Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Морфогенез, анатомия и топография, структурная организация поджелудочной железы и влияние на нее внешних факторов 15
1.1. Данные литературы о морфогенезе поджелудочной железы в условиях нормы .15
1.2. Современные представления об анатомии, топографии и структурной организации поджелудочной железы 19
1.3. Данные авторов об изменениях в строении и структурной организации поджелудочной железы при воздействии внешних факторов и при экспериментальном и клиническом диабете .46
1.4. Влияние физических нагрузок на организм и функциональное состояние поджелудочной железы в условиях нормы и при сахарном диабете .52
Глава 2. Материал и методы исследования 57
2.1. Общая характеристика исследования, постановка эксперимента, объект исследования, типирование и формирование групп животных .57
2.2. Методы исследования
2.2.1. Биохимические и радиоизотопные методы 64
2.2.2. Анатомические, гистологические, электронно-микроскопические, гистоэнзиматические, морфометрические методы 65
2.2.3. Математические методы вариационной статистики 67
Глава 3. Структурная организация поджелудочной железы у животных контрольных групп 68
3.1. Структурная организация поджелудочной железы у животных контрольной группы с нормальной толерантностью к глюкозе 68
3.2. Структурная организация поджелудочной железы у животных контрольной группы с нарушенной толерантностью к глюкозе 88
3.3. Сравнение результатов исследования поджелудочной железы у животных контрольных групп с различной толерантностью к глюкозе. Резюме 96
Глава 4. Структурные перестройки поджелудочнойжелезы после однократной умеренной физической нагрузки 104
4.1. Физиологические и биохимические результаты проведения нагрузки у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе 104
4.2. Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нормальной толерантностью к глюкозе 106
4.2.1. Динамика морфологических показателей в группе животных с нормальной толерантностью к глюкозе 121
4.3. Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нарушенной толерантностью к глюкозе .124
4.3.1. Динамика морфологических показателей в группе животных с нарушенной толерантностью к глюкозе .134
4.4. Сравнительная характеристика адаптационной реакции у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе после однократной умеренной физической нагрузки. Резюме 136
Глава 5. Структурные перестройки поджелудочной железы после однократной максимальной физической нагрузки 142
5.1. Физиологические и биохимические результаты проведения нагрузки у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе .142
5.2. Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нормальной толерантностью к глюкозе 144
5.2.1. Динамика морфологических показателей в группе животных с нормальной толерантностью к глюкозе 159
5.3. Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нарушенной толерантностью к глюкозе .163
5.3.1. Динамика морфологических показателей в группе животных с нарушенной толерантностью к глюкозе 174
5.4. Сравнительная характеристика адаптационной реакции у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе после однократной максимальной нагрузки. Резюме 181
Глава 6. Структурные перестройки поджелудочной железы после систематических умеренных физических нагрузок 187
6.1. Физиологические и биохимические результаты проведения систематических умеренных физических нагрузок у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе 187
6.2. Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нормальной толерантностью к глюкозе 190
6.2.1. Динамика морфологических показателей в группе животных с нормальной толерантностью к глюкозе .197
6.3. Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нарушенной толерантностью к глюкозе 203
6.3.1. Динамика морфологических показателей в группе животных с нарушенной толерантностью к глюкозе 213
6.4. Сравнительная характеристика адаптационной реакции у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе после систематических умеренных физических нагрузок. Резюме 216
Глава 7. Обсуждение результатов исследования .221
Выводы 246
Научно - практические рекомендации 249
Приложение 250
Список литературы
- Данные авторов об изменениях в строении и структурной организации поджелудочной железы при воздействии внешних факторов и при экспериментальном и клиническом диабете
- Биохимические и радиоизотопные методы
- Структурная организация поджелудочной железы у животных контрольной группы с нарушенной толерантностью к глюкозе
- Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нормальной толерантностью к глюкозе
Введение к работе
Актуальность проблемы и отсутствие подобных исследований определили цель данной диссертационной работы.
Цель исследования
- выявление закономерностей структурно-функциональной реорганизации поджелудочной железы у животных с нормальной и нарушенной толерантностью к глюкозе при адаптации организма к физической нагрузке.
Задачи исследования
1. Установить особенности морфологической организации экзокринной и эндокринной частей поджелудочной железы у животных с нарушенной толерантностью к глюкозе.
-
Исследовать структурные преобразования в поджелудочной железе после воздействия на организм однократной умеренной нагрузки в норме и в состоянии предиабета.
-
Выявить морфологические изменения элементов поджелудочной железы при различном метаболизме глюкозы в организме после систематических умеренных нагрузок, формирующих длительный бег.
-
Исследовать структурные перестройки в железе после однократной максимальной физической нагрузки у собак с различной толерантностью к глюкозе.
5. Изучить структурно-функциональные взаимодействия инсулиноцитов панкреатических островков и экзокринных панкреатоцитов периинсуллярных ацинусов у животных с различной толерантностью к глюкозе в норме и после воздействия на организм физических нагрузок.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
Поджелудочная железа у животных с нарушенной толерантностью к глюкозе имеет структурно-функциональные особенности организации на органном, тканевом, клеточном и ультраструктурном уровнях.
-
Однократные и систематические физические нагрузки вызывают активацию окислительного метаболизма, о чем свидетельствует возрастание в крови содержания лактата и пирувата при смещении индекса лактат/пируват в сторону лактата. На фоне увеличенной нагрузки становится более явным снижение интенсивности утилизации глюкозы у животных с нарушенной толерантностью.
-
Двигательная нагрузка приводит к количественным и качественным перестройкам компонентов обеих частей железы, преимущественно панкреатических островков. В целом это проявляется изменением относительных объемов экзокринной и эндокринной паренхимы и индекса Ричардсона/Янга, увеличением объема микроциркуляторного русла, морфологическими преобразованиями в экзокринных и эндокринных клетках.
-
Морфо-функциональные преобразования в поджелудочной железе у
животных с нормальной толерантностью к глюкозе формируются
соответственно стадиям срочной и долговременной адаптации
организма к физическим нагрузкам. При нарушении толерантности к
глюкозе выявлены закономерности адаптационной реакции
поджелудочной железы к физическим нагрузкам, проявляющиеся
увеличением кровенаполнения органа, снижением внешнесекреторной
функции железы, усилением гетерогенности работы ацинусов и
функциональной напряженности элементов островков,
гетерохронностью секреторного процесса в инсулиноцитах в зависимости от величины и протяженности нагрузки. 5. Морфо-функциональное состояние экзокринных панкреатоцитов периинсуллярных ацинусов зависит от фазности и интенсивности секреторного процесса в инсулиноцитах панкреатических островков.
Научная новизна
Впервые изучена структурная организация поджелудочной железы на органном, тканевом, клеточном и субклеточном уровнях у собак с нарушенной толерантностью к глюкозе, определяемой по биохимическим показателям крови и результатам стандартного теста толерантности к глюкозе (СТТГ). Представлены данные по анатомии органа, морфометрии элементов экзокринной и эндокринной частей железы, микроциркуляторного русла. Впервые проведена сравнительная характеристика морфологической организации поджелудочной железы у собак с различной толерантностью к глюкозе, установлены особенности строения элементов железы в состоянии предиабета.
Впервые установлена структурно-функциональная реорганизация элементов экзокринной и эндокринной частей железы у собак с нарушенной толерантностью к глюкозе при адаптации организма к однократным и систематическим физическим нагрузкам.
Впервые проведена сравнительная характеристика динамики морфологических показателей органа после различных режимов двигательной активности у животных, имеющих различную толерантность к глюкозе и инсулинорезистентность тканей.
Впервые установлены закономерности протекания адаптационной реакции на физические нагрузки у собак с нарушенной толерантностью к глюкозе.
Впервые представлены морфологические и морфометрические данные, демонстрирующие превалирование определенных фаз секреторного процесса в эндокриноцитах и периинсуллярных экзокриноцитах в зависимости от продолжительности воздействия при латентно протекающих патологических состояниях.
Результаты исследования привлекают внимание к особенностям адаптационной реакции поджелудочной железы на идентичный внешний фактор воздействия (физическая нагрузка) у животных с различным состоянием углеводного обмена организма, а оценка ультраструктурных изменений в реагирующем на воздействие органе может быть методом выбора для анализа клинически неявных патогенетических проявлений.
Научно-практическая значимость
Исследование включает разработку фундаментальных и прикладных аспектов морфологии, эндокринологии, валеологии и спортивной медицины.
У животных с нормальной толерантностью к глюкозе в экзокринном и эндокринном отделах поджелудочной железы выявлены морфологические изменения соответственно физиологическим стадиям адаптации организма к физическим нагрузкам. Полученные данные важны для понимания механизмов достижения высоких спортивных, а в ряде случаев, трудовых результатов, связанных с тяжелой мышечной деятельностью, с целью предупреждения развития воспалительных и эндокринных нарушений.
Сведения о морфологических особенностях организации экзокринной и эндокринной частей железы при нарушении толерантности к глюкозе могут быть использованы в эндокринологической практике для обоснованного формирования диспансерных групп пациентов с предрасположенностью к сахарному диабету и составления определенных режимов коррекции данного состояния.
Результаты исследования могут применяться для обоснования фармакологической коррекции предиабета, как отдельно, так и в
совокупности с правильно подобранной диетой, при этом включение физических нагрузок в комплекс лечебно-профилактических мероприятий должно проводиться с учетом сопоставимости биохимических показателей и гормонов крови с морфологическими изменениями в поджелудочной железе. Полученный в работе иллюстративный материал и данные о функциональной морфологии поджелудочной железы могут быть использованы в учебном процессе на морфологических кафедрах высших и средних учебных заведений медико-биологического, спортивного и реабилитационного профиля.
Апробация работы
Работа выполнена на кафедре нормальной анатомии ГБОУ ВПО Нижегородская медицинская академия Минздрава РФ и в отделе адаптационной морфологии ЦНИЛ при ГБОУ ВПО «НижГМА» Минздрава РФ.
Результаты исследования представлены и обсуждены на научно-практической конференции «Аспекты адаптации», посвященной 80-летию со дня рождения профессора А.П. Сорокина (Н. Новгород, 2001), YI Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Уфа, 2002), YII Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Казань, 2004), YIII Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Орел, 2006), YII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Озон в биологии и медицине» (Н. Новгород, 2007), международной научной конференции, посвященной 450-летию города Астрахани (Астрахань, 2007), IX Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Бухара, 2008), YI Всероссийском съезде морфологов с международным участием (Саратов, 2009), III международной научной конференции, посвященной памяти профессора А.П. Акифьева «Актуальные проблемы спортивной морфологии и генетики человека» (Москва, 2009), региональной научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения заслуженного деятеля
науки РСФСР и ЧАССР, профессора Амосовой В.В. (Чебоксары, 2009), научно-практической конференции с международным участием, посвященной 85-летию со дня рождения профессора Степанова Петра Федоровича (Смоленск, 2009), IY международной научной конференции «Актуальные проблемы спортивной морфологии и клинической анатомии» (Москва, 2010), X Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Ярославль, 2010), Однораловских морфологических чтениях, посвященных 140-летию со дня рождения профессора Г.М. Иосифова (Воронеж, 2010), Однораловских морфологических чтениях, посвященных 85-летию со дня рождения В.И. Дробышева (Воронеж, 2011), YII Mi^dzynarodowa konferencja naukowo-praktyczna "Aktualne problemy wspolczesnej nauki - 2011" (Przemysl, 2011), YII Mi^dzynarodowa konferencja naukowo-praktyczna "Partnerstwo Wschodnie 2011(Przemysl, 2011), III Эмбриологическом Симпозиуме Всероссийского Научного Медицинского Общества Анатомов, Гистологов, Эмбриологов «Югра-Эмбрио-2001» (Ханты-Мансийск, 2011), XI Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Самара, 2012), YI International Research and Practical Conference (Munich, 2013), XII Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Тюмень, 2014), XXI Международной научно-практической конференции «Современные концепции научных исследований» (Москва, 2015), XIII Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Петрозаводск, 2016).
Публикации по теме диссертации: по материалам диссертации опубликованы 33 печатные работы, из них 23 в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки Российской Федерации для публикации результатов докторских и кандидатских диссертаций.
Внедрение результатов работы в практику
Материалы исследования включены в практические занятия для студентов лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов на кафедрах нормальной анатомии, гистологии с цитологией и
эмбриологией, патологической анатомии, факультетской и поликлинической терапии, эндокринологии и внутренних болезней, физвоспитания, лечебной физкультуры и врачебного контроля государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородская государственная медицинская академия» Минздрава России.
Объем и структура диссертации
Данные авторов об изменениях в строении и структурной организации поджелудочной железы при воздействии внешних факторов и при экспериментальном и клиническом диабете
Структурные перестройки в поджелудочной железе при воздействии на организм различных внешних факторов являются актуальной проблемой и в настоящее время. Современный уровень развития клинической медицины, поиски новых методов лечения заболеваний поджелудочной железы, разработка профилактических мероприятий, направленных на коррекцию состояний, предшествующих развитию основного заболевания, требуют уточненных сведений о развитии железы и особенностях структурной организации экзокринной и эндокринной частей с учетом взаимодействий между их компонентами.
Интерес к изучению морфогенеза поджелудочной железы не случаен. Знание основных этапов формирования поджелудочной железы важно при изучении критических периодов развития, для выявления возникающих в дальнейшем различных патологических состояний, причин их формирования и путей предотвращения (С.В. Савельев, 2002, Л.П. Тельцов с соавт., 2005, 2006, А.В. Савищев, 2009, Н.Н. Заречнова, Т.Н. Слынько, 2014). Формируясь из двух закладок энтодермы первичной кишки по прототипу развития экзокринных органов, поджелудочная железа является органом смешанной секреции, выполняя экзокринную и эндокринную функции. Экзокринная часть железы секретирует 1500-3000 мл изоосмотической щелочной жидкости в сутки; в ее состав входят вода, ионы и некоторые протеазы (трипсиногены 1, 2 и 3, химотрипсиноген, проэластазы 1и 2, протеаза Е, калликреиноген, прокарбоксипептидаза А1, А2, В1 и В2), амилаза, липазы (триглицерид липаза, колипаза и карбоксилэстергидролаза), фосфолипаза А2 и нуклеазы (дезоксирибонуклеаза и рибонуклеаза). Большая часть этих ферментов накапливается в виде проферментов в секреторных гранулах панкреатоцитов (Л.К. Жункейра, Ж. Карнейро, 2009). Эндокринная часть, панкреатические островки, вырабатывает гормоны (инсулин, глюкагон, соматостатин, панкреатический полипептид), регулирующие углеводный и жировой обмен в организме.
Известно, что обе части поджелудочной железы развиваются из выростов энтодермального эпителия двенадцатиперстной кишки, однако, до настоящего времени четко не определены механизмы дифференцировки ткани на экзокринную и эндокринную. Ряд авторов считают, что железа развивается из трех зачатков – двух вентральных и дорзального (О.В. Волкова, М.И. Пекарский, 1976, Ю.К. Елецкий, В.В. Яглов, 1976, Е.Ш. Герловин, 1977, Б.Карлсон, 1983). Сравнительно недавно установлено, что мезенхимальная и эмбриональная эпителиальная ткань взаимодействуют между собой (Л.И. Корочкин, 2002, М.С. Меликова, 2003, Л.П. Тельцов, 2006, 2007, F.Scott, F. Gilbert, 2000, J.A. Bolker, 2001), а развитие экзокринной части происходит в тесном единстве с мезенхимой (Л.М. Железнов, 1999, 2000). Из мезенхимальной ткани был выделен фактор, стимулирующий синтез ДНК, РНК и белка в панкреатическом эпителии эмбриона и осуществляющий контроль за пролиферацией и дифференцировкой панкреатического эпителия в экзокринную ткань и В-клетки. В некоторых источниках указано, что созревание В-клеток может происходить при отсутствии мезенхимы, тогда как для нормального развития экзокринных панкреатоцитов она необходима (И.И. Бобрик, Л.М. Давиденко, 1995, М.И. Балаболкин, Е.М. Клебанова, В.М. Кремницкая, 2005). Если вопрос развития экзокринной части железы не вызывает разногласия у морфологов, то происхождение эндокринной части до сих пор остается дискутабельным. Большинство исследователей считают, что эндокриноциты развиваются из протоков поджелудочной железы, то есть имеют энтодермальное происхождение (Ю.К. Елецкий, В.В. Яглов, 1978, И.Н. Бобрик, Л.М. Давиденко, 1991, Т.И. Полякова, 1993). Однако некоторые авторы полагают, что островки поджелудочной железы и хромаффинные клетки пищеварительной системы являются производными нервного гребешка, которые на ранних стадиях развития мигрировали в передний отрезок кишечной трубки (A.G. Pearse, J.M. Polak, 1973, L. Orci, 1976). Большое число исследований позволяет считать, что эндокринные клетки поджелудочной железы имеют энтодермальное происхождение, а не являются производными нервного гребешка, клетки которого в последующем трансформируются в клетки APUD-системы (Д.И. Головин, O.K. Хмельницкий, 1983). Однако, имеется достаточное количество специфических признаков, характерных для нейронов и эндокринных клеток. Оба типа клеток экспрессируют ферменты, осуществляющие нейротрансмиттерную функцию. К ним относятся нейронспецифическая енолаза, тирозингидроксилаза и глютаматдекарбоксилаза, а также некоторые моноамины – дофамин, серотонин, - аминомасляная кислота. Не исключено, что в механизмах дифференцировки нейронов и В-клеток участвуют одни и те же факторы, в частности нейротрофины.
Ряд исследователей утверждает, что в эмбриональном периоде эндокринные и экзокринные клетки образуются из единой стволовой клетки (В.Ф. Иванова, А. А. Пузырев, 2006, А. А. Молдавская, А. В. Савищев, 2008, S. Morano et al., 1999, A. Bulotta, 2001). Следовательно, в постнатальном периоде допустимо образование эндокриноцитов из клеток панкреатических протоков. Поэтому новообразование эндокринных клеток в поджелудочной железе взрослого человека может происходить благодаря митотической активности паренхиматозных клеток, а также путем пролиферации и дифференцировки клеток протоков. E. Anastasi (1999, 2003), S. Misiti (2005), C. Santangelo (2007) описывают возможность образования эндокриноцитов из клеток протоков поджелудочной железы, но при этом данные о наличии в таких клетках инсулина отсутствуют, что указывает на процессы трансформации эпителиальных клеток протоков в эндокринные, но не В-клетки. В течение многих лет считалось, что В-клетки дифференцируются к концу внутриутробного периода и их количество в постнатальной жизни не изменяется. Современные экспериментальные исследования показали, что общий пул В-клеток в поджелудочной железе не постоянен, а динамичен, и количество В-клеток изменяется для поддержания гомеостаза глюкозы в зависимости от воздействия различных внешних и внутренних факторов. Общий пул В-клеток в островке поджелудочной железы достигается балансом между их количеством при рождении и запрограммированной скоростью их смерти, осуществляющейся процессом апоптоза (В.В. Резцова, 2006, А.В. Савищев с соавт., 2008, E. Anastasi et al., 2005). Увеличение числа эндокринных клеток, обычно наблюдаемое в эмбриональном периоде, осуществляется не только за счет репликации существующих клеток островка, но и путем их неотрансформации из пула быстроделящихся клеток протоков железы.
Значительный интерес представляет мнение ряда авторов (А.А. Пузырев, 1975, В.Ф. Иванова, А.А. Пузырев, 2006, C. Bernard et al., 1999) об активном участии ацино-островковых клеток в генезе панкреатических островков в условиях высокой функциональной напряженности эндокринного аппарата железы. Новообразованные в результате ацино-инсулярной трансформации островки, как правило, не имеют четкой границы с окружающей экзокринной паренхимой. В ряде исследований было описано появление в цитоплазме ацино-островковых клеток фрагментов плазматических мембран (S. Kobayshi, 1969, G. Setalo, L. Blatniczky, S.Vigh, 1972). В то же время, появление многочисленных ацино-инсулярных клеток в поджелудочной железе отмечено при различных видах экспериментальной и клинической патологии (А.А. Пузырев с соавт., 1978, J. Frexinos, R. Bugat, 1972, F. Francini, H. Del Zotto, J. Gagliardino, 2001, M. Federici, M. Hribal, L. Perego et al., 2001). Участие ацинарного эпителия в цитогенезе эндокриноцитов нашло подтверждение при выявлении в цитоплазме экзо- и эндокриноцитов YY полипептида (B.H. Urchurch, G.W. Aponte, A.B. Leiter, 1994). Образование новых эндокриноцитов из ацинарного эпителия имеет направленный функциональный характер. В эксперименте было показано, что при введении больших доз глюкозы путем ацино-инсулярной трансформации формируются инсулинпродуцирующие В-эндокриноциты. Это позволяет рассматривать генез В-эндокриноцитов из экзокринной паренхимы как компенсаторную регенеративную реакцию, направленную на структурно-функциональную регуляцию углеводного гомеостаза (В.Ф. Иванова, А.А. Пузырев, 2006, N. Abe, 2002). При экспериментальном введении фолликулина, вызывающего функциональное истощение глюкагоноцитов, ацино-островковая трансформация была направлена на образование именно А - эндокриноцитов (А.А. Пузырев, 1975). Полученные результаты свидетельствуют о возможной зависимости генеза определенных типов эндокриноцитов от направленности действия повреждающего фактора.
Биохимические и радиоизотопные методы
Настоящая работа является частью комплексного исследования по изучению адаптации организма к различным режимам двигательной активности, проводимого на кафедре нормальной анатомии Нижегородской государственной медицинской академии и в отделе адаптационной морфологии ЦНИЛ НижГМА, по результатам которого зарегистрировано научное открытие «Закономерность адаптации организма млекопитающих к изменяющейся двигательной активности» (О.В. Бирюкова, А.Г. Кочетков, 2006). Коллективом кафедры была разработана модель индивидуального дозирования двигательной нагрузки (А.П. Сорокин, Г.В. Стельников, А.Н. Вазин, 1977, А.Г. Кочетков, О.В. Бирюкова, 2005), на основании которой был поставлен эксперимент по изучению реакции элементов поджелудочной железы на воздействие однократных и систематических нагрузок у животных с различной толерантностью к глюкозе.
Объектом наблюдения являлись беспородные собаки-самцы в возрасте 2 - 4 - х лет массой от 13 до 20 кг (средняя масса 16,12±0,81 кг). Согласно данным литературы, именно в этом возрастном интервале выявлены наиболее стабильные показатели функционирования органов и систем организма (В. Амзельгрубер, Г. Беме, Г. Вайбль, 2003, Н.А. Слесаренко, 2004, R. Т. Dowell, С. Fu Мау, 1994). С целью получения более однородной группы собак и исключения различий в строении тела при отборе в эксперимент учитывались данные экстерьера животных (длина конечностей, окружность грудной клетки, косая длина тела, высота в холке и т.д.). Все животные до ввода в эксперимент проходили трехнедельный карантин, их санировали, вакцинировали. Собак содержали в виварии с одинаковым рационом питания. В течение двух недель животных адаптировали к условиям эксперимента - бег по ленте тредмилла, наложение электродов, спирометрической маски. Исследование на собаках проводили в соответствии с приказами Минвуза СССР №742 от 13.11.84 г. «Об утверждении правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» и №48 от 23.01.85 г. «0 контроле над проведением работ с использованием экспериментальных животных». Использование собак в качестве экспериментальных животных было обусловлено возможностью более точного, в отличие от мелких лабораторных животных, индивидуального дозирования бега, получения физиологических показателей (частота сердечных сокращений, частота и глубина дыхания) и достаточных объемов крови для проведения биохимических исследований. Для воспроизводства двигательной нагрузки в лабораторных условиях была избрана модель бега животных на тредмилле конструкции В.И. Губина и А.П. Сорокина (1971), со скоростью движения ленты 15 км/ч, которая соответствует 60% от максимально возможной скорости у большинства собак (В.Н. Митин, 1992). Такой бег для собак – обычное и вполне физиологическое явление, по мере продолжения которого у животных развивается утомление, приводящее к отказу выполнять нагрузку.
Проведенные ранее исследования показали, что величина однократной максимальной нагрузки варьирует по длительности бега (от 10 до 358 мин) и по выраженности реакции со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Среднее значение частоты сердечных сокращений (ЧСС) за время бега составляет 207,7±6,3 ударов в минуту при индивидуальном разбросе от 158 до 261 ударов в минуту. Средняя частота дыхания равна 298,4±7,0 циклов в минуту при индивидуальных вариантах от 190 до 350 циклов в минуту (А.П. Сорокин, Г.В. Стельников, А.Н. Вазин, 1977). Несмотря на различную выраженность индивидуальных проявлений, было установлено, что реакция организма на двигательную нагрузку развивается стадийно. Начало и окончание каждой из стадий диагностировалось в процессе бега животного по соотношениям частоты пульса и дыхания (О.В. Бирюкова, 2001), (рис. 1).
Первые две стадии протекают быстро (от одной до трех минут) и проявляются динамическим нарастанием частоты пульса и частоты дыхания. На протяжении третьей стадии (от трех до десяти минут) определяются значительные колебания ЧСС и ЧД. Четвертая стадия наступает при стабилизации показателей ЧСС и ЧД на достаточно высоком уровне и сохранении результатов в течение определенного времени (от десяти до тридцати трех минут). Пятая стадия характеризуется ростом ЧСС от стабильного состояния при одновременном снижении ЧД, что расценивается как максимальная нагрузка. Продолжение бега вызывает усиление ЧСС до пределов фyнкциональной возможности синусно-предсердного узла (321 удара в минуту), ЧД при этом снижается на 100-150 циклов относительно предыдущего уровня. Развивается шестая стадия адаптационной реакции животного на двигательную нагрузку, при наступлении которой животное отказывается продолжать бег и ложится на ленту тредмилла (предельная нагрузка).
По результатам проведенных физиологических, биохимических и морфологических исследований нагрузка, соответствующая четвертой стадии, была расценена как оптимальная умеренная нагрузка в деятельности кардио - респираторного аппарата. При прохождении этой стадии бег животного равномерный, пасть раскрыта, язык высунут, слюна вязкая. После остановки ленты тредмилла собака активно реагирует на обстановку, подвижна. У животного увеличивается минутный объем дыхания, заметно уменьшается уровень потребления кислорода и величина кислородного пульса, снижается пульсовое давление, систолический и минутный объем крови, удлиняется фаза изометрического сокращения левого желудочка (Ю.Р. Силкин, 2000, О.В. Бирюкова, 2001). Интегративный характер этих нагрузок стал основой для увеличения физической работоспособности организма (увеличение времени бега при заданной мощности нагрузки).
Моделирование систематических двигательных нагрузок достигалось ежедневными (5 раз в неделю) тренировками умеренной нагрузкой. От нагрузки к нагрузке время достижения состояния стабилизации показателей ЧСС и ЧД снижалось (до 2 - 3 минут), а время прохождения этой стадии увеличивалось (от 10 до 50 минут), что расценивалось как формирование высокого уровня работоспособности (рис. 2). Период стабилизации увеличенной продолжительности бега животного (пик работоспособности), наступал, в среднем, через 25 нагрузок от начала тренировок. С целью повторного увеличения работоспособности без явлений перенапряжения и деструкции элементов функциональных систем на организм животного после периода стабилизации воздействовали небольшими по объему дезинтегрирующими нагрузками (в среднем, восемь нагрузок). Затем вновь переходили к тренировкам умеренными нагрузками и наблюдали второе увеличение максимального времени бега «второй пик работоспособности».
Структурная организация поджелудочной железы у животных контрольной группы с нарушенной толерантностью к глюкозе
Структурная организация поджелудочной железы представляет интерес уже тем, что состоит из экзокринной и эндокринной частей, каждая из которых принимает участие в обеспечении и регуляции углеводного обмена организма. Как орган поджелудочная железа построена из паренхимы и стромы, но принцип организации различен для каждой из частей - в них выделяют свои структурно - функциональные единицы, им присущи свойственные органам качества компартментализации и полимерности (М.Ю. Самарин, 2000) .
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о наличии выраженных взаимодействий между экзокринными и эндокринными клетками посредством обменного звена микроциркуляции и взаимовлияния клеток панкреатических островков друг на друга (Ю.К. Елецкий, В.В. Яглов, И.Р. Тер-Акопова 1978, Р.И. Худайбердиев, 1994, А.С. Ахметов, 2002, Л.В. Винокурова, О.В. Астафьева, 2002, Ю.Г. Дружинина, Л.А. Пальчикова, Н.А. Дружинина, 2005, Н.Б. Губергриц, Н.В. Беляева, 2006, Т.П. Демичева, И.Я. Циммерман, 2011, A. Schneider, D.C. Whitcomb, M.V. Singer, 2002, U. Saglamkaya et al., 2002). Принимая во внимание воротную систему кровоснабжения, при которой фенестрированные капилляры островков, покидая их, включаются в сеть капилляров, кровоснабжающих близлежащие ацинусы, можно ожидать, что периинсуллярные экзокриноциты будут реагировать сочетано с изменениями функциональной активности эндокриноцитов (В.И. Утехин, 1974, Л.В. Винокурова, 2002, Н.Б. Губергриц, Н.В. Беляева, 2006, Л.Г. Никонова, И.Г. Стельникова, В.В. Банин, 2012, N. Lifson, 2002). Поэтому при исследовании железы на тканевом, клеточном и субклеточном уровне определяли структурные особенности компонентов (в экзокринной части - периинсуллярных панкреатоцитов, в эндокринной части - глюкагоноцитов и инсулиноцитов), а также особенности строения микроциркуляторного русла (капилляров) и соединительно-тканных образований, структурно связанных с сосудистой сетью обеих частей железы. Вопросы, касающиеся цитологических особенностей эндокринных клеток собак, несмотря на определенные успехи, остаются недостаточно разработанными. Однако, именно эти животные широко используются в экспериментах при моделировании диабета. При этом, наибольшее внимание привлекают В-эндокриноциты и А-клетки как элементы, играющие основную роль в регуляции инсулинзависимых процессов (М.Г. Алексанян с соавт.,1986, И. Гой Толо, И. Легро, 1998, Н.Б. Губергриц, Христич Т.Н, 2000, А.С. Аметов, О.М. Смирнова, М.В. Шестакова, 2005, П.Х. Джанашия, Е.Ю. Мирина, 2007, Т.Ю. Демидова, О.Р. Галиева, 2007, Н.И. Рядинская, 2008). Большинство исследований, посвященных изучению панкреатических островков собак, выполнены с использованием гистологических и иммуноцитохимических методов (S.L. Erlandsen, 1980, C. Maake, M. Renieske, 1993), работы же, отражающие их строение на ультраструктурном уровне, сравнительно немногочисленны (А.А. Пузырев, В.Ф. Иванова, С.В. Костюкевич, 2006, J. Hellman, H. Loopnow, 1991, M. Govendir, 1999), несмотря на то, что именно В-клетки и А-клетки являются наиболее важным объектом для экспериментального изучения проблем клинической эндокринологии.
По результатам исследования установлено, что показатели метаболизма, отражающие состояние гликолитического процесса в организме с нормальной толерантностью к глюкозе, соответствуют средним значениям гликолитического обмена углеводов у собак (Л.Р. Сермеева, 1974, Л.А. Пухова, 1976) и составляют: концентрация глюкозы 4,41±0,18 ммоль/л, инсулина 84,01±2,45 пмоль/л, лактата 1,23±0,06 ммоль/л, пирувата 1,03±0,01 мкмоль/л, индекс лактат/пируват 11,91±0,12. Преобладание гликолитического пути усвоения глюкозы тканями подтверждается отрицательными корреляционными взаимодействиями между глюкозой и инсулином (r = - 0,683, Р0,05), глюкозой и лактатом (r = - 0,686, Р0,05).
При внешнем осмотре поджелудочная железа собаки располагается в брюшной полости на уровне начального отдела двенадцатиперстной кишки и малой кривизны желудка, покрыта брюшиной вентро - каудально, дорзальная часть брюшиной не покрыта. Анатомически в железе выделяют тело, правую долю, или двенадцатиперстную лопасть, и левую долю, или желудочную лопасть (Н.А. Слесаренко, 2004, В. Амзельгрубер, Г. Бёме, Г. Вайбль, 2003). Железа имеет вытянутую (лентовидную), согнутую под углом форму. Правая доля соответствует головке поджелудочной железы человека, левая -хвостовому отделу (рис. 5). Масса железы составляет 38,9±0,8 г при минимальном значении 24,6 г у собаки КI3 и максимальном 47, 3г у собаки КI9. Весовой индекс, в среднем по группе, равен 0,245±0,001.
Железа покрыта тонкой соединительно - тканной капсулой, от которой вглубь органа отходят перегородки, разделяющие железу на дольки, состоящие из ацинусов и начальных отделов выводных протоков. В междольковой соединительной ткани располагаются протоки, нервные волокна и кровеносные сосуды (рис. 6). Относительный объем экзокринной части в хвостовом отделе железы, в среднем по группе, составляет 57,39±0,74% при индивидуальном разбросе с величиной дисперсии 1,35. Соотношение паренхимы и стромы 5,25:1. Секреторные клетки ацинусов характеризуются выраженной полярной дифференцировкой. Апикальная их часть содержит многочисленные гранулы зимогена. Ядро смещено в базальные отделы клетки. В центре ацинусов различимы так называемые центроацинозные клетки, образующие внутриацинарную часть вставочного протока.
Реакция элементов экзокринной и эндокринной частей железы у животных с нормальной толерантностью к глюкозе
После выполнения умеренной нагрузки форма и внешний вид железы не изменены. При светооптическом исследовании отмечено скопление форменных элементов крови в междольковых венах и внутридольковых венулах, что может быть обусловлено физиологическим притоком и некоторым нарушением оттока крови в системе воротной вены. Структуры долек и ацинусов железы сохранены, междольковые соединительно -тканные перегородки выражены. Ткань железы несколько отечна, межацинарные промежутки расширены. Панкреатические островки средних размеров, округлой формы с тонкой соединительно - тканной капсулой.
Физическая нагрузка данной интенсивности не приводит к выраженным изменениям внешнесекреторной деятельности железы. Экзокриноциты находятся в достаточно активном функциональном состоянии. «Зимогенная зернистость» в цитоплазме клеток умеренно выражена. В клетках, расположенных в непосредственной близости к протокам, секреторные гранулы смещены в апикальную зону. Внутридольковые протоки выполнены гомогенным содержимым, междольковые протоки расширены, их просвет частично заполнен секреторным материалом (рис. 38). В то же время отмечены участки ткани, в которых отдельные клетки ацинусов, или чаще целые ацинусы, находятся на разных стадиях секреторного цикла. В паренхиме дифференцируются так называемые «светлые» и «темные» клетки (рис. 39, 40), имеющие различную окраску цитоплазмы.
По мнению Н.К. Пермякова (1974) и И.В. Захаровой (2006) в обычных условиях асинхронизм секреторного процесса в ацинусах обусловлен наличием среди 10 - 12 экзокринных клеток одной или нескольких «темных», динамика секреции которых отличается от всех остальных. В то же время, в экспериментальных исследованиях (Н.К. Пермяков, 1973) показано, что введение атропина крысам приводило к стойкому нарушению синхронности секреторного процесса большей части ацинусов поджелудочной железы, вызывая в одних клетках усиление синтеза секрета, в других - затруднение выведения и активацию процессов внутриклеточного переваривания.
В нашем эксперименте после однократной умеренной нагрузки асинхронность секреторного процесса определяется в ацинусах всей паренхимы железы, включая периисуллярные зоны.
Несмотря на то, что большинство морфометрических показателей периинсуллярных инсулиноцитов экспериментальной группы не имеет достоверных отличий от контроля (приложение, табл. 5.1.), исследование на ультраструктурном уровне позволило выявить определенные особенности организации клеток.
В одних клетках, «светлых», выражены признаки активного синтеза и накопления секрета. Цистерны эндоплазматического ретикулума расширены, имеют причудливые формы со сложными ответвлениями (рис. 41). В кариоплазме преобладает эухроматин, гетерохроматин образует небольшие зоны скопления по внутренней поверхности кариолеммы и в центре ядра. Хорошо различимы широкие ядерные поры (рис. 42). Митохондрии локализованы около ядра, выглядят набухшими, их матрикс имеет низкую электронную плотность. Отмечена фрагментация и очаговый лизис крист последних (рис. 43). В цитоплазме панкреатоцитов - большое количество «незрелых» секреторных гранул, в крупных конденсирующих вакуолях в зоне транс - поверхности комплекса Гольджи - участки скопления слабо осмиофильного содержимого (рис. 44).
В «темных» клетках эндоплазматическая сеть базальных отделов была организована узкими, параллельно расположенными цистернами. Секреторные гранулы высокой осмиофильности заполняли апикальный отдел. Здесь же были отмечены мелкие оптически прозрачные вакуоли, вторичные лизосомы и остаточные тельца (рис. 45). Судя по количеству, составу и расположению гранул зимогена, секреторные клетки находились, преимущественно, в стадии выведения секрета.