Поступление в организм чужеродных веществ, в частности, тяжелых металлов, приводит к развитию компенсаторных реакций, задействующих энергетические резервы организма, тесно зависящие от сезона года. Так, повреждающий эффект кадмия, инициирующего в клетках организма свободнорадикальное окисление [5, 6], зависит от фотопериода: накопление и токсичность кадмия в короткий фотопериод (8 ч освещения) выше, чем в длинный (16 ч) [10].
Несмотря на тесную взаимосвязь всех гипоталамических центров, функционирующих как единая система, интенсивно обменивающаяся всей получаемой информацией, представляет интерес изучение степени участия различных гипоталамических центров в сезонных перестройках организма.
Для анализа выбрали следующие ядра гипоталамуса: супрахиазматическое (СХЯ), ответственное за взаимодействие с пинеальной железой и циркадианные ритмы, аркуатное (АЯ) и вентромедиальное (ВМЯ), как ядра, вовлеченные в организацию энергетического баланса организма [8], а также крупноклеточные супраоптическое (СОЯ) и паравентрикулярное (ПВЯ) ядра, осуществляющие регуляцию вводно-солевого обмена [7].
Цель работы: методом трехфакторного дисперсионного анализа оценить долю влияния факторов: сезона года, пола животных и токсического стресса на функциональную активность СХЯ, АЯ, ВМЯ, СОЯ и ПВЯ гипоталамуса белых крыс.
Материалы и методы. Эксперимент выполнен на 104 белых крысах, самцах и самках. Животные содержались в стандартных условиях вивария, при естественном освещении, самцы и самки раздельно. В четыре сезона: зиму (январь), весну (апрель), лето (июнь) и осень (октябрь) у животных моделировали токсический стресс ежедневным введением per os 2 мг хлорида кадмия (Cd Cl2·2,5H2O) на 100 г массы тела в течение 15 дней. Общая доза составила 30 мг на 100 г массы тела, что составляет 1/3 от LD50. Показано, что при кишечном поступлении всасывается около 5 % введенного кадмия [1].
Эксперименты выполнены с соблюдением международных принципов Хельсинской декларации о гуманном обращении с животными. По окончании эксперимента извлекали гипоталамус, фиксировали его в жидкости Буэна и осуществляли заливку в парафин в соответствии со стандартными методиками. Функциональную активность ядер гипоталамуса оценивали по объемам ядрышек их нейроcекреторных. Срезы толщиной 7 мкм окрашивали гематоксилином, фотографировали при увеличении 900х и измеряли два перпендикулярных диаметра ядрышка нейроцитов. Полученные величины переводили в мкм с помощью объект-микрометра и рассчитывали объем нуклеол по формуле эллипсоидовращения:
V = (π/6)*d1*d22,
где d1 и d2 - взаимно перпендикулярные диаметры ядра или ядрышка
(d1 - наибольший диаметр, d2 - наименьший диаметр).
Морфометрический критерий является достаточно надежным и информативным, так как «ядрышковый аппарат» значительно изменяется в различные периоды функциональной активности нервных клеток и представляет собой морфологическое выражение процессов синтеза. Также есть данные, свидетельствующие о возможности использования ядрышек в качестве биомаркеров токсических внешних воздействий. Кроме того, ядрышки являются одним из наиболее устойчивых компонентов клеток к постмортальным изменениям.
Для определения локализации гипоталамических ядер мозга использовался атлас мозга крысы [3]. Для дисперсионного анализа полученных измерений [4] выделено 3 фактора: фактор «сезон» в соответствии с поставленными экспериментами имел 4 градации, фактор «пол» - 2 градации и фактор «токсический стресс» - 2 градации, т.е. животные, подвергавшиеся воздействию кадмия и контрольные особи.
Результаты и их обсуждение. Из всех изученных нейроэндокринных центров наименьшая сила влияния организованных в комплекс факторов на формирование дисперсии объемов ядрышек нейроцитов характерна для СХЯ - 9,16 %, хотя именно этот нервный центр является наиболее вероятным претендентом на роль сезонного осциллятора (табл. 1). Низкий «отклик» СХЯ на изучаемые факторы может быть следствием наличия большого количества субпопуляций нейросекреторных клеток в данном нервном центре [2], и роль триггера по отношению к сезонным перестройкам организма может осуществляться только одной из субпопуляций СХЯ.
Таблица 1. Сила влияния фактора на факториальное разнообразие объемов ядрышек нейроцитов мелкоклеточных ядер гипоталамуса белых крыс, %
|
Факторы |
СХЯ |
АЯ |
ВМЯ |
|
Сезон |
2,5±0,09*** |
10,9±0,14*** |
10,1±0,14*** |
|
Пол |
0,3±0,03** |
0,009±0,046 |
0,7±0,05*** |
|
Кадмий |
0,6±0,03*** |
0,2±0,05* |
0,06±0,048 |
|
Сезон+пол |
0,09±0,092 |
1,0±0,14*** |
0,9±0,14*** |
|
Пол+кадмий |
0,07±0,031 |
0,2±0,05* |
1,3±0,05*** |
|
Сезон+кадмий |
4,2±0,09*** |
3,0±0,14*** |
1,3±0,14*** |
|
Сезон+пол+кадмий |
1,4±0,09*** |
2,8±0,14*** |
12,2±0,14*** |
Примечание (здесь и в табл. 2)
* - достоверность силы влияния по Фишеру, * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001.
При анализе распределения дисперсий объемов ядрышек нейроцитов СХЯ очевидно, что на долю сочетаний факторов, отражающих их взаимовлияние, приходится в 1,7 раз больше силы влияния, чем на долю отдельных факторов сезона, пола и токсического стресса. При этом наибольшую роль в формировании дисперсии признака играет сочетание «сезон+кадмий», на которое приходится 4,2 % (р<0,001). Учитывая также относительно высокую долю сезона как индивидуального фактора, формирующего дисперсию признака (2,5 %, р<0,001), можно отметить его ведущую роль по отношению ко всем исследованным факторам, что обуславливает модуляцию реакции нейроцитов СХЯ в ответ на токсический стресс сезонными ритмами.
В АЯ комплекс исследуемых факторов отвечает за формирование 18,1 % всей дисперсии признака, причем доли влияний сочетаний факторов и их индивидуальное воздействие сравнимы: 11,1 % против 7 %. Сезон имеет особое значение для АЯ, его доля значительна как при учете силы влияния отдельных факторов (10,9 %, р<0,001), так и при анализе их взаимосвязанности. Все сочетания, включающие сезон года, достоверны: «сезон+кадмий» - 3 %, «сезон+пол» - 1 %, и «сезон+пол+кадмий» - 2,8 %.
Влияние сезона на АЯ гипоталамуса вполне объяснимо. Этот нервный центр участвует в формировании энергетического и теплового баланса организма, контролируя не только приход энергии за счет синтеза орексигенных и анориксигенных факторов, но и ее расход как составная часть центра теплопродукции. Очевидно, что влияния и других факторов на функциональную активность АЯ, в том числе токсического стресса, будет опосредовано сезоном года.
Для ВМЯ организованные в комплекс факторы формируют 26,6 % всей дисперсии объема нуклеол его нейронов. Также как и для СХЯ, доля дисперсии признака, формируемой за счет сочетания факторов, составляет величину в 1,4 раз большую, чем сила влияния отдельно взятых факторов сезона, пола и токсического стресса. Максимальное разнообразие формируется под действием сочетания «сезон+пол+кадмий» - 12,2 %, что указывает на тесную взаимосвязь изменения функциональной активности ядра животных разного пола в ответ на воздействие хлоридом кадмия с сезоном года.
Несмотря на взаимозависимость исследуемых факторов, индивидуальная сила влияния сезона года также составляет значительную величину - 10,1 % (р<0,001). ВМЯ входит в центр насыщения и посредством регулирования приема пищи участвует в снабжении организма энергетическими резервами. В разные сезоны расход энергии меняется как в связи с непосредственно воспринимаемыми колебаниями температуры и освещенности, так и в реализации наследственно закрепленных внутренних ритмов, возникших как результат приспособления организма к смене сезонов.
Таблица 2. Сила влияния фактора на факториальное разнообразие объемов ядрышек нейроцитов крупноклеточных ядер гипоталамуса белых крыс, %
|
Факторы |
СОЯ |
ПВЯ |
|
Сезон |
22,9±0,08*** |
18,5±0,12*** |
|
Пол |
0,006±0,027 |
2,2±0,04*** |
|
Кадмий |
1,8±0,03*** |
0,08±0,04 |
|
Сезон+пол |
1,6±0,08*** |
2,0±0,12*** |
|
Пол+кадмий |
0,001±0,027 |
0,3±0,04* |
|
Сезон+кадмий |
0,4±0,08** |
0,6±0,12** |
|
Сезон+пол+кадмий |
0,5±0,08*** |
5,6±0,12*** |
Как для СОЯ, так и для ПВЯ организованные в комплекс факторы отвечают за формирование значительной доли дисперсии исследуемого признака, соответственно 27,2 и 29,2 % (табл. 2). При этом доля влияния сочетаний факторов мала для обоих нервных центров: 2,5 % в СОЯ и 8,5 % в ПВЯ.
Из действующих индивидуально оцениваемых факторов наибольшую силу влияния имеет сезон года, за его счет формируется 22,9 % дисперсии объемов нуклеол в СОЯ и 18,5 % в ПВЯ (р<0,001 для обоих). Крупноклеточные зоны СОЯ и ПВЯ - место синтеза гормонов вазопрессина и окситоцина, одной из функций которых является поддержание водно-солевого баланса, который также чувствителен к сезонным колебаниям температуры и потреблению энергии.
Заключение
Таким образом, для крупноклеточных ядер СОЯ и ПВЯ наиболее велико влияние сезона как отдельно взятого фактора, в то время как для мелкоклеточных пептидэргических ядер гипоталамуса взаимовлияние изученных факторов либо сравнимо с их индивидуальным влиянием (АЯ), либо больше индивидуального влияния (СХЯ и ВМЯ). В таком случае реакция нейроэндокринного центра на токсический стресс будет опосредоваться сезоном года и полом животного.
Рецензенты:
- Кондратенко Елена Игоревна, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой биохимии, биофизики и молекулярной биологии ГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань.
- Горст Виктор Рудольфович, доктор биологических наук, профессор кафедры нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия», г. Астрахань.