CC BY
72
УДК: 611.814.1+616.379-08.64
УЛЬТРАСТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ НАДЗОРОВОГО ЯДРА ГІПОТАЛАМУСУ В НОРМІ ТА
ПРИ ЦУКРОВОМУ ДІАБЕТІ
Науково-дослідна робота виконана відповідно до плану Івано-Франківського національного медичного університету і є частиною науково -дослідної роботи кафедри анатомії людини "Морфофункціональна характеристика деяких органів та
функціональних систем при цукровому діабеті в постнатальному періоді онтогенезу” (номер держреєстрації 0109U001106).
За статистичними даними МОЗ України станом на 01.01.2009 р. в Україні офіційно зареєстровано 1 099 824 хворих на цукровий діабет (2,4% від всього населення), із них інсулінозалежними є 172391 особа, у тому числі 7180 дітей віком до 18 років, проте реально кількість людей з недіагностованою патологією перевищує цю цифру у 3-4 рази. Щороку реєструють в середньому 400 вагітних жінок, які хворіють на цукровий діабет. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я в економічно розвинутих державах світу до 4-6% населення хворіє на цукровий діабет. В Європі питома вага таких хворих становить близько
4 %. Щорічний приріст хворих на цукровий діабет складає приблизно 15%. В Україні щорічно реєструється зростання кількості хворих на цукровий діабет в середньому на 9,8 -11 %.
Актуальність проблеми цукрового діабету зумовлена не лише його поширеністю. Хронічний пожиттєвий перебіг, рання інвалідизація, високий рівень смертності ставлять його на третє місце після серцево-судинних та онкологічих захворювань [4, 14]. З огляду на це вивчення морфофункціональних змін в гіпоталамо-нейрогіпофізарній системі при цукровому діабеті представляють для медицини великий інтерес, адже вона є вищим вегетативним центром, яка впливає на екзо - і ендокринну функцію підшлункової залози.
Метою роботи було вивчення ультраструктурної організації надзорового ядра переднього гіпоталамусу в нормі та при модельованому цукровому діабеті 1 -го типу.
Матеріал та методи дослідження. Матеріалом для дослідження служили шматочки переднього гіпоталамусу 20 білих безпородних статевозрілих щурів-самців, із яких 10 служили контролем, а у 10 моделювали стрептозотоциновий цукровий діабет [2]. При заборі матеріалу для електронномікроскопічного дослідження дотримано загальноприйнятих правил швидкості висікання та атравматичності. Шматочки забраного матеріалу, розміром 1х1х1 мм, 2 години фіксували в 2% розчині чотириокису осмію на 0,1 М фосфатному буфері з рН 7,4. В подальшому матеріал відмивали у 0,1 М фосфатному буфері з рН 7,4, з наступною дегідратацією в етиловому спирті зростаючих концентрацій, після чого послідовно просочували у сумішах епоксидних смол з абсолютним ацетоном у різних співвідношеннях (по 1 годині в кожній), а подалі заливали чистою епоксидною смолою і полімеризували при температурі +56°С протягом доби. Отримані на ультрамікротомі Tesla BS-490 А зрізи монтували на мідні бленди, діаметром 1 мм, і контрастували 2% розчином ураніл-ацетату на 70° спирті і сумішшю Рейнольдса. Вивчення матеріалу проводили на електронному мікроскопі ПЭМ-125 К, при прискорюючій напрузі 75 кВ, з наступним фотографуванням при збільшеннях від 6000 до 30000 разів. Напівтонкі зрізи, товщиною 1 мкм, фарбували 1% розчином метиленового синього і вивчали під бінокулярним мікроскопом МБР-3.
Результати дослідження та їх обговорення. За нормальних умов парні надзорові ядра гіпоталамусу складаються із двох типів нейросекреторних клітин: світлих і темних, які подекуди між собою контактують. По центру перших із них міститься округлої форми ядро з дифузно розміщеними гранулами хроматину та 1 -2 ядерцями. Каріолема має пори та утворює незначні інвагінації. Біля ядра розташовується добре розвинений пластинчастий комплекс Гольджі, до складу якого входять канальці, пухирці та дрібні вакуолі. Останні є найбільш численними та виповненими електроннопрозорим вмістом. Між ними виявляються поодинокі гранули нейросекрету, які містять гомогенний електроннощільний матрикс, мембрану та світлий підмембранний обідок. Речовина такої ж щільності виявляється і між
канальцями цього комплексу, інколи у вигляді краплі на їх кінцях. Такі краплі відокремлюються від цих структур разом із мембраною, утворюючи програнули з чітким електронно-прозорим обідком під нею. Вони мігрують із зони пластинчастого комплексу в периферичну ділянку цитоплазми клітин, звідки по аксонах транспортуються у нейрогіпофіз, де накопичуються і з часом виділяються у кров. Таким чином, пластинчатий комплекс Гольджі приймає безпосередню участь в утворенні гранул нейросекрету, що відбувається шляхом конденсації секреторного матеріалу та оформлення його в елементарні гранули. Це підтверджується даними інших авторів [5, 9], якими доведено, що якраз у цьому комплексі синтезується ліпідний компонент нейросекрету, який подалі об’єднується з білковою гормонально активною субстанцією та білком-переносником.
Ультраструктурною особливістю темних нейросекреторних клітин є наявність у периферійній зоні їх цитоплазми значно розвиненої гранулярної ендоплазматичної сітки, яка представлена плоскими витягнутими цистернами, на поверхні яких розташовується велика кількість рибосом. Крім того, у гіалоплазмі поміж цистернами містяться вільні рибосоми і полісоми .
У світлих клітинах гранулярна ендоплазматична сітка представлена поодинокими канальцями і крупними цистернами, на поверхні яких розміщується невелике число прикріплених рибосом, а в гіалоплазмі виявляються поодинокі вільні рибосоми і полісоми. До складу кожної полісоми входить від 8 до 12 рибосом. Часто полісоми контактують з мембранами гранулярної ендоплазматичної сітки. За даними деяких дослідників [10, 12], саме у структурах гранулярної ендоплазматичної сітки відбувається синтез поліпептидних структур і їх післятрансляційна модифікація. При цьому, інформаційна РНК, яка синтезується на матриці ДНК, зв’язуючись з рибосомами, утворює матрицю для біосинтезу протеїнів, а довжина матричної РНК визначає довжину утвореного поліпептидного ланцюга. Окремі рибосоми, які приєднуються до полірибосомального комплексу, рухаються вздовж матриці, нарощуючи поліпептидний ланцюг, в результаті формується третинна і четвертинна структура білкової частини нейрогормону. В кінці рибосома відокремлюється і скидає в цитоплазму готову молекулу білка. Полімеризація синтезованих гранулярною ендоплазматичною сіткою поліпептидних ланцюгів у готовий білок-гормон здійснюється у визначеному іонному середовищі з участю комплексу Гольджі, який і конденсує цей білок у вигляді гранул нейросекрету.
Мітохондрії в нейросекреторних клітинах мають овальну форму, помірну електроннооптичну щільність матриксу та паралельно орієнтовані кристи. Біля ядра розташовуються 1-2 крупні овальної форми лізосоми та декілька мультивезикулярних тілець. Дендрити нейросекреторних клітин містять світлу цитоплазму, поодинокі мітохондрії, невелику кількість трубочок; на їх поверхні розрізняють шипики. Аксолема нейросекреторних клітин містить невелику кількість нейрофібрил і нейротрубочок, мітохондрії, цистерни гранулярної ендоплазматичної сітки, секреторні гранули.
Нейросекреторні клітини оточені клітинами глії у співвідношенні 1 : 10. Нами виділено
5 різних типів гліальних клітин. В надзоровому ядрі переважають астроцити та олігодендроцити, які складають половину всього клітинного складу.
Розрізняють протоплазматичні та волокнисті астроцити. Перші містять світлу цитоплазму і крупні довгі відростки, які, розгалузуючись, глибоко проникають між структурами нейропіля. їх ядра мають округлу форму, з дифузно розміщеними гранулами хроматину. Біля ядра розміщується добре розвинений пластинчастий комплекс Гольджі. В цитоплазмі клітин і відростків наявна гранулярна ендоплазматична сітка і невелика кількість вільних рибосом. Волокнисті астроцити містять полігональної форми ядро з маргінально розміщеним гетерохроматином. У цитоплазмі низької електронно-оптичної щільності містяться цистерни гранулярної ендоплазматичної сітки, невеликі овальні мітохондрії та велика кількість мікрофіламентів.
Олігодендроцити мають цитоплазму помірної електронно-оптичної щільності, темні округлі ядра і мітохондрії неправильної конфігурації. Від клітин відходять 1 -2 відростки, інколи можна спостерігати наявність мезаксона та декілька витків мієлінової оболонки. Мікрогліальні клітини спостерігаються досить рідко. Цитоплазма їх високої електронно -оптичної щільності, ядра темні, клітинні органели малочислені.
Поряд з нервовими і гліальними клітинами у структурі надзорового ядра, виявляється велика кількість мієлінових і безмієлінових нервових волокон, аксо-соматичних і аксо-дендритичних синапсів.
Гемомікроциркуляторне русло цього утворення представлене капілярами соматичного типу, стінка яких побудована з ендотеліальних клітин, базальної мембрани та окремих перицитів. Просвіт капілярів оточується 1-2 ендотеліоцитами, які містять ядра овальної або веретеноподібної форми з дифузно розсіяним хроматином. Двохмембранна каріолема має нерівні фестончасті контури. Основна частина органел розміщується поблизу ядра. Пластинчастий комплекс Гольджі має типову будову, гранулярна ендоплазматична сітка представлена невеликою кількістю цистерн з фіксованими на їх поверхні рибосомами, овальної форми мітохондрії мають помірної щільності матрикс та поперечно орієнтовані кристи. По всій цитоплазмі у невеликій кількості розсіяні піноцитозні пухирці. Люменальна поверхня плазмолеми утворює поодинокі пальцеподібні випинання, а базальна поверхня щільно контактує з трьохшаровою базальною мембраною. Між сусідніми ендотеліоцитами існують виключно щільні міжклітинні контакти. У дублікатурах базальної мембрани розміщуються перицити та їх відростки, які мають веретеноподібну форму. Останні містять овальної форми ядро, яке має різну орієнтацію до довгої осі капіляра. В каріоплазмі зерна хроматину розподіляються дифузно. Перинуклеарний простір представлений вузькою осміофобною щілиною. У навколоядерній зоні розміщуються пластинчатий комплекс Гольджі, канальці гранулярної ендоплазматичної сітки та мітохондрії. У цитоплазмі розсіяні поодинокі вільні рибосоми, полісоми і мікропіноцитозні пухирці. Характерними для перицита є наявність довгих складної форми відростків, які розміщуються вздовж довгої осі капілярів. У цитоплазмі деяких із них спостерігаються мікрофібрили, які переходять від одного відростка до іншого. Окремі відростки, проникаючи через базальну мембрану, контактують з ендотеліоцитами.
Комплекс, який складається із ендотеліоцитів, базальної мембрани та астроцитів, розташованих між нейросекреторними клітинами та капілярами, входить до складу гематоенцефалічного бар’єру. Слід відмітити, що безпосереднього контакту нейросекреторних клітин з капілярами [14] та, так званих, ендоцелюлярних капілярів [1] нами не виявлено. Таким чином, в нормі в надзоровому ядрі є два види нейросекреторних клітин: світлі і темні, які подекуди безпосередньо контактують між собою, що підтверджується даними інших дослідників і суперечить даним тих авторів, які вважають, що нейросекреторні клітини оточені з усіх боків клітинами глії і контактують тільки за допомогою синапсів [3]. Більшість нейросекреторних клітин знаходиться в фазі нормального функціонування, а саме, містять поодинокі гранули нейросекрету або біля ядра, або у аксонах гіпоталамо-нейрогіпофізарного тракту. Через два тижні після моделювання стрептозотоцинового цукрового діабету світлі і темні нейросекреторні клітини знаходяться в фазі гіперсекреції. Це підтверджується збільшенням об’єму їх ядер, підвищенням щільності ядерець, утворенням неглибоких інвагінацій каріолеми, незначним розширенням перинуклеарного простору. При цьому, збільшується кількість цистерн, пухирців і вакуолей пластинчатого комплексу Гольджі, їх помірне розширення, спостерігається накопичення осміофільного матеріалу з подальшим утворенням гранул нейросекрету та їх нагромадженням. Цистерни гранулярної ендоплазматичної сітки розширюються, на їх поверхні зменшується кількість прикріплених рибосом. У деяких мітохондріях просвітлюється матрикс, частково або повністю руйнуються кристи.
Серед гліальних клітин виявлені однотипні зміни, а саме, розширення канальців пластинчатого комплексу Гольджі, зменшення кількості рибосом на цистернах гранулярної ендоплазматичної сітки, поява поодиноких вакуолей, що вказує на гіпоксію цих клітин [3, 6].
У капілярах гіпоталамусу відмічаються еритроцитарні саджі та тромбоцитарні агрегати. Найбільш виражених змін зазнають ендотеліоцити, в цитоплазмі яких зростає кількість мікропіноцитозних пухирців і вакуолей. Люменальна поверхня плазмолеми утворює різної форми випинання в просвіт капілярів, що ініціює розвиток мікроклазматозу та ще більше погіршує кровотік. У поодиноких ендотеліоцитах відмічається каріопікноз, каріолізис, деструкція крист мітохондрій, руйнування цистерн гранулярної ендоплазматичної сітки та складових частин комплексу Гольджі. Вважається, що ініціюючим фактором ураження ендотелію при цукровому діабеті є глюкозурування гемоглобіну, що призводить до зміни поверхневого заряду еритроцитів, наслідком чого є виникнення сладжів та аглютинація
еритроцитів. Це проявляється виникненням капілярного стазу та мікротромбозу, завдяки яким створюються умови для розвитку циркуляторної та гемічної гіпоксії та активації перекисного окислення ліпідів, що веде до пошкодження мембранних структур клітин стінки капілярів та формених елементів крові [13, 14]. Додатковими факторами пошкодження мембран ендотеліальних клітин вважають кетоацидоз та глюкозурування N-кінців трансмембранних протеїнів, що призводить до зниження синтезу ними вазодилятаторів (оксиду азоту і простациклінів). Виникаючий при цьому спазм артеріол поглиблює гіпоксію і відповідно вільнорадикальне пошкодження клітинних мембран. Важливим фактором ураження ендотелію при цукровому діабеті є сорбітоловий шлях метаболізму глюкози, який пов’язаний з активацією альдоредуктази з подальшим накопиченням сорбітолу в ендоте -ліальних клітинах, що призводить до осмотичного набряку та руйнування останніх [4, 13].
1. У нормі надзорове ядро переднього гіпоталамуса містить світлі і темні нейросекреторні клітини з добре розвиненим білоксинтезуючим апаратом. Ці клітини оточуються нейроглією і подекуди безпосередньо контактують між собою, кровопостачаються капілярами соматичного типу, елементи стінки яких разом з астроцитами утворюють гематоенцефалічний бар’єр.
2. При експериментальному стрептозотоциновому цукровому діабеті виникають ультраструктурні зміни нейро-гліо-капілярних комплексів надзорового ядра, відмічаються ознаки активації синтезу та транспорту нейросекрету в нейрогіпофіз.
1. Алешин Б. В. Г истофизиология гипоталамо-гипофизарной системы / Алешин Б. В. - М.: Медицина, 1971. - 439 с.
2. А.с. на раціоналізаторську пропозицію. Спосіб моделювання цукрового діабету в експерименті / В. А. Левицький, О. Я. Жураківська, В. А. Міськів. - № 1/2585; подано15.01.09; визн. рац. 12.02.09.
3. Бабийчук В. Г. Структурно-функциональное состояние гематоэнцефалического барьера гипоталамуса старых крыс при действии экстремального охлаждения / В. Г. Бабийчук, В. С. Марченко // Світ медицини та біології. - 2005. - № 3. - С. 91-94.
4. Большова Е. В. Соматотропная функция гипофиза у детей и подростков при сахарном диабете в зависимости от клинического течения заболевания / Е. В. Большова, В. В. Попова // Український медичний часопис - 2000. - № 2. - C. 128-132.
5. Войткевич А. А. Ультраструктурне основы гипоталамической нейросекреции / А. А. Войткевич, И. И. Дедов. - М.: Медицина, 1972. - 240 с.
6. Перекисное окисление липидов и состояние системы антиоксидантной защиты при инсулинзависимом сахарном диабете у детей и подростков / Д.А. Кашкалда, Н.В. Филиппова, Л.Д. Никитина [и др.] // Ендокринологія. - 2001. - Том.6, №1. - С. 37-43.
7. Мозговая Т. П. Гистологический анализ эпифиза и гипофиза мозга родителей и потомков при моделировании стресса / Т. П. Мозговая, Г. И. Губина-Вакулик, Т. В. Горбач // Врачебная практика: Науч.-практ. журн. - 2007. - № 4. - C. 95-98.
8. Мазурина Н. К. Нарушения гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы при сахарном
диабете / Н. К. Мазурина // Проблемы эндокринологии. - 2007 - Т.53, №2. - C. 29-34.
9. Becquet D. Ultrastructural plasticity in the rat suprachiasmatic nucleus. Possible involvement in clock
entrainment / D. Becquet, C. Girardet, F. Guillaumond // Glia. - 2008. - V. 56, № 3. - P. 294-305.
10. Belenky M. A. Heterogeneous expression of gamma-aminobutyric acid and gamma-aminobutyric acid-associated receptors and transporters in the rat suprachiasmatic nucleus / M. A. Belenky, Y. Yarom, G. E. Pickard // J. Comp. Neurol. - 2008. - V. 506, № 4. - P. 708-732.
11. Bouret S. G. Hypothalamic neural projections are permanently disrupted in diet-induced obese rats / S.
G. Bouret, J. N. Gorski, C. M. Patterson // Cell. Metab. - 2008. - V. 7, № 2. - P. 179-185.
12. Egertov Y. M. Localization of N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D (NAPE-PLD)expression in
mouse brain: A new perspective on N-acylethanolamines as neural signaling molecules / Y. M. Egertov, G. M. Simon, B. F. Cravatt [et al.] // J. Comp. Neurol. - 2008. - V. 506, № 4. - P. 604-615.
13. Shirasawa N. Intercellular communication within the rat anterior pituitary: XIV electron microscopic and immunohistochemical study on the relationship between the agranular cells and GnRH neurons in the dorsal pars tuberalis of the pituitary gland / N. Shirasawa, E. Sakuma, I. Wada [et al.] // Anat. Rec. (Hoboken). -2007. - V.290, №11. - P.1388-1398.
14. Nuclear compartmentalization and dynamics of the poly(A)-binding protein nuclear 1 (PABPN1) inclusions in supraoptic neurons under physiological and osmotic stress conditions // N.T. Villagra, R.Bengoechea, J.Llorca [et al.] // Mol. Cell. Neurosci. - 2008. - V.37, №3. - P.622-633.
УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НАДЗРИТЕЛЬНОГО ЯДРА ГИПОТАЛАМУСА В НОРМЕ И ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ Левицкий В.А., Жураковская О.Я.
Работа посвящена изучению ультраструк-турной организации надзрительного ядра переднего гипоталамуса в норме и при экспериментальном стрептозотоциновом сахарном диабете. Установлено, что в норме это ядро состоит из светлых и темных нейросекреторных клеток, которые окружены глиальными клетками и капиллярами. Через 2 недели после моделирования стрептозотоцинового диабета отмечаются значительные ультраструк-турные изменения нейро-глио-капиллярных комплексов ядра, признаки синтетической и транспортной активации нейросекреторных клеток.
Ключевые слова: гипоталамус, надзритель-ное ядро, сахарный диабет, кровеносные сосуды.
ULTRA-STRUCTURAL ORGANIZATION OF SUPRAOPTIC NUCLEUS OF HYPOTHALAMUS IN NORM AND AT DIABETES MELLITUS Levytskiy V.A., Zhurakivska O. Ya.
The advanced study is devoted to studies of ultra-structural organization of supraoptic nucleus of anterior hypothalamus in norm and at the experimental streptozotocin-induced diabetes mellitus. It is set that in norm this nucleus consists of light and dark neurosecretorial cells which are surrounded by glial cells and capillaries. In 2 weeks after designing the stretpozotocin-induced diabetes ultrastructural changes of neuro-glial-ca-pillary complexes of nucleus have come noticeable, signs of the synthetic and transporting activation of neurosecretorial cells have appeared.
Key words: hypothalamus, supraoptic nucleus, diabetes mellitus, blood vessels.
УДК 612.592:612.135.085
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АНГИОАРХИТЕКТОНИКА МОЗГА ПРИ ДЕЙСТВИИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ХРОНИЧЕСКОГО
АЛКОГОЛИЗМА
Несмотря на успехи современной медицины, алкоголизм остается актуальной научной и социальной проблемой. Многочисленные исследования показали, что длительная алкоголизация, оказывая воздействие на нейрохимические процессы в головном мозге, вызывает функциональную деградацию нейромедиаторных систем, зависимую от поступающих доз психически активного вещества. Развивающиеся межсистемные и межорганные взаимозависимые патологические реакции на фоне продолжающейся алкоголизации способствуют перерастанию функциональных изменений в органах в стойкие морфофункциональные поражения органов и систем. Так как в патологический процесс включены не только органы и системы, а практически все регуляторные и межсистемные цепи, реализующие взаимосвязь регуляторных и исполнительных механизмов, то и терапевтические воздействия должны быть направлены одновременно на все патологические проявления хронической этиловой интоксикации. Поэтому в комплекс лечебных мероприятий должны входить методы, обладающие возможностью одновременного воздействия на психоэмоциональную, центральную регуляторную и соматическую сферы. Одним из таких методов, как показано экспериментальными исследованиями, может быть экстремальная криотерапия -кратковременное нахождение живого организма в криокамере при -1200С. Экстремальное криовоздействие (ЭК) приводит к развитию компенсаторно-адаптационных реакций, направленных на повышение интенсивности метаболических внутриклеточных процессов, возрастанию активности репаративных внутриклеточных процессов. Метод ЭК направлен прежде всего на активацию собственных гомеостатических регуляторных систем. Лечебные эффекты, которые наблюдаются при ЭК, могут быть связаны с тем, что организм реагирует на влияние холода не только системой терморегуляции, но и всеми возможными адаптационными механизмами, включая гипоталамо-гипофизарно-адреналовую, иммунную, эндокринную системы. К числу наиболее важных аспектов физиологического действия экстремального холода при ЭК относятся изменения деятельности высших вегетативных
