Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ АРКУАТНОГО ЯДРА ГИПОТАЛАМУСА В ДИНАМИКЕ ТОКСИЧЕСКОГО СТРЕССА, ВЫЗВАННОГО СОЛЬЮ КАДМИЯ

Муратова Н.Р. 1 Котельникова С.В. 1
1 Астраханский Государственный Технический Университет
Изучено морфофункциональное состояние аркуатного ядра гипоталамуса самцов и самок белых крыс в условиях развития интоксикации и после ее прекращения. Интоксикацию вызывали ежедневным пероральным введением раствора хлорида кадмия из расчета 2 мг/100 г массы тела животного. Были сформированы экспериментальные группы с длительностью введения соли кадмия - 5, 10 и 15 дней, а также с длительностью восстановительного периода - 5, 10 и 15 дней после прекращения 15-дневной интоксикации. Введение хлорида кадмия приводит к снижению объемов ядра нейроэндокриноцитов самцов и самок, а его отмена – к их восстановлению до значений, характерных для контрольных животных. При этом у самцов наблюдается более выраженное угнетение функционального состояния нейроэндокринного центра на поступление соли кадмия в начальный период интоксикации и более эффективное восстановление до исходных значений после прекращении введения токсиканта.
кадмий
токсический стресс
аркуатное ядро гипоталамуса
1. Жарская О.О. Динамика и механизмы реорганизации ядрышка в митозе. / О.О. Жарская, О.В. Зацепина // Цитология. – 2007. – Т. 49, № 5. – С. 355-369.
2. Куценко С.А. Основы токсикологии. – СПб.: Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, 2002. – 395 с.
3. Малов А.М. Накопление кадмия в некоторых органах и тканях крыс / А.М. Малов, В.К. Сибиряков, А.А. Иваненко // Клиническая токсикология. – 2013. – Т. 14. – С. 228-240.
4. Розен Б.В. Половая дифференцировка функций печени / Б.В. Розен, Г.Д. Матарадзе, О.В. Смирнова, А.Н. Смиронов. – М.: Медицина, 1991. – 336 с.
5. Скальный А. В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. - М.: ОНИКС 21 век: Мир, 2004. - 216 с.
6. Bouret S.G. Formation of Projection Pathways from the arcuate nucleus of the hypothalamus to hypothalamic regions implicated in the neural control of feeding behavior in mice / S.G. Bouret, S.J. Draper, R.B. Simerly // J. of Neurosci. - 2004. – V. 24, № 11. – Р. 2805-2797.
7. Kataranovski M. Gender differences in acute cadmium-induced systemic inflammation in rats / M. Kataranovski, S. Janković, D. Kataranovski, J. Stosić, D. Bogojević // Biomed. Environ. Sci. – 2009. – V. 22, № 1. – Р. 1-7.
8. Lafuente A. Are cadmium effects on plasma gonadotropins, prolactin, ACTH, GH and TSH levels, dose-dependent? / A. Lafuente, P. Cano, A. Esquifino // Biometals. – 2003. – V. 16, № 2. – Р. 243-250.
9. Liang Y. Increased hepatic and decreased urinary metallothionein in rats after cessation of oral cadmium exposure / Y. Liang, H. Li, C. Xiang, L. Lei, T. Jin, M. Nordberg, G.F. Nordberg // Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. – 2010. – V. 106, № 4. – Р. 348-355.
10. Liu Y. Exposing to cadmium stress cause profound toxic effect on microbiota of the mice intestinal tract / Y. Liu, Y. Li, K. Liu, J. Shen // PloS ONE. – 2014. – V. 9, № 2. – Р. 1-9.

Кадмий относится к токсичным микроэлементам и является одним из самых опасных терраполлютантов [5]. Кадмий обладает высокотоксичными свойствами, вызывая поражения различных органов и физиологических систем. Этот элемент накапливается в организме, особенно в почках, печени, легких и мозге, и при достижении критической концентрации приводит к поражению дыхательной системы, нарушению работы почек, а также к иммуносупрессии и канцерогенезу [2]. Данный токсикант оказывает нейротоксический эффект действуя на сосудистое русло мозга и нарушая мозговой кровоток [2]. Длительное введение его соединений экспериментальным животным (крысы) сопровождается некрозом нервных клеток чувствительных ганглиев и аксональной дегенерацией и демиелинизацией периферических нервных стволов. Ткани мозга одними из первых подвергаются воздействию кадмия [3], особенно это отмечено для центра регуляции гомеостаза внутренней среды организма – гипоталамуса [8].

Аркуатное ядро гипоталамуса играет важную роль в дофаминергическом контроле секреции гормона роста, вазопрессина, пролактина, регуляции эстрального цикла и полового поведения. Этот нейроэндокринный центр является особенно важным для центральной регуляции приема пищи, расхода энергии, и контроле массы тела. В аркуатном ядре присутствуют гипофизотропные нейроны, секретирующие кортиколиберин – центральный гормон стресса [6, 10].

Одним из ключевых вопросов в физиологии, которому в настоящее время уделяется большое внимание – это проблема половых различий в чувствительности организмов к токсическим веществам. Это связывают как с исходными различиями в гормональном профиле самцов и самок, так и их различной скоростью синтеза гормонов в ответ на стрессор. Так, при стрессе концентрация глюкокортикоидов, вазопрессина и окситоцина возрастает в крови самок сильнее, чем у самцов [4].

Вместе с тем, динамика развития токсического стресса и процессы восстановления функции органов и систем после интоксикации изучены крайне недостаточно. В связи с вышеизложенным, целью исследования стало изучение функционального состояния аркуатного ядра гипоталамуса у животных обоего пола в динамике токсического стресса, вызванного хлоридом кадмия.

Материал и методы исследования

Экспериментальные исследования выполнены на 82 лабораторных животных (белых беспородных крысах) обоего пола. Токсический стресс моделировали ежедневным введением экспериментальным животным раствора хлорида кадмия в дозе 2 мг на 100 г массы тела per os через зонд. Животные были разделены на несколько групп: 1 группа – контроль; 2 – животные, получавшие хлорид кадмия в течение 5 дней; 3 – животные, получавшие хлорид кадмия в течение 10 дней; 4 – животные, получавшие хлорид кадмия в течение 15 дней; 5 – животные, восстанавливающиеся после 15-ти дневной интоксикации хлоридом кадмия в течение 5 дней; 6 - животные, восстанавливающиеся после 15-ти дневной интоксикации хлоридом кадмия в течение 10 дней; 7 - животные, восстанавливающиеся после 15-ти дневной интоксикации хлоридом кадмия в течение 15 дней.

Функциональную активность аркуатного ядра оценивали по морфометрическим показателям, а именно по объему ядра нейроцитов. Эти структуры нейроэндокринных клеток тесно коррелируют с интенсивностью транскринции [1] и могут служить инструментом оценки их функционального состояния. На каждую экспериментальную группу было исследовано не менее 150 нейронов, все измерения переведены в мкм3 при помощи объект-микрометра. Результаты статистически обработаны с использованием критерия Стьюдента.

Результаты исследований и их обсуждение

Аркуатное или дугообразное ядро гипоталамуса представляет собой скопление мелкоклеточных нейроэндокринных клеток, расположенных по бокам третьего желудочка мозга. У интактных самцов и самок средние размеры ядер нейронов существенно не отличались (таблица).

Введение хлорида кадмия сопровождалось снижением размеров ядра нейроэндокринных клеток у самцов уже в начальный период интоксикации. Через 5 дней после начала ввода подопытным самцам раствора соли кадмия объемы ядер оказались на 15%, а через 10 дней – на 11% ниже по сравнению с контрольной группой (р < 0,05 для обоих сравнений). Наибольшее угнетение транскрипционных процессов у самцов было отмечено в группе 15 Cd, где объемы ядер составили только72% от таковых в контроле (р < 0,01).

Объемы ядер нейронов аркуатного ядра гипоталамуса в динамике токсического стресса

Экспериментальная группа

Объем ядра, мкм3

Самцы

Самки

Контроль

209,2±8,67

217,7±9,11

Период интоксикации

5 Cd

178,4±8,24*

239,1±8,34°°°

10 Cd

186,0±5,36*

217,7±8,11°°

15 Cd

163,4±10,22**

163,1±14,34*

Период восстановления после интоксикации

15 Cd +5

211,4±6,60

239,1±9,03°

15 Cd +10

208,6±8,05

220,4±8,00

15 Cd +15

224,6±8,39

168,9±8,39°°°**

Примечание: * - отличия между контрольной и опытными группами по Стьюденту: * – р<0,05, ** – р<0,01; ° – половые отличия: ° – р<0,05, °° – р<0,01, °°° – р<0,001

У самок, в отличие от самцов, торможение транскрипционных процессов наблюдалось только к концу периода интоксикации. Объем ядра в группе самок 15 Cd уменьшился на 25% по сравнению с контролем (р < 0,05), что составило величину того же порядка, что и у самцов. Тем не менее, в группах с длительностью интоксикации 5 и 10 дней размеры ядер у самок были сопоставимы с таковыми у интактных животных, что может свидетельствовать о большей устойчивости энергетического метаболизма самок к небольшим дозам хлорида кадмия по сравнению с самцами. О значительной реактивности самцов к интоксикации свидетельствует также отмеченный у них более выраженный воспалительный ответ на введение соли кадмия по сравнению с самками [7]. Возможно, что в основе механизмов подобных отличий лежит способность эстрогенов усиливать выведение кадмия [5].

В связи с разной реактивностью размеров ядер нейронов аркуатного ядра самцов и самок к вводимому токсиканту, на начальных этапах интоксикации были выявлены половые отличия, отсутствовавшие в контроле. Так, в группах с длительностью интоксикации 5 дней размеры ядер самок оказались на 34% (р < 0,001), а в группе 10 Cd – на 16% больше, чем у самцов (р < 0,01).

Среди групп животных с периодом восстановления после интоксикации также были выявлены различия в реакции нейроэндокриноцитов аркуатного ядра самцов и самок. У самцов уже через 5 дней после прекращения введения токсиканта объемы ядер нервного центра не отличались от контрольных и оставались таковыми вплоть до окончания периода наблюдения. У самок размеры ядер нейроэндокринных клеток через 5 и 10 дней после прекращения поступления хлорида кадмия также соответствовали таковым у контрольных животных, однако в группе самок с длительностью периода восстановления 15 дней объемы ядер нейроэндокриноцитов оказались на 23% ниже по сравнению с контролем (р < 0,01). Снижение интенсивности транскрипционных процессов к концу периода наблюдения может быть следствием отдаленных последствий интоксикации, которые у самок проявляются быстрее, чем у самцов.

Более быстрые темпы восстановления самцов после токсической нагрузки хлоридом кадмия отмечены и по снижению у них содержания биомаркера почечной дисфункции в моче, N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы, в то время как у самок его концентрация оставалась повышенной [9].

Заключение

Введение хлорида кадмия приводит к снижению транскрипционной активности нейроэндокриноцитов аркуатного ядра гипоталамуса самцов и самок крыс, а его отмена – к ее восстановлению до значений, характерных для контрольных животных. При этом у самцов наблюдается более выраженная реакция нейроэндокринного центра на поступление доз соли кадмия в начальный период интоксикации и более эффективное восстановление исходных значений размеров ядер нервных клеток при прекращении введения токсиканта.

Рецензенты:

Горст В.Р., д.б.н., доцент, профессор кафедры нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава РФ, г. Астрахань;

Курьянова Е.В., д.б.н., доцент, профессор кафедры физиологии морфологии человека и животных ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань.


Библиографическая ссылка

Муратова Н.Р., Котельникова С.В. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ АРКУАТНОГО ЯДРА ГИПОТАЛАМУСА В ДИНАМИКЕ ТОКСИЧЕСКОГО СТРЕССА, ВЫЗВАННОГО СОЛЬЮ КАДМИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16439 (дата обращения: 24.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252