Процесс адаптации, его специфика базируются на индивидуальных механизмах гомеостаза, зачастую предопределяющих всю стратегию приспособления к изменяющимся условиям внешней среды. При этом обеспечение единства всех систем организма неизбежно предполагает наличие универсального механизма уравновешивания степени их активности. Поддержание средних уровней функционального состояния нервных центров и определенного уровня их многочисленных взаимосвязей в сложной системе организма является следствием непрерывной деятельности механизмов стабилизации, обеспечивающих гомеостаз.
В ранее выполненных собственных исследованиях, в качестве критерия интегративной оценки функционального состояния, был предложен уровень общей неспецифической реактивности организма (УОНРО), качественно и количественно отражающий степень индивидуальной чувствительности к различным экзогенным воздействиям [1, 2, 6, 9]. Изучены механизмы центральной биоэлектрической организации УОНРО [10, 11], определены особенности вегетативного сопровождения УОНРО [8, 13], соматотипические корреляты УОНРО [12], установлена роль УОНРО в формировании циркадианных биоритмов [7] и отдельных компонентов психофизиологического статуса человека [4, 5].
Однако остается неразрешенным вопрос обусловленности УОНРО морфофункциональной компонентой центральной нервной системы, что определяет целесообразность изучения структурных и функциональных характеристик гипоталамуса и коры головного мозга как базовых элементов формирования гомеостаза организма.
Цель: выявить специфику морфофункциональной организации ЦНС в зависимости от УОНРО.
Методы и материалы исследования
Исследования выполнялись на 70 белых крысах обоего пола живой массой 220-300 г. Животные содержались в условиях естественного освещения группами по 6-8 особей в стандартных клетках Т-3. Кормление проводилось по типовому рациону согласно приказу МЗ № 1179 от 10.10.1983 г. при свободном доступе к воде. Температура воздуха в помещении вивария поддерживалась в пределах 18-22°С, относительная влажность - 50-60%. В качестве показателя УОНРО использовался порог болевой чувствительности (ПБЧ). Для оценки ПБЧ применялся метод электрораздражения подошвенной поверхности конечностей через стандартный электролит (0,005 М раствор хлорида натрия) при свободном размещении животных на контактирующей поверхности электропола. Основой электропола являлась стеклотекстолитовая пластина 30×50 см с поперечно закрепленными на ней медными шинами шириной 3 мм и интервалом 1,5 мм. Напряжение подавали между соседними токопроводящими шинами через лабораторный автотрансформатор и плавно повышали реостатом от 17 вольт и выше до возникновения реакции устранения конечностей от поверхности электропола. В момент возникновения данной реакции фиксировали напряжение электротока, принимая его за ПБЧ. При этом минимальному ПБЧ (17,5-20,4 вольт) соответствует высокий УОНРО, среднему (20,5-23,4 вольт) - средний УОНРО, максимальному ПБЧ (23,5-26,4 вольт) - низкий УОНРО [3].
Стрессирование белых крыс проводили по следующей схеме: 1-й день - голодание (со свободным доступом к воде); 2-й день - в фиксирующем пенале, помещенном в холодильник (+4°С) на 5 часов, после чего животные получали корм. На третий день - голодание, 4-й день - снова в фиксирующем пенале помещали в холодильник (+4°С) на 5 часов.
Эвтаназию животных производили одномоментно, путем декапитации. Вскрывали череп, извлекали головной мозг, отделяя его от спинного мозга на уровне выхода первой пары шейных нервов.
Для морфологического исследования материал помещали в 10%-й раствор нейтрального формалина. Препарат головного мозга рассекали двумя фронтальными разрезами на три блока. С парафиновых блоков готовили срезы толщиной 4-6 мкм. Окрашивали гематоксилином и эозином. Для изучения элементов ЦНС производили окрашивание по методу Ниссля. Для изучения нейротопографии ядер головного мозга и оценки взаиморасположения нервных волокон, нейронов и глии использовали метод импрегнации микропрепаратов азотнокислым серебром по Бильшовскому в модификации Ландау для парафиновых срезов [14].
Структуры центральной нервной системы крыс изучали с помощью общепринятых цитокариометрических и стререохимических показателей: объемная плотность нейронов, объем ядер нейронов, межъядерные расстояния, удельная площадь поверхности нейронов, количество нейронов в единице объема. На фронтальных срезах головного мозга гипоталамическая область исследовалась согласно классификации, предложенной Я. Сентаготаи с соавт. (1965).
Для биохимического исследования материал гомогенизировали в 10%-м растворе трихлоруксусной кислоты. Производили оценку активности ключевых ферментов антиоксидантной защиты - супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КАТ) и определяли содержание малонового диальдегида (МДА) общепринятыми методами биохимического анализа [15].
Результаты исследования и их обсуждение
На первом этапе исследования были изучены морфологические характеристики гипоталамуса у животных с высоким (8 особей) и низким (8 особей) УОНРО. В результате эксперимента определились особенности морфологии нейронов по всем выделенным структурам в группах животных с различным УОНРО (табл. 1).
Таблица 1
Объемная плотность (%) нейронов гипоталамических структур у белых крыс с различным УОНРО
|
Структура гипоталамуса |
УОНРО |
|
|
низкий |
высокий |
|
|
Супрахиазматическое ядро (SCH) |
37,1 ± 2,4 |
48,3 ± 2,9* |
|
Супраоптическое ядро (SO) |
69,3 ± 2,7 |
51,8 ± 1,9* |
|
Паравентрикулярное латеральное ядро (PV1) |
69,6 ± 2,9 |
52,3 ± 2,1* |
|
Паравентрикулярное медиальное ядро (PV2) |
32,5 ± 1,6 |
30,1 ± 1,3 |
|
Вентромедиальное ядро (VM) |
34,8 ± 1,9 |
26,2 ± 1,4* |
|
Дорсомедиальное ядро (DM) |
18,2 ± 1,2 |
26,4 ± 1,6* |
|
Аркуатное ядро (ARC) |
42,3 ± 2,4 |
32,0 ± 1,9* |
|
Дорсальное премаммилярное ядро (PMD) |
38,4 ± 1,7 |
40,2 ± 1,9 |
|
Вентральное премаммилярное ядро (PMV) |
28,6 ± 1,9 |
25,4 ± 1,6 |
|
Латеральное маммилярное ядро (ML) |
24,1 ± 1,6 |
32,6 ± 2,0* |
|
Мед.часть медиального маммилярного ядра (PMm) |
26,7 ± 1,6 |
35,1 ± 1,9* |
|
Лат.часть медиального маммилярного ядра (MMl) |
28,9 ± 1,4 |
36,2 ± 1,8* |
|
Прелатеральное маммилярное ядро (PL) |
21,2 ± 1,7 |
23,4 ± 2,0 |
|
Задняя гипоталамическая область (AHP) |
22,6 ± 1,8 |
24,2 ± 1,9 |
|
Переднее гипоталамическое поле (NAH) |
27,4 ± 1,4 |
25,3 ± 1,3 |
|
Ретрохиазмальная область (RCA) |
15,8 ± 1,2 |
16,4 ± 1,4 |
|
Супрамаммилярное ядро (SUM) |
32,3 ± 1,9 |
34,2 ± 2,2 |
|
Латеральная гипоталамическая область (AHL) |
14,2 ± 1,3 |
15,6 ± 1,5 |
|
Преоптическая область (APO) |
21,7 ± 1,8 |
20,3 ± 1,7 |
|
Перивентрикулярная область (PVA) |
36,9 ± 1,9 |
37,2 ± 2,0 |
Примечание. * - уровень достоверности различий между группами с р < 0,05.
При этом у животных с низким УОНРО отмечалась относительно малая объемная плотность нейронов в супрахиазматическом ядре, дорсомедиальном ядре, латеральном маммилярном (латеральном сосцевидном) и медиальных маммилярных (медиальных сосцевидных) ядрах. Паравентрикулярное латеральное, супраоптическое, вентромедиальное и аркуатное (дугообразное) ядра были четко контурированы и характеризовались повышенной объемной плотностью нейронов. В других структурах гипоталамуса, при скриннинговом анализе, различий между группами выявлено не было.
На втором этапе исследования были определены фоновые различия содержания МДА - продукта перекисного окисления липидов, а также активности ферментов, активирующихся при окислительном стрессе, - СОД и КАТ в тканях головного мозга у животных с высоким (6 особей), средним (6 особей) и низким (6 особей) УОНРО. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.
Таблица 2
Некоторые биохимические показатели антиоксидантной активности тканей головного мозга белых крыс с различным УОНРО
|
Номер группы |
УОНРО |
Содержание МДA, нмоль/г ткани |
Активность КАТ, мКат/л |
Активность COД, ед.активности/мг белка |
|
I |
Высокий |
60,7 ± 10,17 |
495,5 ± 20,50 |
7,05 ± 0,395 |
|
II |
Средний |
62,4 ± 3,81 |
441,3 ± 15,30 |
6,41 ± 0,563 |
|
III |
Низкий |
42,8 ± 7,10 |
184,5 ± 14,20 |
6,52 ± 0,260 |
Статистическая обработка полученных данных свидетельствует о наличии определенных различий выраженности исследуемых показателей между выделенными группами животных. При этом по содержанию МДА различия между I и II группами не достигают достоверных значений, различия между I и III, а также II и III группами обладают достоверностью с p < 0,001. Активность КАТ, максимально выраженная в группе с высоким УОНРО, обладает достоверностью различий между всеми группами наблюдений с p < 0,001. Активность СОД также характеризуется максимальной выраженностью в группе с высоким УОНРО. При этом достоверность различий между I и II, а также I и III группами достигает p < 0,01, различия между II и III группами недостоверны.
Затем для подтверждения предположения о большей интенсивности метаболизма нейромедиаторов у особей с высоким УОНРО при стрессировании, было проведено дополнительное исследование. В эксперименте было задействовано 36 крыс, поровну распределенных на три группы с учетом УОНРО (высокий, средний, низкий УОНРО) и дополнительно в каждой из групп - на две подгруппы - контрольную и опытную. Животные опытных подгрупп подвергались стрессированию. После этого выполнялись легкий наркоз и декапитация. Параллельно эвтаназии подвергались животные контрольных подгрупп. Содержание МДА как маркера оксидативного стресса invivo, определяли в гипоталамусе - нейрофизиологическом элементе нейрогуморальной системы адаптации организма. Результаты эксперимента представлены на рисунке.
Содержание МДА в гипоталамусе белых крыс с различным УОНРО в покое и при стрессировании
Как известно, состояние стресса стимулирует генерацию свободных радикалов, в результате чего происходит нарушение антиоксидантной системы организма. Показателем нарушения антиоксидантной системы служит увеличение содержания МДА. Полученные данные подтверждают, что наиболее выраженное повышение содержания МДА при стрессировании наблюдалось в подгруппе крыс с высоким УОНРО. У особей с высоким и средним УОНРО наблюдаются достоверные различия содержания МДА в гипоталамусе между контрольными и опытными подгруппами животных (р < 0,01 и р < 0,05 соответственно).
Заключение
В результате выполненного исследования выявлен ряд принципиальных моментов, определяющих значение морфофункциональных особенностей ЦНС в формировании УОНРО.
Исследование гипоталамуса определило, что у животных с высоким УОНРО отмечаются более выраженные значения объемной плотности нейронов супрахиазматического ядра относительно особей, характеризующихся низким УОНРО. Это может свидетельствовать о повышенной функциональной активности нейронов, которая приводит к формированию ускоренного кругооборота нейромедиаторов и нейротрансмиттеров, определяющих интенсивность метаболизма и программирующих высокий УОНРО. В то же время объемная плотность структур крупноклеточного гипоталамуса, напротив, выше у животных с низким УОНРО, что, по-видимому, предопределяет большую устойчивость центральных нейроэндокринных механизмов адаптации.
Полученные данные биохимического анализа тканей мозга свидетельствуют о наличии взаимосвязей выраженности показателей антиоксидантной активности и УОНРО. При этом максимальными значениями активности KAT и COД обладают животные с высоким содержанием MДA, а минимальным - с низким УОНРО. Представленные результаты позволяют констатировать, что с увеличением УОНРО процессы перекисного окисления липидов в головном мозге проявляют более выраженную активность. Выявленная особенность предопределяет прямую взаимосвязь интенсивности метаболизма и УОНРО.
Таким образом, следует заключить, что в качестве факторов формирования УОНРО выступают структурные особенности ЦНС, создающие морфофункциональные предпосылки устойчивости индивидуального уровня функциональной активности различных систем организма.
Статья подготовлена а рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. по теме: «Выявление природы и прикладное использование феномена пластичности популяционных механизмов гомеостаза в условиях средовой нагрузки» (Государственный контракт № П1262 от 27.08.2009 г.)
Рецензенты:
-
Яковлев А.Т., д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник ФКУЗ «Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора, г. Волгоград;
-
Небогатиков Г.В., д.в.н., профессор кафедры акушерства и терапии ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград.
Работа поступила в редакцию 09.03.2012.