Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,252

ВОЗРАСТНАЯ ИНВЕРСИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА НАДПОЧЕЧНИКОВ ПРИ ГЕНЕТИЧЕСКИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ НАРУШЕНИЯХ МЕТАБОЛИЗМА

Торнуев Ю.В. 1 Колдышева Е.В. 1 Балахнин С.М. 1 Глухов Б.М. 1 Жук А.Г. 1 Исаенко В.И. 1 Сенчукова С.Р. 1
1 ФГБУ «Научно-исследовательский институт региональной патологии и патоморфологии» Сибирского отделения РАМН, Новосибирск
Проведено электрофизиологическое и морфометрическое исследование надпочечников крыс линий Вистар и OXYS в возрасте 5, 14, 26 мес. Целью исследования было выявление сопряженности электрофизиологических параметров и морфологических изменений, связанных с возрастной реорганизацией железы. Показано, что наибольшие изменения коэффициента поляризации, а также сопротивления на высокой и низкой частотах выявлялись в позднем онтогенезе (26 мес.), что соответствовало изменениям соотношений линейных размеров зон и ширины коры в целом. Полученные данные свидетельствуют о схожести структурной реорганизации надпочечников при естественном и преждевременном старении (линия OXYS) с изменениями у животных, подвергнутых длительному стресcогенному воздействию. Изменение электрофизиологических показателей, в частности значительный рост сопротивления ткани надпочечника токам высокой и низкой частот, сопряжен с изменениями линейных размеров зон коры надпочечника и связывается нами со снижением количества проводящей жидкости в ткани и изменением градиента потенциала нa клеточных мембранах.
инверсия электрического импеданса
надпочечник
возрастная реорганизация
крысы Вистар и OXYS
морфометрия
1. Бакарев М.А., Непомнящих Л.М. Структурные проявления нарушения митохондриальной функции в скелетных мышцах у преждевременно стареющих крыс OXYS // Бюл. экспер. биол. – 2004. – № 12. – С. 674–679.
2. Возрастные изменения окисленности белков и липидов в печени преждевременно стареющих крыс OXYS / Н.Г. Колосова, А.Ю. Гришанова, Ж.С. Крысанова, Т.В. Зуева, О.И. Синицина // Биомедицинская химия. – 2004. – Т. 50, № 1. – С. 73–78.
3. Надпочечники: Ультраструктурная реорганизация при экстремальных воздействиях и старении / Е.Л. Лушникова, Л.М. Непомнящих, Е.В. Колдышева, О.П. Молодых. – М.: Изд-во РАМН, 2009. – 336 с.
4. Биоимпедансный анализ состава тела человека / Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобринская, С.Г. Руднев. – М.: Наука, 2009. – 392 с.
5. Судаков К.В. Адаптивный результат в формировании функциональных систем организма // Успехи современной биологии – 2004. – № 5. – С. 568–471.
6. Электрический импеданс биотканей / Ю.В. Торнуев, А.П. Хачатрян, Р.Г. Хачатрян, В.П. Махнев, А.С. Осенний. – М.: Изд-во ВЗПИ. – 1990. – 155 с.
7. Торнуев Ю.В., Непомнящих Л.М, Колдышева Е.В. Воздействие низкохолиновой диеты и этанола на электропроводящие свойства тканей мышей СВА // Бюл. экспер. биол. – 2005. – Т. 140, № 11. – С. 515–518.
8. Торнуев Ю.В., Колдышева Е.В. Возрастные изменения электропроводности надпочечников крыс OXYS // Бюл. СО РАМН. – 2008. – № 6. – С. 27–30
9. Bernardi P. Mitochondria in muscle cell death // Ital.J. Newrol. Sci. – 1999. – Vol. 20. – P. 395–400.
10. Castro R., Barlow-Walden L., Woodson T., Keresman J.D., Zhang G.H., Martine J.R. Ion transport in an Immortalized Rat Submandibular Cell line SMG – C6 // Pros. Soc. Exper. Biol. Med. – 2000. – Vol. 225. – P. 29–48.
11. Dittmar V., Reber H. New equations for estimating body cell mass from bioimpedance parallel models in healthy elder Germans // Am. J. Physiol. Endocrinol. Metabol. – 2001. – Vol. 281, № 5. – Р. 1005–1014.
12. Schoeller D. Bioelectrical impedance analysis. What does it measure? // Annals of the New York Academy Sciences. – 2000. – Vol. 904. – P. 159–162.

Патофизиологическая картина процесса старения разнообразна и подразумевает развитие различного рода дисфункций, затрагивающих все системы организма. Удовлетворительное решение проблемы «благополучного старения» требует осуществления системного подхода к изучению согласованности физиологических процессов в организме [5] и привлечения дополнительных количественных методов исследования. В этом аспекте представляет интерес анализ сопряженности электрофизиологических параметров и морфофункциональных изменений в надпочечниках, обеспечивающих необходимое взаимодействие систем организма в процессе старения, при эндо- и экзогенных воздействиях [3].

Результаты проведенных ранее исследований свидетельствуют о возможности по показателям электропроводности тела человека оценивать его композиционные характеристики, такие как процентное содержание воды в тканях, жировой и клеточной масс и т.д. [4, 11, 12]. Однако оригинальные работы, использующие методы электроимпедансометрии для диагностики морфофункциональных изменений на органном и тканевом уровне, крайне немногочисленны, а данные об электрофизиологических свойствах надпочечника отсутствуют полностью. Согласно нашим результатам [8], изменения электропроводности надпочечника зачастую опережают таковые для других органов. Необходимо проведение дальнейшего анализа формирования электрического импеданса железы, его частотной дисперсии и сопоставления с количественной характеристикой их возрастной реорганизации.

Цель исследования - сравнительный анализ электропроводящих свойств и количественных данных реорганизации коры надпочечников крыс в онтогенезе.

Материал и методы исследования

В экспериментах использованы крысы-самцы линии OXYS (n = 19) в возрасте 5, 14 и 26 мес., характеризующиеся значительным снижением продолжительности жизни и ранним развитием болезней «пожилого возраста», связанных с окислительным стрессом. Линия OXYS (первоначально W/SSM) была получена в Институте цитологии и генетики СО РАН путем отбора и инбридинга крыс линии Вистар, чувствительных к галактоземическому действию галактозы [1-3]. Контролем служили одновозрастные крысы-самцы линии Вистар (n = 12). Все животные содержались на стандартном рационе при свободном доступе к воде. Эксперименты были проведены в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите животных (Страсбург, 1986) и одобрены биоэтическим комитетом ФГБУ «Научно-исследовательский институт региональной патологии и патоморфологии» СО РАМН. Животных выводили из эксперимента путем декапитации в утрен- ние часы.

Оценку электрических параметров проводили с помощью стандартного электроимпедансометра «Тонус-2» [6, 7]. Активный измерительный электрод был выполнен в виде иглы, диаметром 60 мкм, индифферентный - диск, площадью 100 мм2. Такое соотношение параметров электродов позволило оценить электрическое сопротивление участка ткани, непосредственно прилежащего к активному электроду (т.е. коры надпочечника), и исключить влияние пассивного температурного дрейфа показателей [6, 8]. Электрическое сопротивление (Ом) фиксированного надпочечника измеряли на низкой (Rнч, 10 кГц) и высокой (Rвч, 1 мГц) частотах. По результатам измерений рассчитывали коэффициент поляризации Кп = Rнч/Rвч.

Для светооптического исследования надпочечники фиксировали в 4%-м растворе парформальдегида с постфиксацией в 1%-м растворе осмия, образцы заливали в смесь эпона и аралдита. Полутонкие срезы окрашивали 1% раствором азура II. Морфометрическое исследование проводили методом компьютерной морфометрии в универсальном микроскопе «Leica DM 4000B» (Германия). Измеряли ширину каждой зоны и камбиального слоя коры надпочечника (не менее 15 измерений), затем производился расчет суммарной величины ширины коры и вычисление соотношений ширины зон коры надпочечника в ряду клубочковая : пучковая : сетчатая, где за единицу принималась суммарная ширина клубочковой зоны и камбиального слоя.

Статистическая обработка результатов включала нахождение средних значений, дисперсии и ошибки средних. Значимость различий между показателями по группам оценивали с помощью t-критерия Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение

Показатели электропроводности и поляризуемости (Кп) ткани надпочечников крыс обеих групп в 5-месячном возрасте достоверно не различались. К 14 мес. электрическое сопротивление надпочечников в обеих группах на высоких и низких частотах соизмеримо возрастало (на 40%), причем изменения показателей у крыс OXYS превышали контрольные на 5-10%. Тем не менее по сравнению с 5-месячными животными изменение соотношения показателей электропроводности было недостоверным. Наиболее существенные различия между линиями зафиксированы у животных к 26 мес., когда наблюдали инверсию соотношения импедансов - изменения у крыс Вистар превышали таковые у крыс OXYS, соотношение импедансов составляло 50-60%, (р < 0,05). Увеличение с возрастом у крыс OXYS и Вистар Кп соответственно на 28 и 37% (р < 0,05) и низкочастотного сопротивления (в 2-4 раза по сравнения с 5 мес.), как правило, связывается с потерей тканями проводящей жидкости и увеличением количества свободных радикалов [6]. Тем не менее Кп надпочечника крыс OXYS в позднем онтогенезе был меньше контрольных значений (на 10%), начиная с 14 мес. Это свидетельствует о сравнительно более низкой поляризационной емкости и снижении резистентности крыс OXYS к эндо- и экзогенным воздействиям [2, 7], а также наличии у этих животных склонности к развитию различного рода дисфункций, что позволяет утверждать информативность Кп не только на организменном, но и на органном уровне.

Электрический импеданс тканей, в том числе надпочечника, на низких частотах определяется особенностями структуры органа, уровнем кровоснабжения и содержанием проводящей жидкости в межклеточных пространствах, «плотностью упаковки» структурных элементов в единице объема, тогда как электропроводность на высокой частоте и соответственно ее дисперсия в исследуемом диапазоне частот - поляризацией фосфолипидов мембран клеток в поле внешнего электрического тока и дипольной поляризацией структурных образований в цитоплазме [6, 10-12].

По данным морфометрического исследования, старение животных сопровождалось уменьшением ширины коры надпочечника у крыс обеих линий: у Вистар - на 14 и 6%, у крыс OXYS - на 15 и 23% (р < 0,05), соответственно в возрасте 14 и 26 мес. по сравнению с 5-месячными особями (таблица).

Электрофизиологические и морфометрические показатели коры надпочечников крыс линий Вистар и OXYS в процессе онтогенеза (M ± m)

Показатель

Возраст животных

5 мес

14 мес

26 мес

Вистар

OXYS

Вистар

OXYS

Вистар

OXYS

Ширина коры, мкм

751,43 ± 23,77

841,40 ± 59,25

645,51 ± 0,95*

715,02 ± 64,23

705,87 ± 18,07

645,30 ± 55,79 ±

Ширина клубочковой зоны, мкм

64,28 ± 8,21

57,54 ± 5,07

84,32 ± 21,04

64,05 ± 8,37

57,15 ± 4,65

57,45 ± 7,70

Ширина камбиального слоя, мкм

18,61 ± 1,50

11,98 ± 1,08#

18,63 ± 5,26

13,47 ± 1,52

6,97 ± 1,79**

13,48 ± 1,72#

Ширина пучковой зоны, мкм

432,59 ± 12,07

555,27 ± 51,85

341,24 ± 2,06**

407,62 ± 38,50

442,57 ± 13,54

386,29 ± 37,50 ±

Ширина сетчатой зоны, мкм

235,96 ± 16,85

216,62 ± 19,72

201,30 ± 23,29

229,89 ± 19,42

199,17 ± 18,07

188,08 ± 23,98

Сопротивление на высокой частоте, Ом

814,4 ± 75

916,4 ± 85

1090,6 ± 92

1438,2 ± 157 ± ±

2236,3 ± 55**

1351,4 ± 214 ± #

Сопротивление на низкой частоте, Ом

1236,3 ± 214

1400,6 ± 95

1829,3 ± 142

2160,5 ± 185 ± ± #

4813,0 ± 15**

2650,5 ± 310 ± ± ##

Коэффициент поляризации

1,56 ± 0,08

1,55 ± 0,08

1,65 ± 0,07

1,50 ± 0,08

2,15 ± 0,02*

1,96 ± 0,05 ± #

Примечание. * - р < 0,05, ** - р < 0,01, по сравнению с 5 мес Вистар; ± - р < 0,05, ± ± - р < 0,01, по сравнению с 5 мес OXYS; # - р < 0,05, ## - р < 0,01 по сравнению с Вистар аналогичного возраста.

У крыс Вистар и OXYS в одни и те же периоды онтогенеза значительно различалась ширина отдельных зон коры надпочечника и их размерное соотношение. У 5-месячных крыс OXYS была уменьшена ширина клубочковой зоны (на 11%), камбиального слоя (на 36%, р < 0,05) и сетчатой зоны (на 8%), но увеличена ширина пучковой зоны (на 28%) при сравнении с одновозрастными крысами Вистар. В возрасте 14 мес. у крыс Вистар и OXYS отмечено увеличение ширины клубочковой зоны (на 31 и 11%) и уменьшение ширины пучковой зоны (на 21 и 27%) по сравнению с 5-месячными особями. При этом у крыс Вистар происходило снижение ширины сетчатой зоны (на 15%), а у крыс OXYS - небольшое увеличение этого показателя (на 6%) по сравнению с 5-месячными особями. В возрасте 26 мес у крыс Вистар происходило уменьшение ширины клубочковой зоны (на 11%), камбиального слоя (на 63%, р < 0,01) и сетчатой зоны (на 15%), ширина пучковой зоны восстанавливалась до значений 5-месячных животных. У крыс OXYS в возрасте 26 мес. ширина клубочковой зоны была такой же, как и в 5 мес., вероятно, в результате сохранения пролиферативной активности клеток камбиального слоя, ширина которого была увеличена (на 13%) по сравнению с 5-месячными особями. Происходило дальнейшее снижение ширины пучковой и сетчатой зон (соответственно на 31 и 13% при сравнении с 5-месячным возрастом).

Изменения ширины зон обусловили следующие соотношения их ширины в ряду «клубочковая : пучковая : сетчатая» у крыс обеих линий: у крыс Вистар и OXYS в возрасте 5 мес. - соответственно 1:5:3 и 1:8:3, в возрасте 14 мес. - соответственно 1:3:2 и 1:5:3, в возрасте 26 мес. - 1:7:3 и 1:5:3. Следует отметить, что у крыс OXYS в возрасте 5 мес. и у крыс Вистар в возрасте 26 мес. это соотношение было подобно наблюдаемому у крыс Вистар, подвергнутых многократному воздействию стрессогенного фактора [3]. Эти данные свидетельствуют о том, что в процессе естественного старения (крысы Вистар) происходит похожая структурно-функциональная реорганизация коры надпочечника, как и при продолжительном действии стрессогенных факторов. При преждевременном старении (крысы OXYS) подобная реорганизация коры надпочечников происходит уже в молодом возрасте (5 мес.).

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что изменения импеданса надпочечника зависят от колебаний размерных характеристик коры, в основном клубочковой и пучковой зон. Относительные изменения линейных размеров клубочовой зоны в позднем онтогенезе приводят не к росту, а к снижению сопротивления надпочечника. Инверсия (относительно 5-месячного возраста) и отсутствие различий в размерах клубочковой зоны у животных обеих линий, а также разнонаправленность изменений линейных размеров клубочковой и пучковой зон коры позволяют нам предположить наличие более тонких, внутриклеточных изменений особенно у крыс OXYS.

Сопротивление надпочечника токам высоких частот свидетельствует о наличии структурных изменений в самой клетке: увеличении концентрации или появлении в цитоплазме или на мембранах адренокортикоцитов структурных образований с другим временем релаксации [6]. С возрастом в тканях увеличивается количество полярных и неполярных молекул различного размера, включая продукты свободнорадикального окисления, снижается антиоксидантная активность липидов, изменяется структура и функции клеточных и внутриклеточных мембран, степень гидрофильности и вязкости липидов [1, 2, 9]. Потеря жидкости тканями надпочечника в процессе старения организма приводит к увеличению вязкости цитоплазмы адренокортикоцитов, что и способствует росту ее электрического сопротивления, одновременно, препятствуя поляризации липидов мембран и других внутриклеточных образований, снижает его. Это малозаметно в ранние сроки развития животных, однако в позднем онтогенезе влияние таких процессов более значительно. В результате сопротивление коры у крыс экспериментальной группы может стать ниже контрольных значений и даже привести к инверсии показателей.

Рецензенты:

  • Меньщикова Е.Б., д.м.н., руководитель группы свободнорадикальных процессов ФГБУ «Научный центр клинической и экспериментальной медицины» Сибирского отделения РАМН, г. Новосибирск;
  • Гуляева Л.Ф., д.б.н., профессор, заведующая лабораторией молекулярных механизмов канцерогенеза ФГБУ «Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики» Сибирского отделения РАМН, г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 11.04.2012.


Библиографическая ссылка

Торнуев Ю.В., Колдышева Е.В., Балахнин С.М., Глухов Б.М., Жук А.Г., Исаенко В.И., Сенчукова С.Р. ВОЗРАСТНАЯ ИНВЕРСИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА НАДПОЧЕЧНИКОВ ПРИ ГЕНЕТИЧЕСКИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ НАРУШЕНИЯХ МЕТАБОЛИЗМА // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5-1. – С. 203-206;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29876 (дата обращения: 25.11.2017).

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 = 1.252