Введение к работе
Актуальность темы. Питание является одним из важнейших факторов, опосредующих связь человека с внешней средой, оказывая решающее влияние на здоровье и устойчивость организма к воздействию экологически вредных факторов производства и среды обитания (Спиричев В.Б., 2001). Развитие науки и техники, появление новых технологий производства продуктов питания позволяют человечеству в меньшей степени зависеть от природных условий. Однако обилие продуктов, произведенных с использованием технологий, повышающих вкусовые качества, срок хранения и снижающих себестоимость, породило проблему несбалансированности рациона. В рационе современного человека преобладают легкоусваиваемые жиры и углеводы, в то время как белки, витамины и различные микроэлементы оказываются в дефиците (Алексеева О.П. и др., 2009). Особенно серьезно эта проблема проявляется во время беременности, поскольку рацион матери оказывает значительное влияние на организм плода. Показано (Gomez-Angelats et.al., 1995; Edwards et. al., 1996; Desai et.al., 1997; Ozanne et.al., 1998; Bertram etal., 2001), что недостаток белка во время беременности приводит к уменьшению массы тела потомства и вызывает изменения, связанные с повышенным риском возникновения метаболического синдрома в последующем развитии и снижением продолжительности жизни. Предложены гипотезы, частично объясняющие механизмы этого явления. Например, согласно гипотезе «экономного фенотипа», изменения в организме потомства при белковой недостаточности в пренатальном периоде носят характер преадаптации к будущему дефициту белка (Hales, Barker, 1992,2001).
Литературные данные о последствиях низкобелкового питания матери для организма потомства во многом носят противоречивый характер (Armitage et al., 2004). Большинство исследователей сходятся во мнении, что реализации предрасположенности к метаболическому синдрому способствует высококалорийная или высокожировая диета в постнатальной жизни (Souza-Mello et al., 2007; Langley-Evans, 2007; Feres et al., 2009). Оптимальное или повышенное количество белка позволяет догнать сверстников в массе и физическом развитии, однако также может способствовать ожирению и являться фактором, обусловливающим сокращение продолжительности жизни (Eriksson et al., 2000), хотя это не является строго доказанным
(Armitage et al., 2004; Minana-Solis, Escobar, 2008). Имеются данные, что содержание мышей, перенесших пренатальный дефицит белка, на низкобелковой диете может увеличить продолжительность жизни (Chen et al., 2009). Ранее увеличение продолжительности жизни при низкобелковой диете было установлено для дрозофилы (Vigne, Frelin, 2008; Vigne et al., 2009; Simpson, Raubenheimer, 2009).
Проблема влияния белковой недостаточности в период беременности на развитие метаболического синдрома, продолжительность жизни потомства и предрасположенность к заболеваниям остается актуальной. При анализе литературных данных обращает на себя внимание ряд нерешенных вопросов:
Во-первых, требует решения проблема выбора экспериментального рациона. Зарубежными исследователями используются, как правило, промышленные комбикорма, имеющие в качестве единственного источника аминокислот казеин, что позволяет точно соблюсти условия эксперимента, но уводит его от естественных условий и затрудняет интерпретацию результатов (Armitage et al., 2004).
Во-вторых, подавляющее число работ, касающихся проблемы развития метаболического синдрома, выполнено с использованием методов молекулярной биологии и биохимии. Это позволило получить достоверные данные о содержании метаболических маркеров в крови и органах экспериментальных животных, а также однозначно судить об изменениях в экспрессии генов и продукции регуляторных молекул и рецепторов к ним. Однако, в этой области наблюдается дефицит морфологических работ, позволяющих оценить характер влияния факторов, способствующих развитию метаболического синдрома, на клетки и ткани организма.
В-третьих, наблюдается дефицит работ, посвященных длительному мониторингу состояния организма потомства при низкобелковом питании матери, что необходимо для достоверной оценки направления происходящих в организме изменений.
В связи с вышеизложенным, представляется целесообразным проследить в эксперименте развитие потомства в течение всего онтогенеза при дефиците белка в пренатальном периоде и выявить возможную зависимость структурных преобразований в организме от содержания белка в рационе в постнатальном периоде. Наиболее адекватным морфологическим объектом для решения поставленной цели является печень — как центральный орган метаболизма. Име-
ются данные, что именно в печени происходят основные изменения, связанные с дефицитом белка в раннем онтогенезе (Langley-Evans, 2007; Souza-Mello et al., 2007).
Цель исследования - выявить особенности структурной организации печени крыс на протяжении онтогенеза в условиях нормы, при дефиците пищевого белка в пренатальном и раннем постнатальном периодах и при смене характера питания в постнатальном периоде.
Задачи исследования:
Изучить динамику прироста массы тела крысят, рожденных самками, получавшими в период беременности и лактации сбалансированный рацион и рацион, дефицитный по содержанию белка.
Исследовать структурную организацию печени и ультраструктурную организацию гепатоцитов крысят сразу после рождения, в период молочного вскармливания и после его окончания в норме и при дефиците белка в рационе беременных и кормящих самок.
Исследовать структурную организацию печени и ультраструктурную организацию гепатоцитов половозрелых и стареющих крыс, рожденных самками, получавшими в период беременности и лактации сбалансированный рацион, при переводе их в постнатальном периоде на рацион, дефицитный по содержанию белка.
Исследовать структурную организацию печени и ультраструктурную организацию гепатоцитов половозрелых и стареющих крыс, рожденных самками, получавшими в период беременности и лактации низкобелковый рацион, при переводе их в постнатальном периоде на сбалансированный рацион и рацион, дефицитный по содержанию белка.
Научная новизна. Впервые с помощью методов световой, электронной микроскопии и морфометрии выявлены морфологические изменения в печени и ультраструктурной организации гепатоцитов крысят на протяжении периода молочного вскармливания при дефиците белка в рационе беременных и кормящих самок: повышение объемной и численной плотностей жиронакагашвающих клеток, снижение концентрации цитоплазматических органелл и накопление гликогена в гепатоцитах.
Впервые установлено, что при переводе крысят, рожденных самками, получавшими в периоды беременности и лактации низко-белковый рацион, в период самостоятельного кормления на сбалансированный рацион, в печени происходят структурные изменения,
свидетельствующие о повышенной функциональной нагрузке на орган: появление локальных воспалительных инфильтратов, чрезмерное накопление включений и набухание митохондрий в гепатоцитах. С возрастом печень этих животных возвращается к норме.
Впервые показано, что у половозрелых крыс, содержавшихся на низкобелковом рационе в течение всего периода развития, морфо-метрические показатели печени и ультраструктурная организация гепатоцитов достоверно не отличаются от структуры печени и гепатоцитов животных контрольной группы.
Впервые установлено, что при содержании крыс на низкобелковом рационе в течение всего периода развития, структурные признаки старения в печени (утолщение стенок синусоидов, снижение объемных и численных плотностей органелл в гепатоцитах) в возрасте 16 мес выражены в меньшей степени, чем у животных контрольной группы.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты работы дополняют и расширяют современные представления о структурной организации печени крыс в постнатальном онтогенезе. Полученные данные способствуют более полному пониманию механизмов влияния дефицита белка в пренатальном и раннем постанатальном периодах на структурную организацию печени в последующем развитии.
Выявленную зависимость структурных изменений, происходящих в печени потомства при белковой недостаточности рациона в период беременности и лактации следует учитывать при разработке рекомендаций по оптимальному питанию детей, испытывавших дефицит белка в пренатальном и раннем постнатальном периодах.
Основные положения, выносимые на защиту:
Низкобелковое питание крыс в период беременности и лактации приводит к снижению массы тела и замедленному развитию детенышей, развитию структурных изменений в печени потомства, свидетельствующих о снижении интенсивности процессов энергетического обмена и синтеза белка.
При низкобелковом питании беременных и кормящих самок происходит адаптация печени потомства к рациону со сниженным содержанием белка. Перевод животных после перехода к самостоятельному питанию на сбалансированный рацион приводит к развитию структурных изменений, свидетельствующих о функциональном напряжении органа.
З. Содержание крыс на низкобелковой диете с окончания периода молочного вскармливания до наступления половозрелости обусловливает изменения структурной организации печени в онтогенезе, свидетельствующие о повышенной функциональной активности органа.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены на Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 25-летию НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН «Север-Человек: проблемы сохранения здоровья» (Красноярск, 2001), XXXIX и LX международных научных студенческих конференциях (Новосибирск, 2001, 2002), Международном научном симпозиуме по проблемам саногенного и патогенного эффектов экологических воздействий на внутреннюю среду организма (Бишкек, 2001, 2007), научной конференции «Проблемы экспериментальной, клинической и профилактической лимфологии» (Новосибирск, 2002), II научной конференции с международным участием «Эндокринная регуляция физиологических функций в норме и патологии» (Новосибирск, 2002), I Сибирском съезде лимфологов с международным участием (Новосибирск, 2006), XIII Международном научном совещании и VI Школе по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 2006), Международной конференции «Фундаментальные проблемы лимфологии и клеточной биологии» (Новосибирск, 2008), Международной гистологической конференции «Морфогенезы в эволюции, индивидуальном развитии и эксперименте», посвященной 80-летию со дня рождения Заслуженного деятеля науки РФ проф. П.В.Дунаева (Тюмень, 2008), XXIII Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка, 2010), ученом совете в Научно-исследовательском институте клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН (Новосибирск, 2010).
Публикации, По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них 2 - в научных журналах, рекомендованных ВАК России.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, иллюстрирована 86 рисунками. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты собственных исследований, обсуждение, выводы и список цитируемой литературы (254 работы, из них 48 отечественных и 206 - зарубежных, авторов).
