CC BY
60
Барышева Е.С.
Институт биоэлементологии Оренбургского государственного университета
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ щитовидной ЖЕЛЕЗЫ И ГИПОТАЛАМО-ГИПОФИЗАРНОЙ НЕЙРОЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТОКСИЧЕСКИХ ДОЗ КАДМИЯ И СВИНЦА
Выявлены особенности структурно-функциональной реорганизации щитовидной железы и гипота-ламо-гипофизарной нейросекреторной системы в условиях создания модели дефицита микроэлементов в организме экспериментальных животных с последующим включением в рацион питания комплекса микроэлементов (йод, цинк, селен) и токсических доз кадмия и свинца
Структурные изменения в щитовидной железе могут вызываться специфическими и неспецифическими струмогенами - соединениями, повреждающими ткань щитовидной железы и нарушающими ее функцию [9]. Совокупное влияние йоддефицита и струмогенных факторов нередко превышает компенсаторные возможности тирео-идной системы, утяжеляя клинические проявления заболевания и препятствуя терапевтическому эффекту препаратов йода. Известно, что недостаток или избыток в рационе йода, являющегося активной составляющей тиреоидных гормонов, сказывается на деятельности щитовидной железы. При дефиците селена ингибируется активность дийодиназы и появляются симптомы снижения функциональной активности щитовидной железы [1, 2, 3]. Деятельность щитовидной железы как эндокринного органа зависима от функциональной активности центрального звена эндокринной системы [4, 5, 6]. Морфологических исследований щитовидной железы и гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС), регулирующей ее деятельность в условиях создания модели дефицита микроэлементов в организме экспериментальных животных с последующим включением в рацион комплекса микроэлементов нет. Нет сведений и об особенностях структурной реорганизации этих органов при воздействии на организм токсических доз кадмия и свинца в условиях дефицита микроэлементов в рационе экспериментальных животных и включения их в рацион.
Цель настоящего исследования - обнаружить особенности структурно-функциональной реорганизации щитовидной железы в условиях создания модели дефицита микроэлементов в организме экспериментальных животных с последующим включением в рацион питания комплекса микроэлементов и токсических доз кадмия и свинца, а также структурно обосновать возможности ГГНС в поддержании клеточного и тканевого гомеостаза регулируемого ею органа.
Материалы и методы
Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели крыс линии ^1аг. Материалом для экспериментального исследования служили: щитовидная железа, гипофиз, супраоптические ядра гипоталамуса, кровь 120 белых половозрелых крыс-самцов. Эксперимент включал три последовательных периода по двадцать одному дню каждый. В уравнительный период животные опытных групп содержались на специально приготовленной диете. Она состояла из вареного в дистиллированной воде полированного риса (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» (первая опытная группа). Поение осуществлялось би-дистиллированной водой.
В последующем животные были переведены на режим подготовительного периода, предполагавшего кормление опытных животных полусин-тетическим рационом (ПР), но с исключением I, Бе, 2п (вторая опытная группа). В ходе основного учетного периода нами изучено действие эссен-циальных (1,Бе,2п) (третья опытная группа) и токсичных элементов (4гр. -ПР+ Cd+ РЬ; 5 гр.- ПР+ Cd+ РЬ + I, Бе, 2п) на морфофункциональные изменения в щитовидной железе. Для чего, в полу-синтетический рацион вводили эссенциальные элементы на голову в сутки: йод в виде йодистого калия в количестве 0,332 мкг, селен в виде селе-нопирина - 0,0001 г, цинк в виде сернокислого цинка - 0,042 мг. Количество токсичных рассчитано в соответствии с рекомендациями Дж.Эмсли (1993) (на голову в сутки: кадмий в виде сернокислого кадмия - 3 мг, свинец в виде сернокислого свинца -0,004 мг)
В конце каждого опытного периода проводился забой животных декапитацией под эфирным рауш-наркозом.
Для выполнения гистологических исследований выделялась щитовидная железа вместе с гортанью.
Контрольная группа животных (К) содержалась в тех же условиях вивария и получала полноценный сбалансированный рацион в соответствии с правилами работы с экспериментальными животными (Приказ М3 СССР №179 от 10.10.1983).
Материал исследован с помощью методов световой, электронной микроскопии, морфометрии [7].
В сыворотке крови методом иммунофермент-ного анализа с помощью набора фирмы «Иммуно-тех» г. Москва определяли йодсодержащие гормоны Т3 и Т4, а также тиреотропный гормон (ТТГ).
Все количественные показатели обрабатывали методом вариационной статистики с использованием Т-критерия Стьюдента.
Результаты и их обсуждение
Исследования показали, что дефицит микроэлементов сопряжен с уменьшением относительного объема средних и мелких фолликулов в щитовидной железе и увеличением числа крупных кистозных фолликулов, по сравнению с группой контроля. (рис. 1).
Среди тироцитов, образующих стенку фолликула, преобладают плоские по форме клетки. Уменьшается высота тироцитов и объем их ядер (рис. 2).
На апикальной поверхности клеток обнаруживаются единичные псевдоподии. Цистерны их гранулярной ЭПС значительно расширены, что свидетельствует об активной работе клеток по выработке тиреоглобулина, но из-за недостатка микроэлементов и особенно йода нарушается процесс йодирования. Описанная структура тироцитов соответствует низкому уровню вырабатываемых ими йодсодержащих гормонов. Показатели их уровня в 2 раза ниже таковых у контрольных животных (рис. 3).
Учитывая значение гипоталамо-гипофизар-ной нейроэндокринной системы (ГГНС) в регуляции деятельности щитовидной железы нами на световом и электронно-микроскопическом уровнях изучены гипофиз и супраоптические ядра гипоталамуса, принимающие участие в регуляции тиреотропной функции гипофиза [4, 5].
В передней доле гипофиза животных этой группы как на световом, так и на электронно-микроскопическом уровнях преобладают хромофобные клетки, лишенных секреторных гранул. В тиреотропоцитах, этой группы животных наблюдается увеличение комплекса Гольджи и увеличение цисцерн гранулярной эндоплазматической
сети, что свидетельствует о повышении их функциональной активности.
Уровень выделяемого тиреотропоцитами ТТГ в условиях создания дефицита микроэлементов значительно превышал уровень этого гормона у контрольной группы животных и составлял 0,322 мкМЕ/мл, против 0,001 мкМЕ/мл. Активизация тиреотропоцитов является адекватной в ответ на значительно сниженный уровень у этой группы животных йодсодержащих гормонов, что свидетельствует о сбалансированной работе регулирующей системы, работающей по принципу отрицательной обратной связи.
При переводе животных на сбалансированный рацион после созданного в их организме дефицита микроэлементов по сравнению со 2-ой группой в органе увеличивается количество средних и мелких фолликулов.
При добавлении к сбалансированному рациону комплекса микроэлементов (I, 2п, Бе) в третьей экспериментальной группе относительная объемная плотность крупных кистозных фолликулов меньше, чем в органах животных, не получавших микроэлементы. Тироциты в большинстве фолликулов кубические. Морфометрические показатели клеток (высота тироцитов, объем их ядер) приближаются к показателям контрольных животных. В тироцитах расширены цистерны комплекса Г ольджи и обнаруживается множество везикул.
В просвете фолликулов много резорбционных полостей. Структурная реорганизация щитовидной железы при добавлении к сбалансированному рациону комплекса микроэлементов свидетельствует о повышении функциональной активности органа, что подтверждается повышенным в крови по сравнению с контролем уровнем йодсодержащих гормонов, особенно более активного -трийодтиронина.
В аденогипофизе этой группы (3 гр.) животных увеличивается количество хромофилов преимущественно за счет ацидофилов. Основная масса базофилов, к которым относятся тиреот-ропоциты, видимо переходит в хромофобную группу клеток, поэтому на электронно-микроскопическом уровне обнаружить в гипофизе тире-отропоциты не удается. Это и понятно, если взять во внимание факт снижения в 10 раз по сравнению с контролем уровня вырабатываемого ими ТТГ, составляющего в крови 0,0001 мкМЕ/мл. Но это снижение адекватно обнаруженному у этой группы животных повышенному уровню йодсодержащих гормонов, образующихся в щитовидной железе.
При поступлении в организм животных (4 группа) токсичных доз Cd и РЬ в щитовидной железе наблюдается умеренное расширение капилляров, приводящее к увеличению относительной объемной плотности стромы. Для щитовидной железы этой группы животных характерен полиморфизм. Между фолликулами много тучных клеток и лимфоцитов, а так же идет активная пролиферация интерфолликулярных клеток. В мелких фолликулах много полостей резорбции. Значительно изменена форма фолликулов от округлых до вытянутых структур. Большинство фолликулов содержит коллоид разной степени плотности. Увеличивается относительная плотность крупных кистоподобных фолликулов. Высота тироцитов и объем их ядер ниже показателей контрольных
животных в большинстве фолликулов железы. В отдельных фолликулах повреждается базальная мембрана, происходит некроз и слущивание ти-реоидного эпителия. В просвете фолликулов появляются лимфоциты.
В гипофизе этой же группы животных (4 группа.) увеличивается количество фолликулярно -звездчатых клеток, скопления которых образует псевдофолликулы. Среди аденоцитов передней доли гипофиза обнаружены тиреотропоциты с расширенными цистернами ЭПС, т. е. клетки сходные с клетками «тиреоидэктомии». Обращает на себя внимание факт увеличения в передней доле гипофиза активно функционирующих лактотропо-цитов. Не смотря на повышенный уровень йодсодержащих гормонов, уровень ТТГ остается в пре-
1CC
9C
sC
7C
6C
5C
4C
3C
2C
1C
C
Рисунок 1. Относительные объемы мелких, средних и кистоподобных фолликул в%.
По оси абсцисс - группы животных; * - различия с показателями контроля достоверны при р < 0,05
50
40
30
2C
1C
C
I Рвысота тироцитов в мкм______Робъем ядер тироцитов в мкм 3 I
Рисунок 2. Высота тироцитов (мкм) и объемы их ядер (мкм3).
По оси абсцисс - группы животных; * - различия с показателями контроля достоверны нри р < G,G5
3C
25
2C
1C
5
C
Рисунок 3. Содержание тиреоидных гормонов (Т3, Т4) в сыворотке крови экспериментальных животных. (в нммоль/л). По оси абсцисс - группы животных; *- различия с показателями контроля достоверны при р< 0,05.
шт
г~_Г_г_Г
____я____г—И
к 1
□ Относительный объем средних и мелких фолликулов
□ Относительный объем кистоподобных фолликулов
ph rh *
* rh
* гЬп
-±- *
-æ- *
—
"“"1
Т------------------1------------------1-----------------1------------------г
к 1 2 3 4 5
делах контрольных цифр, т. е. возникает дисбаланс в работе регулирующей системы.
Учитывая немаловажную роль вазопрессина в регуляции тиреотропной функции гипофиза [4, 5, 6], нами исследованы супраоптические ядра гипоталамуса, где преимущественно идет его выработка и задняя доля гипофиза (нейрогипофиз), где идет его накопление и выделение в кровь. В суп-раоптических ядрах гипоталамуса при добавлении в пищевой рацион солей тяжелых металлов увеличивается число дегенерирующих нейросекреторных клеток, в нейрогипофизе уменьшается число окончаний, находящихся в стадии активного выделения секрета и увеличивается число нейросекреторных окончаний, находящихся в состоянии депонирования секрета, о чем свидетельствует увеличение телец Херринга. Вероятно, возникает нарушения вывода секрета в кровяное русло. Обилие фагосом в окружающей глии, свидетельствует о лизосомальной утилизации ею нейросекрета. По структурным характеристикам нейрогипофиз снижает свою экскреторную активность.
При введении в рацион на фоне поступления тяжелых металлов комплекса микроэлементов (1+2п+Бе) (5 группа.) по сравнению с 4 группой животных, не получающих на фоне поступления солей тяжелых металлов микроэлементы уменьшается относительный объем крупных кистоподобных фолликулов.
Структурная характеристика основной массы тироцитов свидетельствует об умеренной функциональной активности органа, что подтверждается уровнем в крови йодсодержащих гормонов.
В передней доле гипофиза контрольных животных, среди хромофилов преобладают ацидофи-лы, среди которых на электронно-микроскопическом уровне чаще встречаются соматотропоциты. Тиреотропоциты гипофиза у этой группы животных находятся в состоянии умеренной функциональной активности. Уровень выделяемого ими ТТГ составляет 0,001мкМЕ/мл.
При введении в рацион комплекса микроэлементов при поступлении солей тяжелых металлов в передней доли гипофиза не обнаруживаются псевдофолликулы. Уровень тиреотропного гормона соответствует показателям контрольной группы животных (0,001 мкМЕ/мл). В супраоптичес-ких ядрах уменьшается число дегенерирующих клеток. В нейрогипофизе увеличивается число нервных окончаний, находящихся в стадии активного выведения секрета.
Заключение
Анализ структурной реорганизации щитовидной железы и звеньев ГГНС в условиях проведенного эксперимента позволяет сделать следующие выводы:
1. В условиях созданного в организме экспериментальных животных дефицита микроэлементов снижается функциональная активность щитовидной железы, что подтверждается ее структурной реорганизацией и низким уровнем периферических йодсодержащих гормонов, повышением активности тиреотропоцитов передней доли аденогипофиза и увеличением ТТГ.
2. Введение в рацион комплекса микроэлементов сопровождается повышением функциональной активности щитовидной железы, что подтверждается ее структурной реорганизацией и повышенным уровнем йодсодержащих гормонов, особенно наиболее активной его формы Т3 и снижение ТТГ.
3. При добавлении солей тяжелых металлов в рацион экспериментальных животных выявлены не только структурно-функциональные изменения щитовидной железы, но и разбалансировка звеньев регулирующей системы.
4. При одновременном поступлении в организм экспериментальных животных солей тяжелых металлов и комплекса микроэлементов, последние оказывают протективное влияние не только на структурно-функциональную реорганизацию щитовидной железы, но и на все звенья регулирующей система.
Список использованной литературы:
1. Велданова М.В. Роль некоторых струмогенных факторов внешней среды в возникновении зобной эндемии // Микроэлементы в медицине,- 2000.-Т.1 - №1. - С.17-25.
2. Утенина В.В. Диффузный нетоксический зоб у детей (проблема и решение).: Автореф.дис....д-ра мед. наук. - Оренбург, 1999. - 42 с.
3. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине.- М.: Издательский дом «ОНИКС XXI век» Мир.- 2004.- 272 с.
4. Красновская И.А. Щитовидная железа // Нейроэндокринология, СПб., 1994. - с. 49-74
5. Lumphin M.D., Samson W.K., Мс Cann S.M. Hypothalamic and pituitary sites of action oxytoein to alther prolactin to secretion in the rat. / / Endocrinol., 1983. - V. 112. - №5. - P. 1711 - 1717
6. Murakami М., Fanaka K., Greer М., Mori M. Anterior pituitary. Type 2 thyroxine - 5 - deiodinase activity is not affected by lesions ofhypothalamic paraventricular nucleus which profundly depress pituitary thyrotropin secretion // Endocrinol, 1988. - V. 123 -№4. - P. 1951 - 1956
7. Пирс Э. Гистохимия. - Изд. Ин. Лит.: Москва.-19б2.- 962 с.
8. Эмсли Дж. Элементы. Пер.с анг.- М.:Мир, 1993. - 256 с.
9. Старкова Н.Т. Структурные изменения щитовидной железы// Проблемы эндокринологии.- 2002.- Т.48 - №1. - С.3-6.
