CC BY
27
Object and methods of the research. An experimental study was performed on 50 mongrel white rats. An acute aseptic inflammation was simulated in 45 animals by intraperitoneal injection of 5 mg of X-carrageenan ("Sigma", USA) in 1 ml of isotonic sodium chloride solution per 1 animal.
The animals were withdrawn from the experiment on the 1st, 2nd, 3rd, 5th, 7th, 10th, 14th, 21st and 30th day by an overdose of thiopental anesthesia. The study of red bone marrow was carried out in accordance with the established terms of the experiment.
A set of biological material for conducting research was conducted under conditions of a small operating vivarium of the HSEEU "Ukrainian Medical Stomatological Academy" in accordance with the "Rules for the Use of Laboratory Experimental Animals" (2006, Annex 4) and the Helsinki Declaration on the Humane Approach to Animals. For the study, preparations of red bone marrow in rats were used.
After gathering, the material was fixed in a 10% solution of neutral formalin with subsequent decalcification in a solution of ethylenediaminetetraacetic acid, with keeping to ph 7.4. For gaining observation preparations, sections with thickness up to 5 micrometer were stained with hematoxylin and eosin. Subsequently, the preparations were treated using standard sets of NPK "Lektinoest" (Lviv) in the development of lectins 1:50 by the method.
Results of the research and their discussion. In the study of histological preparations of the red bone marrow, it was found that the stroma of the hematopoietic organ was represented by trabecula of bone and reticulum tissue in which a large number of blood vessels were located, mainly sinusoidal capillaries without a basement membrane, but with pores in the endothelium.
Parenchyma of the red bone marrow was represented by islets in which the programed differentiation of hemopoietic cells were detected at different stages of it. The erythroblastic islet of the red bone marrow is a structural-functional unit of the organ, and was presented by the cells of the erythroblast series, namely: proerythroblast, basophilic, polychromatophilic, and orthochromic erythroblasts, which were located around macrophages.
The basis of the method of carbohydrate specificity study is the use of lectins, which allows to elaborate mor-phofunctional changes in the structural elements in rats under conditions of experimental inflammation, due to the binding of lectins to glucoconjugates that are on the cell surface. It is proved that carbohydrate residues on cellular elements of the erythroblast islet periodically change the intensity of accumulation of receptors to one or another lectin, determine the different functions of the same lectin or system of lectins.
Key words: experimental inflammation, erythroblast islet, carbohydrate residues, lectins.
Рецензент - проф. npoHiHa О. М.
Стаття надшшла 25.01.2018 року
DOI 10.29254/2077-4214-2018-1-1-142-264-269 УДК 591.185.6
Булик Р. е., Бурачик А. I., Булик Т. С., Кривчанська М. I., Власова К. В.
МОРФОФУНКЦЮНАЛЬШ ПЕРЕТВОРЕННЯ В НЕЙРОНАХ СУПРАХ1АЗМАТИЧНИХ ЯДЕР ППОТАЛАМУСА ЩУР1В НА ФОН1 Р1ЗНО1" ТРИВАЛОСТ1 ОСВ1ТЛЕННЯ I ПРИ КОРЕКЦП МЕЛАТОН1НОМ
Вищий державний навчальний заклад Укра'Гни «Буковинський державний медичний ушверситет» (м. Чершвц1)
bulyk@bsmu.edu.ua
Зв'язок публшацм з плановими науково-до-слщними роботами. Робота е фрагментом НДР «Стресчндуковаы морфофункцюнальы та бiохiмiчнi змши структур хроноперюдично! i гепато-реналь-но! систем у ссав^в» (№ державно! реестраци 0114 11002472).
Вступ. Невщ'емною i фундаментальною властивютю живо! матери е ритмiчнi коливання. Помiж шших параметрiв середовища фотоперюд -найнадмнший i найстабтьнший синхроызувальний чинник для гомойотермних тварин, у т. ч. для людини [2,6]. Свггловий сигнал сприймаеться ставкою ока, звщки по ретиногiпоталамiчному шляху надходить у супрахiазматичнi ядра (СХЯ) ппоталамуса [3]. Цим ядрам вщводять роль основного водiя (пейсмекера) циркадiанних ритмiв у головному мозку ссав^в [4,10,11]. Вщ СХЯ шформа^я про освггленють
поширюеться до шишкоподiбно! залози (епiфiза мозку) [2,9]. Залоза е частиною системи, яка здатна сприймати змши рiвня осв^леност навколишнього середовища i забезпечувати циркадiаннi ритми функцюнування оргаызму, зокрема шляхом синтезу !! провщного шдолу - мелатоншу [1,5]. Показано, що секретя мелатоншу пщпорядкована чггким добовим варiацiям з м^мальним значенням вдень i максимумом близько 02.00 год [8]. Пригычення синтезу мелатоншу свгглом використовуеться як експериментальна модель гiпопiнеалiзму i характеризуемся перш за все мелатоншовою недостатнютю [3,7].
Незважаючи на пщвищену зацкавленють на-уков^в до вивчення ритмiчно! дiяльностi бюлопч-них оргаыв та систем, багато питань щодо морфо-функцюнально! характеристики структур головного
мозку, причетних до формування бюлопчних pMTMiB, залишаються нез'ясованими.
Мета дослщження. З'ясувати морфофункцю-нальний стан супрахiазматичних ядер гiпоталамуса щурiв у pi3^ промiжки доби та активнiсть нейроыв вказаних ядер залежно вiд тривалост свiтлового режиму та уведення мелатоншу.
Об'ект i методи дослщження. Експерименти проведен на 48 статевозртих самцях безпородних бiлих щурiв масою 0,15-0,18 кг Тварин утримували в твариннику при сталiй температурi, вологост по-вiтря та вiльному доступ до води й Iжi. Об'ектом дослiдження в експериментальних тварин обра-но морфофункцiональний стан супрахiазматичних ядер ппоталамуса у рiзнi промiжки доби.
Експериментальн тварини подiленi на 4 сери доотджень, у кожнiй з яких забiр бiоматерiалу здм-снювався о 14.00 i о 02.00 год. Обран термiни про-ведення експерименту зумовленi рiзною функцю-нальною активнiстю шишкоподiбноI залози у вказан часовi перiоди доби.
Тварини 1-о! серií (iнтактнi) перебували 7 дiб за умов звичайного свiтлового режиму - LD (свггло з 08.00 до 20.00 год, освггленють люмшесцентними лампами на рiвнi клiток 500 Лк). Тварини сери № 2 перебували за умов постмно! темряви (DD - мо-делювання пперфункцп шишкоподiбноI залози) протягом 7-ми дiб. Тварини серií № 3 перебували за умов постмного освiтлення (LL - моделюван-ня гiпофункцiI шишкоподiбноI залози) протягом 7-ми дiб. Тваринам серп № 4, як знаходилися за умов експерименту, як i щури серií № 3, щоденно о 19.00 год внутрiшньоочеревинно уводили мелато-нiн (Sigma, США, ступшь очищення - 99,5%) у дозi 1,0 мг/кг, у 1,0 мл розчинника (0,9% розчин етанолу на фiз. розчиы).
Пiсля закiнчення 7-денного експерименту на-ступного дня о 14.00 i о 02.00 год здмснювали виве-дення тварин з експерименту шляхом одномоментно! декаттаци пщ етамiналовим наркозом (40,0 мг/ кг внутршньочеревинно). Мозок тварин негайно ви-лучали i помiщали в 10,0% розчин формалЫу в 0,1 М фосфатному буферi (pH 7,2) на 20 годин при юмнат-нм температурi. Пiсля стандартно! процедури зне-воднення i просочення хлороформом i парафiном, мозок заливали в парфш. Всi етапи експерименту проведено з дотриманням основних положень Ухва-ли Першого нацiонального конгресу з бюетики «За-гальнi етичнi принципи експеримен^в на тваринах» (2001 р.), Конвенцп Ради бвропи про охорону хре-бетних тварин, що використовують в експериментах та iнших наукових цтях (вiд 18.03.1986 р.), Директи-ви 6ЕС № 609 (вщ 24.11.1986 р.) i наказiв МОЗ Укра-!ни № 690 вщ 23.09.2009 р., № 944 вщ 14.12.2009 р., № 616 вщ 03.08.2012 р. та законам Укра!ни.
Для вивчення морфометричних i денситометрич-них характеристик нейронiв гiпоталамуса пстолопч-нi зрiзи завтовшки 7 мкм депарафЫували в ксилолi, проводили регщратацю в низхiдних концентрацiях етанолу (100%, 96%, 70%), тричi вiдмивали у дис-тильованiй водi i впродовж 48 год забарвлювали за
методом Ейнарсона в розчин галоцiанiн-хромових галуыв, що дозволяе виявляти нуклеIновi кислоти (здебтышого РНК) у нейронах. По™ зрiзи тричi вщ-мивали у дистилыованм водi дегiдрували у висхщних концентрацiях етанолу (70%, 96%, 100%), KCKr^i i помiщали в канадсыкий бальзам.
Морфометричний i денситометричний аналiз не-йронiв гiпоталамуса i юлыюсний аналiз вмiсту в них РНК проводили на комп'ютернм системi цифрового аналiзу зображення VIDAS-386 (Kontron Elektronik, Ымеччина) у видимому спектрi. Зображення, що отримуетыся на мiкроскопi AXIOSKOP, за допомогою вiдеокамери COHU-4922 (COHU Inc., США) уводили в комп'ютерну систему цифрового аналiзу зображення VIDAS-386 (Kontron Elektronik, Нмеччина) та оцифровували за денситометричною шкалою з 256 града^ями Ырого колыору. Аналiз зображення проводили в натвавтоматичному режимi за допомогою пакету прикладних програм VIDAS-2.5 (Kontron Elektronik, Ымеччина): iнтерактивно визначалися межi тта нейрона, його ядра i ядерця, а по™ автоматично рееструвалися площа видiлених об'ектiв, концентрацiя i вмiст РНК у них. На пiдставi цих по-казникiв обчислювалася концентра^я РНК у видте-них структурах нейроыв Кi (умовних одиницы оптич-но1 щiлыностi - ООЩ): Кi = |lg(Di /D0)|, i вмют РНК у видiлених структурах нейроыв Ci (одиницы оптично1 щшыност - ООЩ): Ci = Si *|lg(Di /D0)|, де Si - площа структури нейрона (мкм2), а Di i D0 - показники оптич-но1 щiлыностi видiлених структур нейроыв i мiжклi-тинно1 речовини («фон» препарату), вщповщно.
Отриманi експерименталын данi обробляли на персоналыних комп'ютерах пакетом прикладних i статистичних програм VIDAS-2.5 (Kontron Elektronik, Ымеччина) i EXCEL-2003 (Microsoft Corp., США). Для вЫх показникiв розраховували значення середныо! арифметично1 вибiрки (х), II дисперси i помилки се-редныо1 (Sx). Для виявлення вiрогiдностi вщмЫнос-тей резулыта^в дослiджены у дослiдних i контролы-них групах тварин визначали коефщент Стыюдента (t), пiсля чого знаходили вiрогiднiсты вiдмiнностi ви-бiрок (р) i довiрчий iнтервал середныо! за таблицями розподту Стыюдента. Вiрогiдними вважали значення, для яких p<0,05.
Результати дослiдження та Ух обговорення. Вивчення морфометричних характеристик нейро-ыв СХЯ гiпоталамуса виявило добову динам^ по-казникiв. Так, порiвняно з денним перiодом (14.00 год), до 02.00 год вiдмiчали вiрогiдне збiлышення (на 7,8±1,5%) площi тта нейроыв СХЯ, зумовлене зро-станням площi ядра клiтин. У свою чергу, збiлышення площi ядра нейрона зумовлено вiрогiдним зростан-ням площi його ядерця, яка становила 5,60±0,237 мкм2 (табл.). При цыому в ычний перiод спостере-ження ядерно-цитоплазматичне стввщношення (ЯЦС) в пейсмекерних нейронах становило 1,7±0,05% i вiрогiдно бтыше, нiж у денний промiжок. Водночас питомий об'ем ядра нейрона зростав на 18,2±2,16%, а цитоплазми, навпаки, знижувався на 14,2±1,98%. Ц змЫи поеднувалися зi зростанням концентраци РНК у самих ядрах на 7,3±1,5%, а також
Таблиця.
Морфометрична характеристика нейрошв cynpaxia3MaTM4Horo ядра гiпоталамуса у щурiв, якi перебували за рiзного свiтлового режиму та при уведенш Ум мелатоншу на
фонi цiлодобового освiтлення (x±Sx)
Серп експериментальних тварин Площа нейрона, мкм2 Площа ядра нейрона, мкм2 Площа ядерця нейрона, мкм2 Площа цитоплазми нейрона, мкм2
1нтактш, 14.00 год 44,28 ± 0,557 25,38 ± 0,397 4,42 ± 0,069 18,90 ± 0,336
1нтактш, 02.00 год 47,72 ± 1,262 * 30,24 ± 0,897 * 5,60 ± 0,237 * 17,70 ± 0,658
Пост1йна темрява, 14.00 год 38,05 ± 0,730 * 25,91 ± 0,610 4,51 ± 0,106 11,33 ± 0,372 *
Постмна темрява, 02.00 год 37,27 ± 0,361 22,48 ± 0,258 ** 3,92 ± 0,045 14,80 ± 0,202
Постмне осв1тлення, 14.00 год 34,87 ± 0,640 * 21,81 ± 0,526 * 3,80 ± 0,092 * 13,10 ± 0,384 *
Постмне осв1тлення, 02.00 год 31,41 ± 0,323 *** 20,79 ± 0,258 ** 3,62 ± 0,046 10,64 ± 0,191 ***
Постмне осв1тлення + мелатон1н, 14.00 год 37,06 ± 0,489 23,59 ± 0,374 *** 4,10 ± 0,065 *** 13,50 ± 0,239
Постмне осв1тлення + мелатон1н, 02.00 год 33,95 ± 0,894 **** 21,82± 0,672 3,80 ± 0,118 12,18 ± 0,529 ****
Примiткa: вiрогiднi (p<0,05) змши щодо napaMeTpiB: штактних тварин о 14.00 год (*), о 02.00 год (**), та щурiв, якi перебували за умов постiйного освiтлення, о 14.00 год (***), о 02.00 год (****).
iз пiдвищенням концентрацп РНК в ядерцях нейронiв на 8,5±1,7% i займанiй ними площi на 26,5±5,2% порiвняно з денним перюдом.
Отриманi величини свiдчать про пщвищення функцюнально! i синтетично! активност нейронiв СХЯ в iнтактних щурiв у нiчний перiод доби. З метою виявлення мюця i ролi провiдного нейроендокрин-ного трансдуктора бтядобового перiодизму - шиш-коподiбно! залози у функцюнуваны головного пей-смекера циркадiанних ритмiв - СХЯ ппоталамуса, нами проведено морфометричне дослiдження вка-заних ядер в умовах постмно! темряви та тривало-го освгглення (моделювання тваринам епiфiзарно! гiпер- та ппофункцп вiдповiдно).
Моделювання пщвищено! мелатонш-продуку-вально! активностi шишкоподiбно! залози характе-ризувалося бiльш глибшими проявами о 02.00 год, порiвняно з 14.00 год. Зокрема, морфометрично це проявлялося вiрогiдним зниженням площi нейрона на 21,89±3,26%. Це зумовлено вiрогiдним зменшен-ням площ його ядра на 25,67±4,01% та цитоплазми -на 16,38±2,12% (табл.). ЯЦС становило 1,52±0,018 од, питомий об'ем ядра нейрона - 60,30±0,679%, а цитоплазми - 39,70±0,561% вiд загального об'ему клмтини.
Не зважаючи на зменшення площi нейрона i його компонен^в, у нiчний перiод в ядрi ре-естрували вiрогiдно вищу концентрацiю РНК (на 11,43±1,25%) внаслщок !! пщвищення в ядерц (на 12,24±1,09%). Паралельно вмют РНК вiрогiдно зростав i в цитоплазмi, де !! концентра^я становила 0,168±0,0018 о.о.щ.
Можна припустити, що свiтлова депривацiя (ш-дук^я синтезу мелатонiну) по-рiзному впливае на морфофункцюнальну активнiсть пейсмекера цирка-дiанного перiодизму, а саме: вдень - знижуе, а вночi - пщвищуе !!. Крiм того, епiфiзарна пперфунк^я
призводить до згладжування добових вщмшностей площi тiла нейрона СХЯ, що спостер^али в iнтактних тварин.
Вiдомо, що серед зовншых геофiзичних чинни-юв найвагомiший вплив на роботу циркадiанного пейсмекера здiйснюе тривалiсть свiтлового дня. Утримування тварин за ппертюм^зованих умов ви-кликало бiльшi змiни морфофункцюнального стану нейронiв СХЯ гiпоталамуса о 02.00 год, ыж о 14.00 год. Так, площа нейрона становила 31,41 ±0,323 мкм2 i була меншою за аналогiчну як в штактних тварин, так i в щурiв з гiперфункцiею шишкоподiб-но! залози. Вказан змiни супроводжувалися змен-шенням площi ядра на 31,25±3,14% та цитоплазми - на 39,89±4,17% (табл.). ^м того, привертало увагу ютотне порушення добового ритму морфо-функцюнально! активностi нейронiв СХЯ. Бiльшу !х активнiсть, на вiдмiну вiд тварин, як перебували за звичайного освгглення, реестрували у денний перг од спостереження, свщченням чого е отриман па-раметри морфометрично! характеристики ядер, що вивчаються (табл.).
Характеризуючи ычний етап експерименту, вiд-значимо вузький дiапазон коливань концентрацi! РНК у нейронах СХЯ о 14.00 та 02.00 год щодо тварин, яких утримували за звичайного фотоперюду. У цьому добовому промiжку показники концентраци нукле!ново! кислоти вiрогiдно не в^^знялися вiд таких в штактних тварин. Порiвняно з денним перюдом (14.00 год), до 02.00 год виявлено вiрогiд-не зменшення на 9,92±1,05% площi тiла нейроыв СХЯ, зумовлене зниженням площi цитоплазми клг тин. Це стало причиною зростання в ычний перi-од спостереження ЯЦС в пейсмекерних нейронах, яке становило 1,95±0,024 од. i вiрогiдно бiльше (на 16,77±2,15%), ыж у денний промiжок (табл.).
Отримаш результати дозво-ляють дмти висновку, що довжи-на фотоперюду суттево впливае на фоторецепторнi пейсмекери СХЯ. На вщмшу вiд постмноТ' тем-ряви, тривалий свiтловий режим викликае бiльш виражений де-синхроноз морфофункцюнальноТ' активностi нейронiв СХЯ, знижуе концентрацiю РНК в Тх структурах, в основi чого, ймовiрно, ле-жить порушення синтезу вщпо-вщних iмуноспецифiчних бiлкiв, яю залучеш в реал1зацю часовоУ
оPганiзацiТ бiологiчних систем. рИс. 1. Вплив мелатонiну на концентращю РНК у нейронах
З метою корекцп порушень, супрахiазматичного ядра гiпоталамуса о 14.00 год у щурiв, що перебували за що викликаш тривалим пере- умов пос™ного освiтлення.
буванням щурiв при постмному Прим1тка: * - вiрогiднi (р<0,05) змiни щодо iнтактних тварин. осв1тленш, як один з препаратов нами застосований екзогенний мелатонш у дозi 1,0 мг/кг у 1,0 мл розчинника.
При уведенш iндолу на фош свiтлового стресу проявлялася тенденцiя наближення до норми показниюв площi нейрошв СХЯ о 14.00 год. Зокрема, пщ час денного етапу дослщження площа нейрона складала 37,06±0,489 мкм2, ядра - 23,59±0,374 мкм2, ядерця - 4,10±0,065 мкм2. Вка-занi змiни розмiрiв нейрона СХЯ о 14.00 год спричинеш збть-шенням площi ядра та ядерця (табл.). ЯЦС перебувало в межах 1,75±0,028 од, питомий об'ем ядра - 63,65±1,019%, а цитоплазми 36,35± 0,657%. Щодо концентра-
РНК у структурах пейсмекерних кттин СХЯ, то у денний штервал дослщження в ядрi вона становила 0,273±0,0029 о.о.щ., в ядерцi - 0,378±0,0031 о.о.щ., у цитоплазмi - 0,146 ± 0,0015 о.о.щ (рис. 1).
Якщо у тварин, яким ш'екували мелатонш на фош епiфiзарноТ ппофункцп, о 14.00 год збiльшення площi нейрона вiрогiдно вiдбувалося внаслiдок зростання площi ядра та ядерця, то о 02.00 год - у результат збтьшення площi цитоплазми (на 14,5±1,8%) щодо щурiв, яким шдол не уводили (табл.).
Вiрогiдно вищим у цей добовий перюд було ЯЦС стосовно вказаноТ групи порiвняння. При цьому кон-центрацiя РНК у компонентах нейрошв СХЯ також синхронно пщвищувалася. Однак, за морфоме-тричними вимiрюваннями, застосування гормону не нормалiзувало циркадiанний ритм активностi пейсмекерних кл^ин дослiджуваних ядер (рис. 2). Це дае пщстави стверджувати, що свiтловий режим е домшуючим чинником у формуваннi добових ритмiв.
Висновки
1. Тривалiсть фотоперiоду ютотно впливае на фоторецепторнi пейсмекери СХЯ. Постмний свтло-
вий режим десинхрошзуе морфофункцiональну ак-
Рис. 2. Концентращя РНК у нейронах супрахiазматичного ядра гiпоталамуса о 02.00 год за умов уведення щурам мелатоншу на фош постшного освiтлення.
тивнiсть нейронiв СХЯ, змiнюe у концентрацiю РНК в |'х ядрi, ядерцi та цитоплазмi.
2. Уведення мелатонiну тваринам, що перебували за умов постмного осв™ення нормалiзувало показники площi нейронiв СХЯ i концентрацiю у них РНК. Водночас, шдол не коригував ритм активност нейронiв СХЯ, який залишався таким, як i при три-валому фотоперiодi та шверсним щодо тварин, якi перебували за звичайного свтпового режиму.
3. Рiвень концентрацií РНК у нейронах СХЯ о 02.00 год не зазнае вiрогiдних змiн у групах порiв-няння, що, ймовiрно, свщчить про залучення до-даткових ендогенних механiзмiв, спрямованих на збереження функцюнальноТ активностi нейронiв у вказаний перюд, коли в нормi в органiзмi продуку-еться найбiльше мелатонiну.
Перспективи подальших розробок у даному напрямку. У подальшому плануеться дослiджувати вплив синтетичних пептидiв шишкоподiбноí залози на морфофункцюнальну активнiсть нейронiв СХЯ для глибшого пiзнання механiзмiв участi вказаних структур у регуляцп циркадiанних ритмiв ссавцiв.
Л^ература
1. Arushanyan EB, Shchetinin EV. Melatonin kak universal'nyy modulyator lyubykh patologicheskikh protsessov. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimental'naya terapiya. 2016;60(1):79-88. [in Russian].
2. Zamorskiy II, Sopova IYu, Khavinson VKh. Vliyanie melatonina i epitalamina na soderzhanie produktov belkovoy i lipidnoy peroksidatsii v kore bol'shikh polushariy i gippokampe mozga krys v usloviyakh ostroy gipoksii. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny. 2012;154(7):59-61. [in Russian].
3. Karachentsev YuI, Kravchun NA, redaktory. Pineal'naya zheleza i gipotalamo-gipofizarno-tireoidnaya sistema: vozrastnye i khronobiologicheskie aspekty. Khar'kov: S. A. M.; 2013. 264 s. [in Russian].
4. Tymofii OV, Bulyk RIe, Lomakina YuV. Efekty melatoninu na ekspresiiu hena c-Fos u neironakh medial'noho dribnoklitynnoho sub'iadra paraventrykuliarnoho yadra lipotalamusa schuriv pry zminenomu fotoperiodi. Svit medytsyny ta biolohii. 2015;2(Ch 2):187-91. [in Ukrainian].
5. Khavinson VKh, Lin'kova NS, Kvetnoy IM, Kvetnaya TV, Polyakova VO, Korf Kh. Molekulyarno-kletochnye mekhanizmy peptidnoy regulyatsii sinteza melatonina v kul'ture pinealotsitov. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny. 2012;153(2):223-6. [in Russian].
6. Bedont JL, Blackshaw S. Constructing the suprachiasmatic nucleus: a watchmaker's perspective on the central clockworks. Front Syst Neurosci. 2015 May 8;9:74.
7. Bedont JL, Newman EA, Blackshaw S. Patterning, specification, and differentiation in the developing hypothalamus. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2015 Sep-Oct;4(5):445-68.
8. Fernandez F, Lu D, Ha P, Costacurta P, Chavez R, Heller HC, et al. Circadian rhythm. Dysrhythmia in the suprachiasmatic nucleus inhibits memory processing. Science. 2014 Nov 14;346(6211):854-7.
9. Kiessling S, Sollars PJ, Pickard GE. Light stimulates the mouse adrenal through a retinohypothalamic pathway independent of an effect on the clock in the suprachiasmatic nucleus. PLoS One [Internet]. 2014 Mar 21 [cited 2018 Jan 11];9(3):e92959.
10. Venegas C, García JA, Escames G, Ortiz F, López A, Doerrier C, et al. Extrapineal melatonin: analysis of its subcellular distribution and daily fluctuations. J Pineal Res. 2012 Mar;52(2):217-27.
11. Wang JL, Lim AS, Chiang WY, Hsieh WH, Lo MT, Schneider JA, et al. Suprachiasmatic neuron numbers and rest-activity circadian rhythms in older humans. Ann Neurol. 2015 Aug;78(2):317-22.
МОРФОФУНКЦЮНАЛЬШ ПЕРЕТВОРЕННЯ В НЕЙРОНАХ СУП РАХ1 АЗ М АТИ Ч Н ИХ ЯДЕР Г1ПОТАЛАМУСА ЩУР1В НА ФОН1 Р1ЗНОТ ТРИВАЛОСТ1 ОСВ1ТЛЕННЯ I ПРИ КОРЕКЦП МЕЛАТОН1НОМ Булик Р. 6., Бурачик А. I., Булик Т. С., Кривчанська М. I., Власова К. В.
Резюме. У статт розглядаються результати дослщжень морфофункцюнального стану нейроыв cynpaxia3MaTM4HMX ядер (СХЯ) ппоталамуса щурiв за умов pÍ3Hoi тривалост св^лового режиму. Вста-новлено, що у тварин, яю зазнали тривало! експозици свалом, ютотно порушувався добовий ритм морфофункцюнально! активной нейроыв СХЯ ппоталамуса. Бшьшу 1хню активнють, на вщмшу вщ щурiв, яю перебували за звичайного осв^лення та свгглово! депривацп, реестрували у денний перiод спостережен-ня. Уведення мелатонiну тваринам, що перебували за умов постмного осв^лення, нормалiзувало показники площi нейронiв СХЯ i концентра^ю в них РНК. Водночас, шдол не коригував ритм активност нейронiв СХЯ, який залишався таким, як i при тривалому фотоперiодi та iнверсним щодо тварин, яю перебували за звичайного св^лового режиму.
Ключовi слова: супрахiазматичнi ядра, гiпоталамус, морфофункцiоналыний стан, св^лова деривацiя, постiйне освiтлення, мелатонiн.
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В НЕЙРОНАХ СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКИХ ЯДЕР ГИПОТАЛАМУСА КРЫС НА ФОНЕ РАЗНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ И ПРИ КОРЕКЦИИ МЕЛА-ТОНИНОМ
Булык Р. Е., Бурачик А. И., Булык Т. С., Кривчанская М. И., Власова К. В.
Резюме. В статье рассматриваются результаты исследований морфофункционалыного состояния нейронов супрахиазматических ядер гипоталамуса крыс в условиях разной длительности светового режима. Установлено, что у животных, подвергшихся длительной экспозиции освещением, существенно нарушался суточный ритм морфофункциональной активности нейронов супрахиазматических ядер гипоталамуса. Большую их активность, в отличие от крыс, находящихся при обычном освещении и световой депривации, регистрировали в дневной период наблюдения. Введение мелатонина животным, содержащимся в условиях постоянного освещения, нормализовало показатели площади нейронов СХЯ и концентрацию в них РНК. В то же время, индол не корригировал ритм активности нейронов СХЯ, который оставался таким, как и при длительном фотопериоде и инверсным относительно животных, находящихся при обычном световом режиме.
Ключевые слова: супрахиазматические ядра, гипоталамус, морфофункциональное состояние, световая депривация,постоянное освещение, мелатонин.
MORPHOFUNCTIONAL TRANSFORMATION IN NEURONS OF THE SUPRACHIASMATIC NUCLEI OF RATS' HYPOTHALAMUS ON THE BACKGROUND OF DIFFERENT ILLUMINATION PERIODS AND IN CASE OF MELATONIN CORRECTION
Bulyk R. Ye., Burachyk A. I., Bulyk Т. S., Kryvchanska M. I., Vlasova K. V.
Abstract. The mechanisms of circadian pacemaker activity of the neuronal systems of the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus are currently deeply researched. Meanwhile, information concerning the
effects of photoperiod modifications (in particular, constant illumination or darkness) on the activities of specific structures involved in the formation of circadian rhythms remains relatively limited.
We studied the circadian variation of the cytometric characteristics of the SCN neurons of the hypothalamus of rats, as well as the effect of experimental changes in the light-dark cycle and the introduction of exogenous melatonin on these parameters. Three groups of animals (12 rats each) were kept for seven days under normal photoperiod conditions (12.00L:12.00D, control group), constant illumination and prolonged darkness. The fourth group of animals under experimental conditions, like the rats of group 2, was injected intraperitoneally with melatonin (Sigma, USA, purification rate 99.5%) at a dose of 1.0 mg/kg, 1.0 ml of solvent (0.9% ethanol solution in NSS).
To study the morphometric characteristics of the hypothalamus neurons, multiple histological sections were prepared according to a standard procedure on a rotary microtome. Morphometric analysis of the hypothalamus neurons and quantitative analysis of the content of RNA in them were performed on a VIDAS-386 computer system for digital image analysis in the visible region.
Analyzing the morphometric parameters of neurons of the hypothalamus, the daily dynamics of the indices was found. Thus, compared to the daytime period (2 p.m.), till 2 a.m., a significant increase (by 7.8±1.5%) of the body area of the SCN neurons was observed, due to the growth of the cell nucleus area. In turn, the increase in the area of the nucleus of the neuron was due to the probable increase in the area of its nucleolus, which was 5.60±0.237 |im2. At the same time, at night, the observed nuclear-cytoplasmic ratio (N:C Ratios) in pacemaker neurons were 1.7±0.05% and significantly higher than in the daytime. While also, the specific volume of the neuron core increased by 18.2±2.16%, and the cytoplasm, on the contrary, decreased by 14.2±1.98%. These changes were combined with an increase in the concentration of RNA in the nuclei by 7.3±1.5%, as well as with an increase in the concentration of RNA in the nucleoli of neurons by 8.5±1.7% and the area occupied by them by 26.5±5.2% in comparison with the daily period.
With the purpose of deeper analysis of place and role of the pineal gland, the leading neuroendocrine transducer of circadian periodism, in the functioning of the hypothalamus SCN, we performed morphometric studies of these nuclei under conditions of constant darkness and prolonged illumination (simulation of epiphyseal hyper- and hypofunction of the animals, respectively). In contrast to light deprivation, a prolonged light regime causes a more pronounced desynchronosis of the morphofunctional activity of SCN neurons, reduces the concentration of RNA in their structures, which is likely to be caused by a disruption of the synthesis of corresponding c-Fos proteins involved in the realization of the temporal organization of biological systems.
In order to correct the disruptions caused by prolonged stay of rats at constant illumination, we used exogenous melatonin as one of the drugs. With the introduction of in dole on the background of light stress, a tendency to normalization of the parameters of the area of SCN neurons appeared about 2 p.m. In particular, during the day step of the study, the area of the neuron was 37.06±0.49 |im2, of the nucleus, 23.59±0.374 |im2, of the nucleolus, 4.10±0.065 |im2. The indicated change in the size of the SCN neuron at 2 p. m. was due to an increase in the area of the nucleus and nucleolus. N:C Ratios were within 1.75±0.028 units, the specific volume of the nucleus was 63.7±1.02%, and the cytoplasm was 36.4±0.66%. As to the concentration of RNA in the structures of the pacemaker cells of the SCN, it was 0.273±0.0029 AU in the daytime step in the nucleus, 0.378±0.0031 AU in the nucleolus, and 0.146 ± 0.0015 AU in the cytoplasm.
As to the comparison group, the N:C Ratio was proved higher in this diurnal period. At the same time, the concentration of RNA in the components of the SCN neurons also increased synchronously. However, according to morphometric measurements, the use of the hormone did not normalize the circadian rhythm of activity of pacemaker cells of the investigated nuclei. This gives grounds to state that the light regime is the dominant factor in the development of circadian rhythms.
Key words: suprachiasmatic nuclei, hypothalamus, morphofunctional condition, light deprivation, permanent lighting, melatonin.
Рецензент - проф. Блаш С. М.
Стаття надшшла 26.01.2018 року
