CC BY
152
Нотова С.В., Барышева Е.С., Лебедев С.В. , Полякова B.C.’, Малышева Н.В., Корнеев М.Г.'
Институт биоэлементологии Оренбургского государственного университета, 'Оренбургская государственная ме5дицинская академия
ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Изучено воздействие моно- и комплексного дефицита различных микроэлементов (йод, цинк, селен) в питании крыс на тиреоидный статус (функция и структура щитовидной железы), а также коррегирующее влияние восполнения дисбаланса микроэлементов на щитовидную железу.
Обеспеченность микронутриентами является одним из важнейших и обязательных условий нормального функционирования организма (Сусликов В.Л., 2000). В этой связи отклонения в поступлении их с пищей, вызванные экологическими, профессиональными, климатогеографическими факторами или заболеваниями приводят к широкому спектру нарушений в состоянии здоровья (Коломийцева М.Г., 1970; Авцын А.П., 1983; Боев В.М., 2002). В числе подобных нарушений может рассматриваться эндемический зоб. Особую роль в развитии зоба играют микроэлементы. Известно, что дефицит эсенциальных микроэлементов (йод, медь, селен, кобальт, железо и др.) и избыток токсичных микроэлементов (ртуть, свинец, хром, никель, стронций и др.) приводит к формированию зоба (Утенина В.В., 1999; Велданова М.В., 2000). Структурные изменения в щитовидной железе могут вызываться специфическими и неспецифическими струмогенами, соединениями, повреждающие ткань щитовидной железы и нарушающие ее функцию (Старкова Н.Т., 2002). Совокупное влияние йоддефицита и струмогенных факторов нередко превышает компенсаторные возможности тиреоидной системы, утяжеляя клинические проявления заболевания и препятствуя терапевтическому эффекту препаратов йода.
Целью нашей работы было изучение влияния микроэлементов на морфофункциональные показатели щитовидной железы.
Таблица 1. Схема исследований
Примечание: ОР - основной рацион; СД - специальная диета; ПР - полусинтетический рацион
Материалы и методы
Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели крыс линии Vistar - самцах (табл. 1).
Методом пар - аналогов было сформировано 3 группы самцов (п = 17) - 2 опытных и одна контрольная. Эксперимент включал три последовательных периода. В уравнительный период животные опытных групп получали вареный в дистиллированной воде полированный рис (варка в течение 15 мин с последующим удалением отвара и промывкой в дистиллированной воде). Для профилактики авитаминозных состояний у животных в рацион вводили поливитаминный комплекс «Гендевит». Поение осуществлялось бидистиллированной водой. Контрольные особи на протяжении всего эксперимента содержались на полнорационном сбалансированном комбикорме, сформированном по рекомендациям Института питания РАМН.
В последующем животные были переведены на режим подготовительного периода, предполагавшего кормление опытных крыс в течение 21 дня полусинтетическим рационом, разработанным по рекомендациям Института питания РАМН (Обольский О.Л., 2001), но с исключением I, Бе, Zn. В ходе основного учетного периода нами изучено действие эссенциальных (I, Бе, Zn) элементов на морфофункциональные изменения в щитовидной железе (вторая опытная группа), для чего в полусинтетический рацион вводили эссенциальные элементы на голову в сутки: йод в виде йодистого калия в количестве 0,332 мкг, селен в виде селенопирина - 0,0001 г, цинк в виде сернокислого цинка - 0,042 мг.
В конце каждого опытного периода проводился забой животных декапитаци-ей под эфирным рауш-наркозом. Для выполнения гистологических исследований выделялась щитовидная железа вместе с
Группа Период эксперимента
Уравнительный (3 нед.) Подготовительный (3 нед.) Основной учетный (3 нед.)
Контрольная ОР ОР ОР
I - опытная СД ПР- без J,Se,Zn ПР - без J+Se+Zn
II - опытная СД ПР - без J,Se,Zn ПР+ J+Se+Zn
гортанью. Для световой микроскопии объекты помещали в 10% нейтральный формалин и фиксировали при комнатной температуре в течение суток. После стандартной гистологической проводки материал заливали в парафин. Парафиновые срезы толщиной 5 мкм окрашивали гематоксилином Майера и эозином, мукополиса-хариды выявляли перийодат-Шифф-реакцией по методу Мак-Мануса-Хочкисса-Шабадаша (1962). Для выявления С-клеток использован метод импрегнирования серебром по Гримели-усу. На световом уровне с помощью окуляр-микрометра измеряли величину фолликулов щитовидной железы, высоту тироцитов, диаметр их ядер. С помощью окулярной точечной сетки определяли относительный объем основных тканевых компонентов щитовидной железы (эпителий, коллоид, строма), количество фолликулов на условной единице площади, относительный объем фолликулов средних размеров и крупных кистоподобных.
Для определения функционального состояния щитовидной железы исследовали гормоны трийодтиронин (Т3) и тетройодтиронин (Т4) методом иммуноферментного анализа (ИФА) при помощи наборов фирмы «Иммунотех» (г. Москва).
Для изучения микроэлементного статуса организма подопытных животных, в соответствии с указаниями 4.1.1482-03 и 4.1.1483-03, проводился отбор проб биосубстратов (кости, мышечная ткань, внутренние органы). Анализ исследуемых образцов осуществлялся в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва, аттестат аккредитации ГСЭН.Ш.ЦОА.3П).
Определение элементного состава оцениваемых биосубстратов производили методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрией с индуктивно-связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer, США). Пробоподготовка осуществлялась методом микроволнового разложения на приборе Multiwave 3000 (A.Paar).
Результаты и обсуждение
Различия рационов питания по потреблению микроэлементов животными исследуемых групп оказало влияние на степень отложения данных элементов в организме, а также на структурные показатели щитовидной железы. Морфофункциональное состояние щитовидной железы крыс в опыте значительно отличалось
от животных контрольной группы и определялось содержанием в пищевом рационе микроэлементов.
Морфологическая картина структуры ткани щитовидной железы животных контрольной группы отличалась от опытных. В контрольной группе животных фолликулы выстланы небольшой высоты уплощенными тиреоцитами. Коллоид гомогенно распределен в фолликулах, слабо окрашен эозином и Шифф-реактивом, и не было реакции с альциановым синим, хотя кислые гликопротеиды в небольшом количестве выявлялись в строме железы. Нейтральные гликопротеиды (ШИК-реакция) содержались в основном в коллоиде, базальной мембране фолликулов, слабую ШИК-реакцию давала цитоплазма тиреоцитов. В отдельных фолликулах, преимущественно в центральной части железы, имелась пролиферация фолликулярного эпителия. Кислые гликопротеиды в коллоиде не определялись. В небольшом количестве они присутствовали в строме междольковой ткани и стенке кровеносных сосудов, капсуле железы. Дистрофические изменения, десквамация тире-оцитов выявлялась редко и только в отдельных фолликулах.
У животных первой опытной группы происходит повышение морфофункциональной активности щитовидной железы при сравнении с группой контроля. Это выражается в преобладании мелких фолликулов активной пролиферации фолликулярного эпителия, увеличение его размеров, повышением ядерно-цитоплазматического коэффициента, снижением индекса Брауна. Десквамация эпителия. Однако коллоид густой, часто вакуолизирован. Сосуды меж-дольковой стромы с узким просветом или спавшиеся. Найденные изменения можно интерпретировать как вариант повышения функциональной активности железы при снижении поступления йода в кровоток.
При сочетанной добавке в пищевой рацион крыс иода, селена и цинка не было отмечено высокой морфофункциональной активности щитовидной железы, но она была больше, чем в контрольной группе. Пролиферативные процессы тиреоцитов обнаруживались преимущественно в небольших группах фолликулов центральных частей долек. На периферии сохранялись крупные фолликулы, выстланные высоким призматическим эпителием с крупными ядрами. Ядерно-цитоплазматический коэффициент был выше, а индекс Брауна ниже, чем в
Таблица 2. Гистологические показатели щитовидной железы
Наименование структуры Единицы измерения Группа
контрольная I - опытная II - опытная
Эпителий % 50,0±1,5 53,1±1,3 55,3±2,7
Коллоид % 38,0 ±2,3 35,4±2,5 38,4±1,8
Строма % 12,0 ±1,4 12,1±1,6 7,8±0,9аб
Характеристика фолликул: Форма Округлая и неправильной многоугольной формы Округлая, единичные неправильной многоугольной формы Округлая и многоугольная
Количество шт 46,0±2,0 55,3±5,0 39,5±1,5а«5
Диаметр средних фолликулов мкм 58,3 ±3,1 68,8±2,1а 56,0±2,1ббб
Диаметр самых мелких фолликулов мкм 42,3±0,9 28,0 ±3,0ааа 35,1±1,2аааб
Диаметр самых крупных кистозных фолликулов мкм 140,0±5,4 126,0 ±0,35а 122,6 ±5,0а
Соотношения средних и кистозных фолликулов 1,6:1 4,0:1 7,0:1
Характеристика тиреоцитов: Высота мкм 8,4±1,1 11,2±2,1 8,4 ±0,4
Диаметр ядер мкм 5,6±0,2 7,0±0,3аа 5,6 ±0,12ббб
Форма кубическая кубическая кубическая
Примечание: аа - р<0,05 для пар групп, получивших комбикорм и без него, находящихся на полусинтетической диете (К-1; К-II); б - р<0,05 для пар групп, находящихся на полусинтетической диете (1-11).
контрольной группе. Наряду с фолликулами повышенной активности обнаруживались фолликулы с выраженными дистрофическими и атрофическими изменениями тиреоцитов, с их десквамацией в просвет фолликула. Парафол-ликулярные клетки встречались редко и небольшими группами. Коллоид гомогенно распределялся по полости фолликула, слабо окрашивался. В фолликулах на периферии долек он часто был густой, вакуолизирован, содержал много Шифф-положительных веществ. Добавление в пищевой рацион крыс йода, селена, цинка сопровождается повышением морфофункциональной активности щитовидной железы. Указанные изменения наиболее были выражены в группе животных, находящихся на полусинте-тическом рационе.
Гистологическая картина ткани щитовидной железы исследуемых групп была следующей (табл. 2). Так в группе контроля относительный объем основных тканевых компонентов щитовидной железы (эпителий, коллоид, строма) был меньше, чем в опытных группах. Количество фолликулов на условной единице площади было достоверно (р<0,01) выше в I опытной группе, чем во второй на 28,6% и, по сравнению с группой контроля - на 16,9%. В центре железы преобладали более мелкие фолликулы, диаметр самых мелких фолликулов был достоверно (р<0,001) меньше в первой группе, чем во второй и контрольной группах на 51% и 25,3%, соответственно. На периферии
располагались более крупные фолликулы, диаметр самых крупных кистозных фолликулов достоверно (р<0,05) выше был в группе контроля, нежели в опытных группах (на 10% и 12,5%, соответственно). Соотношение относительных объемов средних по размеру фолликулов и кистозных уменьшалось по мере коррекции мик-роэлементного рациона от группы контроля к первой и второй опытным группам. Высота тироцитов и диаметр их ядер был выше на 20% (р<0,05) в первой опытной группе, нежели во второй и контрольной группах. На условной единице площади срезов, окрашенных по Гри-мелиусу, относительное количество С-клеток было больше в группе контроля (4,2±0,4), чем в опытных группах 4,0± 0,3 и 3,7±1,4, соответственно.
Таким образом, во всех группах эксперимента выявлено умеренное увеличение стро-мальных элементов. При использовании полу-синтетического рациона уменьшается образование кистозных фолликулов по сравнению с группой контроля. При добавлении в рацион трех используемых микроэлементов - йода, селена и цинка, еще больше снижается показатели относительного объема кистозных фолликулов в органе.
Уровень собственных гормонов щитовидной железы также претерпевал существенные изменения, в зависимости от пищевого рациона (табл. 3). Так, в группе животных, получавших полусинтетический рацион дефицитный по
I, Бе, Zn, отмечалась достоверно (р<0,01) высокая функциональная активность щитовидной железы (уровень Т4), в сравнении со II группой (в 2,6 раз) и контролем (в 2 раза), с мобилизацией и всплеском уровня периферических ти-реоидных гормонов, который можно расценить как реакцию на стресс, обусловленный дефицитом микроэлементов. В процессе коррекции микроэлементного статуса у животных наблюдается тенденция к снижению уровня периферических тиреоидных гормонов. Активизация, а в дальнейшем нормализация функции щитовидной железы, обусловленная действием йода, селена и цинка, подтверждена морфологическими и гистологическими данными.
Тенденция к накоплению химических элементов йода, селена и цинка в тканях и органах животных (мышцы, кости, внутренние органы, без щитовидной железы) наблюдалась по мере их поступления в организм животных (табл. 4).
Уровень йода в тканях и органах животных первой опытной группы был достоверно (р< 0,01) выше, чем в контрольной группе - в 2,8 раза, что можно объяснить увеличением уровня периферических тиреоидных гормонов в крови. Во второй опытной группе содержание йода в тканях было выше (р< 0,001), чем в первой и контрольной группах - в 2 и 5, 6 раз, соответственно, за счет поступления данного химического элемента с пищей.
Заключение
В результате проведенной серии экспериментов на крысах было изучено воздействие дефи-
Таблица 3. Средние значения тиреоидных гормонов у обследованных групп животных
Показатель Группы
контрольная I опытная II опытная
Т4 (нмоль/л) 17,21±1,62 44,75±8,28ааб 21,79±2,23
Т3 (нмоль/л) 2,31±0,84 4,59±2,20 2,89±0,43
Примечание: аа - р<0,05 для пар групп, получивших комбикорм и без него, находящихся на полусинтетической диете (К-Г); б - р<0,05 для пар групп, находящихся на полусинтетической диете (1-1Г).
Таблица 4. Содержание химических элементов в теле подопытных животных на момент окончания опыта (мкг)
Группа Химический элемент
I Se Zn
Контрольная 18,0±1,68 35,0±3,54 2939±272,82
I опытная 51,0±7,54ааббб 11,2± 1,42ааббб б ±б т <=5 3
II опытная 102,8±1,15ааа 24,8±0,86а 4817±29,7аа
Примечание: аа - р<0,05 для пар групп, получивших комбикорм и без него, находящихся на полусинтетической диете (К-І; К-П); б - р<0,05 для пар групп, находящихся на полусинтетической диете (І-ІІ).
цита йода, селена и цинка, а также корригирующее влияние восполнение дисбаланса микроэлементов в питании крыс на морфофункциональные показатели щитовидной железы. Были выявлены новые закономерности влияния йода, цинка и селена на развитие диффузного нетоксичного зоба, позволяющие осуществлять научно обоснованные рекомендации по его профилактике и лечению у людей с возможностью предупреждения развития зоба у людей, проживающих в районах цинк и селен дефицитных.
Список использованной литературы:
1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Строчкова Л.С. Принципы классификации заболеваний биогеохимической природы.//Ар-хив патологии. - 1983. - Т. ХЦУ. №9.- С. 3-11.
2. Боев В.М. Среда обитания и экологически обусловленный дисбаланс микроэлементов у населения урбанизированных и сельских территорий // Гигиена и санитария. - 2002.- №5.-С.3-8.
3. Велданова М.В. роль некоторых струмогенных факторов внешней среды в возникновении зобной эндемии// Микроэлементы в медицине.- 2000.-Т.1, №1.- С.17-25.
4. Обольский О.В. Моделирующее действие алиментарных факторов на метаболизм дезоксинивалеола (вомитоксина) у крыс / Автореф. дис.. на соск.. ученой ст. кандидата биологических наук.- Москва, 2001, 24с.
5. Пирс Э. Гистохимия. - Москва: изд. ин. лит.-1962.- 962 с
6. Старкова Н.Т. Структурные изменения щитовидной железы// Проблемы эндокринологии.- 2002.- Т.48, №1.- С.3-6.
7. Сусликов В.Л. Современные проблемы и перспективы медицинской микроэлементологии // Микроэлементы в медицине. -2000.- Т. 1, №1.- С. 9-15.
8. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине.- М.: Издательский дом «ОНИКС XXI век» Мир.- 2004.- 272 с.
9. Коломийцева М.Г., Габович Р.Д. Микроэлементы в медицине.- М. Медицина. - 1970.- 286 с.
10. Утенина В.В. Диффузный нетоксический зоб у детей (проблема и решение): Автореф. дис. д-ра мед. наук.- Оренбург, 1999.- 42 с.
Исследования выполнены при поддержке гранта научных программ «Университеты России»
11.01.234.
