Среди экотоксикантов тяжелые металлы занимают особое положение, поскольку их содержание в окружающей среде постоянно увеличивается за счет возрастания антропогенного пресса на природные экосистемы [4]. Кадмий является одним из высокотоксичных металлов, вызывающих множественные патологические изменения в организме [8, 9]. Он действует на самые разные органы и системы. В мозге этот токсикант способен вызывать деградацию нейронов в целом, а в частности приводит к деструктуризации нервных клеток в гипоталамусе, повреждение которого проявляется в изменении морфофункционального состояния нейроэндокринных центров [5, 6, 7].
Установленные эффекты кадмия (от гипертонии до канцерогенеза) наряду с его широким и все возрастающим использованием и накоплением в окружающей среде позволяют считать, что этот металл представляет наивысшую угрозу человечеству, как экополлютант [3].
В литературе имеются сведения, что токсичность многих ксенобиотиков для организмов разного пола неодинакова. Существенно различны скорость и характер метаболизма чужеродных соединений. Наиболее изучены различия в чувствительности самцов и самок к токсикантам у грызунов [1, 3].
Многие биологические процессы, такие как синтез ДНК, РНК, белков, нейромедиаторов, активность энзимов, гормонов, параметры гемодинамики, рН мочи, количество электролитов в моче, температура тела, количество форменных элементов в крови, гормональная активность, интенсивность обмена веществ и т.д. - постоянно, достаточно ритмично изменяются во времени.
У человека и животных выявлено более 100 ритмических изменений различных характеристик и функций организма. Естественно, что чувствительность организма к токсикантам также постоянно изменяется.
Не исключено, что наблюдаемые годичные изменения чувствительности к токсикантам, которые отмечаются и у теплокровных, связаны с колебаниями среднесуточной температуры и влажности воздуха. Максимальная токсичность выявляется, по литературным данным, в теплое время года [2].
В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение морфофункционального состояния супраоптического ядра гипоталамуса в условиях кадмиевой интоксикации в разные сезоны года.
Материал и методы исследований
Работа выполнена на 53 белых беспородных крысах в зимний, весенний, летний и осенний периоды. В каждой серии экспериментов животных, как самцов, так и самок, делили на 2 группы: контрольную и опытную. Крысам опытной группы ежедневно вводили раствор, содержащий CdCl2 из расчета 2 мг на 100 г массы тела, в течение 15 дней. Раствор с кадмием вводили внутрижелудочно с помощью зонда, поскольку данный путь поступления кадмия является наиболее адекватным для естественных экосистем.
По окончании эксперимента животных декапитировали под хлоральгидратным наркозом (25 мг на 100 г массы тела внутрибрюшинно), после чего извлекали гипоталамус.
Ткань гипоталамуса фиксировали в смеси Буэна, заливали парафином и изготавливали серийные срезы толщиной 7 мкм на ротационном микротоме. Срезы окрашивали гематоксилином и измеряли размеры ядер и ядрышек при увеличении 900*.
Критериями оценки морфофункционального состояния крупноклеточной зоны гипоталамуса являлись:
1) изменение объёмов ядер нейросекреторных клеток;
2) изменение объёмов ядрышек нейросекреторных клеток.
Все полученные результаты были обработаны статистически в программе Microsoft Excel и проанализированы с использованием критериев Стъюдента, Фишера, Колмагорова-Смирнова.
Результаты исследования и их обсуждение
При сравнении средних размеров ядер у самцов во все сезоны года было установлено, что наибольшее значение данный показатель принимает осенью, снижаясь до минимальной величины зимой. Разница между максимальным и минимальным объемами ядер составила 32 % (Р < 0,001). Причем в весенний и летний периоды объемы ядер нейросекреторных клеток оставались неизменными. Различия анализируемого показателя у особей мужского пола между контрастными сезонами года были следующими: между зимой и летом отличия не выявлены, между весной и осенью разница составила 29 % (Р < 0,001) (рис. 1).
Рис.1. Средние объемы ядер у контрольных самцов и самок по сезонам года. Стрелками обозначены отличия сезонов по Стьюденту:
- p < 0,001
У самок установлена практически сходная с самцами ситуация - наибольший объем ядер отмечался осенью, а наименьший - зимой. Разрыв между следующими друг за другом сезонами составил 51 % (Р < 0,001). Следует отметить, что ядра самок в зимний период были меньше, чем ядра самок весеннего периода, превышение в более теплый сезон составило 32 % (Р < 0,001). Разница между летом и зимой составляла 15 % и между весной и осенью 27 % (Р < 0,001 для обоих случаев).
Половые отличия в изменении объемов ядер не выявлены весной и осенью, однако достаточно достоверно отмечались в зимний и летний сезоны года. Так, усиление половых различий в эти периоды реализуется в основном за счет изменений объемов ядер у самок: наблюдалось уменьшение размеров ядер женских особей по сравнению с мужскими на 25 % (Р < 0,001) зимой и 16 % летом (Р < 0,001).
У самцов объемы ядер зимой и летом в этом ядре гипоталамуса не отличались, а у самок объемы ядер в зимний период года снизились на 18 % по сравнению с летним (Р < 0,001).
Воздействие хлорида кадмия привело к изменениям размеров ядер нейросекреторных клеток как у самцов, так и у самок. У самцов введение токсиканта провоцирует уменьшение средних значений объемов ядер в летний и осенний сезоны в сравнении с интактными животными. В то время как у самок уменьшение данного показателя отмечалось весной и осенью, а зимой регистрировалось его незначительное увеличение (таблица).
Сезонные особенности динамики изменения размеров ядрышковых структур нейросекреторных клеток проявились в увеличении их средних объёмов осенью (максимальные значения) и уменьшении летом (минимальные значения) как у самцов, так и у самок. Так, объёмы ядрышек у самцов в осенний сезон года превышали таковые в зимний сезон на 34 % (Р < 0,001), в весенний - на 43 % (Р < 0,001), в летний - на 59 % (Р < 0,001). У самок превышение данного показателя осеннего периода по сравнению с зимним сезоном составило 56 % (Р < 0,001), с весенним сезоном - 55 % (Р < 0,001) и с летним сезоном года - 69 % (Р < 0,001). Следует отметить, что также были выявлены различия между контрастными сезонами: у самцов объёмы ядрышек зимой превышали летние значения в 1,6 раз (Р < 0,001), ядрышки осени были больше ядрышек весны в 1,8 раз (Р < 0,001). У самок наблюдалась аналогичная картина: синтетическая активность ядрышек в зимний период была в 1,4 раза выше по сравнению с летним (Р < 0,001), а осенью в 2,2 раза выше, чем весной (Р < 0,001) (рис. 2).
Рис. 2. Средние объемы ядрышек у контрольных самцов и самок по сезонам года.
Стрелками обозначены отличия сезонов
по Стьюденту:
- P < 0,001; - P < 0,05.
Изменение размеров ядер и ядрышек в супраоптическом ядре гипоталамуса у самцов и самок белых крыс при воздействии солью кадмия
|
Период |
Пол животного |
Характер |
Объем ядер, мкм3 |
Объем ядрышек, мкм3 |
|
Зима |
Самцы |
Контроль |
20,19 ± 0,45 |
0,176 ± 0,0082 |
|
Кадмий |
21,02 ± 0,489 |
0,16 ± 0,008 |
||
|
Самки |
Контроль |
15,11 ± 0,433 °°° |
0,144 ± 0,0093° |
|
|
Кадмий |
18,26 ± 0,727** |
0,101 ± 0,0099** |
||
|
Весна |
Самцы |
Контроль |
21,16 ± 0,41 |
0,152 ± 0,0067 |
|
Кадмий |
21,83 ± 0,442 |
0,158 ± 0,0082 |
||
|
Самки |
Контроль |
22,31 ± 0,55 |
0,145 ± 0,0086 |
|
|
Кадмий |
19,17 ± 0,318*** |
0,114 ± 0,0048** |
||
|
Лето |
Самцы |
Контроль |
21,22 ± 0,507 |
0,11 ± 0,0052 |
|
Кадмий |
15,99 ± 0,422*** |
0,082 ± 0,0052*** |
||
|
Самки |
Контроль |
17,76 ± 0,386°°° |
0,1 ± 0,0052 |
|
|
Кадмий |
18,09 ± 0,492 |
0,11 ± 0,0069 |
||
|
Осень |
Самцы |
Контроль |
29,88 ± 0,718 |
0,266 ± 0,0122 |
|
Кадмий |
22,61 ± 0,994*** |
0,243 ± 0,0204 |
||
|
Самки |
Контроль |
30,67 ± 0,705 |
0,324 ± 0,0144°° |
|
|
Кадмий |
25,91 ± 0,9*** |
0,274 ± 0,0194* |
Степень достоверности различий средних (по Стъюденту):
* - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, *** - Р < 0,001 - в сравнении опыта с контролем;
° - Р < 0,05, °° - Р < 0,01, °°° - Р < 0,001 - половые отличия.
При анализе половых различий по всем сезонам выявлено, что размеры ядрышек варьируются у мужских и женских подопытных животных контрольных групп в зимний и осенний периоды года. Причем зимой средние объёмы ядрышек были увеличены у самцов по сравнению с самками на 19 % (Р < 0,05), а осенью наблюдалась противоположная ситуация, т.е. ядрышки самок были крупнее таковых у самцов на 18 % (Р < 0,01). В весенний и летний сезоны года отличия по полу выявлены не были.
Хлорид кадмия оказывал влияние на размеры ядрышек у самцов только летом - происходило уменьшение объемов ядрышковых структур нейронов по сравнению с контрольными животными на 26 % (Р < 0,001), в остальные сезоны значения опытной группы достоверно не отличались от контрольной группы; у самок изменения выявлены зимой - уменьшение составило 30 % (Р < 0,01), весной - 21 % (Р < 0,01) и осенью - 15 % (Р < 0,05), за исключением летнего сезона. При этом как у самцов, так и у самок опытных групп происходило уменьшение средних объёмов ядрышек по сравнению с подопытными животными контрольных групп.
Выводы
1. У животных обоего пола наибольшая функциональная активность ядер исследуемой зоны гипоталамуса отмечалась в осенний период, наименьшая - в зимний сезон. Активность ядрышек нейросекреторных клеток как у самцов, так и у самок была значительно выше осенью при сравнении со всеми другими сезонами года.
2. Половые различия в размерах ядер у контрольных животных отмечались в зимний и летний сезоны года, при этом функциональная активность у самцов была значительно выше, чем у самок. Отличия по полу по средним объемам ядрышек были выявлены зимой и осенью, причем в зимний период ядрышки самцов были крупнее ядрышек самок, осенью отмечалась обратная тенденция.
3. Хроническая интоксикация хлоридом кадмия привела к снижению функциональной активности ядер нейросекреторных клеток в супраоптическом ядре у самцов в большей степени летом и осенью, а у самок - в переходные сезоны года, т.е. весной и осенью. Средние размеры ядрышек в ответ на воздействие кадмием также уменьшались: у самцов - в летний период, а самок - в зимний, весенний и осенний периоды года.
Рецензенты:
Кондратенко Е.И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой биохимии, биофизики и молекулярной биологии ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань;
Горст В.Р., д.б.н., профессор кафедры нормальной физиологии ГОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России, г. Астрахань.
Работа поступила в редакцию 28.07.2011.