Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Развитие структуры и функций коры надпочечников в онтогенезе (обзор литературы) 14
1.1. Развитие надпочечников в раннем онтогенезе 14
1.2. Функции и гормоны коры надпочечников 18
1.3. Развитие адренокортикальных функций в онтогенезе 22
1.4. Структура дефинитивной коры надпочечников млекопитающих... 24
1.5. Структурно-функциональные особенности коры надпочечников млекопитающих при воздействии ионизирующих излучений 28
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования результаты и обсуждение
ГЛАВА 3. Морфофункциональная характеристика коры надпочечников рыжей полевки и мышей сва в норме ... 41
3.1. Рыжая полевка 41
3.2. Мыши линии СВА 45
ГЛАВА 4. Морфометрические показатели коры надпочечников экспериментальных животных после хронического воздействия низкоинтенсивного у-излучения на ранних стадиях онтогенеза 50
4.1. Объем надпочечников, коры и медуллы 50
4.2. Морфометрические показатели коры надпочечников и ее зон 54
4.3. Кариометрические показатели клеток пучковой зоны 64
4.4. Соотношение различных тканевых компонентов в пучковой зоне... 68
ГЛАВА 5. Гиперпластические изменения в коре надпочечников у экспериментальных животных 75
5.1. Диффузная гиперплазия 76
5.2. Макроузелковая гиперплазия 78
5.3. Микроузелковая гиперплазия 81
Заключение 88
Выводы 91
Приложение —Рисунки 109
- Функции и гормоны коры надпочечников
- Рыжая полевка
- Объем надпочечников, коры и медуллы
- Диффузная гиперплазия
Введение к работе
Актуальность темы. В XXI веке экологическая проблема остается одной из важнейших глобальных проблем человечества. Научно-технический прогресс, рост уровня потребления и «качества жизни» в экономически развитых странах неразрывно связаны с возрастающим расходованием энергии, возобновляемых и невозобновляемых природных ресурсов, загрязнением окружающей среды, отчуждением природных территорий и их техногенной трансформацией.
Последние 40 лет своей истории человечество пребывает в глобальном экологическом кризисе. Его последствием может стать глобальная экологическая катастрофа, которая будет переходом биосферы с ее окислительной геохимической средой в техносферу, отравленную тяжелыми металлами, радионуклидами и химическими токсинами. Концепция «устойчивого развития» («Sustainable development»), в 1992 г. принятая на конференции ООН в Рио-де-Жанейро, уделяла большое внимание вопросам экологической безопасности, но не изменила господствующее природо-потребительское мировоззрение и соответствующую ему стихийно-рыночную стратегию взаимодействия с природой (Зубаков, 2003).
Все чаще и настойчивее начинают напоминать о себе предвестники мирового энергетического кризиса. Не исключено, что в ближайшем будущем между ведущими странами мира начнется жесткое соревнование за ресурсы. Особенно острым этот вопрос будет для России, где энергетические ресурсы, особенно теплоносители — нефть, природный газ, каменный уголь — не просто гарант поддержания определенного «качества жизни», но предмет насущной жизненной необходимости, т. к. большая часть территории нашей страны расположена- в районах с самой низкой среднегодовой температурой в мире. Но запасы этих ископаемых далеко не безграничны, разведка новых месторождений связана с большими финансовыми затратами, а разработка альтернативных источников энергии,
пригодных для интенсивного использования, находится пока в самой начальной стадии. Исходя из вышесказанного, наиболее эффективным среди всех прочих источников энергии, несомненно, остается ядерный — как в России, так и в других странах; его использование не исключает риска чрезвычайных ситуаций (аварий) и радиоактивного загрязнения экосистем. Даже традиционные нефть и каменный уголь небезопасны с радиоэкологической точки зрения — в них содержатся радионуклиды, и, следовательно, их сжигание также ведет к радиоактивному загрязнению атмосферы и почвы (Виленчик, 1983).
Таким образом, к настоящему времени радиационное воздействие превратилось в «...один из мощных повреждающих факторов антропогенной природы, с которым в последнее время все чаще сталкиваются природные комплексы и человек» (Оленев, Григоркина, 1998).
«Атомный век» развития человечества начался с применения силы расщепленного атомного ядра в военных целях; исследователи воздействия радиации на живые организмы в те годы интересовались преимущественно летальными и сублетальными дозами, сравнимыми по мощности с радиационным уровнем в зоне поражения атомного взрыва. В наше же время более зримый характер приобретает опасность техногенного радиоактивного загрязнения, обладающего рядом особенностей. Прежде всего это малая мощность доз и концентрация этих загрязнений на локальных территориях.
Переломным этапом в развитии экологии стало 26 апреля 1986 года —-трагическая дата аварии на Чернобыльской АЭС. Эта авария, крупнейшая в истории атомной энергетики, не имеет аналогов по количеству попавших в окружающую среду радионуклидов, площади радиоактивного загрязнения и тяжести биологических последствий (Гераськин и др., 2006). Среди населения существенно повысилась заболеваемость радиогенным раком и лейкозами; возросла доля эндокринных патологий, особенно у детей и подростков (Медицинские аспекты..., 1992; Цыб, 1998). Исследования,
проведенные в зоне Тонкого ядерного взрыва (1954 г., Россия, Оренбургская область), также зарегистрировали большое количество эндокринных патологий у населения (Утенина, Рахманова, 1996; Васильев и др., 2000).
В процессах адаптации организма к действию различных экологических факторов ведущую роль играет иейроэндокринная система. Один из наиболее значимых ее компонентов — гипоталамо-гипофизарно-адреналовое звено; оно участвует в развитии неспецифического адаптационного или стресс-синдрома (Селье, 1972), координирует состояние иммунной защиты (Чеботарев, 1979, Черешнев и др., 2002), а на популяционном уровне (у мелких млекопитающих с циклической динамикой численности) определяет численность последующих генераций (Чернявский, Ткачев, 1982). Множеством исследований убедительно показано тесное взаимодействие и взаимовлияние на разных уровнях трех систем —-эндокринной, нервной и иммунной (Чеботарев, 1979; Акмаев, 1996; Селятицкая, Обухова, 2001; Потапова и др., 2002; Черешнев. и др., 2002). Благодаря этому многие авторы считают необходимым говорить о единой нейро-иммуно-эндокринной системе. Результаты последних лет показывают, что показатели эндокринного и иммунного статуса могут иметь определяющее значение не только для отдельного организма, но и для всей популяции. Так, например, по данным В. В. Мака и соавторов (2002), уровень иммунного ответа у самцов красных полевок тесно сопряжен с уровнем их агрессивности. Известно, что особи-доминанты обладают повышенной агрессивностью; следовательно, различный уровень гормональной секреции может опосредованно влиять на популяционно-иерархическую структуру.
Значительная роль в адаптивной функции эндокринной системы (и, в более узком смысле, гипоталамо-гипофизарно-адреналового звена) принадлежит коре надпочечников. Совокупность кортикальных гормонов осуществляет множество функций, из которых в экологическом аспекте наиболее важная — развитие неспецифической адаптивной, или стресс-
реакции. Структура КН чувствительна к воздействию различных экологических факторов, что показано во многих работах (Шварц, 1959; Рахимов и др., 1968; Кириллов, 1973; Круглова, 1975; Девис, Христиан, 1976; Чернявский, Ткачев, 1982; Иванова, Торгуй, 1967; Ильясова и др., 1987; Макарян и др., 1987; Ермакова, 1994, 1996; Вылегжанина и др., 1998; Соловьев, 2002; Михеева и др., 2006; Chauhan, Sheiker, 1991).
Учитывая вышесказанное, изучение эффектов малых доз ионизирующих излучений па живые организмы, выяснение механизмов приспособительной деятельности, а также исследования структурных основ компонентов стрессорного ответа остаются приоритетными направлениями современной экологии.
Признанным объектом для экологических исследований издавна стали мелкие млекопитающие, особенно грызуны. По экологической специализации являясь в основном консументами I порядка — потребителями растительности, а также кормовой базой для хищников (консументов II порядка), растительноядные грызуны представляют собой важный компонент трофических цепей в экосистемах. Роющая деятельность грызунов имеет ландшафтообразующее значение; потребляя травянистую растительность и обитая в верхнем ярусе почвы, грызуны участвуют в процессах миграции и переноса поллютантов (в том числе и радионуклидов) на загрязненных территориях. Некоторые виды грызунов и прочих млекопитающих — так называемые «виды-радиофоры» — способны избирательно накапливать радионуклиды (Ильенко, Крапивко, 1993).
Исследования, проводимые в 30-километровой зоне Чернобыльской АЭС и на территориях с повышенным фоном естественной радиоактивности (пос. Водный, Республика Коми), свидетельствуют о существенных деструктивных и компенсаторных изменениях в органах эндокринной системы млекопитающих, хотя железы внутренней секреции состоят из высокодифференцированных клеток и считаются относительно
радиорезистентными, а мощность дозы в воздухе на исследованных участках не превышала 0.1 сЗв/сут (Материй, Ермакова, 1993; Маслова и др., 1994; Ермакова, 1996). Работами разных авторов, выполненными на популяциях грызунов с территорий, зараженных радионуклидами в результате аварии на ' ЧАЭС, выявлены различные отклонения на популяционном и организменном уровнях -—- нарушение экологического баланса, замедление хода «популяционных часов» и биотического круговорота (Межжерин, Мякушко, 1998), увеличение в 3-7 раз частоты аберраций хромосом (Гончарова, Рябоконь, 1998). Особо следует отметить многочисленные тяжелые пороки развития эмбрионов, например, аномалии морфогенеза скелета, головного мозга, глаз и других органов (Соколов и др., 1999). Изучение отдаленных последствий Тоцкого ядерного взрыва также выявило увеличение в зоне влияния взрыва хромосомных аберраций, а также морфологические и феногенетические нарушения индивидуального развития в популяциях модельных видов-радиофоров — малой лесной мыши, домовой мыши, рыжей полевки (Васильев и др., 2000). Установлено, что излучение индуцирует подъем теплопродукции в организме; температурный оптимум животных сдвигается в сторону более высоких температур, к снижению потребления кислорода (Тестов, 1993). Поскольку терморегуляция организма связана с органами иммунитета (Черешнев и др., 2002), она может изменяться под воздействием ГГНС, в том числе и при патологических условиях.
Таким образом, хроническое низкоинтенсивное излучение в малых дозах, воздействуя на организм, может приводить к разнообразным системным эффектам.
Почти до 1960-х годов считалось, что до определенной пороговой дозы радиоактивное излучение не оказывает на организм какого-либо воздействия. Данные по влиянию малых доз на организм крайне противоречивы. В настоящее время условно принята так называемая линейная беспороговая
концепция, согласно которой потенциально опасными считаются любые дозы ионизирующих излучений, но существует множество работ, показавших нелинейный характер реакции биологических систем на воздействие малых доз. Е. Б. Бурлакова, разрабатывая универсальную концепцию малых доз, учитывает взаимодействие двух противоположно направленных процессов: повреждения и репарации, специфической активности и токсичности. По мнению автора, при облучении в малых дозах восстановительные системы не индуцируются (или индуцируются, но не в полной мере), в результате чего наблюдаются лишь эффекты, связанные с повреждением биомолекул. Автор считает, что реакция биосистем на малые дозы повреждающих факторов универсальна и неспецифична (Бурлакова, 1994). Следует отметить, что существуют факты позитивного действия малых доз на организм (Булдаков, Калистратова, 2005). В популяциях рыжей и обыкновенной полевок в районе ЧАЭС к 1999-2001 гг. отмечена отчетливая селекция особей с повышенной радиорезистентностью (Глазко и др., 2006).
Сложную задачу составляет исследование влияния какого-либо одного фактора на диких животных в природных популяциях, где на организмы воздействует, как правило, не один, а целый комплекс факторов различной природы, которые могут взаимодействовать между собой по принципу дополнения, синергизма или же антагонизма (Виленчик, 1983). Например, суммарное облучение грызунов па территориях, загрязненных радионуклидами, складывается из внешнего и внутреннего (за счет инкорпорированных радионуклидов, попавших в организм с пищей). Часто выделить действие какого-либо одного фактора при анализе практически невозможно. Половозрастная структура грызунов на разных стадиях динамики цикла их численности крайне неоднородна (Большаков, Кубанцев, 1984), что затрудняет корректное сравнение данных за разные годы и из разных местообитаний. В популяциях грызунов доказано наличие физиолого-функциональных группировок, обладающих различным
генетическим, биохимическим, иммунным, эндокринным и поведенческим статусом (Оленев, Григоркина, 1998), что также необходимо учитывать исследователю.
Изучению воздействия малых доз ионизирующих излучений на организм посвящены многочисленные работы, проведенные как в природе, так и в лабораторных условиях. Множество этих экспериментов проводилось на взрослых животных с полностью сформированными органами и системами. Но в природных популяциях животные, обитающие на загрязненных (в том числе радионуклидами) территориях, подвергаются неблагоприятному воздействию, начиная с самых ранних стадий онтогенеза, когда происходят закладка и формирование тканей, органов и систем. В раннем онтогенезе организм особенно чувствителен к влиянию неблагоприятных факторов среды, и даже относительно слабые воздействия, не вызывающие видимых морфологических повреждений, нередко сопровождаются длительными, а порой и постоянными нарушениями нейроэндокринной регуляции физиологических функций и различных типов поведения. Особенно это относится к долгосрочным пренатальным стрессовым воздействиям, последствия которых приводят к возникновению необратимых патологических изменений у взрослого организма (Науменко и др., 1990; Рубченя, 2002). В связи с этим представляется актуальным изучение морфологических изменений в тканях эндокринной системы и их последствий для взрослого организма после хронического воздействия ИИ на ранних стадиях онтогенеза.
Цель нашей работы заключалась в следующем: выявить морфофункциональные изменения в коре надпочечников рыжих полевок и лабораторных мышей линии СВА после хронического воздействия иизкоинтенсивного у-излучения в малых дозах на ранних стадиях онтогенеза.
В задачи работы входило:
1. Изучить гистологическую структуру коры надпочечников рыжих
полевок и лабораторных мышей линии СВА в норме.
2. Дать качественную и количественную характеристику
гистологического строения коры надпочечников рыжих полевок и мышей
СВА, подвергшихся хроническому воздействию у-излучения в пренатальном
и раннем постнатальном периодах онтогенеза при мощностях дозы 0.1 и 0.8
сГр/сут.
3. Провести морфологический и морфометрический анализ коры
надпочечников облученных и необлученных рыжих полевок и мышей СВА
после дополнительной острой стрессовой нагрузки (иммунизация
эритроцитами кролика).
Научная новизна работы. Впервые изучена гистологическая структура коры надпочечников рыжих полевок и мышей линии СВА после воздействия на ранних стадиях онтогенеза низкоинтенсивного у-излучения в малых дозах (4 сГр и 31 сГр). Определены границы физиологической нормы морфометрических показателей коры надпочечников рыжих полевок и мышей линии СВА и степень отклонения этих показателей у облученных животных. Установлены закономерности формирования ответной реакции коры надпочечников облученных и необлученных животных на дополнительную нагрузку (иммунизация эритроцитами кролика), проведенную в зрелом возрасте. После облучения в дозах 4 сГр и 31 сГр при дополнительной нагрузке наибольшие структурные преобразования в коре надпочечников полевок и мышей проявляются при меньшей дозе облучения. Дана сравнительная морфологическая характеристика гиперпластических образований коры надпочечников рыжих полевок и мышей СВА в контроле и эксперименте. Воздействие низкоинтенсивного у-излучения в раннем онтогенезе вызывает долговременные изменения некоторых
морфометрических показателей коры надпочечников и изменяет ее стресс-реактивность, а следовательно, адаптивный потенциал организма в целом. Установлено, что характер изменений стресс-реактивности коры надпочечников, вызванных воздействием низкоинтенсивного у-излучения на ранних стадиях онтогенеза, зависит от видовой принадлежности организма и его изначального эндокринного статуса, поэтому экстраполировать данные, полученные на одном виде, на другой, хотя и систематически близкий вид, следует с большой осторожностью.
Теоретическая и практическая значимость результатов работы. Результаты исследования дополняют сведения об особенностях структуры коры надпочечников грызунов разных видов; расширяют представление о характере воздействия низкоинтенсивного хронического у-излучения в ранние периоды онтогенеза на стресс-реактивность коры надпочечников; имеют ценность для познания адаптационных механизмов на уровне организма и популяции; могут применяться для совершенствования принципов санитарно-гигиенического нормирования ионизирующих излучений.
Апробация работы. Результаты работы доложены на IV-й молодежной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН «Актуальные проблемы биологии» (Сыктывкар, 1996 г.), Международной конференции Биорад-2001 (Сыктывкар, 2001 г.), IX молодежной научной конференции Института биологии (Сыктывкар, 2002 г.), V Общероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Казань, 2004 г.), 1-й Заочной электронной конференции морфологов к 70-летию Курского медицинского университета (; 2004 г.), Международной конференции «БИОРАД-2006» (Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное заражение среды, Сыктывкар, 2006); Научной конференции «Вопросы морфологии» (Уфа, 2006); Научной конференции «Проблемы морфогенеза» (Орел, 2006); Российской научной
конференции «Медико-биологические проблемы токсикологии и радиологии» (Санкт-Петербург, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Работа изложена на 119 страницах печатного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка цитированной литературы и приложения. Работа содержит 22 таблицы, 7 рисунков и 22 микрофото гистологических препаратов (в приложении). Список литературы включает 151 источник, в том числе 24 на иностранном языке.
Благодарности. Автор благодарит А.И. Кичигина (Институт биологии Коми НЦ УрО РАН) за предоставленную возможность сбора материала, старшего научного сотрудника Отдела радиоэкологии д. б. н. О.В. Ермакову, старшего научного сотрудника, к.б.н. Института экологии растений и животных В.П. Мамину, научных сотрудников этого же института к.б.н. И.А. Кшнясева и к.б.н. Ю.А. Давыдову; профессора СПбГАВМ, д.б.н. В.И. Соколова, а также коллег — сотрудников Лаборатории экологии наземных позвоночных, Отдела экологии животных и Отдела радиоэкологии за помощь и консультации, оказанные в работе.
Функции и гормоны коры надпочечников
Стероидная регуляция в эволюционном аспекте является очень древним механизмом: стероидная функция появилась в эволюции животных 2.5 млрд. лет назад. Вероятно, на первых этапах стероиды выполняли роль феромонов (и эта роль до настоящего времени сохранилась у некоторых видов); в последующем эти вещества каким-то образом включились в обмен веществ и приобрели регуляторные функции (Никитин, Нестеренко, 1986). Стериновая молекула, по выражению В. Б. Розена (1972), представляет собой «...идеальный биоорганический каркас для расположения на нем различных функциональных групп и радикалов, определенное сочетание и топография которых обуславливают формирование большого числа природных, в том числе и гормональной, активностей различного типа».
В клетках коры надпочечника продуцируется целый спектр жизненно необходимых гормонов — кортикостероидов, которые состоят из 21 углеродного атома и являются производными прегнана и аллопрегнана. Известно около 100 таких соединений, однако лишь немногие из них биологически активны; их можно разделить на четыре группы: минералокортикоиды, глюкокортикоиды, андрогены и эстрогены (Балаболкин, 1998). Гормоны разных типов синтезируются в клетках разных зон коры надпочечника: минералокортикоиды — в клубочковой, глюкокортикоиды — в пучковой, а половые стероиды в сетчатой. Впрочем, данные последних лет позволяют считать, что клетки разных зон коры в функциональном отношении различаются скорее относительно, чем абсолютно; клетки разных зон продуцируют все типы гормонов в различных пропорциях, а не какой-либо единственный стероид (Young et al., 2003).
Биосинтез стероидов идет главным образом в надпочечниках, половых железах и плаценте. Стероидогенез состоит в метаболических превращениях молекулы холестерина, которые определяются включением атома кислорода в различные положения, в ступенчатом отщеплении боковой цепи и углеродного атома С-19, а также в гидрировании и дегидрировании (Рис. 1).
Сокращения: CYP17 — 17а-гидроксилазаЛ7,20-лиаза; ЗР-HSD — ЗР-гидроксистероид-дегидрогеназа; CYP21A2 — 21 -гидроксилаза; CYP11B1 — 11b-гидроксилаза; CYP11B2 — альдостерон-синтаза, кортикостерон-18-метилкортикостерон-оксидаза/лиаза
Превращение холестерина в гормональноактивное соединение включает две стадии. Первая — образование А5-3-оксистероида (прегненолона), который еще не является гормональноактивным. Вторая стадия состоит в окислении А5-3-оксистероида в Д4-3-кетостероид, или прогестерон — ключевой промежуточный продукт для всех типов стероидных гормонов. Кортикостероиды образуются благодаря гидроксилированию молекул прогестерона и прегненолона по 21, 17 и 11-му углеродному атому. Деление кортикостероидов по физиологическому действию на глюкокортикоиды и минералокортикоиды не является строгим: например, кортикостерон занимает в известном смысле промежуточное положение, т. к. являясь глюкокортикоидом, он обладает и минералокортикоидными свойствами (Журавлева и др., 1976).
Основная роль кортикостероидов состоит в регуляции обменных процессов. Попадая в кровь, гормоны избирательно накапливаются в клетках органов-мишеней, где заложены рецепторы — кислые белки, обладающие высоким химическим сродством и ограниченной емкостью к данному стероиду. Рецепторы к кортикостероидам обнаружены во многих тканях: печени, вилочковой железе (тимусе), мышцах, сердце, почках, легких, молочной железе, плаценте, желудке и поджелудочной железе, жировой ткани, фибробластах, семенниках, центральной и периферической нервной системе. Переход гормонов внутрь клетки является диффузным процессом, который зависит от концентрации свободных гормонов во внеклеточной жидкости. Однако существует точка зрения о наличии в клеточной мембране транспортной системы для глюкокортикоидов, обеспечивающей более быстрое, по сравнению с диффузным, проникновение гормонов внутрь клетки. Влияние кортикостероидов на синтез белка и нуклеиновых кислот является одним из основных механизмов, определяющих широкий диапазон эффектов этих гормонов в организме. Тем не менее существуют и экстраядерные воздействия кортикостероидов, которые определяются влиянием на структуру и функцию мембраны клетки и внутриклеточных мембран (Филаретов и др., 1994). Биологически активными минералокортикоидами в порядке убывания активности являются альдостерон, дезоксикортикостерон, 18-оксикортикостерон и 18-оксидезоксикортикостерон. Альдостерон способствует задержке в организме натрия и воды, стимулирует выделение калия, а также оказывает слабое глюкокортикоидное действие. Секретируемый надпочечниками альдостерон с кровотоком достигает почек, где проникает в эпителиальные клетки дистальных отделов канальцев и связывается со специфическим цитоплазматическим рецептором. Альдостеронрецепторный комплекс затем перемещается в ядро и связывается с рецепторами, вызывая стимуляцию мРНК и синтез соответствующего белка (фермента), который и осуществляет повышенное выделение калия и задержку натрия (обмен ионов натрия на калий в дистальных отделах канальцев). Секреция альдостерона в организме контролируется следующими факторами: 1) активностью ренин-ангиотензинной системы; 2) концентрацией ионов натрия и калия в сыворотке крови; 3) уровнем АКТГ; 4) простагландинами и кинин-калликреиновой системой (Балаболкин, 1998).
Одно из важнейших условий жизни животных на суше — сохранение в тканях их организма строго определенного количества воды. Границы допустимых изменений концентраций жидкостей тела очень узки, поэтому животным необходимо было выработать специальные механизмы для регуляции ионного состава и осмотического баланса. Один из таких механизмов — стероидная система регуляции водно-солевого обмена (Никитин, Нестеренко, 1986).
Синтез гормонов глюкокортикоидного ряда происходит в клетках пучковой зоны, наиболее важным из которых у человека является кортизол, у грызунов — кортикостерон. Спектр действия глюкокортикоидов (в частности, кортикостерона) очень широк. Кортизол/кортикостерон действует на белковый и углеводный обмен как стимулятор катаболизма (известно, что это действие происходит на генном уровне — включая соответствующие гены, кортикостерон стимулирует синтез белков, посредством которых осуществляется, например, превращение белка в углеводы в печени, и т. п.). Далее, эти гормоны играют ключевую роль в регуляции клеточного иммунитета, оказывая угнетающее действие на тимус, селезенку и другие органы лимфатической системы. При этом кортизол/кортикостерон подавляют синтез ДНК, а следовательно, и митотическую активность; угнетая образование клеток-киллеров, плазматических клеток, а также образование антител, они оказывают выраженное иммуносупрессивное действие (Хэм, Кормак, 1983; Теппермен, Теппермен, 1989; Балаболкин, 1998).
В сетчатой зоне продуцируются половые стероиды — андрогены и эстрогены (С-18 и С-19).
Характер стероидогенеза определяется ферментными системами, активность которых зависит от АКТГ. Комплексирование АКТГ с рецептором инициирует серию последовательных реакций и активирование цАМФ-зависимой протеинкиназы, которая в свою очередь приводит к фосфорилированию белков рибосом, образованию и повышению активности ферментов (холестеринаэстеразы, P450scc или десмолазы и др.), определяющих скорость стероидогенеза. В тканях надпочечников под влиянием АКТГ происходит повышение синтеза ДНК и РНК, увеличиваются размеры клеток, объем ядер, гипертрофируются ядрышко и пластинчатый комплекс, возрастает число липидных клеток в цитоплазме митохондрий, увеличивается гладкая эндоплазматическая сеть, т.е. структуры, ответственные за синтез кортикостероидов (Балаболкин, 1998).
Рыжая полевка
Описаний гистоморфологических особенностей строения коры надпочечника рыжей полевки в научной литературе нами встречено крайне мало, несмотря на то, что экология, физиология и морфология этого вида изучены достаточно полно. Так, работа К.М. Tahka (1979) посвящена гистохимическому исследованию НП половозрелых рыжих полевок; гистологической и морфометрической характеристики автором не приведено. Е.В. Михеевой и соавторами (2006) исследованы морфометрические показатели НП рыжих полевок, обитающих в условиях природной экосистемы с избыточным содержанием никеля, кобальта и хрома, но структурные особенности НП также не рассмотрены.
Надпочечники полевок, использованных в нашем исследовании, обычно имели эллиптическую или, реже, округлую (почти сферическую) форму, иногда чуть сплюснутую в месте прилегания к почке. Надпочечник окружен тонким слоем соединительной ткани — капсулой (Приложение, III, а). Нами отмечено, что у рыжих полевок капсула однослойная, как, например, у полевок-экономок, принадлежащих к тому же семейству, но к другому роду Microtus (Материй и др., 2003).
Клубочковая зона (Приложение, III, Ь) у рыжей полевки развита относительно слабо и состоит из небольших групп тесно расположенных клеток с гомогенной, равномерно окрашивающейся цитоплазмой и темными округлыми ядрами.
Как уже отмечалось выше, связь с лесными биогеоценозами значительно уменьшила воздействие на группу лесных полевок высоких летних температур и засух. По сравнению со степными полевками, устойчивость к низким температурам среды у лесных видов выше, а к высоким — ниже (Громов, Поляков, 1977). Несомненно, сравнительная морфология надпочечника, и, в частности, особенности развития клу бочковой зоны, должны отражать адаптации подобного типа у разных видов, обладающих различной экологической специализацией.
Средняя ширина клубочковой зоны у контрольных рыжих полевок была равна 42.7 ± 0.3 мкм, что составило 17.1% от средней ширины коры надпочечника (табл. 4).
Далее за клубочковой зоной располагается зона компрессии, свойственная некоторым видам грызунов. Она сложена из мелких клеток с небольшими темными ядрами, тесно прилегающих друг к другу (Приложение, III, К).
Следует отметить, что очень редко встречавшиеся нам митозы (что характерно для коры надпочечника как для высоко специализированной и крайне медленно пролиферирующей ткани), отмечались большей частью в пучковой зоне, в области ее контакта с зоной компрессии.
При определении размеров разных зон коры зону компрессии мы причисляли к пучковой.
Самая обширная зона в коре — пучковая (Приложение, III, с). Ее составляют крупные клетки полигональной формы, тесно прилегающие друг к другу. Цитоплазма почти всегда имеет пенистый или зернистый вид. Подобная вакуолизация цитоплазмы указывает на высокое содержание в ней липидов — предшественников стероидных гормонов. Ядра пучковой зоны крупные, округлые, с хорошо выраженной структурой и заметными ядрышками. Диаметр ядер пучковой зоны у контрольных рыжих полевок был наибольшим среди всех экспериментальных групп — 5.4 ± 0.1 мкм. Ядерно-цитоплазматическое соотношение составило 20.2%. Иногда в этой зоне встречались двуядерные клетки. У многих полевок радиальная направленность тяжей пучковой зоны была почти не выражена, клетки плотно прилегали друг к другу. Васкуляризация ткани была выражена слабо — объемная плотность кровеносных сосудов на препаратах составила 0.5 ± 0.4% (табл. 18).
Практически все адренокортикоциты пучковой зоны, наблюдаемые нами у рыжих полевок, относились к светлым клеткам. Очень редко встречались гипохромные клетки с ядром и цитоплазмой, почти не воспринимающими краситель (Приложение, V). По предположению В.И. Губского и соавторов (1969) окрашиваемость адренокортикальной ткани зависит от ее функциональной активности. Следовательно, гипохромные клетки находятся на стадии сниженной продукции кортикостероидов. Темные клетки (с оптически почти непрозрачным ядром и гомогенной эозинофильной цитоплазмой) встречались в небольшом количестве и лишь во внутренних отделах пучковой зоны — там, где она переходит в сетчатую. По современным данным, такие клетки находятся в стадии регенерации, обезвожены и не производят стероидов (Виноградов, 1998).
Средняя ширина пучковой зоны у контрольных полевок составила 170.7 ±1.1 мкм, или 68.2% от всей ширины коры.
Сетчатая зона у рыжих полевок не образует «классических» сетеподобных структур, а выглядит аналогично зоне компрессии, т. е. складывается из плотно прилегающих небольших клеток с равномерно окрашенной цитоплазмой и темным, плотным ядром, часто неправильной формы (Приложение, III, d). Возможно, более уместен здесь был бы термин «перимедуллярная зона» (т. е. расположенная вокруг медуллы), но мы будем продолжать пользоваться общепринятым названием. Ее средняя ширина у контрольных полевок — 36.8 ± 0.5 мкм, относительный размер — 14.7% от всей коры. У некоторых полевок сетчатая зона отмечалась только в отдельных участках коры, а в остальных местах с медуллой контактировала непосредственно пучковая зона. Подобное явление было зарегистрировано С. Р. Макаряном и соавторами (1987) у плоскочерепных полевок.
В синусоидных капиллярах и межклеточном пространстве сетчатой зоны встречается много лейкоцитов и эритроцитов, что косвенно указывает на происходящие там интенсивные процессы клеточной деструкции. В межклеточном пространстве коры надпочечников рыжих полевок нами отмечены лейкоциты: лимфоциты (в довольно большом количестве), редко — сегменто- или палочкоядерные нейтрофилы, а также эозинофилы.
Центральная вена надпочечника почти всегда хорошо выражена, ее просвет часто заполнен эритроцитами. Реактивность кровеносных сосудов коры надпочечника — важнейший фактор, в необходимое время обеспечивающий моментальный выброс в кровь большого количества гормонов.
В КН некоторых полевок мы отмечали группы клеток мозгового вещества, располагающиеся вдоль центральной вены вплоть до капсулы (Приложение, XIX). Отмечено, что это явление характерно для многих видов животных - вена, проходя сквозь кору, одета как бы муфтой из медуллярных клеток (Кацнельсон, Стабровский, 1975). Подобную картину, но более выраженную, наблюдали С. Р. Макарян и соавторы (1987) у плоскочерепных полевок: медулла располагалась асимметрично центру надпочечника и одним краем непосредственно соприкасалась с капсулой.
Известно, что хромаффинобласты находятся в тесной связи с кровеносными сосудами, и в период органогенеза надпочечника именно вдоль сосудов они мигрируют внутрь коркового вещества, образуя медуллу (Войткевич, Краснощеков, 1969; Кацнельсон, Стабровский, 1975; Волкова, Пекарский, 1976). Возможно, наблюдаемая нами картина отражает еще не полностью завершенный процесс подобной клеточной миграции.
Следует отметить, что у некоторых рыжих полевок из группы «Контроль» нами наблюдались различные структурные нарушения КН, такие, как «добавочная кора» (макроузелковая гиперплазия) и диффузная гиперплазия адренокортикоцитов. Эти явления подробно рассмотрены в главе 5.
Объем надпочечников, коры и медуллы
Надпочечник фактически представляет собой две различных железы с разными функциями. Соотношение толщины (и, соответственно, объемов) коры и медуллы различается у разных видов; этот показатель свидетельствует о преобладании функции коры или, напротив, медуллы (Кацнельсон, Стабровский, 1975). Под влиянием различных факторов этот показатель может изменяться, отражая различное функциональное состояние надпочечника и организма в целом.
Анализ данных по объему коры и медуллы показал, что у рыжих полевок (табл. 2) в норме объем коры больше, чем объем мозгового вещества. Объем мозгового вещества в разных экспериментальных группах изменяется незначительно. Динамика изменений объема надпочечника проявляет сильную положительную корреляцию с динамикой объема коры
Объем,мкмЗ Коры 3940.2 ± 302.4
Объем надпочечника, коры и медуллы (мкм ) у рыжих полевок. Средние невзвешенные значения. 1 — объем НП, 2 — объем КН, 3 — объем MB. Вертикальные метки (здесь и в последующих графиках) обозначают 95%-ный доверительный интервал.
(р 0.001), т. е. объем надпочечника изменялся за счет размеров коры. После облучения в дозах 4 сГр и 31 сГр объем НП (и, соответственно, КН) по сравнению с контролем почти не изменился (р 0.05). Следует отметить, что в группах «Контроль» и «31 сГр» соотношение объемов коры и медуллы близко к единице, тогда как у полевок, облученных в дозе 4 сГр, объем кортикальной ткани по сравнению с медуллой несколько возрастает (Рис. 2).
В ответ на введение эритроцитов кролика объем НП и, соответственно, коры у необлученных полевок резко увеличился, достигая максимальных значений (р 0.05). Так, объем НП в группе «Контроль + иммунизация» составил 8235.3 ± 792.5 мкм3, объем коры — 4716.2±388.0 мкм3. Объем мозгового вещества также увеличился — 3519.1±406.8 мкм (также наибольшее значение по сравнению с другими экспериментальными группами). Это можно расценивать как типичное проявление неспецифической реакции на введение антигена.
Иммунизация полевок, облученных в дозах 4 сГр и 31 сГр, практически не вызвала в обеих группах изменений объема коры, по сравнению с контролем и облученными неиммунизированными полевками. Это может означать, что адаптивные возможности коры надпочечника у облученных животных по сравнению с контрольными снижены. Невыраженная реакция кортикальной ткани на воздействие стрессового фактора может являться признаком общей функциональной недостаточности гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы.
Итак, хроническое воздействие у-излучения в ранние периоды онтогенеза не вызвало значимых изменений объема НП у рыжих полевок. Статистически достоверные различия (р 0.05) по объему НП отмечены между иммунизированными необлученными и облученными полевками. Это свидетельствует о значительных изменениях адаптивного потенциала облученных животных.
По динамике объемных показателей НП мыши линии СВА отличаются от рыжих полевок (табл. 5, 6, рис. 3). Известно, что в норме площадь медуллы у мышей чуть меньше площади коры (Кацнельсон, Стабровский, 1975); наши данные подтверждают эти сведения: отношение «объем коры/объем медуллы» в группе «Контроль» составило 1.1. Объем коркового вещества превышает объем медуллы во всех группах. У облученных мышей (особенно в группе «4 сГр») объем надпочечника и коры по сравнению с контрольными животными незначительно повысился.
Объем надпочечника, коры и медуллы (мкм ) у интактных и иммунизированных мышей СВА. Средние невзвешенные значения. 1 — объем НП, 2 — объем КН, 3 — объем MB.
Иммунизация вызвала слабое снижение объема КН во всех экспериментальных группах; снизилось и соотношение «объем коры/объем мозгового вещества» (р 0.05). Дисперсионный анализ не выявил статистически значимых различий по объемным показателям надпочечника ни между облученными и необлученными мышами, ни между интактными и иммунизированными (табл. 6). Взаимодействия факторов «облучение» и «иммунизация» также не обнаружено. Корреляции между изменяющимися объемными показателями у мышей СВА не выявлено (р = 0.505); это означает, что изменения объема надпочечника в данном случае зависят в равной степени от изменений объема коры и медуллы.
Важнейший показатель функциональной активности надпочечной железы — ширина коры и ее отдельных зон, а также количественное соотношение последних (Бонашевская и др., 1984). Как упоминалось выше, кора надпочечника является функционально лабильной системой и чувствительна к воздействию различных экологических факторов.
Морфометрические показатели коры надпочечника экспериментальных рыжих полевок представлены в таблице 7.
Ширина коры надпочечника у облученных полевок оказалась выше, чем у контрольных; причем у животных, получивших меньшую дозу (группа «4 сГр»), этот показатель увеличился сильнее. Рост коры произошел за счет пучковой зоны (г = 0.986), ширина которой также увеличилась в обеих группах. Клубочковая и сетчатая зоны, напротив, несколько уменьшились; это уменьшение также более заметно в группе «4 сГр».
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа морфометрических показателей коры надпочечника рыжих полевок представлены на рисунке 4 и в таблицах 8 и 9.
Диффузная гиперплазия
Роль ИИ в индукции опухолей общеизвестна и доказана на огромном количестве экспериментального и клинического материала. К опосредованным и отдаленным эффектам облучения относят, например, возникновение лейкозов и злокачественных опухолей. Многочисленными работами показано, что даже самые малые дозы ИИ потенциально канцерогенны (Виленчик, 1983; Гофман, 1994; Романова, Жорова, 1994; Яблоков, 1998, и др.).
Существует множество классификаций опухолей коры надпочечника; в основном используется классификация, основанная на гистогенетическом принципе. Одна из наиболее удобных клинико-морфологических классификаций предложена в 1985 г. Micali et al. Для злокачественных опухолей применяется система TNM, но она нуждается в совершенствовании. Морфологические признаки злокачественности опухолей коры надпочечников дискутируются до настоящего времени (Сельчук и др., 2005).
Гиперплазию коры надпочечника условно подразделяют на две группы — диффузную и очаговую; последняя в свою очередь бывает макро- и микроузелковая. В литературе часто не разграничиваются понятия «узловая гиперплазия» и «аденома» коры надпочечника. В данной работе макроузловые образования мы относили к типу узловой гиперплазии на основании того, что клетки, из которых они состоят, морфологически не отличаются от окружающей ткани.
Этот вид перестройки кортикальной ткани была отмечен во всех экспериментальных группах рыжих полевок. Как правило, клетки в таких участках меньше по размеру, с темными, часто деформированными ядрами, расположены плотнее, чем в окружающей ткани. Иногда кора утрачивала свою типичную зональность (приложение, X, XI). В литературе встречаются сведения о потере корой надпочечника зональности при длительном стрессовом воздействии (Виноградов, 1998). Также встречалась дискомплексация тяжей коры, которые утрачивали свою радиальную направленность. Этот тип патологической перестройки кортикальной ткани также встречается при стрессовых воздействиях — например, у адреналэктомированных крыс, подвергшихся дополнительно иммобилизации в течение 1 сут (Рыжавский, 1989).
Сравнение частот возникновения диффузных гиперплазии в разных экспериментальных группах показало следующие результаты (табл. 21). Наименьшая частота встречаемости животных с подобными изменениями была зарегистрирована в группе «Контроль» (11.8%), наибольшая — в группе «4 сГр + иммунизация» (72.7%); различие статистически значимо. Среди облученных полевок частота появления диффузных гиперплазии у иммунизированных выше, чем у интактных, среди необлученных — наоборот. Видимо, у необлученных животных повышенная потребность в кортикостероидах, возникшая после иммунизации, компенсируется увеличением коры. У облученных животных функциональная активность кортикоцитов нарушена, и включается «аварийный механизм» — повышенная пролиферация.
Помимо обычной диффузной гиперплазии, у рыжих полевок (также во всех группах) нами отмечена перестройка тканей другого типа. По своему характеру она идентична зоне компрессии, локализуется, как правило, в пучковой зоне и представляет собой тесно сближенные мелкие клетки с небольшими, округлыми, интенсивно окрашенными ядрами (приложение, XIII, XIV). Нам не удалось найти в научной литературе какие-либо сведения о подобных явлениях. Можно лишь отметить «феномен сближенных ядер», описанный К. П. Рябовым (I960) в зоне роста надпочечника. Как уже было отмечено в главе 1, из литературы известно, что регенерация адренокортикоцитов происходит главным образом в узкой области между клубочковой и пучковой зонами (Mitani et al., 1994; Kataoka et al., 1996). Эти исследования выполнялись на мышах и крысах; данных об особенностях регенерации коры надпочечника у полевок в доступной нам литературе не обнаружено. Поскольку у рыжих полевок, в отличие от мышей, выражена зона компрессии, которая топографически совпадает с зоной пролиферации, мы предполагаем, что в подобных участках «сближенных ядер» также идет регенерация коры надпочечника, и эти участки являются специфической особенностью данного вида.
У мышей линии СВА в норме диффузная гиперплазия наблюдалась в 14.3% случаев (табл. 22). В результате облучения частота гиперплазии этого типа увеличилась и была примерно равна в группах «4 сГр» и «31 сГр» — 25.0% и 23.1% соответственно. После иммунизации этот показатель у необлученных мышей незначительно увеличился, составив 16.7%; в группе «4 сГр + иммунизация» частота появления диффузной гиперплазии не изменилась (14.3%), а в группе «31 сГр + иммунизация», напротив, увеличилась, достигнув наибольшего значения (35.1%). Изменения статистически незначимы. По данным Chen et al. (1998), частота гиперплазии КН у мышей линии СЗН через 12 мес после облучения головного мозга в дозе 8 Гр достигла 100%, а еще через полгода снизилась до 66%. Напротив, после облучения мозга в дозе 20 Гр через 12 мес частота гиперплазии КН составила 66%, а через 6 мес — 100%. Авторы объясняют это деструктивными процессами в гипофизе, произошедшими под влиянием более высокой дозы излучения.
Следует отметить, что «дополнительных зон компрессии», как у рыжих полевок, среди мышей СВА нами не отмечено. Это может быть связано с видовыми особенностями клеточной регенерации коры надпочечника. Как упоминалось выше, в норме зона компрессии мышам СВА также не свойственна, хотя существует зона регенерации между клубочковой и пучковой зонами, определяющаяся иммуногистохимически (Mitani et al., - 1994).
