Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ ТОКСИЧЕСКОГО СТРЕССА НА МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКОГО ЯДРА ГИПОТАЛАМУСА БЕЛЫХ КРЫС В РАЗНЫЕ СЕЗОНЫ ГОДА

Котельникова С.В. 1 Котельников А.В. 1
1 ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», Астрахань, Россия
Изучены объемы ядер и ядрышек нейронов супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса самцов и самок крыс в разные сезоны года в норме и на фоне токсического стресса, вызванного хлоридом кадмия (2 мг/100 г массы тела, ежедневно, в течение 15 дней, перорально). Максимальные объемы ядер нейронов СХЯ наблюдали в летний период у самцов и осенний у самок, в то время как максимальные объемы ядрышек и максимальная доля ядрышка в ядре были зимой у животных обоего пола. Половые отличия в объемах ядер и ядрышек нейросекреторных клеток СХЯ характерны только для «переходных» сезонов – весны и осени, причем морфометрические показатели самок превышают таковые самцов. Соль кадмия приводит к снижению ритмической активности СХЯ, уменьшая объем ядрышек зимой и увеличивая его летом у животных обоего пола.
супрахиазматическое ядро гипоталамуса
сезоны года
кадмий
1. Абдурахманов Г.М., Зайцев И.В. Экологические особенности содержания микроэлементов в организме животных и человека. – М.: Наука, 2004. – С. 187.
2. Ашофф Ю. Обзор биоритмов. // Биологические ритмы: в 2 т. / под ред. Ю. Ашоффа. – М.: Мир, 1984. – Т. 1. – С. 12–21.
3. Струков А.И., Серов В.В. Патологическая анатомия. – М.: Медицина, 1993. – С. 91–93.
4. Чернышева М.П. Гормоны животных. Введение в физиологическую эндокринологию: учебное пособие. – СПб.: Глаголъ, 1995. – С. 114.
5. Perreau-Lenz S., Kalsbeek A., Garidou M.L., Wortel J., van der Vliet J., van Heijningen C., Simonneaux V., PГ©vet P., Buijs R.M. Suprachiasmatic control of melatonin synthesis in rats: inhibitory and stimulatory mechanisms // Eur J Neurosci. – 2003. – V. 17. – № 2. – P. 221–228.
6. Peschke E., Peschke D., Huhn C. Circannual morphometric investigations of the rat suprachiasmatic nucleus after pinealectomy, ganglionectomy and thyroidectomy // Brain Res. – 1996. – V. 740. – № 18. – P. 81–88.
7. Skoczynska A. Peroksydacja lipidow w toksycznym dzialaniu olowiu i kadmu // Med-Pr. – 1997. – V. 48. – № 2. – Р. 197–203.
8. Yalyn O., Arman F., Erdogan F., Kula M. A comparison of the circadian rhythms and the levels of melatonin in patients with diurnal and nocturnal complex partial seizures // Epilepsy & Behavior. – 2006. – V. 8. – № 3. – С. 542–546.
В настоящее время кадмий является одним из экополлютантов, содержание которого в окружающей среде постоянно возрастает. Одним из основных неспецифических механизмов токсического действия кадмия на клеточном уровне является связывание сульфгидрильных групп глутатиона и белков, в результате чего происходит активизация процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран [7]. Нарушения перекисного окисления липидов рассматриваются как общее патогенетическое звено ряда заболеваний.

Размеры ядер и ядерных структур в значительной мере определяются функциональным состоянием клетки. Изменения ядер и ядрышек нейронов гипоталамуса отражают различные функциональные состояния этого нервного центра - как адаптационные, так и дистрофические, вызванные токсическим стрессом. Нейроны супрахиазматического ядра (СХЯ) являются одной из структур, ответственных за адаптацию организма к цирканнуальным и циркадианным ритмам.

Процессы адаптации к сезонным колебаниям среды протекают не одинаково у животных разного пола, так как и уровни половых гормонов испытывают колебания в течение года. Так, уровень гонадотропных гормонов в плазме крови выше весной, тестостерона - в августе [2].

У женщин сезонные изменения концентрации гонадотропинов и гонадных стероидов тесно связаны с синтезом мелатонина. Мелатонин определяет время наступления половой зрелости и время наступления овуляции [8].

В связи с вышеизложенным целью исследования было выяснение роли сезонов в реакции нейронов супрахиазматического ядра гипоталамуса на токсический стресс, вызванный введением соли кадмия.

Материалы и методы исследования. Исследования выполнены на 104 половозрелых белых беспородных крысах обоего пола. Средний вес животных к началу каждой серии эксперимента составлял 180 г. Животные содержались при свободном доступе к воде и пище, самцы и самки отдельно. При проведении экспериментов животных каждого пола делили на 2 группы: контрольную и опытную.

Исследования выполнены в четыре сезона года: зима (январь), весна (апрель), лето (июль) и осень (октябрь).

Токсический стресс моделировали введением per os хлорида кадмия (CdCl2) в дозе 2 мг на 100 г массы тела животного ежедневно в течение 15 дней. Общая доза составила 30 мг/100 г массы тела, что составляет 1/3 от LD50. Известно, что при введении солей кадмия через желудочно-кишечный тракт высасывается около 5% от вводимой дозы [1]. Подобный тип токсического стресса можно характеризовать как полухронический, при этом ни одно животное не погибло до окончания эксперимента.

По окончании эксперимента животных декапитировали под хлоралгидратным наркозом (25 мг/100 г массы тела, внутрибрюшинно). Гипоталамус фиксировали в смеси Буэна, заливали в парафин и изготавливали серийные срезы, толщиной 5-7 мкм. Препараты окрашивали гематоксилин-эозином и фотографировали при увеличении 900х.

Морфометрию ядра и ядрышка проводили с помощью измерения двух перпендикулярных диаметров ядра (ядрышка) d1 и d2 (d1 > d2), с последующим определением объема по формуле эллипсоидовращения:

.

Полученные данные обработаны статистически с использованием критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение. Наибольший объем ядер нейронов супрахиазматического ядра у самцов отмечался в летний период (12,03±0,313 мкм3, таблица 1), постепенно уменьшаясь вплоть до весны (минимальный объем, 10,47±0,234 мкм3). Таким образом, именно между весной и летом наблюдалось максимальное отличие между последовательно сменяющими друг друга сезонами (р < 0,01). Разница между контрастными сезонами составляла 13% между зимой и летом и 12% между весной и осенью (р < 0,01 для обоих случаев).

Цикл изменения объемов ядер был несколько сдвинут у самок по сравнению с самцами: максимальные размеры характерны для осени (12,81±0,297 мкм3), а минимальные - для зимы (10,16±0,281 мкм3). Именно между этими сезонами создается наибольшая разница в размерах ядер - на 26% (р < 0,001). Как и у самцов, у самок сохраняются достоверные различия между контрастными сезонами года: зимой объем ядер на 11% меньше, чем летом, а осенью на 9% больше, чем весной (р < 0,01 для обоих случаев). Динамика изменения размеров ядер клеток СХЯ самок соответствует отмеченной E. Peschke с соавторами [6], которые выявили максимальные размеры ядер нейронов СХЯ в весенний и осенний периоды, а минимальные - в летний и зимний.

Половые отличия в объемах ядер нейросекреторных клеток оказались характерны только для «переходных» сезонов, причем в обоих случаях объемы ядер самок превышали таковые самцов (на 12% весной, р < 0,01 и на 9% осенью, р < 0,05). В то же время в «стабильные» теплый и холодный периоды размеры ядер нейронов СХЯ самцов и самок практически не отличались.

Таблица 1 - Объемы ядер, ядрышек и ядрышко-ядерное отношение нейронов супрахиазматического ядра гипоталамуса, мкм3

Группа

Пол

Объемы ядер

Объемы ядрышек

Ядрышко-ядерное отношение, ×10-3

Зима

Контроль

Самцы

10,63±0,266

0,079±0,0050

7,65±0,431

Самки

10,16±0,281

0,084±0,0050

8,76±0,493

Кадмий

Самцы

10,63±0,219

0,039±0,0020***

3,78±0,177***

Самки

 9,69±0,266

0,045±0,0020***

5,00±0,231***

Весна

Контроль

Самцы

10,47±0,234

0,062±0,0025

6,10±0,217

Самки

11,72±0,266++

0,073±0,0025++

6,59±0,234

Кадмий

Самцы

10,78±0,234

0,059±0,0025

5,57±0,189

Самки

11,25±0,250

0,065±0,0026

6,07±0,236

Лето

Контроль

Самцы

12,03±0,313

0,068±0,0041

5,99±0,436

Самки

11,25±0,281

0,063±0,0036

6,26±0,604

Кадмий

Самцы

10,78±0,203*

0,085±0,0042*

8,10±0,381**

Самки

12,19±0,266*

0,092±0,0048***

7,66±0,395

Осень

Контроль

Самцы

11,72±0,313

0,060±0,0029

5,42±0,266

Самки

12,81±0,297+

0,070±0,0032+

5,51±0,203

Кадмий

Самцы

10,00±0,219**

0,058±0,0025

5,91±0,262

Самки

10,31±0,219***

0,055±0,0027**

5,45±0,256

Примечание: * - отличия кадмиевых групп от контроля в соответствующий сезон, * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001;           + - отличия по полу, + - р<0,05; ++ - р<0,01.

Как у самцов, так и у самок реактивность объемов ядер по отношению к соли кадмия проявлялась только в осенний и летний периоды. В оба эти сезона у самцов и осенью у самок токсикант вызывал уменьшение объемов ядер, в то время как летом у самок происходило их незначительное увеличение (на 8%).

Для сезонной динамики объемов ядрышек нейросекреторных клеток СХЯ было характерно достоверное увеличение их в зимний период как у самцов, так и у самок подопытных животных (0,079±0,0050 мкм3 и 0,084±0,0050 мкм3 соответственно). Так, зимой объем ядрышек у самцов превышал на 25% таковой осенью (р < 0,01) и на 22% - весной (р < 0,05). Минимальные объемы ядрышек у самцов были обнаружены в осенний период (0,060±0,0029 мкм3).

У самок зимой объем ядрышек на 14% превышал весенние размеры, и на 17% - осенние (р < 0,05 для обоих случаев). Минимальные размеры у самок были зарегистрированы в летний период (0,063±0,0036 мкм3).

Также как и для объемов ядер нейросекреторных клеток, половые различия в размерах ядрышек были достоверны только в «переходные» сезоны года, и объемы ядрышек самок превышали таковые самцов (на 17% весной, р < 0,01 и на 18 % осенью, р < 0,05).

Токсикант влиял на размеры ядрышек больше в «стабильные» сезоны года. Причем в холодный сезон его введение приводило к уменьшению объемов, а в теплый - к увеличению как у самцов, так и у самок.

Ядрышко-ядерное отношение, позволяющее оценить соразмерность изменений ядра и ядрышка, имело сходную сезонную динамику у самцов и самок контрольных групп. Максимальная доля ядрышка в объеме ядра была отмечена в зимний период (7,65·10-3 для самцов и 8,76·10-3 для самок), затем шло постепенное снижение ядрышко-ядерного отношения вплоть до минимальных значений осени (5,42·10-3 для самцов и 5,51·10-3 для самок).

Половых различий в ядрышко-ядерном отношении у животных контрольных групп не выявлено ни в один из изученных сезонов.

Наибольшая реактивность по отношению к соли кадмия была отмечена в зимний период, когда под влиянием токсиканта ядрышко-ядерное отношение снижалось на 50% у самцов и 43% у самок (р < 0,001 для обоих случаев). Напротив, в контрастный летний сезон введение кадмия сопровождалось увеличением ядрышко-ядерного соотношения у самцов (на 35%, р < 0,01) и отсутствием реакции со стороны самок.

Ни весной, ни осенью токсикант не изменял отношения объемов ядрышек к объемам ядер нейросекреторных клеток СХЯ.

Нейроны супрахиазматического ядра являются одной из признанных структур «водителей ритма», ответственных за адаптацию организма к сезонности.

Уменьшение ядра в размерах, также как и выраженная конденсация ядрышкового хроматина рассматриваются как процессы, отражающие торможение ядрышковой транскрипции вследствие энергетического дефицита клетки.

Мы вправе констатировать отсутствие пропорциональности изменений размеров ядер и ядрышек по сезонам года.

Размеры и структура ядрышек в большинстве случаев коррелируют с объемом клеточного белкового синтеза, выявляемого биохимическими методами [3]. Действительно, в ритмических изменениях объемов ядрышек как у самцов, так и у самок выявляется акрофаза, приходящаяся на темный зимний период, и ортофаза, у самок приходящаяся на самый светлый из сезонов - лето, а у самцов - на осень. Показано, что ключевым эффектом мелатонина на уровне гипоталамуса является снижение метаболизма светочувствительных нейронов СХЯ, иннервирующих и активирующих все центры нейроэндокринного гипоталамуса [4]. В таком случае повышенный уровень секреции нейронов СХЯ в зимний период - компенсаторная реакция в ответ на усиленное подавление биосинтеза мелатонином.

Однако изменения объемов ядер СХЯ не столь однозначны. В нашем эксперименте акрофаза их объемов приходилась на лето у самцов и осень у самок, в то время как минимальные объемы фиксировались весной у самцов и зимой у самок. Очевидно, что на коллоидное содержимое ядра нейроцитов может оказывать влияние общий гормональный профиль, неодинаковый в разные сезоны года.

Выявленные половые различия в «переходные» сезоны, скорее всего, свидетельствуют о различных скоростях перестройки организма с зимнего на летний уровень функционирования и обратно у самцов и самок.

Интересно, что хлорид кадмия вызывает значимые изменения размеров ядрышек только в стабильные сезоны года. Более того, он приводит к разнонаправленным изменениям объемов ядрышек в холодный и теплый сезоны года. Очевидно, что действие кадмия на секреторную активность клеток СХЯ не прямое, а опосредовано теми процессами, которые токсикант вызывает в организме, зачастую приводящими к энергетическому дефициту.

В результате действия токсиканта развивается десинхроноз: кадмий нивелирует естественные ритмы нейроцитов СХЯ, в зимний период снижая их активность, а в летний, напротив, повышая ее. Возможно, что для поддержания ритмической активности в условиях поступления токсиканта клетке не хватает энергетических резервов, и процесс «усредняется». Это предположение отчасти подтверждается результатами, полученными Perreau-Lenz S. с соавторами [5]. Авторами отмечено исчезновение с разрушением СХЯ гипоталамуса не только тормозящих, но и стимулирующих влияний гипоталамуса на выработку мелатонина эпифизом.

Выводы

  1. Половые отличия в объемах ядер и ядрышек нейросекреторных клеток СХЯ характерны только для «переходных» сезонов - весны и осени, причем морфометрические показатели самок превышают таковые самцов. Половых различий в ядрышко-ядерном отношении у животных контрольных групп не выявлено ни в один из изученных сезонов.
  2. Наибольший объем ядер нейронов СХЯ у самцов отмечен в летний период, минимальный - весной. У самок максимальные размеры ядер характерны для осени, а минимальные - для зимы. Для сезонной динамики объемов ядрышек нейросекреторных клеток СХЯ было характерно их увеличение в зимний период у животных обоего пола. Минимальные объемы ядрышек у самцов были отмечены в осенний период, а у самок - в летний. Ядрышко-ядерное отношение имело сходную сезонную динамику у самцов и самок. Максимальные отношения были отмечены в зимний период, минимальные - осенью.
  3. В осенний и летний периоды у самцов и осенью у самок введение соли кадмия вызывает уменьшение объемов ядер клеток СХЯ, в то время как летом у самок происходит их увеличение. На размеры ядрышек токсикант влияет больше в «стабильные» сезоны года, причем зимой его введение приводит к уменьшению объемов, а летом - к увеличению как у самцов, так и у самок. В результате ядрышко-ядерное отношение в зимний период под влиянием соли кадмия снижается у животных обоего пола, а летом увеличивается, но только у самцов.

Рецензенты:

  • Горст В.Р., д.б.н., профессор кафедры нормальной физиологии ГОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», г. Астрахань.
  • Кондратенко Е.И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой биохимии, биофизики и молекулярной биологии ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань.

Работа получена 31.08.2011


Библиографическая ссылка

Котельникова С.В., Котельников А.В. ВЛИЯНИЕ ТОКСИЧЕСКОГО СТРЕССА НА МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКОГО ЯДРА ГИПОТАЛАМУСА БЕЛЫХ КРЫС В РАЗНЫЕ СЕЗОНЫ ГОДА // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 4.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=4713 (дата обращения: 22.11.2019).

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 = 1.074