Проницаемость гистогематического барьера органов и тканей при старении Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 612.673Ю573.7.617.6

ПРОНИЦАЕМОСТЬ ГИСТОГЕМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ПРИ СТАРЕНИИ

A.B. Котельников*, Д.Л. Теплый**

* Институт биологии и природопользования Астраханского государственного технического университета,

** Астраханский государственный университет

На белых крысах в возрасте 6 недель, 6 и 27 мес исследованы тканевые, половые и возрастные особенности проницаемости гистогематического барьера. У животных всех возрастных групп наибольшей проницаемостью обладали эндокринные железы, почки и легкое, а наименьшей — сердце, гипоталамус и продолговатый мозг. С возрастом проницаемость барьеров повышается, при этом половые различия, как правило, наблюдаются только после полового созревания, и защитные свойства барьера самок выражены сильнее, за исключением гонад, у животных всех возрастных групп наибольшей проницаемостью обладал барьер яичников.

Ключевые слова: гистогематический барьер, проницаемость, возрастные изменения, онтогенез

Key words: hystohaemotologic barrier, age changes, ontogenesis, hys-tohaemotologic barrier penetrability

Каждая ткань в зависимости от ультраструктуры микрососудистого русла имеет свои особенности проницаемости гистогематического барьера. При старении организма барьеры становятся более уязвимы к различным воздействиям и могут претерпевать существенные изменения [12,13,16]. По результатам проведенного исследования была дана сравнительная характеристика проницаемости барьера различных органов на разных этапах постнатального онтогенеза.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследование выполнено на 60 белых беспородных крысах обоего пола в возрасте 6 недель (неполовозрелые животные), 6 мес (молодые половозрелые животные) и 27 мес (старые животные).

Объектом исследования были выбраны ткани, имеющие разный тип гистогематического барьера [2]: нервный и нейроэндокринный центры головного мозга (гипоталамус и продолговатый мозг), железы, обладающие эндокринными функциями (щитовидная железа, надпочечники и гонады), а также некоторые внутренние органы и ткани, имеющие различный тип строения капилляров (печень, сердце, легкое, почка, кишечник). Степень проницаемости ГГБ оценивали по количеству проникшего в ткани красителя нейтральный красный (микрограмм красителя/миллиграмм сухой массы ткани) фотоколориметрическим методом [6]. Для наркоза использовали хлоралгидрат (25 мг/100 г массы тела, внутрибрюшинно).

Полученные результаты обработаны с использованием критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

По характеру защитной функции барьера нами было выделено 5 групп органов. К первой группе мы отнесли сердце и продолговатый мозг, где количество проникшего в ткань красителя в разные периоды жизни колебалось от 0,30 ± 0,008 до 0,36 ± 0,015 мкг/мг в сердце и от 0,25 ± 0,007 до 0,39 ± 0,007 мкг/мг в продолговатом мозге.

Во вторую группу были включены три органа: гипоталамус, где проницаемость колебалась от 0,47 ± 0,012 до 0,63 ± 0,032 мкг/мг, толстая кишка с разбросом данных от 0,47 ± 0,017 до 0,60 ± 0,041 мкг/мг и семенники, где эти параметры составили от 0,44 ± 0,018 до 0,71 ± ± 0,038 мкг/мг.

Третью группу составили тонкая кишка с проницаемостью от 0,56 ± 0,035 до 0,81 ± ± 0,063 мкг/мг и печень, где количество красителя было в пределах 0,55 ± 0,057—1,02 ± ± 0,059 мкг/мг.

В четвертую группу были отдельно вынесены яичники с проницаемостью от 0,65 ± 0,057 до 2,21 ± 0,225 мкг/мг.

Щитовидная железа, надпочечники, легкое и почки — пятая группа органов, где были максимальные значения проницаемости. В щитовидной железе 0,95 ± 0,078 и 1,94 ± 0,239 мкг/мг, в надпочечниках 0,76 ± 0,122—2,17 ± 0,165 мкг/мг, в легком 0,98 ± 0,037—1,66 ± 0,063, в почках 0,90 ± 0,063-1,79 ± 0,069 мкг/мг.

Деление органов на группы, конечно же, весьма условно, но оно позволяет определенным образом систематизировать имеющиеся орга-носпецифические особенности проницаемости тканевого барьера. Интересно, что в процессе онтогенеза распределение органов по выделенным группам существенно не изменялось.

Динамика возрастных изменений проницаемости гистогематического барьера имела выраженные тканевые и половые различия (рис. 1-3).

Гипоталамус. В гематоэнцефалическом барьере гипоталамуса половые различия проницаемости проявились только после полового созревания. При этом количество проникшего в ткань красителя у самцов было больше, чем у самок. У молодых половозрелых животных эта разница составила 28% (р < 0,001), а у старых — 35% (р < 0,05).

3 I со 1,5

1-

со о ш со 1,2

о

о & 0,9

о

СЕ 0,6

ш О 0,3

0

I со 1,5

^

со о ш со 1,2

о

о & 0,9

о

^ 0,6

а5

о 0,3

сх

Е 0

Самцы

Гип ПрМ Щ Нп

Г Печ С

Самки

Л Поч ТнК ТлК

Гип ПрМ Щ Нп Г Печ С Л Поч ТнК ТлК

Рис. 1. Проницаемость гистогематического барьера неполовозрелых животных. Обозначения (на рис. 1—3) Гип — гипоталамус; ПрМ — продолговатый мозг; Щ — щитовидная железа; Нп — надпочечники; Г — гонады; Печ — печень; С — сердце; Л — легкое; Поч — почки; ТнК — тонкая кишка; ТлК — толстая кишка; Сравнение с неполовозрелыми животными: # — р < 0,05; ## - р < 0,01; ### - р < 0,001

с молодыми половозрелыми животными: + — р < 0,05; ++ — р < 0,01; +++ — р < 0,001

Сравнение по полу: о — р < 0,05; оо — р < 0,01; ооо — р < 0,001.

Возрастные изменения в проницаемости барьера гипоталамуса были выявлены только у молодых половозрелых самок: уменьшение проницаемости на 28% по сравнению с неполовозрелыми животными (р < 0,05).

Продолговатый мозг. Половые различия проницаемости барьера продолговатого мозга выявлены у молодых половозрелых животных: проницаемость у самцов оказалась на 40% выше, чем у самок (р < 0,001) и у старых животных, самцов, у которых она была выше и составила 15% (р < 0,01).

Возрастные изменения проявились в уменьшении проницаемости барьера у молодых половозрелых самок на 44% (р < 0,05) по сравнению с неполовозрелыми и увеличении ее к старости на 36% (р < 0,001) относительно молодых животных. У самцов существенных возрастных изменений проницаемости не обнаружено.

Щитовидная железа. В щитовидной железе у животных всех возрастных групп существенных половых различий в проницаемости барьера не отмечено.

К 6-месячному возрасту проницаемость увеличилась, особенно у самок, что составило 30% относительно неполовозрелых животных (р < 0,05).

При старении организма существенные изменения произошли у животных обоего пола: у самцов проницаемость увеличилась на 50% (р < 0,01) по сравнению с неполовозрелыми животными и на 30% (р < 0,05) относительно молодых половозрелых. У самок увеличение составило соответственно в 2 раза относительно неполовозрелых (р < 0,01) и 58% по сравнению с молодыми половозрелыми (р < 0,05).

Надпочечники. Существенные половые различия в проницаемости барьера надпочечников были отмечены только у молодых половозрелых животных. Причем у самцов она была на 40% выше, чем у самок (р < 0,05).

С возрастом наиболее выраженные изменения проницаемости произошли у самцов. У половозрелых животных по сравнению с неполовозрелыми проницаемость увеличилась на 33% (р < 0,05).

Самцы

3 1,5

Ф ' СО

е 1,2

0 ' &

£ 0,9

Е

1Т 0,6

ф

1 0,3

^

Ь 0

######

##

###

га

###

Гип ПрМ Щ Нп Г Печ С Л Поч ТнК ТлК

Самки

###

--ООО-

§ 1,5

СО

е 1,2

8

? 0,9

Е

1Т 0,6

ф

10,3

^

Ь 0

# ООО

#

""оо ###

###

##

И

Гип ПрМ Щ Нп Г Печ С Л Поч ТнК ТлК

Рис. 2. Проницаемость гистогематического барьера у молодых половозрелых животных.

1 2,7 « 2,4

8 2,1 § 1,8 £ 1,5

Ж 1,2

1Т 0,9

Ф § 0,6

Л 0,3

Ь 0

1 2,7 « 2,4

8 2,1 § 1,8 & 1,5

Ж 1,2

1Т 0,9

Ф § 0,6

а 0,3

^

ь 0

Самцы

##

###

+++

###

+

—

=

п

#####

###

_

Гип ПрМ Щ Нп Г Печ С Л Поч ТнК ТлК

Самки

###

###

## +++

+

+++

###

-###-

+++

Гип ПрМ Щ Нп Г Печ С Л Поч ТнК ТлК

Рис. 3. Проницаемость гистогематического барьера у старых животных.

К старости проницаемость барьера надпочечников существенно увеличилась как у самцов, так и у самок: у самцов в 2,2 раза по сравнению с неполовозрелыми и на 62% по сравнению с молодыми половозрелыми животными (р < 0,001 в обоих случаях), у самок в 2,9 и 2,7 раза соответственно (р < 0,001).

Гонады. Половые различия в проницаемости барьера гонад наблюдались у животных всех возрастных групп. При этом наибольшей проницаемостью обладали барьеры яичников.

У неполовозрелых животных проницаемость барьера яичников была в 1,5 раза выше, чем семенников (р < 0,01), у молодых половозрелых животных — в 2,8 раза (р < 0,001), а у старых животных — выше в 3,1 раза (р < 0,001). С возрастом увеличилась проницаемость барьера гонад у животных обоего пола. В семенниках молодых половозрелых самцов в 1,4 раза, а в яичниках — в 2,6 раза по сравнению с неполовозрелыми животными (р < 0,001 в обоих случаях).

При старении организма произошло еще большее увеличение проницаемости барьера гонад. В семенниках — в 1,6 раза по сравнению с неполовозрелыми животными и в 1,2 раза относительно половозрелых (р < 0,001 в обоих

#

#

#

#

случаях). У самок в яичниках соответственно в 3,4 (р < 0,001) и 1,3 раза (р < 0,05).

Печень. У животных каждой исследованной возрастной группы существенных половых различий проницаемости гистогематического барьера печени не отмечено.

К возрасту 6 мес по сравнению с неполовозрелыми животными проницаемость барьера увеличилась у самцов на 47% (р < 0,01), а у самок — на 39% (р < 0,001).

У старых самцов проницаемость барьера печени увеличилась на 60% по сравнению с неполовозрелыми животными (р < 0,01), а относительно молодых половозрелых существенно не изменилась. У старых самок увеличение проницаемости произошло по сравнению как с неполовозрелыми, так и с половозрелыми, что составило соответственно 89 и 36% (р < 0,001 в обоих случаях).

Сердце. Половые различия проницаемости барьера сердца были обнаружены только у молодых половозрелых животных, у самцов на 13% выше по сравнению с самками (р < 0,05).

Возрастные изменения проницаемости барьера проявились также только у половозрелых животных и только у самок, причем по сравнению с неполовозрелыми животными произошло уменьшение проницаемости на 20% (р < 0,01). При старении организма существенных возрастных изменений проницаемости барьера нами не обнаружено.

Легкое. У неполовозрелых животных в проницаемости барьера легкого половых различий не выявлено, а у молодых половозрелых и старых животных у самцов она была значительно выше, чем у самок, соответственно 24 и 37% (р < 0,01 в обоих случаях).

С возрастом произошло увеличение проницаемости барьера легкого, особенно у самцов. Так, у молодых половозрелых самцов по сравнению с неполовозрелыми — на 54% (р < 0,001), а у самок — на 15% (р < 0,05).

У старых животных проницаемость увеличилась на 70% (р < 0,001) только у самцов и лишь по отношению к неполовозрелым животным.

Почки. В проницаемости барьера почек половых различий не выявлено.

Возрастные изменения проницаемости проявились у животных обоего пола. К 6-месячно-

му возрасту проницаемость увеличилась у самцов на 54%, а у самок на 44% относительно неполовозрелых животных (р < 0,001 в обоих случаях).

К старости проницаемость барьера почек увеличилась у самцов на 92% относительно неполовозрелых (р < 0,001) и на 25% по сравнению с молодыми половозрелыми животными (р < 0,01). У старых самок увеличение проницаемости произошло только по отношению к неполовозрелым животным и составило 70% (р < 0,001).

Тонкая кишка. Половые различия в проницаемости барьера тонкой кишки были хорошо выражены у молодых половозрелых животных и в меньшей степени у старых. У молодых самцов количество проникшего в ткань красителя было выше на 25%, чем у самок (р < 0,05), а у старых самцов — на 16% (р > 0,05).

Характер возрастных изменений также имел половые особенности. К 6 месяцам проницаемость барьера увеличилась только у самцов, что по сравнению с неполовозрелыми животными составило 39% (р < 0,001).

При старении у самцов дальнейшее увеличение проницаемости барьера тонкой кишки было выражено только относительно неполовозрелых животных и составило 45% (р < 0,001). У самок — на 20% по отношению как к неполовозрелым, так и к молодым половозрелым животным (р < 0,05 в обоих случаях).

Толстая кишка. У неполовозрелых животных половых различий в проницаемости барьера не выявлено. У молодых половозрелых самцов проницаемость была на 17% выше по сравнению с самками (р < 0,05), а у старых — на 22% (р < 0,001).

Возрастные изменения в проницаемости барьера толстой кишки были выражены незначительно. Увеличение проницаемости было обнаружено только у старых самцов и лишь по сравнению с неполовозрелыми животными, что составило 25% (р < 0,05).

У животных всех возрастных групп наибольшей проницаемостью обладали эндокринные железы, почки и легкое, а наименьшей — сердце, гипоталамус и продолговатый мозг. Это связано с особенностями структурной организации тканевых барьеров: для эндотелия эндокринных

желез характерно наличие большого количества фенестр, барьеры сердечной мышцы и головного мозга отличаются высокой плотностью эндо-телиальных контактов [1,5,7,8,11,15], а в тес-тикулах дополнительный барьер образуют клетки Сертоли [9,10,14].

С возрастом происходит повышение проницаемости ГГБ, что может быть связано с увеличением размеров щелей между эндотелиальны-ми клетками, увеличением числа пор и фенестр, увеличением количества микровезикул в эндо-телиальных клетках [8,12,13,16]. Повышение к старости свободно-радикального окисления также может способствовать уменьшению прочности мембранных компонентов барьера и повышению их проницаемости [4,17].

Особенности свободно-радикального окисления у животных разного пола могут служить причиной и половых различий проницаемости барьера. Как известно, эстрогены, в отличие от андрогенов, обладают антиоксидантными свойствами [3]. Половые различия в проницаемости барьера, как правило, наблюдались только после полового созревания, при этом она у половозрелых самок была ниже, чем у самцов, за исключением гонад, где наблюдалась совершенно противоположная картина.

Таким образом, полученные результаты указывают на выраженные тканевые и половые

особенности изменений проницаемости гистоге-матического барьера в процессе старения организма.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бредбери М. Концепция ГЭБ. М.: Медицина; 1983.

2. Газенко Г.М. Гистогематический барьер и нейрогумо-ральная регуляция. - М.: Наука; 1981.

3. Граценко П.Г. Физиология человека. 1985; 11(2): 307-310

4. Канунго М. Биохимия старения. М.: Мир; 1982.

5. Кассиль Г.Н. Внутренняя среда организма. М.: Наука; 1983.

6. Котельников А.В. Пробл. репродукции. 2004; 10(3): 60-63.

7. Росин Я.А. Регуляция функций. М.: Наука; 1984.

8. Шахламов В.А. Капилляры. М.: Медицина; 1971.

9. Chung N.P., Mruk D., Mo M.Y., Lee W.M., Cheng C.Y. Biol. Reprod. 2001; 65(5): 1340-1351.

10. Dendeberov E.S. Bull. Exp. Biol. Med. 2001; 131(2): 195-198.

11. Esposito P., Jacobson S., Connolly R., Gheorghe D., Theoharides T.C. Brain Res. Brain Res. Protoc. 2001; 8(2): 143-149.

12. Farkas E., De-Jong G.I., Apro E., Keuker J.I., Lu-iten P.G. Neurobiol. Aging. 2001; 22(2): 299-309.

13. Lee E.Y., Lee S.Y., Lee T.S., Chi J.G., Choi W., Suh Y.H. Exp. Aging. Res. 2000; 26(1): 3-14.

14. Nistal M., Riestra M.L., Paniagua R. Arch. Pathol. Lab. Med. 2002; 126: (1): 64-69.

15. Prat A., Biernacki K., Wosik K., Antel J.P. Glia. 2001; 36(2): 145-155.

16. Ueno М., Masaki Н., Tomimoto К., Hidekazu Н. J. Cereb. Blood Flow. Metab. 2002; 22(1): 97-104.

17. Zheng W. J. Toxicol. Clin. Toxicol. 2001; 39(7): 711719.

Поступила 01.12.2004