetic thickened submucosal layer was observed as enhanced duodenal glands (Brunner's glands) hypertrophy and collagen accumulation. These findings indicated that histopathologic lesions of the duodenum developed in the early stage of diabetes. The destruction of villi, crypts, and epithelium may affect digestion and absorption. The structural changes in goblet and Cellula panethensis and duodenal glands may be associated with malfunction to protect duodenal mucosa from bacteria and stomach acid. These conditions can worsen the quality of life in diabetic individuals, leading to complications such as maldigestion, malabsorption, and duodenal ulcer.

RESUMEN: La diabetes mellitus (DM) afecta principalmente a cambios funcionales en el duodeno, que juega un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos. El deterioro de la función duodenal contribuye a la desnutrición, distensión abdominal y dolor en pacientes diabéticos. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo estudiar las alteraciones histológicas y determinar las mediciones cuantitativas de las estructuras duodenales en la etapa temprana de ratas diabéticas inducidas por estreptozotocina (STZ). Ocho ratas macho Sprague-Dawley fueron distribuidas en dos grupos: tres ratas control y cinco diabéticas. La diabetes se indujo mediante una dosis intraperitoneal única de 60 mg/kg de STZ. Después de cuatro semanas de inducción, se preparó el duodeno para estudio histológico y análisis morfométrico. En ratas diabéticas, había vellosidades deformadas con epitelio superficial destruido y formas ligeramente distorsionadas de las criptas, junto con un aumento en la altura de las vellosidades y la profundidad de las criptas. Las células epiteliales se encontraban separadas de la membrana basal subyacente. Las células caliciformes habían disminuido en número, mientras que en el grupo DM se produjo un aumento en el número de Cellula panethensis (células de Paneth) con gránulos eosinofílicos teñidos pálidos. Se observó una capa submucosa engrosada con aumento de la hipertrofia de las glándulas duodenales (glándulas de Brunner) y acumulación de colágeno. Estos hallazgos indican que las lesiones histopatológicas del duodeno se desarrollaron en la etapa temprana de la diabetes. La destrucción de vellosidades, criptas y epitelio puede afectar la digestión y la absorción. Los cambios estructurales en Cellula panethensis y glándulas duodenales pueden estar asociados con un mal funcionamiento en la protección de la mucosa duodenal tanto de las bacterias como del ácido gástrico. Estas condiciones pueden empeorar la calidad de vida de las personas diabéticas y provocar complicaciones como mala digestión, malabsorción y úlcera duodenal.

Small bronchiolar histopathological changes related to prolonged diabetes / Pequeños cambios histopatológicos bronquiolares relacionados con la diabetes prolongada

SUMMARY: Diabetes mellitus increases the risk of developing chronic obstructive pulmonary disease (COPD). The small bronchiole is a prominent site of airflow obstruction that causes increased airway resistance in patients with the COPD. Therefore, the histological and ultrastructural changes in small bronchioles in streptozotocin (STZ)-induced chronic diabetes were determined. Twenty-four weeks after STZ induction, rats were sacrificed, and the right and left lungs were collected for examination by light and electron microscopy. The alterations to the small bronchioles were the same in both lungs of these diabetic rats. The bronchiolar epithelial cells, both ciliated and secretory club cells, showed pyknotic nuclei and damaged cytoplasmic organelles. Increased thickening of the bronchiolar wall occurred in diabetic rats due to smooth muscle layer thickening, inflammatory cell infiltration, and increased numbers of myofibroblasts with collagen deposition.These results indicated that chronic diabetes caused extreme damage to small bronchioles, which may lead to chronic small airway obstruction and ultimately increase the likelihood of COPD progression. This basic knowledge provides a better understanding of the progression of pathogenesis in the small airways of patients with prolonged diabetes.

RESUMEN: La diabetes mellitus aumenta el riesgo de desarrollar enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). El bronquiolo es un sitio prominente de obstrucción del flujo de aire que causa una mayor resistencia de las vías respiratorias en pacientes con EPOC. Por lo tanto, se determinaron los cambios histológicos y ultraestructurales en los bronquiolos en la diabetes crónica inducida por estreptozotocina (STZ). 24 semanas después de la inducción de STZ, se sacrificaron las ratas y se analizaron los pulmones derecho e izquierdo por microscopía óptica y electrónica. Las alteraciones de los pequeños bronquiolos fueron las mismas en ambos pulmones de estas ratas diabéticas. Las células epiteliales bronquiolares, tanto ciliadas como secretoras, mostraban núcleos picnóticos y orgánelos citoplasmáticos dañados. Se produjo un aumento del engrosamiento de la pared bronquiolar en ratas diabéticas debido al engrosamiento de la capa de músculo liso, infiltración de células inflamatorias y un mayor número de miofibroblastos con colágeno. Estos resultados indicaron que la diabetes crónica causaba daño extremo a los pequeños bronquiolos, lo que puede conducir a una obstrucción crónica de las vías respiratorias pequeñas y además aumentar la probabilidad de progresión de la EPOC. Esta información proporcionará un mejor conocimiento de la patogénesis en las vías respiratorias pequeñas de los pacientes con diabetes prolongada.

Modifications of adrenal gland ultrastructure in streptozotocin-induced diabetic model rats / Modificaciones de la ultraestructura de la glándula suprarrenal en ratas modelo diabéticas inducidas por estreptozotocina

SUMMARY: The adrenal gland has been associated with the development of classical symptoms in diabetes mellitus (DM), including intensive polyuria and hyperglycemia. During DM, there are hormonal changes in the adrenal gland. Ultrastructural changes of adrenocortical and adrenal medulla cells and their effects on adrenocorticomedullary interaction have not been fully investigated. This study evaluated adrenocortical and adrenal medullary cells and adrenocorticomedullary interactions at ultrastructural levels in a streptozotocin-induced DM model, using transmission electron microscopy. Fifteen male, Sprague-Dawley rats were divided into diabetic model (n = 10) and control (n = 5) groups. Rats were sacrificed at four weeks after induction. The nuclei of some diabetic cortical cells were found to be irregularly shaped. In the cytoplasm, increased numbers of mitochondria and dilated smooth endoplasmic reticulum were observed. However, lipid droplets decreased in the DM model animals. The filopodia of diabetic cortical cells extended to contact the fenestrated capillary and other cortical cells and losses of gap junctions were also observed. Alterations of diabetic chromaffin cells resulted in similar appearances, consisting of irregularly shaped nuclei, swollen mitochondria, distended rough endoplasmic reticulum, and disrupted chromaffin vesicles. Examining adrenocorticomedullary interactions showed that the diabetic cortical chromaffin cells resembled those in the medulla. In the DM model group, collagen fibril depositions were observed between adrenal cells, especially near cell interactions. The filopodia of diabetic cortical cells were larger than those observed for diabetic adrenocorticomedullary interactions and adrenal cortex. These adrenal gland ultrastructural modifications represent contributions to the basic knowledge necessary for investigations of adrenal gland impairment during the early diagnosis of DM patients.

RESUMEN: La glándula suprarrenal se ha asociado con el desarrollo de síntomas clásicos en la diabetes mellitus (DM), que incluyen poliuria intensiva e hiperglucemia. Durante la DM, hay cambios hormonales en la glándula suprarrenal. Los cambios ultraestructurales de las células adrenocorticales y de la médula suprarrenal y sus efectos sobre la interacción adrenocorticomedular no se han investigado completamente. Este estudio evaluó las células adrenocorticales y de la médula suprarrenal y las interacciones adrenocorticomedulares a niveles ultraestructurales en un modelo de DM inducida por estreptozotocina, utilizando microscopía elec- trónica de transmisión. Se dividieron quince ratas macho Sprague- Dawley en grupos de modelo diabético (n = 10) y de control (n = 5). Las ratas se sacrificaron cuatro semanas después de la inducción. Se encontró que los núcleos de algunas células corticales diabéticas tenían una forma irregular. En el citoplasma, se observó un mayor número de mitocondrias y retículo endoplásmico liso dilatado. Sin embargo, las gotitas de lípidos disminuyeron en los animales modelo DM. Los filopodios de las células corticales diabéticas se extendieron para entrar en contacto con el capilar fenestrado y otras células corticales y también se observaron pérdidas de uniones gap. Las alteraciones de las células cromafines diabéticas dieron como resultado apariencias similares, que consistían en núcleos de forma irregular, mitocondrias inflamadas, retículo endoplásmico rugoso distendido y vesículas cromafines rotas. El examen de las interacciones adrenocorticomedulares mostró que las células cromafines corticales diabéticos se parecían a las de la médula. En el grupo del modelo de DM, se observaron depósitos de fibrillas de colágeno entre las células suprarrenales, especialmente cerca de las interacciones celulares. Los filopodios de las células corticales diabéticas eran más grandes que los observados para las interacciones adrenocorticomedulares diabéticas y la corteza suprarrenal. Estas modificaciones ultraestructurales de la glándula suprarrenal contribuyen al conocimiento básico para las investigaciones referente al deterioro de la glándula en el diagnóstico temprano de pacientes con DM.

Altered oligodendrocytes in spinal enlargements of streptozotocin diabetic rats / Oligodendrocitos alterados en la intumescencia espinal de ratas diabéticas con estreptozotocina

SUMMARY: Disturbances of sensory and motor nerve conduction velocity in the spinal cord as well as degenerated myelin sheaths are observed in diabetic patients and animal models. Indeed, oligodendrocytes (OLs), which are important neuroglial cells, generate myelin in the central nervous system. Spinal enlargement, including cervical and lumbar enlargements, innervates all limbs. Thus, the purposes of this study were to examine and compare the ultrastructural alterations of OLs in spinal enlargements of streptozotocin (STZ)- induced diabetic rats and controls. Thirteen male Sprague-Dawley rats were induced with STZ in citrate buffer and six control rats were injected with the same buffer solution. All rats were sacrificed after inductions at four (short-term DM) and twenty-four weeks (long-term DM). The selected spinal enlargements were processed for transmission electron microscopy. The OL alterations in both the cervical and lumbar enlargements were apparently the same. In short-term DM, the nuclei of OLs became swelled with chromatin clumping. Cytoplasmic organelles were moderately damaged. In long-term DM, OLs contained shrinkage nuclei with thick heterochromatin clumping. Severely degenerated mitochondria with disrupted cristae and broken membranes were observed. Moreover, distended and fragmented rough endoplasmic reticulum were observed, and large clear areas were present in the cytoplasm. Additionally, the loosening, splitting, and destruction of myelin lamellae were found. This study can provide important preliminary information about the alteration of OLs in the spinal cords of diabetic patients, which might be involve in the impairments of sensory and motor conduction velocities in these individuals.

RESUMEN: En pacientes diabéticos y modelos animales se observan alteraciones de la velocidad de conducción nerviosa sensorial y motora en la médula espinal, así como vainas de mielina degeneradas. De hecho, los oligodendrocitos (OL), que son importantes células neurogliales, generan mielina en el sistema nervioso central. La intumescencia espinal, a nivel cervical y lumbar, inerva los miembros. Por lo tanto, los propósitos de este estudio fueron examinar y comparar las alteraciones ultraestructurales de los OL en la intumescencia espinal de ratas diabéticas inducidas por estreptozotocina (STZ) y controles. Se indujeron trece ratas macho Sprague-Dawley con STZ en tampón citrato y se inyectaron seis ratas de control con la misma solución tampón. Todas las ratas se sacrificaron después de la inducción a las cuatro (DM a corto plazo) y a las veinticuatro semanas (DM a largo plazo). Las ampliaciones de la columna seleccionadas se procesaron para microscopía electrónica de transmisión. Las alteraciones de OL en las intumescencias cervical y lumbar eran aparentemente las mismas. En la DM a corto plazo, los núcleos de los OL se hincharon con la acumulación de cromatina. Los orgánulos citoplasmáticos sufrieron daños moderados. En la DM a largo plazo, los OL contenían núcleos de contracción con aglutinación de heterocromatina gruesa. Se observaron mitocondrias severamente degeneradas con crestas y membranas rotas. Además, se observó un retículo endoplásmico rugoso distendido y fragmentado, y estaban presentes grandes áreas claras en el citoplasma. Además, se encontraron el aflojamiento, la división y la destrucción de las laminillas de mielina. Este estudio puede proporcionar información preliminar importante sobre la alteración de los OL en la médula espinal de los pacientes diabéticos, que podría estar involucrada en las alteraciones de las velocidades de conducción sensorial y motora en estos individuos.

Cerebellar synaptopathy in streptozotocin-induced diabetic rats / Sinaptopatía cerebelosa en ratas diabéticas inducidas por estreptozotocina

SUMMARY: There is an increasing amount of evidence that supports the diabetic complications of the central nervous system structure and function. The cerebellum, which is one of the primary structure derived from the hindbrain, plays an important role in motor control, motor coordination, and non-motor functions, such as cognitive processing. The synapse is a critical structure that regulates neuronal communication, and well-defined afferent and efferent fibre connections in the cerebellum help in maintaining the proper working order. Thus, the present study sought to investigate the long-term effects of diabetes-induced synaptopathy in the cerebellum, using both histological and ultrastructural studies. Twenty Sprague-Dawley male rats were divided randomly into control and diabetic groups, and diabetes was then induced through a single intraperitoneal injection of streptozotocin (60 mg/kg body weight). Six month later, the rats were sacrificed and the cerebellum was removed. Light and electron microscopic examinations showed a degeneration of Purkinje cells (Neuron purkinjense) with shrunken cells, pyknotic nuclei, and synaptopathy, including the reduction in synapse density, number of synaptic vesicles, and maturation of synapses in the molecular layer of diabetic cerebellum. The disruptions in synaptic profiles, which observed in the diabetic condition, could be related to cerebellar dysfunction, thus leading to the defects in coordinated movement, balance, as well as cognitive learning and memory.

RESUMEN: Actualmente existe una creciente evidencia que apoya las complicaciones diabéticas de la estructura y función del sistema nervioso central. El cerebelo, una de las estructuras primarias del cerebro posterior, desempeña un papel importante en el control motor, la coordinación motora y las funciones no motoras, tanto como en el procesamiento cognitivo. La sinapsis es una estructura crítica que regula la comunicación neuronal y las conexiones de fibras aferentes y eferentes bien definidas en el cerebelo, ayudan a mantener el funcionamiento correcto. Por lo tanto, en el presente estudio se investigaron los efectos a largo plazo de la sinaptopatía inducida por la diabetes en el cerebelo, utilizando estudios histológicos y ultraestructurales. Veinte ratas SpragueDawley macho se dividieron al azar en grupos de control y diabetes, se indujó la diabetes a través de una inyección intraperitoneal única de estreptozotocina (60 mg / kg de peso corporal). Seis meses después, se sacrificaron las ratas y se extrajo el cerebelo. Los exámenes de microscopías óptica y electrónica mostraron una degeneración de las neuronas purkinjenses (células de Purkinje), con células reducidas, núcleos picnóticos y sinaptopatía, como también la densidad reducida de sinapsis, el número de vesículas sinápticas y la maduración de las sinapsis en la capa molecular del cerebelo de las ratas diabéticas. Las interrupciones en los perfiles sinápticos, que se observaron en la condición diabética, podrían estar relacionadas con la disfunción cerebelosa, lo que lleva a defectos en el movimiento coordinado, el equilibrio, así como al aprendizaje cognitivo y la memoria.

Depleted immunoglobulin heavy chain binding protein (BiP) expands the endoplasmic reticulum and the golgi apparatus in dengue virus-infected cells.

Objective: To test whether depleted expression of immunoglobulin heavy chain binding protein (BiP), which is an endoplasmic reticulum (ER) chaperone, in dengue virus (DENV)-infected cells, affected integrities of the ER and the Golgi apparatus of the host cells. Methods: Either siRNA against BiP- or control siRNA-transfected cells was infected with DENV and subjected to electron microscopic evaluation. Results: Depleted expression of BiP affected integrities of the ER and the Golgi apparatus in DENV-infected cells. Conclusion: Integrities of the ER and the Golgi apparatus maintained by BiP in the host cells is necessary for DENV production.

Ultrastructural changes of hepatic stellate cells in streptozotocin-induced diabetic rats.

Background: Thirty to forty per cent of diabetic patients develops liver cirrhosis. The hepatic stellate cells (HSCs) play an essential role in development of liver fibrosis. Objective: The goal of this study was to demonstrate histological and ultrastructural changes of HSCs in the streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats by using light (LM) and transmission electron microscopies (TEM). Materials and Methods: Thirteen male Sprague-Dawley rats were used. Diabetic rats (n=8) were induced by intraperitoneal injection of STZ (60 mg/kg) in citrate buffer (pH 4.5). Each control rat (n=5) was injected with an equal volume of the buffer. The animals were sacrificed at 24 weeks. Liver specimens were examined by utilizing two approaches of LM and TEM, respectively. Results: Under LM observation, most shape of the diabetic HCSs was spindle. Moreover, there were more numerous collagen fibers in the perisinusoidal space of diabetes. By using TEM, the number of HSCs in diabetic group significantly increased. Furthermore, the HSCs in the diabetic group obviously changed into myofibroblast-like cells. The lipid droplets in the cytoplasm noticeably declined in number, which were replaced by collagen fibers. In addition, dilatation of rER and Golgi complex, increasing in number of mitochondria, and binucleated nuclei occurred in the diabetic group. Also, the collagen fibers were accumulated in diabetic perisinusoidal spaces. Conclusion: These new observations provide a research perspective on ultrastructural changes of diabetic HSCs in developing liver cirrhosis, which is more than previously considered. This perspective may have important implications for improved therapeutic treatment.