Введение к работе
Актуальность темы. С момента открытия и описания структурных составляющих клетки, перед учеными возник вопрос о биосинтетических процессах происходящих в ее органеллах. Биосинтетические преобразования, как важнейший этап реализации генетической программы клеток, имеют два аспекта: химический и генетический (А.С. Спирин, 1999; P. Anderson et al., 2006; N. LeBrasseur, 2006).
В клетке синтез белка на экспорт осуществляется на мембранах эндоплазматического ретикулума (J. Kota et al., 2005). Белки, которые высвобождаются в цитоплазму для дальнейшего пребывания во внутренней среде клетки, синтезируются на рибосомах и полисомах, локализованных в цитозоле. Молекулярный механизм биосинтеза белка на рибосомах в клетках эукариотов довольно подробно изучил H. Weissbach et al., (1977). Исследования М. Джеральда с соавт. (2004) подтверждают и во многом детализируют полученные ранее данные о синтезе белка в двух местах клетки: в цитозоле и на мембранах эндоплазматического ретикулума.
По мнению В.В. Конова (1988); М.Е. Трофимовой (1989); Т.Т. Березова (1998); K.S. Dimmer et al., (2005) практически все внутриклеточные изменения, энергозависимы и, следовательно, тесно связаны с морфо – функциональными перестройками митохондриального аппарата клеток. Не является исключением и биогенез самих рибосом в клетке, который по утверждению Т.И. Рассохина с соавт. (2001), также является энергозависимым процессом. В связи с этим, одним из важных направлений изучения морфологических преобразований на клеточном уровне являются исследования, подтверждающие непосредственное участие митохондрий в биосинтезе белка, как основного компонента мембранных структур, постоянно расходующегося в процессе жизнедеятельности самих клеток. В митохондриях, по мнению А.С. Коничева (2003), имеются рибосомы, несколько отличающиеся от обычных (цитоплазматических) по размеру (коэффициенту седиментации).
Сами митохондрии представляют наиболее изученную органеллу клеток, что подтверждается многими монографиями по результатам ее исследования (В.Ф. Машанский и др., 1972а; N. LeBrasseur, 2006; M. Leslie, 2007 и многие другие). Вместе с тем на данный момент митохондрии, как энергоаккумулирующие органеллы клеток, привлекают внимание ученых в связи с адаптивными перестройками организма при различных эндо- и экзогенных воздействиях и, в частности, их изменения при различных заболеваниях (F.F.Ouali et al., 1998; R.Arumugan et al., 1999; S.S. Mukhopadhyay et al., 2006).
Любые преобразования структуры митохондрий могут служить морфологическим критерием функционального состояния организма в целом и основой начинающихся в нем патологических процессов (Steven M. Claypool et al., 2006). Так Ю.В. Сударикова с соавт. (1998), считают, что субмикроскопические перестройки митохондрий является важным и надежным индикатором, позволяющим оценить степень нарушения нормального функционирования ткани. Аналогичную точку зрения высказывают Ю.А. Зозуля с соавт. (2002), систематизируя данные литературы относительно митохондриальных заболеваний центральной нервной системы, первопричиной которых являются нарушения энергопродуцирующих систем митохондрий. Однако, морфологическая картина динамики биосинтеза белка в клетках и связь таковой с изменениями митохондриального аппарата клеток во многом остается неизученной. В полной мере это относится и к призматическим клеткам двенадцатиперстной кишки. Данные литературы о подобной взаимосвязи свидетельствуют, что, исследования, проведенные на кишке немногочисленны (F.F.Ouali et al.,1998; R.Arumugam et al., 1999). При этом большая часть имеющихся научных работ по изучению общего функционального состояния органов желудочно-кишечного тракта в этом направлении имеет биохимическую направленность. Морфологическая «реакция» белоксинтезирующих структур эпителиоцитов тонкой кишки с сопутствующими изменениями митохондрий исследована недостаточно, а, следовательно, нуждается в уточнении и дальнейшем изучении.
Так как кишка является одним из органов обеспечивающих выживаемость организма в результате воздействия различных экзо- и эндогенных факторов, вопросы взаимозависимости морфо-функционального состояния энергетического аппарата эпителиоцитов с их белоксинтезирующими структурами особенно актуальны в связи с изменениями окружающей среды, влияющей на условия жизнедеятельности живого организма. С этой точки зрения определенный интерес вызывает вопрос исследования результатов воздействия на призматические клетки эпителиального слоя слизистой оболочки тонкой кишки изменяющегося рациона питания, как одного из примеров стрессового фактора экзогенного влияния. В связи с этим представляется целесообразным изучить морфо-функциональные перестройки белоксинтезирующих органелл с одновременным преобразованием митохондрий всасывающих клеток тонкой кишки при воздействии разбалансированного питания и в соответствии с возрастными перестройками развивающегося организма.
Цель исследования: установить особенность морфо-функциональных динамических преобразований белоксинтезирующего и митохондриального аппаратов энтероцитов двенадцатиперстной кишки крыс в постнатальном онтогенезе в условиях различных диет.
Задачи исследования
1. Изучить возрастную динамику субмикроскопических изменений белоксинтезирующих структур и митохондриального аппарата эпителиоцитов кишки крыс при дефинитивной смешанной диете после сбалансированного лактотрофного питания.
2. Исследовать качественную и количественную характеристику внутриклеточных структур, обеспечивающих биосинтез белка и митохондрий под воздействием доминированных диет (углеводной, белковой, жировой) у животных после сбалансированного молочного вскармливания в различные периоды постнатального онтогенеза.
3. Выявить ультраструктурные и морфометрические изменения белоксинтезирующего и митохондриального аппаратов всасывающих клеток по направлению крипта-ворсинка в каждой из избранных диет (углеводная, белковая, липидная диеты–эксперимент; смешанная диета–контроль).
4. Провести сравнительный анализ морфо-функциональных различий структур энергетического и пластического аппаратов между экспериментальными диетами и контрольной.
Научная новизна и реализация результатов исследования
В работе впервые получены новые данные по качественной и количественной характеристике морфо-функциональных изменений структурных компонентов белоксинтезирующего аппарата эпителиоцитов кишки крысы при смешанной дефинитивной диете после сбалансированного молочного вскармливания. Впервые представлены морфометрические результаты возрастных динамических преобразований белоксинтезирующей системы каемчатых клеток кишки у животных, переведенных с лактотрофного сбалансированного питания на доминированный дефинитивный рацион. На основе этого проведен сравнительный анализ морфо-функциональных перестроек белоксинтезирующих структур и энергопродуцирующих органелл клетки в связи с изменением их функциональной нагрузки по мере продвижения эпителиоцитов кишки по ворсинке. Так же определена взаимосвязь этих систем в связи с изменяющейся функциональной напряженностью энтероцитов.
Проведение анализа ультраструктурных морфо-функциональных изменений белоксинтезирующего и митохондриального аппаратов по направлению крипта – ворсинка в разные возрастные периоды при смешанной диете позволило установить сроки постнатального онтогенеза тонкой кишки животных аналогичных дефинитивному состоянию. Впервые показано различие в возрастной и криптально–ворсинковой динамике белоксинтезирующего и митохондриального аппаратов всасывающих эпителиоцитов слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки при воздействии доминированного и сбалансированного дефинитивного питания. Результаты проведенного исследования позволили показать разницу в степени влияния каждой из рассматриваемых доминированных диет на морфо–функциональные и конформационные перестройки белоксинтезирующих и энергопродуцирующих органелл энтероцитов. Это является основанием для предположения о возможных возрастных компенсаторно–адаптивных перестройках указанного аппарата клеток в возрастном аспекте возникающих при используемых видах питания.
По результатам исследования И.Б. Куваевой (1976) многие показатели строения и функции эпителиоцитов кишечника человека и крысы аналогичны. В связи с этим, полученные нами данные вносят определенный вклад в решение вопроса об использовании для научных исследований кишки животного в качестве модели с экстраполяцией этих манипуляций, в зависимости от результата эксперимента, на человека.
Результаты исследования могут использоваться специалистами гастроэнтерологами, хирургами, педиатрами–неонатологами, перинатологами при разработке новых методов лечения и профилактики заболеваний желудочно-кишечного тракта. Кроме того, полученные результаты могут использоваться в качестве дополнительного материала в учебном процессе для лекций и практических занятиях по разделу «Пищеварительная система» на факультетах высших и средних учебных заведений медицинского профиля, на кафедрах биологического профиля, включая раздел биоэнергетических процессов организма.
В целом исследование позволило выявить ряд закономерностей функциональной дифференцировки тонкой кишки на уровне ее двенадцатиперстного отдела, что необходимо для понимания общего развития не только пищеварительной системы, но и всего организма.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Перевод животных на полноценную смешанную диету после сбалансированного молочного питания характеризуется повышением морфометрических параметров структурных компонентов белоксинтезирующего аппарата всасывающих эпителиоцитов слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки с определенными пиками повышения и снижения их значений в возрастной динамике.
-
Смена молочного питания на дефинитивное способствует повышению функциональной напряженности белоксинтезирующего и митохондриального аппаратов клеток эпителиального слоя слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки при всех избранных экспериментальных диетах.
-
Морфологическое состояние белоксинтезирующего и митохондриального аппаратов слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки у крыс переведенных после лактотрофного молочного питания на различные виды дефинитивных диет определяется функциональными нагрузками на всасывающие клетки.
Объем и структура работы: Диссертация содержит: введение, обзор литературы, материал и методы исследования, собственные результаты, обсуждение, заключение и список литературы.
Диссертация изложена на 196 страницах печатного текста. Список литературы включает 318 работ (206 отечественных и 112 иностранных авторов). Диссертация содержит 29 таблиц, 89 рисунков представленных микрофотографиями, графиками, диаграммами.
Апробация работы: Результаты работы докладывались на V Общероссийском съезде научно-медицинского общества АГЭ (Казань, 2004). Материалы представлялись на VII конгрессе международной ассоциации морфологов (Казань, 2004), на II международном конгрессе по иммунологии и аллергологии (Тбилиси, 2004), II международной научной конференции „Актуальные проблемы спортивной морфологии и интегративной антропологии” (Москва, 2006), IV общероссийской конференции с международным участием „Новейшие технологические решения и оборудования” (Москва, 2006), IV международной конференции „Практикующий врач” (Римини, Италия, 2006).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 7 в рецензируемых изданиях.
