Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Герасимов А.В. 1 Костюченко В.П. 1 Денисов А.А. 1

---

1 ГБОУВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России

С помощью методов световой и электронной микроскопии проведён количественный морфометрический анализ функционального состояния шишковидной железы двухмесячных самцов двух видов лесной полёвки весенне-летней и позднелетней генераций, рождённых в виварии от изъятых из природной среды самок и содержавшихся при естественном освещении индивидуально и совместно с матерями. Сдвиги величины кариометрических и органеллометрических показателей, изменения ультраструктурной организации пинеалоцитов при укорочении светлого времени суток и моделировании стресса на высокую плотность популяции свидетельствуют об участии шишковидной железы в реализации физиологических механизмов сдерживания полового созревания. Установлено, что в онтогенезе лесной полёвки шишковидная железа проявляет высокую активность, многообразие способов секреции и структурные преобразования, направленные на обеспечение функционирования в следующем году после рождения. У красной полёвки шишковидная железа более выражено реагирует на высокую плотность популяции. У красно-серой полёвки сдвиг функционального состояния шишковидной железы более выражен при укорочении светлого времени суток.

Статья в формате PDF

843 KB

лесные полёвки

шишковидная железа

ультраструктура

укорочение суточной фотофазы

высокая плотность популяции

1. Герасимов А.В., Радченко Д.В. Способ гистохимического выявления мелатонина // Патент РФ № 2099706, 20.12.1997.

2. Герасимов А.В. Морфология шишковидной железы мышей с задержкой полового созревания / А.В. Герасимов, С.В. Логвинов, В.П. Костюченко, Л.Б. Кравченко // Бюл. сибирской медицины. – 2012. – Т. 10, № 4. – С. 22–25.

3. Герасимов А.В. Ультраструктурные особенности пинеалоцитов шишковидной железы грызунов в возрастном аспекте / А.В. Герасимов, В.П. Костюченко, С.В. Логвинов, А.В. Потапов, Е.Ю. Варакута // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 12 (3). – С. 449–452.

4. Герасимов А.В. Морфологические маркёры лунафазных изменений органов у крыс / А.В. Герасимов, В.П. Костюченко, Д.К. Гармаева, С.А. Фёдорова // Якутский мед. журн. – 2014. – № 1. – С. 13–16.

5. Герасимов А.В. Ультраструктурные особенности пинеалоцитов с признаками секреторной активности у крыс и полёвок при стрессе / А.В. Герасимов, В.П. Костюченко, Л.Б. Кравченко, С.В. Логвинов, А.В. Потапов, Е.Ю. Варакута, Е.Ю. Аникина // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 10 (5). – С. 873–877.

6. Герасимов А.В. Шишковидная железа как эндокринно-гравитационный лунасенсор: обнаружение лунафазных морфологических изменений у мышей / А.В. Герасимов, В.П. Костюченко, А.С. Соловьёва, А.М. Оловников // Биохимия. – 2014. – Т. 79, вып. 10. – С. 1316–1323.

7. Логвинов С.В., Герасимов А.В. Циркадианная система и адаптация. Морфофункциональ-ные и радиобиологические аспекты. – Томск: Изд-во «Печатная мануфактура», 2007. – 200 с.

8. Karasek M. Effects of superior cervical ganglioectomy on the ultrastructure of pinealocytes in the Djungarian hamster (Phodopus sungorus): quantitative study / M. Karasek, A. Zielinska, K. Marek, J. Swieto-slawski // Neuro Endocrinol. Lett. – 2002. – Vol. 23, № 5–6. – Р. 443–446.

9. Novikov E., Moshkin M. Sexual maturation, adrenocortical function and population density of red-backed vole, Clethrionomys rutilus (Pall) // Mammalia. – 1999. – Vol. 62, № 4. – Р. 520–540.

У лесной полёвки проявляется различная скорость полового созревания [9]. У вида красно-серая полёвка участие в размножении сеголеток позднелетней генерации определяется продолжительностью светлого времени суток, тогда как у красной полёвки – плотностью популяции. Высокая её плотность вызывает стресс. В реализации фотозависимых и опосредованных стрессом механизмов реализации программы онтогенеза принимает участие шишковидная железа [7]. Сдвиг морфометрических показателей активности пинеальной секреции выявлен у двухмесячных неполовозрелых самцов красно-серой полёвки позднелетней генерации [2]. При моделировании стресса на высокую плотность популяции красно-серой полёвки также обнаружились морфологические признаки гиперфункции шишковидной железы [5]. Установлено, что у крыс кариометрические показатели активности интерстициальных эндокриноцитов яичек изменялись синхронно с пинеалоцитами шишковидной железы, гипоталамическими нейроэндокринными клетками супрахиазматических и паравентрикулярных ядер, регулирующими выработку гонадолиберина и опосредующими через ретино-гипоталамическую проекцию влияние света и стрессоров на шишковидную железу, гонадотропными эндокриноцитами гипофиза, чувствительными к гонадолиберину и пинеальному антигонадотропному гормону [4]. В качестве морфологических маркёров оценки активности шишковидной железы, кроме гистохимической реакции на мелатонин и кариометрических показателей пинеалоцитов, используют их органеллометрические показатели, изменения ультраструктурной организации ядер, ядрышек, эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи, лизосом, митохондрий, эндокринных везикул, синаптических лент, сфер, везикул с конкрециями [1, 3, 6, 8]. Каково функциональное состояние шишковидной железы, оказывающей влияние на выбор реализуемой программы онтогенеза у сеголеток разных видов лесной полёвки весенне-летней и позднелетней генераций при высокой плотности популяции, до настоящего времени остаётся не изученным.

Цель работы – оценить морфофункциональное состояние шишковидной железы у сеголеток-самцов красной полёвки и красно-серой в зависимости от продолжительности светлого времени суток и плотности популяции.

Материал и методы исследования

Работа выполнена на двухмесячных сеголетках весенне-летней и позднелетней генераций в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (1977). Детёныши-самцы, рождённые от изъятых из природной среды самок, содержались при естественном освещении и выводились из эксперимента в 1000–1130 ч путём декапитации. После отсепаровывания кожи, перерезки в области лобного шва, симметричного кругового вскрытия в направлении от лобной части к затылочной, отламывания костей свода черепа шишковидная железа отделялась от мозговых оболочек. На 2 ч выделенный материал погружался в смесь 4% параформальдегида и 2,5% глютаральдегида на 0,1М какодилатном буфере (рН 7,4, 4⁰С), в течение 2 ч постфиксировался в 1% OsO4 на 0,1М какодилатном буфере (рН 7,4, 4⁰С), обезвоживался в этиловом спирте и заключался в смесь смол эпон–аралдит. Срезы изготавливались на ультратоме «Leica EM UC7» (Австрия). Полутонкие срезы, окрашенные азуром II, изучали в микроскопе «Primo Star» («Carl Zeiss», Германия) с цифровой фотокамерой G-10 («Саnon», Япония) и программным обеспечением «Axio Vision» («Carl Zeiss», Германия). В каждом срезе в 10-ти полях площадью 0,016 мм2 измеряли ядра, ядрышки пинеалоцитов. Ультратонкие срезы, контрастированные уранилацетатом и цитратом свинца, исследовали в трансмиссионном микроскопе «JEM-100 СХ II» (JEOL, Япония). С помощью тест-системы, соответствующей 47 мкм2 среза при увеличении ×25000, в 10-ти случайно отобранных пинеалоцитах измеряли удельный объём органелл. Данные морфометрии обрабатывали с помощью пакета программ «Statistica for Windows», версия 6.1 (StatSoft Inc., США). Для кариометрических показателей вычисляли среднее значение М, стандартное отклонение s, оценивали значимость различий по t-критерию Стьюдента. Для органеллометрических показателей вычисляли медиану Ме, 25%-й и 75%-й квартили. Значимость различий оценивали по U-критерию Манна–Уитни на уровне p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

У лесной полёвки шишковидная железа имеет целлюлярный тип строения. Пинеалоциты условно подразделяются на светлые (тип I) и тёмные (тип II). Булавовидные отростки пинеалоцитов, транспортирующие секреторные везикулы, обнаруживаются в перикапиллярном пространстве. Капилляры с фенестрированным эндотелием. Вокруг капилляров и между клетками паренхимы выявляются «вакуоли» (рис. 1а).

Среди светлых пинеалоцитов выделяются клетки с комплексами гранулярной эндоплазматической сети (тип Iа) и развитым комплексом Гольджи (тип Ib). Для Ib-клеток характерна нейрокринная секреция. В пинеалоцитах типа Iа находит место нейрокринная и эпендимоподобная секреция.

У совместно содержавшихся сеголеток красной полёвки среди Ib-пинеалоцитов обнаруживаются гипертрофированные клетки. Гипертрофию и гиперплазию претерпевают митохондрии и комплекс Гольджи в их цитоплазме. С активизацией нейросекреции пинеальных гормонов, возможно, антигонадотропного пептида и мелатонина, по-видимому, связано сдерживание полового созревания. Образуются поля синаптических сфер, что также свидетельствует об активизации деятельности железы. В Iа-клетках вокруг крупных комплексов цистерн гранулярной эндоплазматической сети выявляются секреторные везикулы и многочисленные митохондрии. Митохондриальные кристы широкие, матрикс умеренно электронно-плотный (рис. 1б).

Рис. 1. Ультраструктура шишковидной железы красной полёвки: а – позднелетняя генерация, индивидуальное содержание, б – весенне-летняя генерация, совместное содержание. В – «вакуоли», К – капилляр, Пц – пинеалоциты типа Iа и II, стрелки – булавовидные отростки, ГЭС – гранулярная эндоплазматическая сеть, Мх – митохондрии, Я – ядро. Электронограммы

При совместном содержании ядра Ib-пинеалоцитов у красной полёвки увеличивается на 7,5%, на 27% – удельный объём гранулярной эндоплазматической сети, на 41% – комплекса Гольджи, на 49% – митохондрий. Диаметр ядрышек уменьшается на 5,2%. У красно-серой полёвки сдвиги показателей менее выражены: удельный объём гранулярной эндоплазматической сети уменьшается на 19%, митохондрий – увеличивается на 21% (табл. 1).

Таблица 1

Различия при перенаселении кариометрических показателей (M±s) и органеллометрических (Ме (Q₁-Q₃), р<0,05) пинеалоцитов типа Ib у лесной полёвки

Примечание: * – значимые различия в пределах вида, SЯ – площадь ядра, dЯк – диаметр ядрышка, VГЭС – удельный объём гранулярной эндоплазматической сети в цитоплазме, VМх – митохондрий, VКГ – комплекса Гольджи.

Не исключено, что склонные к эпендимоподобной секреции пинеалоциты с комплексами параллельных цистерн гранулярной эндоплазматической сети являются «добавочными», включаются в гормонпродуцирующую деятельность при стрессе, усиливая нейрокринный эффект «главных» светлых пинеалоцитов со стопками Гольджи.

При совместном содержании у красной полёвки разрастается астроглия, уменьшается число пинеалоцитов, чаще обнаруживаются тёмные, дегенерирующие и гипертрофированные светлые пинеалоциты, а также гигантские межклеточные «вакуоли» с конкрециями. У красно-серой полёвки клеточная гипертрофия не выражена. «Вакуоли» мелкие. Тёмных пинеалоцитов больше в поверхностной зоне органа, чем в глубокой, где выявляются очаги атрофии паренхимы (рис. 2).

Рис. 2. Шишковидная железа сеголеток позднелетней генерации совместного содержания: а – красная полёвка, поверхностная зона, б – красно-серая полёвка, глубокая зона. Ац – астроциты, К – капилляр, Пц – пинеалоциты типа I и II. Стрелки – межклеточные «вакуоли» с песчинками. Окраска азуром II

Увеличение у красной полёвки числа несекретирующих тёмных пинеалоцитов, гипертрофия светлых свидетельствуют о том, что, в железе, наряду с «подготовкой» к переходу в состояние зимнего «покоя», проявляется активная гормонпродуцирующая деятельность. Утилизация и замещение астроцитами апоптотически гибнущих дегенерирующих пинеалоцитов, возможно, являются отражением подавления другой онтогенетической программы, связанной с быстрым ростом и половым созреванием [9]. Клеточная гипертрофия, формирование гигантских «вакуолей» в местах гибели пинеалоцитов и массового залегания тёмных клеток с небольшими зазубренными ядрами может рассматриваться как проявление приспособительной реакции на стресс. Красную полёвку можно охарактеризовать как вид со стрессорным типом функциональной организации шишковидной железы.

Единичные межклеточные «вакуоли» с конкрециями, наличие пинеалоцитов с узкими перикарионами, бедными органеллами, и небольшими причудливой формы ядрами, очагов атрофии у красно-серой полёвки свидетельствуют о слабой вовлечённости шишковидной железы данного вида в реакцию на стресс. Очевидно, эффект влияния света на циркадианные пейсмекеры у красно-серой полёвки превалирует над экстремальным воздействием высокой плотности популяции. Гипоталамо-гипофизарная, симпатико-адреналовая и половая системы не проявляют такой активности как у красной полёвки. Участие в размножении сеголеток позднелетней генерации у красно-серой полёвки определяется не столько плотностью популяции, как укорочением суточной фотофазы.

У сеголеток красно-серой полёвки позднелетней генерации индивидуального содержания по сравнению с весенне-летней обнаруживается большее число «вакуолей» (рис. 3).

Рис. 3. Участок поверхностной зоны шишковидной железы сеголеток красно-серой полёвки, содержавшихся индивидуально: а – весенне-летняя генерация, б – позднелетняя генерация. Ац – астроциты, стрелки – межклеточные «вакуоли», К – капилляр, Пц – пинеалоциты типа I и II. Окраска азуром II

Карио- и органеллометрические показатели функциональной активности пинеалоцитов у сеголеток лесной полёвки проявляют межвидовой сдвиг с укорочением светлого времени суток. Так, ядра светлых клеток типа Ib красно-серой полёвки весенне-летней генерации на 18%, диаметр ядрышек на 7% больше красной. Удельный объём гранулярной эндоплазматической сети в цитоплазме в 2,4 раза уступает красной. При более короткой суточной фотофазе ядра светлых пинеалоцитов красно-серой полёвки на 28% превосходят площадь их среза у красной полёвки, диаметр ядрышек – на 12%, удельный объём комплекса Гольджи – на 23% больше, гранулярной эндоплазматической сети – в 1,9 раза меньше красной полёвки. Более выраженный сдвиг показателей, отражающих функциональную активность шишковидной железы красно-серой полёвки, возможно, предопределяет задержку их полового созревания, что не всегда проявляется у красной полёвки (табл. 2).

Таблица 2

Кариометрические (M±s) и органеллометрические (Ме (Q₁-Q₃), р<0,05) показатели

пинеалоцитов типа Ib у лесной полёвки

Примечание: * – значимые различия с красной полёвкой в пределах генерации.

Заключение

Таким образом, на основании проведённого анализа изменений морфофункционального состояния шишковидной железы у двухмесячных самцов-сеголеток двух видов лесной полёвки весенне-летней и позднелетней генераций индивидуального и совместного содержания можно объяснить видовые особенности реализации программы онтогенеза. Программа сдерживания полового созревания у красно-серой полёвки реализуется, благодаря фотозависимому характеру морфофункциональной организации шишковидной железы, на секреторную активность которой выраженное воздействие оказывает продолжительность светлого времени суток. Красная полёвка имеет стрессорный тип функциональной организации шишковидной железы, в большей мере реагирующий не на изменения продолжительности светлого времени суток, а на высокую плотность популяции.

Рецензенты:

Пурлик И.Л., д.м.н., профессор кафедры патологической анатомии ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Томск;

Мустафина Л.Р., д.м.н., профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии ГБОУВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Томск.

Библиографическая ссылка