Формирование срочной и долговременной адаптации организма к различным режимам двигательной активности обеспечивается, в том числе, и изменением активности щитовидной железы. Функциональной единицей органа является фолликул [1], характеристики его площади и объема определяются соотношением фолликулярного эпителия и коллоида [2]. Известно, что активность органа прямо пропорциональна относительному объему эпителия и обратно пропорциональна содержанию коллоида [3]. Исследованиями, проведенными нами [4], показано, что в зависимости от величины и продолжительности двигательной активности изменения структурно-функциональных единиц железы имеют мозаичный характер. Поэтому точная оценка морфологических показателей активности фолликулов разных гистотопографических зон обеспечивает исследователя объективной информацией о состоянии органа.
Цель исследования: оценить влияние однократных и многократных тренирующих нагрузок (бег на ленте тредмилла) на структурные и гистотопографические особенности фолликулов щитовидной железы собак.
Материалы и методы исследования
Работа выполнена на собаках-самцах от 1,5 до 2 лет, которые представлены контрольной (16 животных) и двумя экспериментальными группами, получавшими однократные нагрузки тренирующего характера (экспериментальная группа 1) в виде бега на ленте тредмилла при динамическом контроле ЧСС (8 животных, время бега – 27,76±4,67 мин) и многократные тренировки (Многократные 2 – 10 животных, общее количество нагрузок – 55,50±2,45, время бега – 64,02±3,4 мин; Многократные 3 – 11 животных, общее количество нагрузок – 70,54±2,52, время бега – 71,3±2,56 мин).
Исследования на животных проведены в соответствии с приказами Минвуза СССР от 13.11.1984 г. № 742 «Об утверждении правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», от 23.01.1985 г. № 48 «О контроле за проведением работ с использованием экспериментальных животных» и положениями европейской Конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (1986г.). Проведение исследования одобрено локальным этическим комитетом от 21.12.2018 г. №313. Исследования проводились на архивном материале.
Взятие материала осуществляли под внутривенным общим комбинированным наркозом (Золетил 50 в дозе 5 мг на 1 кг массы животного, с премедикацией 2%-ным ромитаром внутримышечно в дозе 0,2 мл на 1 кг массы животного) и управляемым внешним дыханием в стандартное время суток – 10–12 часов. Анализу подвергались поперечные срезы парафин-целлоидиновых блоков (фиксатор – 10%-ный нейтральный формалин) толщиной 3 мкм, изготовленные с помощью роторного микротома (ERM-230L) и окрашенные гематоксилин-эозином. Захват кадров (микроскоп «Lеika DMLS» (Leica, Германия), камера «ССВ Camera DIGITAL Kocom» (Kocom, Южная Корея), ув. 400) проводился с учетом топографии всего среза в центральной, промежуточной и периферической зонах относительно его геометрического центра [5]. В программе ImageJ измерялся наибольший (L) и наименьший (B) наружный (ext) и внутренний (int) диаметры (мкм) [6]. Вычисляли: площадь фолликула Sfoll=π×Lext×Вext/4; площадь коллоида Sсoll=π×Lint×Вint/4; площадь эпителия Spar=Sfoll – Scoll. В программе «Statistica StatSoft, Inc., ver.10» проводили сравнение показателей исследуемых групп. Распределение показателей по критерию Колмогорова–Смирнова отличалось от нормального. Проверка статистических гипотез проведена с помощью непараметрического критерия Краскела–Уоллиса, который показал наличие статистически значимых различий между группами при критическом уровне значимости р≤0,05. При дальнейшем попарном сравнении групп использовали U-критерий Манна–Уитни (пересчет критического уровня значимости для устранения эффекта множественных сравнений составил в контроле 0,05/3=0,0167, при сравнении групп – 0,05/6=0,0083). Данные представлены в виде Me (Q1–Q3), мкм2. Квартильные интервалы контрольной группы были критериями деления фолликулов по площади на большие, средние, малые. Определяли процентное соотношение фолликулов разной площади к общему числу, измеренных для группы в целом и отдельных зон. Проводили кластерный анализ, где в качестве объектов выступали площади фолликулов различного диаметра и их представительство в гистотопографических зонах.
Результаты исследования и их обсуждение. Проведенные исследования показали, что площадь фолликулов, коллоида и эпителия при нагрузках уменьшалась и статистически значимо (p<0,02) отличалась от контроля (табл. 1). Статистически значимые различия наблюдались между экспериментальными группами, за исключением значений площади фолликулов (Тренирующие нагрузки и Многократные 3, p=0,05) и площади эпителия (Многократные 2 и Многократные 3, p=0,63).
Изменялись среднегрупповые значения коллоидно-эпителиального отношения: для контрольной группы они составили 77% к 23%, при однократных нагрузках – 75% к 25%, при Многократных 2 – 78% к 22%, при Многократных 3 – 72% к 28%. Под воздействием бега менялось соотношение фолликулов разной площади: в контроле выявлено 8% малых, 58% средних, 33% больших. Нагрузки приводили к увеличению числа малых фолликулов (Однократные тренирующие – 31%, Многократные 2 – 24%, Многократные 3 – 32%) за счет уменьшения количества средних (44, 48, 49%) и больших (в большей степени) фолликулов (25%, 28%, 19% соответственно).
Выявленная динамика свидетельствует об увеличении функциональной активности железы, так как фолликулы меньшего диаметра обеспечивают большую площадь контакта с коллоидом, что создает предпосылки для усиленной резорбции коллоида и продукции тиреоидных гормонов [7, 8]. Исходя из изложенного можно предположить, что ведущим механизмом формирования пула малых фолликулов является их увеличение не только за счет резорбции коллоида средних, но и за счет деления больших фолликулов гемокапиллярами [7, 9], возможен и неофолликулогенез из интерфолликулярного эпителия [10, 11].
Таблица 1
Площадь фолликула, коллоида и паренхимы щитовидной железы у животных контроля и в экспериментальных группах, Me (Q1-Q2) (мкм2)
|
Группы/ Признаки |
Площадь фолликулов |
Площадь коллоида |
Площадь эпителия |
|
Контроль (n=16) 940 фолликулов |
6772 (4534–10653) |
4992 (3183–8136) |
1686 (1233–2356) |
|
Однократные тренирующие (n=8) 845 фолликулов |
4872 #* (2514–9165) |
3443 #* (1580–6781) |
1297 #* (813–2008) |
|
Многократные 2 (n=10) 802 фолликула |
5469 #* (3078–9725) |
3776 #* (2001–7526) |
1502 #* (976–2229) |
|
Многократные 3 (n=11) 1266 фолликулов |
4321 #* (2565–7732) |
2741 #* (1380–5448) |
1506 #* (1006–2237) |
Примечание: при анализе всех полей зрения от контроля # p<0,02, между экспериментальными группами * p<0,01.
Распределение площади фолликулов, коллоида и эпителия относительно геометрического центра в пределах каждой из исследуемых групп варьировало незначимо, в то же время выявлены статистически значимые различия практически всех показателей зон экспериментальных групп относительно контроля (табл. 2).
Таблица 2
Распределение площади фолликулов, коллоида и эпителия щитовидной железы по зонам относительно геометрического центра, Me (Q1–Q3) (мкм2)
|
Зона |
Площадь |
Контроль |
Однократные тренирующие |
Многократные 2 |
Многократные 3 |
|
Центральная |
фолликула |
7191 (4497–10691) |
4940 # (2460–9519) |
6205 (4045–10914) |
4492 # (2761–7656) |
|
коллоида |
5191 (3224–7996) |
3551 # (1524–6813) |
4288 (2621–8420) |
2820 # (1445–5253) |
|
|
эпителия |
1740 (1235–2525) |
1260 # (760–2008) |
1632 (1212 – 2435) |
1547 # (1078–2317) |
|
|
Промежуточная |
фолликула |
6259 (4495–10240) |
4827 # (2514–9190) |
5073 # (2801–9256) |
4316 # (2594–8309) |
|
коллоида |
4572 (3050–7779) |
3535 # (1605–6415) |
3443 # (1701–7233) |
2664 # (1376–5837) |
|
|
эпителия |
1621 (1218–2194) |
1281 # (803–1949) |
1476 # (928–2197) |
1561 (1061–2246) |
|
|
Периферическая |
фолликула |
6967 (4631–11633) |
4862 # (2602–8671) |
5331 # (2959–9169) |
4282 # (2434–7484) |
|
коллоида |
5139 (3325–9006) |
3328 # (1575–6821) |
3717 # (2005–6913) |
2852 # (1389–5346) |
|
|
эпителия |
1675 (1266–2382) |
1365 # (866–2082) |
1435 # (953–2108) |
1418 # (938–2114) |
Примечания: при анализе всех полей зрения статистически значимые различия при сравнении с контролем при # p<0,02.
Коллоидно-эпителиальное отношение гистотопографических зон щитовидной железы каждой из экспериментальных групп было относительно постоянным, отличаясь от показателей в контрольной группе. Как при однократных, так и при многократных тренировках менялось соотношение фолликулов разной площади на срезе органа. Увеличение доли малых (максимально Многократные 3 и минимально Многократные 2) фолликулов экспериментальных групп характерно для всех зон железы. При этом данное увеличение в центральной и промежуточной зонах железы происходит за счет уменьшения количества средних, а в периферической зоне – за счет уменьшения больших фолликулов. Гистотопографические особенности распределения площади фолликулов представлены в виде диаграммы (рисунок).
Гистотопография коллоидно-эпителиального отношения и площади фолликулов разных зон щитовидной железы
По данным кластерного анализа в контрольной группе: первый кластер образован связями между периферической и промежуточной зонами, второй – вовлеченностью центральной зоны, а затем последовательным присоединением кластеров со стороны малых, больших и средних фолликулов. Однократные тренировки обусловливают аналогичную реакцию: первый кластер образован связями между периферической и промежуточной зонами, второй – вовлеченностью центральной зоны, а затем последовательным присоединением кластеров со стороны малых, средних и больших фолликулов. Таким образом, при однократных тренирующих нагрузках выявлена первичная реакция со стороны зон железы, а вторичная – со стороны фолликулов разного диаметра. Кластерный анализ группы Многократные 2 выявил первичные изменения со стороны площади фолликулов: первый кластер образован связями между малыми и средними, второй кластер – реакцией со стороны больших фолликулов; вторичные изменения выявлены со стороны гистотопографических зон вначале в центральной, затем в периферической и промежуточной зонах. Для группы Многократные 3 показано, что первичная реакция происходит в зонах органа как в группе контроля и при однократных тренирующих нагрузках: первый кластер образован связями между промежуточной и периферической зонами, второй – присоединением центральной зоны, а вторичная реакция связана с последовательным присоединением малых, средних и больших фолликулов. Таким образом, группа Многократные 2 (общее количество нагрузок 55,50±2,45, время бега 64,02±3,4 мин) и группа Многократные 3 (общее количество нагрузок 70,54±2,52, время бега 71,3±2,56 мин) отличаются, что, вероятно [4], является отражением волнообразности и фазности адаптационного процесса при многократном повторении длительного бега.
Известно, что функциональную единицу щитовидной железы – фолликул – формирует монослой эпителиальных клеток, которые соединены плотными контактами, окружены внеклеточным матриксом, расположены на базальной пластинке, разделены фиброваскулярной стромой, гемо- и лимфокапиллярами, нервами и наполнены коллоидом [1, 7, 8]. Именно в нем происходят биохимические процессы, связанные с синтезом (секрецией и последующей резорбцией) тиреоидных гормонов, производных тиреоглобулина, обеспечивающих адаптацию организма к различным видам воздействий, в том числе к мышечной деятельности [4, 10]. Наши исследования показали, что двигательная активность (бег на ленте тредмилла) приводит к увеличению функциональной активности фолликулов органа.
Морфофункциональные изменения, как правило, затрагивают не единичный фолликул, а их совокупность – структурно-функциональную единицу органа (СФЕ) – ангиофолликулярную единицу, тиреоидный микрорайон или микродольку [9, 12]. Проявлением функционального напряжения СФЕ являются увеличение площади эпителиальных клеток, уменьшение площади коллоида, разделение больших фолликулов на меньшие (в результате чего увеличивается площадь контакта коллоида и эпителия), также возможно формирование новых фолликулов за счет расширения просвета эпителиальных клеток – «фолликулогенез» [9], значимую роль в котором играет апикобазальная поляризация тироцитов [11]. Морфофункциональные изменения в структурно-функциональных единицах [7] происходят асинхронно и, как показано нами, затрагивают разные гистотопографические зоны органа [2].
Заключение. Активация фолликулов щитовидной железы под влиянием бега приводила к статистически значимому уменьшению их площади как при однократных тренирующих нагрузках, так и при многократных повторяющихся тренировках. Изменяется коллоидно-эпителиальное отношение, смещаясь в сторону эпителия (группы Однократные тренирующие и Многократные 3) или коллоида (группа Многократные 2). Исследование фолликулов выявило увеличение доли малых фолликулов за счет уменьшения средних и больших фолликулов во всех гистотопографических зонах железы. В зависимости от параметров двигательной активности (продолжительности и числа тренировок) выявлено два способа реагирования структурно-функциональных единиц железы, обусловленных, вероятно, волнообразностью и фазностью адаптационного процесса. Первичная реакция происходит либо за счет изменения числа фолликулов разной площади (большие, средние, малые), либо за счет изменения пространственной организации гистотопографических зон органа (центральной, промежуточной, периферической).