Введение к работе
Актуальность работы. В основе организации живых систем лежит ритмичность их функционирования. Суточная периодичность физиологических процессов представляет собой одно из проявлений многочисленных приспособительных реакций организма, направленных на поддержание его устойчивости. Из всех абиотических факторов стабильно во времени изменяется только продолжительность световго дня. Поэтому сформировавшиеся в ходе эволюции циркадианные ритмы организмов синхронизированы с продолжительностью фотопериодов. Являясь фундаментальным свойством живой материи, биоритмы проявляются в функционировании всех систем организма. Циркадианные ритмы обладают высокой чувствительностью к различным видам внешних воздействий, а их нарушения могут служить первыми симптомами начинающихся отклонений в жизнедеятельности организма в целом (Хильдебрандт и др., 2006). Десинхроноз может завершаться формированием определенной патологии, а также усугубить течение имеющихся заболеваний, что диктует необходимость изучения биоритмов функционирования различных органов и систем организма, а также факторов и уровней их регуляции (Анисимов, 2007).
Вопрос о суточной периодичности репродукции клеток является частью общей проблемы биологических ритмов. Изучение механизмов формирования циркадианного ритма пролиферации необходимо для понимания процессов онтогенетического развития, физиологической и репаративной регенерации, поддержания структурного гомеостаза тканей, а также определения закономерностей развития злокачественных новообразований. Выяснение хронобиологических особенностей деления клеток и механизмов контроля пролиферации позволяет осуществлять её направленную регуляцию.
По современным представлениям пролиферирующие или потенциально способные к пролиферации клетки и соответствующие механизмы регуляции пролиферации в комплексе составляют пролиферативную систему тканей. Иерархическая структура механизмов регуляции репродукции клеток включает в себя как организменные, так и тканевые регуляторы (Романов, 2000). На организменном уровне формирование циркадианных и сезонных ритмов, в том числе и циркадианного ритма пролиферации, осуществляется при участии эпифиза, продуцирующего гормон мелатонин и комплекс биологически активных пептидов (Арав и др., 2004; Casson et al., 2008). В настоящее время ритмогенную функцию эпифиза связывают с выработкой мелатонина, синтез и секреция которого имеет циркадианный характер (Кветная и др., 2005). Однако вопрос эпифизарной регуляции биоритмов пролиферации до сих пор является дискуссионным, и ряд принципиальных положений всё ещё не находит объяснения. Причина этого кроется, с одной стороны, во множественном характере влияния мелатонина на пролиферацию, затрудняющем анализ его действия, а с другой стороны, в неизученности ритмогенной роли биологически активных пептидов эпифиза.
Основным внутрисистемным регулятором биоритмов митотической активности определенного вида тканей является кейлон-антикейлонная система, представляющая собой всеобщую систему регуляции структурного гомеостаза (Антохин, 1979; Романов, 1984; Смирнов, 1998). Изучение взаимосвязи организменного и тканевого уровней регуляции биоритмов пролиферации имеет существенный теоретический и практический интерес. В ряду нерешенных проблем остается неизученным аспект взаимосвязи эпифизарной и тканевой регуляций биоритмов пролиферации. Механизмы эпифизарной регуляции ритмичности функционирования пролиферативной системы организма и их универсальность для тканей, развивающихся из различных эмбриональных листков не определены.
Цель исследования: установление механизмов эпифизарной регуляции биоритмов пролиферации обновляющихся тканей.
Задачи исследования:
-
изучить суточную динамику пролиферации эпителиев пищевода, тощей кишки и клеток герминативного центра лимфатических узелков трахеобронхиальных лимфатических узлов интактных беспородных белых крыс;
-
разработать пути анатомического доступа к эпифизу беспородных белых крыс и методику его экстирпации;
-
установить влияние эпифизэктомии и последующего введения биологически активных веществ эпифиза (пептидов и мелатонина) эпифизэктомированным беспородным белым крысам на суточную динамику пролиферации эпителиев пищевода, тощей кишки и клеток герминативного центра лимфатических узелков трахеобронхиальных лимфатических узлов;
-
исследовать суточную динамику продукции тканевых регуляторов пролиферации интактных беспородных белых крыс;
-
определить влияние эпифизэктомии и последующего введения биологически активных пептидов эпифиза эпифизэктомированным беспородным белым крысам на суточную динамику продукции тканевых регуляторов пролиферации;
-
выявить взаимосвязь эпифизарной и тканевой регуляций биоритмов пролиферации.
Научная новизна. Впервые установлен универсальный характер эпифизарной регуляции циркадианного ритма пролиферации обновляющихся тканей беспородных белых крыс. Показано, что ткани, развивающиеся из различных эмбриональных листков (эпителии пищевода, тощей кишки и клетки герминативного центра лимфатических узелков трахеобронхиальных лимфатических узлов) утрачивают циркадианный ритм пролиферации после эпифизэктомии и восстанавливают его после введения биологически активных пептидов эпифиза. Впервые выявлено, что эпифиз-эктомия вызывает исчезновение циркадианного ритма продукции тканевых регуляторов пролиферации беспородных белых крыс. Показана регуляторная роль пептидов эпифиза в формировании циркадианного ритма продукции тканевых регуляторов пролиферации (кейлонов и антикейлонов). Впервые установлена взаимосвязь эпифизарной и тканевой регуляций циркадианного ритма пролиферации, которая заключается в синхронизирующем влиянии биологически активных пептидов эпифиза на продукцию тканевых регуляторов пролиферации.
Научно-практическая значимость работы. Выполненное исследование носит фундаментально-прикладной характер и посвящено изучению гуморальной регуляции функционирования различных органов и тканей. В работе представлены данные, с одной стороны, демонстрирующие универсальность эпифизарной регуляции циркадианного ритма пролиферации различных тканей, а с другой, раскрывающие механизм такого влияния. Научно-теоретическая значимость диссертации определяется тем, что полученные данные о роли эпифиза в формировании циркадианного ритма пролиферации существенно расширяют представления о регуляции циркадианных ритмов функций организма в целом. Практическое значение работы заключается в возможности использования полученных данных для разработки методов применения биологически активных пептидов эпифиза в клинической практике с целью коррекции нарушений пролиферативных процессов, стимулирования регенерации, коррекции десинхронозов. Особое значение приобретает установленный в ходе исследования факт недостаточности однократного в течение суток введения мелатонина для формирования суточного ритма пролиферации, что указывает на необходимость создания форм пролонгированного действия мелатонина. Разработаны пути анатомического доступа к эпифизу беспородных белых крыс и методика его экстирпации. Предлагаемый метод является хирургическим методом удаления эпифиза у беспородных белых крыс и других грызунов. Метод позволяет прооперировать в сжатые сроки значительное количество животных, надежен и не сложен в исполнении, что определяет возможность его широкого использования в хронобиологических исследованиях. На основе методов спектрального анализа и наименьших квадратов разработаны компьютерные программы для выявления биоритмов пролиферации и определения их периодов, которые могут быть использованы для выявления периодических процессов в любых биологических системах. Результаты исследования могут быть внедрены в учебный процесс при преподавании дисциплин медико-биологического профиля, включающих разделы «Цитология», «Эндокринная система».
Основные положения, выносимые на защиту
-
Эпифизарная регуляция циркадианного ритма пролиферации является универсальной для обновляющихся тканей беспородных белых крыс при сохраняющейся органной специфичности.
-
Эпиталамин, как препарат комплекса биологически активных пептидов эпифиза восстанавливает циркадианный ритм пролиферации обновляющихся тканей (эпителиев пищевода, тощей кишки и клеток герминативного центра лимфатических узелков трахеобронхиальных лимфатических узлов) беспородных белых крыс после эпифизэктомии.
-
Эпифизэктомия вызывает исчезновение циркадианного ритма продукции тканевых регуляторов пролиферации (кейлонов и антикейлонов) беспородных белых крыс при сохраняющемся ультрадианном ритме их продукции.
-
Введение биологически активных пептидов эпифиза (эпиталамина) эпифизэктомированным беспородным белым крысам приводит к восстановлению циркадианного ритма продукции тканевых регуляторов пролиферации (кейлонов и антикейлонов).
-
Предложенный анатомический доступ к эпифизу беспородных белых крыс и разработанный на его основе метод эпифизэктомии является оптимальным для использования в хронобиологических исследованиях.
Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследования используются в учебном процессе при обучении студентов специальностей “Лечебное дело”, “Педиатрия”, “Стоматология”, “Сестринское дело”, “Медицинская биохимия”, “Медицинская биофизика”, “Медицинская кибернетика” в преподавании дисциплин медико-биологического профиля: “Гистология, эмбриология, цитология”, “Анатомия человека”, “Биология” на кафедре биологии медико-биологического факультета Российского государственного медицинского университета, кафедре гистологии, цитологии и эмбриологии Ярославской государственной медицинской академии, кафедре анатомии и гистологии Белгородского государственного университета, кафедре гистологии Башкирского государственного медицинского университета. Результаты диссертационной работы внедрены также в работу лаборатории эмбрионального гистогенеза ГУ НИИ морфологии человека РАМН.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования представлены на V и VI международных научно-технических конференциях “Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов” (Ульяновск, 2003, 2005), Всероссийской научной конференции “Гистологическая наука России в начале XXI века: итоги, задачи, перспективы” (Москва, 2003), V Всероссийской научно-технической конференции “Современные проблемы математики и естествознания” (Нижний Новгород, 2003), выездном пленуме НОГР “Новые горизонты гастроэнтерологии” (Новосибирск, 2004), VII интернациональном конгрессе морфологии позвоночных (Флорида, 2004), II международном симпозиуме “Проблемы ритмов в естествознании” (Москва, 2004), V общероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Казань, 2004), VIII конгрессе международной ассоциации морфологов (Орел, 2006), Всероссийской конференции с международным участием “Медико-физиологические проблемы экологии человека” (Ульяновск, 2007), научно-практической конференции, посвященной 45-летию образования Медико-биологического факультета РГМУ “Медико-биологические науки для теоретической и клинической медицины” (Москва, 2008), международной научно-практической конференции “Актуальные вопросы аграрной науки и образования. Новое в морфологии живых организмов (норма и патология)” (Ульяновск, 2008), международной научно-практической конференции “Аграрная наука и образование на современном этапе развития. Актуальные вопросы ветеринарной медицины, биологии и экологии” (Ульяновск, 2009), III съезде Российского общества патологоанатомов (Самара, 2009) и на совместной научно-практической конференции кафедры биологии Медико-биологического факультета, кафедры биологии педиатрического факультета, кафедры морфологии Медико-биологического факультета, кафедры эндокринологии факультета усовершенствования врачей, лаборатории медицинских клеточных технологий, лаборатории молекулярной и клеточной биологии Российского государственного медицинского университета, кафедры общей биологии экологического факультета, кафедры морфологии медицинского факультета и кафедры анатомии человека медицинского факультета Ульяновского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 33 научные работы, в том числе 10 в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК; 1 монография.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 281 странице машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов собственного исследования и их обсуждения, выводов, практических рекомендаций. Список литературы содержит 420 работ, в том числе 225 отечественных и 195 зарубежных авторов. Диссертация иллюстрирована 132 рисунками (фотографии, графики, фазограммы) и 34 таблицами.
