Введение к работе
Актуальность исследования. Стресс, как процесс реализации неспецифических механизмов адаптации в ответ на внешнее раздражение непосредственно связан с возрастанием активности гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС) (Поленов А.Л., 1994; Акмаев И.Г., 2001; Акмаев И.Г., Гриневич В.В., 2003; Стадников А.А., Бухарин О.В., 2012; Кузнецов С.Л. с соавт., 2009). Действие стрессорных факторов подразумевает не только напряжённость ГГНС, но и наличие ответа в регуляторно - зависимых органах, проявляющегося в соответствующих морфофункциональных изменениях, определяемых в рамках «болезней адаптации» (Филаретов А.А., 1987).
К стрессорным относят и инфекционные факторы, представленные как самими бактериями, так и продуктами их метаболизма (Семёнов А.В., 2000; Hamdy A.A. et. al., 2010). Успешность адаптивных реакций организма во многом определяется биологическими свойствами микроорганизмов, в частности – наличием у возбудителей персистентных характеристик (Бухарин О.В. с соавт., 2006), а также участием в процессе взаимодействия про- и эукариот нонапептидов гипоталамуса (Стадников А.А., 2001; Стадников А.А., Бухарин О.В., 2012).
На сегодняшний день, большой интерес представляет изучение характера влияния стрессорных факторов на процессы реализации адаптивных реакций в интерстициальных клетках семенников и в эпителии сперматогенного пласта, отражающейся на половой функции в целом (Bindhu M.P., Annamalai P.T., 2004; Bray T.M., Taylor C.G., 1993; Steinberger, A., Klinefelter G., 1993; Шевлюк Н.Н. 2005; Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010).
Одним из новых и весьма актуальных направлений в изучении стрессовых воздействий является установление в клетках эукариотических организмов специфического комплекса морфофункциональных изменений, развивающихся под действием бактерий, обладающих персистентными свойствами. На данный момент имеются сведения о морфофункциональных изменениях в клетках эукариот при их взаимодействии с бактериями, обладающими антилизоцимной, антикарнозиновой или антилактоферриновой активностью (Бухарин О.В., Немцева Н.В., 2001; Усвяцов Б.Я., Карташова О.Л., 2006).
Что же касается антигистоновой активности, то имеются лишь единичные сведения, касающиеся взаимодействия бактерий (E. coli) с одноклеточными эукариотами (инфузориями) (Бухарин О.В. и др., 2008).
Обнаруженные эффекты взаимодействия бактерий с антигистоновой активностью с одноклеточными эукариотами позволили сделать предположение о возможной роли этого свойства во взаимодействии бактерий с многоклеточными организмами, в том числе с клетками млекопитающих.
Исследование процессов сперматогенеза может рассматриваться как удобная модель для исследования закономерностей клеточной и репродуктивной биологии, генетики, радиобиологии, не только благодаря тому, что гаметогенез динамично отражает развитие мужских половых клеток, находящихся под строгим генетическим и гормональным контролем, и подчиняющихся строгой пространственно-временной организации (Пальцев М.А., Кветной И.М., 2008), но и за счет интенсивного метаболизма гистоновых белков, являющихся мишенью для антигистоновой активности бактерий (Дедов И.И. с соавт., 2010).
Практическая значимость подобных исследований продиктована необходимостью расшифровки патогенетических механизмов бактериальных инфекций урогенетального тракта мужчин. Следует отметить, что изучению влияния патогенной и условно-патогенной микрофлоры на процесс сперматогенеза уделяется недостаточное внимание. В то же время, многообразие существующих неблагоприятных факторов, способных нарушить процессы пролиферации и дифференцировки мужских половых клеток, обосновывают необходимость дальнейшего изучения диапазона адаптивных и компенсаторных возможностей семенников, особенно в аспекте гипоталамической нонапептидергической нейроэндокринной регуляции (Шевлюк Н.Н., Стадников А.А., 2010).
Сегодня представляется особо важным сформировать парадигму адаптации тканевых элементов эукариот к воздействиям прокариот с учетом генетических особенностей, как бактерий, так и организма хозяина. Все, выше изложенное, послужило обоснованием проведения настоящего исследования.
Цель исследования: установить закономерности адаптивных структурно-функциональных изменений тканевых и клеточных элементов гипоталамо – гипофизарно - гонадной системы крыс-самцов в условиях стрессорных воздействий и бактериального инфицирования E. coli с различным персистентным потенциалом.
Задачи исследования:
-
Определить характер цитологических изменений нейросекреторных клеток крупноклеточных ядер гипоталамуса крыс - самцов, а также аденоцитов гипофиза в условиях стресса и введения животным бактерий с различными персистентными характеристиками (E. coli с антигистоновой активностью (АГА+) и без таковой (АГА-).
-
Оценить диапазон реализации гисто- и органотипических потенций сперматогенным эпителием и клетками интерстиция семенников стрессированных, а также инфицированных животных в модельных экспериментах.
-
Установить связь между персистентными характеристиками исследуемых бактерий и особенностями изменений, происходящих в семенниках исследуемых животных.
-
Дать микробиологическую характеристику популяционной изменчивости штамма E. coli по признаку антигистоновой активности in vitro и in vivo.
Научная новизна полученных результатов. Впервые проведено комплексное гистологическое исследование гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы стрессированных крыс в условиях бактериального инфицирования изогенными клонами E. coli с антигистоновой активностью (АГА+) и без таковой (АГА-). Полученные данные раскрывают закономерности изменений нонапептидергической регуляции со стороны ГГНС в условиях инфицирования животных изогенным клоном E. coli АГА+, что обосновывает механизмы структурно-функциональных нарушений эпителиосперматогенных и стромальных структур семенников крыс, связанных с разбалансировкой синтеза и транспорта нейрогормонов супраоптических и парвентрикулярных ядер гипоталамуса.
Установлены закономерности адаптивной структурно-функциональной модификации клеточных элементов гипоталамо – гипофизарно - гонадной системы крыс-самцов в условиях инфицирования E. coli АГА- на фоне стрессорных воздействий, свидетельствующие о достаточно высоком запасе резистентности гаметогенеза к экстремальным воздействиям.
Получены новые факты о негативном влиянии E. coli АГА+ на сперматогенный эпителий и интерстиций семенников экспериментальных животных, проявляющемся в нарушении сперамотогенеза, явлениях атипии, апоптоза, десквамации половых клеток на фоне дистрофических изменений сустентоцитов и собственной оболочки семенных извитых канальцев.
С помощью популяционного анализа дана оценка гетерогенности популяции штамма E. coli по антигистоновой активности, что позволило оценить адаптивную пластичность бактериальной популяции и отобрать изогенные клоны, пригодные для экспериментальной модели.
Впервые на экспериментально-гистологической модели показаны эффекты антигистоновой активности эшерихий, которые могут быть использованы в качестве клинико-лабораторного критерия в прогнозировании исхода воспалительного процесса и влиянии его на фертильность мужских особей.
Научно-практическая значимость работы. Результаты проведенного исследования раскрывают дополнительные аспекты механизмов гипоталамической нейроэндокринной регуляции сперматогенеза с новых позиций, свидетельствующих об аффинности сперматогенного пласта и интерстиция семенников к воздействиям E. coli АГА+, проявляющейся в экспериментальных условиях (при нарушениях адекватной гипоталамической нейросекреции) в повреждениях сперматогенеза, реактивных отклонениях процессов целостности тканей гонад, их клеточного обновления, формировании апоптозной доминанты и локальных механизмов контроля межклеточных взаимодействий.
Полученные данные имеют прикладное значение для верификации и прогнозирования исходов инфицированных поражений семенников (гипосперматогенез, азооспермия), оценки степени их обратимости, что является важным для профилактики и лечения мужского бесплодия.
Тема данного диссертационного исследования включена в план НИР кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии. Работа «Экспериментальное обоснование эффектов антигистоновой активности бактерий в клетках млекопитающих» удостоена Премии Губернатора Оренбургской области для талантливой молодёжи в 2011 г. Исследования выполнены в том числе при поддержке Гранта Правительства Оренбургской области для талантливой молодёжи (№ 17-г, 2012г.).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Выявлен новый аспект механизма взаимодействия организма-хозяина с микробными агентами, обладающими персистентным свойством, антигистоновой активностью, заключающийся в дискоординации между синтетической и регуляторной функциями нонапептидергической ГГНС.
-
Комплексное воздействие стресса и инфицирования животных E. coli АГА+ приводит к нарушению резистентности пролиферации и дифференцировки гамет семенников крыс к экстремальным воздействиям, что проявляется существенными дистрофическими изменениями в сперматогенном эпителии и интерстициальных структурах семенников.
-
Гетерогенность популяции эшерихий по антигистоновому признаку, способствующая персистенции бактерий в организме – хозяине с одной стороны, и обуславливающая реакцию гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы – с другой, в совокупности позволяет оценить исход воспалительного процесса и его влияние на фертильность мужских особей.
Внедрение результатов исследования. Результаты исследований и выводы диссертации используются в учебном процессе на кафедре гистологии, цитологии и эмбриологии, а также микробиологии, вирусологии, иммунологии Оренбургской государственной медицинской академии и при проведении экспериментальных исследований в Лаборатории водной микробиологии ИКВС УрО РАН.
Апробация работы. Результаты диссертации доложены и обсуждены на итоговой научной конференции молодых исследователей с международным участием «Татьянин день» (г. Москва, 2010); Х Конгрессе Международной ассоциации морфологов (г. Ярославль, 2010); 64 конференции студентов и молодых учёных «Актуальные проблемы современной медицины» (г. Киев, Украина, 2010); конференции молодых учёных «Актуальные проблемы экологии, гигиены и эпидемиологии», в рамках Дней молодёжной науки в Оренбургской области (г. Оренбург, 2011); I Всероссийской конференции студентов и молодых учёных в рамках «Дней молодежной медицинской науки ОрГМА», посвященной памяти чл.-корр. АМН СССР, профессора Ф.М. Лазаренко (г. Оренбург, 2012); международном конгрессе FASEB (Federal Association of Experimental Biologists) «Experimental biology 2012» (г. Сан-Диего, США, 2012); Всероссийской конференции «Персистенция микроорганизмов» (г. Оренбург, 2012); II Всероссийской конференции студентов и молодых учёных в рамках «Дней молодежной медицинской науки ОрГМА», посвященной памяти чл.-корр. АМН СССР, профессора Ф.М. Лазаренко (г. Оренбург, 2013).
Публикации. Основные положения работы изложены 12 печатных работах, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 131 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материала и методов исследования, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа содержит 22 таблицы и 34 рисунка. Список литературы содержит 204 источника, включая 111 отечественных и 93 зарубежных работ.
