Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ШИШКОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ РЫЖЕЙ ПОЛЁВКИ ПРИ УКОРОЧЕНИИ СУТОЧНОЙФОТОФАЗЫ И ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОПУЛЯЦИИ

Герасимов А.В. 1 Костюченко В.П. 1 Логвинов С.В. 1 Денисов А.А. 1 Потапов А.В. 1 Варакута Е.Ю. 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 рыжей 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 фотозависимого и стресс-зависимого сдерживания полового созревания. По критериям морфологического анализа произведена оценка комбинированного действия укорочения суточной фотофазы и высокой плотности популяции на секреторную активность пинеалоцитов. Установлено, что в онтогенезе рыжей полёвки шишковидная железа проявляет высокую активность, многообразие способов секреции и структурные преобразования, направленные на обеспечение функционирования в следующем году после рождения.
высокая плотность популяции.
укорочение суточной фотофазы
ультраструктура
шишковидная железа
рыжая полёвка
1. Герасимов А.В., Логвинов С.В., Костюченко В.П. Морфологические изменения в эпифизе у крыс при длительном освещении ярким светом // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 2010. – Т. 150, № 7. – С. 97–99.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
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. Кравченко Л.Б., Москвитина Н.С. Поведенческие и физиологические особенности трёх видов лесных полёвок (Cletbrionomus, Rodentia, Cricetidae) в связи с пространственной структурой их популяции // Зоологический журнал. – 2008. – Т. 87, № 12. – С. 1509–1517.
8. Логвинов С.В., Герасимов А.В. Циркадианная система и адаптация. Морфофункциональные и радиобиологические аспекты. – Томск: Изд-во «Печатная мануфактура», 2007.– 200 с.
9. Barrett P., Bolborea M. Molecular pathways involved in seasonal body weight and reproductive responses governed by melatonin // J. Pineal Res. – 2012. – Vol. 52. – P.376–388.
            У рыжей полёвки проявляются два варианта онтогенеза: с быстрым ростом, половым созреванием и бифазным ростом, половым созреванием на следующий год после рождения. Торможение полового созревания при отсутствии возможности расселения сеголеток позднелетней генерации позволяет направить ресурсы организма на переживание неблагоприятных условий и реализацию репродуктивного потенциала на следующий год после рождения [7]. Известно, что гормон шишковидной железы – мелатонин является хронобиотиком, оказывающим влияние на многие физиологические процессы, в том числе на репродукцию [9]. Через 48 чкруглосуточного освещения крыс мелатонин в шишковидной железе не выявляется, но, благодаря высокой пластичности пинеалоцитов, онаадаптируется к 3-месячному освещению крыс ярким светом [1, 8]. О сдвигах функционального состоянияоргана у различных видов грызунов свидетельствуюткариометрические иорганеллометрические показателипинеалоцитов, ультраструктура ихядра, ядрышек, гранулярной эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, лизосом, митохондрий, эндокринных везикул, синаптических лент, сфер, телец и везикул с конкрециями [4, 5, 6]. Установлено, что у крыс кариометрические показателипинеалоцитовизменяются синхронно сгипоталамическими нейроэндокринными клеткамисупрахиазматическихипаравентрикулярных ядер, проецирующими влияние света в шишковидную железу, гонадотропнымиэндокриноцитами гипофиза, чувствительными к гонадолиберину и пинеальномуантигонадотропному пептиду, интерстициальнымиэндокриноцитами яичек, вырабатывающими тестостерон, стимулирующий сперматогенез[2]. Супрахиазматические ядра – фотозависимыепейсмекеры, регулирующие секрециюгонадолиберина, опосредующие черезпаравентрикулярные ядра влияние стрессоров на шишковидную железу, стимулирующие выработкупинеальных гормонов, адренокортикотропного гормона в гипофизе,кортикостероидов в надпочечниках. Обратноевлияние периферического звена эндокринной системы на центральное звено индуцирует угнетение продукциигонадолиберина,гонадотропного гормона и тестостерона [8]. Усамцов красно-серой полёвки позднелетней генерации сдвиги величины кариометрических и органелометрических показателей пинеалоцитов свидетельствуют об активизации гормонпродуцирующей деятельности шишковидной железы, сдерживающей половое созревание [3]. Её гиперфункция проявляется у красно-серой полёвки при моделировании стресса на высокую плотность популяции, у крысы– на круглосуточное освещение [5].Каково функциональное состояние шишковидной железыприукорочении суточной фотофазы ивысокой плотности популяциирыжей полёвки,до настоящего времени остаётся не изученным.

            Цель работы – оценить морфофункциональное состояние шишковидной железы рыжей полёвки с учётомпродолжительности светлого времени суток и численности при клеточном содержании в виварии.

            Материал и методы исследования

            Работавыполнена на 13-тидвухмесячныхсеголеткахвесенне-летней и позднелетней генерацийв 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 экспериментав 1000-1130ч 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 материалпогружался 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 заключалсяв смесь смол эпон–аралдит. Срезы изготавливались наультратоме «LeicaEMUC7» (Австрия). Полутонкие срезы, окрашенные азуромII, изучали в микроскопе «PrimoStar» («CarlZeiss», Германия) с цифровой фотокамерой G-10 («Саnon», Япония) и программным обеспечением «AxioVision» («CarlZeiss», Германия).В каждом срезе в 10-ти полях площадью 0,016 мм2 измерялиядра, ядрышкипинеалоцитов.Ультратонкие срезы, контрастированныеуранилацетатом и цитратом свинца, исследовали втрансмиссионном микроскопе «JEM-100 СХ II» (JEOL, Япония). С помощью тест-системы,соответствующей 47 мкм2среза при увеличении ×25000,в 10-ти случайно отобранных пинеалоцитахизмерялиудельный объём органелл. Данные морфометрии обрабатывали с помощью пакета программ«StatisticaforWindows», версия 6.1 (StatSoftInc., США). Для кариометрических показателей вычислялисреднее значениеМ,стандартное отклонениеs,оценивали значимость различий поt-критерию Стьюдента. Для органеллометрических показателей вычисляли медиануМе,25%-й и 75%-й квартили. Значимостьразличий оценивали поU-критерию Манна–Уитнина уровне p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

            У рыжей полёвки шишковидная железа имеет целлюлярный тип строения. ПинеалоцитытипаI (ранее называлисветлыми) располагаются небольшими группами и одиночно среди пинеалоцитовтипаII (ранее называлитёмными). Перикарионы и отросткипинеалоцитовтесно прилегают друг к другу,слабо, с разной степенью выраженности окрашиваются азуром II. Между пинеалоцитамии в перикапиллярном пространстве обнаруживаются псевдовакуоли с конкрециями.Ядрапинеалоцитоввытянуты в различных направлениях, имеют 1–2 ядрышка, мелкодисперсныйхроматин, складчатуюоболочку. Митохондрии придаютцитоплазме зернистый характер. Ядра пинеалоцитов типа II более гиперхромные, содержат большемелких глыбокгетерохроматина, чем клетки типа I. В пинеалоцитах типа Iа располагаются комплексы параллельных цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Впинеалоцитах типа Ib – стопки Гольджи и одиночные цистерны гранулярной эндоплазматической сети. Во всех светлыхклетках выявляются секреторные везикулы,синаптические сферы, ленты. Дляпинеалоцитов типаIb характернанейрокриннаясекреция, при которой секреторные везикулы диаметром 130–160 нм с плотной сердцевиной и узким светлым ореолом, производные комплексаГольджи, возможно, транспортирующиеантигонадотропный пептид и белок-носитель мелатонина,освобождаются от содержимогопо мерокринному способу в булавовидных окончаниях отростков. Гормоны поступают в кровь, белок-носитель кальцинируется, формируя отложения мозгового песка в перикапиллярном пространстве и псевдовакуолях между пинеалоцитами. В клетках типаIа находит место эпендимоподобная секреция, при которойсекреторных везикул, производные гранулярной эндоплазматической сети,диаметром 180–450 нм, содержащие хлопьевидный материал,отпочковываются от перикариона.

            Усеголеток рыжей полёвки индивидуального содержания при укорочении суточной фотофазы вшишковидной железевозрастает число и размеры псевдовакуолей с конкрециями. У совместно содержавшихся сеголеток весенне-летней генерациив пинеалоцитах типаIb увеличиваются стопки Гольджи и митохондрии. Митохондриальныекристы широкие, митохондриальный матрикс частично просветлён, что свидетельствует об активизации секреторной деятельностипинеалоцитов. Гранулярные везикулы выявляются не только в булавовидных терминалях отростков пинеалоцитов, но и на периферии перикарионов вблизи псевдовакуолей с мембранами и конкрециями, то есть их содержимое отделяется не только мерокринным способом, нои почкованием (рис. 1).

            При совместном содержании и укорочении фотофазы соотношение пинеалоцитов светлые : тёмные сдвигается в сторону последних. Пинеалоциты типа II имеют крупные ядрышки, многочисленные свободные рибосомы и полисомы в цитоплазме. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети с узким просветом. Обнаруживаются единичные везикулы Гольджи. По-видимому, тёмные пинеалоциты становятся «резервными» несекретирующими гормоныклетками. Об активизации функционирования шишковидной железы у рыжей полёвки при укорочении суточной фотофазы и моделировании стресса на высокую плотность популяции свидетельствует явление гипертрофиисветлыхпинеалоцитов. Их ядра, благодаря гигантским продольным складкам оболочки – «кариосомам», уподобляются кофейным зёрнам. Псевдовакуоли с конкрециями обнаруживаются вблизи перикарионов. Астроциты нередко располагаются парами или формируют более выраженные скопления, что свидетельствует о пролиферации и разрастании астроглии(рис. 2).

 

Рис. 1. Фрагмент шишковидной железы рыжей полёвки весенне-летней генерации совместного содержания: КГ – комплекс Гольджи, Мх – митохондрии, Я – ядра пинеалоцитов, В – межклеточная «вакуоль», стрелки – секреторные везикулы в перикарионе и отростке пинеалоцитов. Электронограмма

Рис. 2. Фрагент шишковидной железырыжей полёвкипозднелетней генерации совместного содержания: Ац – астроциты, Пц – пинеалоциты, стрелки – межклеточные псевдовакуоли. Окраска азуром II.

            Оценка комбинированного эффектадействия высокой плотности популяции и естественного укорочения светлого времени суток на функциональное состояние шишковидной железыдвухмесячных самцов рыжей полёвки по кариометрическим и органеллометрическим показателям светлых пинеалоцитов типа Ib с использованием уравнений Уэбба свидетельствует о синергическом влиянии двух факторов на нейросекрецию.У самцов позднелетней генерации, содержавшихся совместно, синергизм комбинированного действия проявляется в отношении возрастания удельного объёмакомплекса Гольджи и митохондрий в цитоплазме пинеалоцитов типа Ib. Антистрессорный фотопротективный эффект (антагонизм комбинированного действия укорочения фотофазы и высокой плотности популяции)проявляется в отношении изменения морфометрических параметров компонентов белоксинтезирующего аппаратапинеалоцитов типа Ib – диаметра ядрышек и удельного объёма гранулярной эндоплазматической сети в цитоплазме, что, возможно, связано с обеспечением функционирования органа на следующий год после рождения(таблица).

Кариометрические показатели (M±s) и органеллометрические (Ме (Q1–Q3), р<0,05) Ib-пинеалоцитоврыжей полёвки при укорочении фотофазы и высокой плотности популяции

            Содержание

Совместное (С)

Индивидуальное (И)

Эффект

комби-

нирован-

ного

действия

Генерация, численность

ПЛ – позднелетняя(n=4)

ВЛ –весенне-летняя(n=3)

ПЛ – позднелетняя(n=3)

ВЛ –весенне-летняя(n=3)

 

индекс

 

i1,2=1-ПЛС/ВЛИ

 

i2=1-ВЛС/ВЛИ

 

i1=1-ПЛИ/ВЛИ

SЯ, мкм2

53,4±12,8

 

58,6±12,8

43,4±19,6

55,8±2,28

 

 

антагонизм

iSя

0,032

0,050

0,004

dЯк, мкм

1,47±0,13

 

1,44±0,18

1,41±0,24

1,44±0,06

 

 

антагонизм

idяк

0,007

0

0,104

VГЭС, %

1,97

(1,87–2,03)

3,70

(2,81–4,86)

2,22

(1,58–2,42)

2,60

(2,43–2,95)

 

 

антагонизм

iVгэс

0,268

0,375

0,175

VМх, %

5,18

(4,35–6,42)

7,92

(7,48–8,29)

6,06

(5,24–6,37)

6,87

(6,81–7,42)

 

 

синергизм

iVмх

0,273

0,111

0,150

VКГ, %

2,37

(2,24–3,23)

4,89

(4,65–5,16)

2,94

(1,66–3,24)

4,58

(4,31–4,74)

 

 

синергизм

iVкг

0,477

0,079

0,351

 

Примечание. SЯ – площадь ядра, dЯк – диаметр ядрышка, VГЭС – удельный объём гранулярной эндоплазматической сети, VМх – митохондрий, VКГ – комплекса Гольджи. ПЛИ, ВЛСи ПЛС – доля ВЛИ(%).  Антагонизм: i1,2<(i1+i2)-(i1×i2). Синергизм: i1,2>(i1+i2)-(i1×i2).

            Заключение 

            Таким образом, шишковидная железа удвухмесячных сеголеток-самцов рыжей полёвки имеет вариабельную программу функционирования, проявляяморфологические признаки усилениясекреторной активностии широкое многообразие способов секреции при моделировании высокой плотности популяции. Укорочение светлого времени суток в комбинации со стрессом на высокую плотность популяции усиливает сдвиг величины морфометрических показателей активизации секреции пинеальных гормонов, сдерживающих половое созревание, и оказывает благоприятное влияние на структурные преобразования паренхимы, связанные с обеспечением функционирования шишковидной железы на следующий год после рождения.

     

Рецензенты:

Алябьев Ф.В., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой судебной медицины с курсом токсикологической химии 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

Герасимов А.В., Костюченко В.П., Логвинов С.В., Денисов А.А., Потапов А.В., Варакута Е.Ю. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ШИШКОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ РЫЖЕЙ ПОЛЁВКИ ПРИ УКОРОЧЕНИИ СУТОЧНОЙФОТОФАЗЫ И ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОПУЛЯЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20113 (дата обращения: 20.05.2022).

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