CC BY
22
УДК 612.432.014.462+591.88.086.3:611.813.1
ВЛИЯНИЕ ОСТРОЙ ГИПЕРОКСИИ НА УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НЕЙРОГИПОФИЗА КРЫС
© 2006 г. Э.А. Бардахчьян, А. А. Синичкин, А.Б. Сагакянц
The influence of toxic regime of hyperbaric oxygenation (0,7MPa of oxygen, during 20-30 min, causing generalized clonic-tonic convulsions, in 10 and 20 min of postconvulsion periods) on ultrastructural changes in neurohypophysis (neurosecretory filaments and endings, neuroglia and capillars) of rats was investigated.
Известно, что острая гипероксия вызывает существенные функционально-биохимические, патогисто-логические и ультраструктурные изменения в различных органах и тканях организма, и в первую очередь в центральной нервной системе [1 - 3]. На течение кислородной интоксикации существенное влияние оказывают железы внутренней секреции. В [4, 5] показана решающая роль функционирования нейросекре-торных отделов мозга - гипоталамуса, гипофиза, эпифиза - и прослежена динамика гормонсвязывающих белков - нейрофизинов, экзогенного ферритина, альбумина в ткани гипофиза и сыворотке крови крыс при острой гипероксии.
В настоящем исследовании изучено влияние острой гипероксии на ультраструктурные изменения нейрогипофиза крыс.
Материалы и методы исследования
Материалом для настоящего исследования послужили половозрелые белые крысы-самцы линии Вис-тар массой 250-300 г. Сеансы ГБО осуществляли в специальной барокамере объемом 60 л с использованием медицинского кислорода. Животных поодиночке помещали в барокамеру. Для поглощения выдыхаемой ими углекислоты использовали концентрированный раствор щелочи. Проводили предварительную вентиляцию камеры кислородом в течение 3-4 мин. Скорость компрессии и декомпрессии эксперимента составляла 0,3 МПа кислорода в минуту. В камере создавали давление кислорода 0,7 МПа в течение 2030 мин до проявления у крыс генерализованных кло-нико-тонических судорог («кислородная эпилепсия»). В постгипероксическом периоде (ПГП) животных извлекали из барокамеры и декапитировали через 10 или 20 мин. После декапитации у контрольных и опытных животных немедленно вскрывали череп и извлекали гипофиз, выделяли заднюю долю - нейро-гипофиз для электронно-микроскопического исследования. Кусочки ткани фиксировали в 2,5-процентном растворе глутарового альдегида на 0,1М фосфатном буфере (рН 7,4) в течение 1ч с постфиксацией в 1-процентном растворе четырехокиси осмия на том же буфере в течение 1ч при 4 °С. После обезвоживания в спиртах восходящей концентрации материал заключали в эпон 812. На полутонких срезах, окрашенных толуидиновым синим, изучали общие изменения. В последующем срезы, полученные с тех же блоков на ультрамикротоме ЬКВ-8800, контрастировали ура-
нилацетатом и цитратом свинца и просматривали в электронном микроскопе ШМ-1008 .
Результаты исследования
Электронно-микроскопические наблюдения показывают, что нейрогипофиз контрольных крыс, как и других позвоночных, образован исключительно без-мякотными нейросекреторными волокнами и их расширениями, а также аксонами, лишенными элементарных гранул. Эти волокна ориентированы в различных направлениях и располагаются очень плотно друг к другу, а также по отношению к питуицитам, адвен-тициальным клеткам и капиллярам (рис.1 а, б, г).
Рис. 1. Ультраструктура нейрогипофиза крысы (контроль): а - группа нейросекреторных волокон и окончаний, заполненных элементарными гранулами. Увел. 6000; б -тельце Герринга образует контакт с нейросекреторными волокнами и олигопитуицитом. Увел. 8000; в - астропитуи-цит с центрально расположенным ядром и неизмененными органеллами. Увел. 8000; г - капилляр нейрогипофиза, окруженный варьирующим по ширине периэндотелиальным пространством. Увел. 3000
Нейросекреторные волокна, собранные в пучки, расположены на некотором отдалении от капилляров, так как последние окружены скоплением нейросекре-торных окончаний. Структурами, характерными для нейросекреторных аксонов, являются многочисленные элементарные гранулы нейросекрета (рис. 1). Помимо гранул, в аксоплазме обычно находятся тончайшие нейропротофибриллы и митохондрии, имеющие вытянутую форму и матрикс умеренной электронной плотности.
Нейросекреторные окончания округлой или овальной формы, в их аксоплазме встречаются типичные элементарные гранулы, характерные и для нейросекреторных волокон. Наблюдаются также пузырьковидные структуры того же размера, что и элементарные гранулы, но лишенные электронноплотно-го центра. Ранее они были обозначены как остаточные нейросекреторные гранулы [6] или пустые пузырьки (empty vesicles) [7, 8]. Предполагается, что они представляют собой липопротеиновые оболочки, оставшиеся после выделения нейросекрета [9].
Кроме различных типов гранул и митохондрий, в окончаниях постоянно присутствуют мелкие оптически пустые синаптические везикулы, окруженные тонкой ограничивающей мембраной. В нейрогипофи-зе синаптических пузырьков больше в окончаниях, где происходит интенсивное выделение нейрогормо-нов, что указывает на их участие в этом процессе.
Наряду с нервными окончаниями в нейрогипофизе регистрируются крупные колбовидно расширенные терминали волокон гипоталамо-гипофизарного тракта. Последние, благодаря своим размерам, имеют отношение к тельцам Герринга, которые идентифицируются также светооптически на полутонких срезах. Электронно-микроскопические исследования подтверждают наличие большого количества тесно расположенных гранул, заключенных в одиночную мембрану (рис.1 б). Тельца Герринга контактируют с окружающими их нервными волокнами и глиальными клетками.
Значительную часть паренхимы нейрогипофиза составляют нейроглиальные клетки - питуициты. У крыс отчетливо выявляются два типа питуицитов, а также клетки промежуточного типа (рис.1а,б,в). Обращает на себя внимание то, что сопоставление первых двух типов питуицитов с глиальными клетками в центральной нервной системе млекопитающих обнаруживает значительное сходство структуры питуици-тов первого и второго типов со структурой астроци-тов и олигодендроцитов соответственно. Поэтому питуициты первого типа называют астропитуицита-ми, а второго типа - олигопитуицитами [10]. Что касается переходных форм между ними, то они полностью совпадают с клетками, которые были описаны как переходные формы между астроглией и олиго-дендроглией в центральной нервной системе [11].
Капилляры нейрогипофиза [12] образованы одним слоем эндотелиальных клеток (рис. 1г). Характерной особенностью является наличие пор, перекрытых тонкой диафрагмой, так что отверстия, как такового, не существует. В зависимости от наличия или отсутствия в эндотелиоцитах ядра ширина просвета сосудов в значительной степени варьирует и внутренняя
поверхность представляется неровной. Другой характерной чертой капилляров нейрогипофиза является периэндотелиальное пространство, ограниченное внутренним и наружным листками базальной мембраны, где находятся фибробласты, коллагеновые волокна, а также изредка нейросекреторные волокна.
Спустя 10 мин после острой гипероксии в нейро-секреторных волокнах и окончаниях отмечено два типа реакции. Чаще всего наблюдается тотальный сброс нейросекрета, что документируется практически полным отсутствием элементарных гранул и си-наптических везикул в аксоплазме (рис. 2а). Реже волокна содержат большое количество гранул, хотя синаптические пузырьки по-прежнему не обнаруживаются (рис. 2б). Независимо от того, происходит ли выделение нейросекрета или его депонирование в аксонах, со стороны энергетического аппарата регистрируется мощная ответная реакция в виде резкого набухания митохондрий (рис. 2а, б). Матрикс орга-нелл просветляется, кристы редуцируются, изменяется форма митохондрий, которые выглядят в виде вакуолей.
Рис. 2. Ультраструктурные изменения спустя 10 мин после острой гипероксии: а - массированный выброс нейросекрета с исчезновением элементарных гранул и синаптиче-ских везикул (первый тип реакции). В цитоплазме астропи-туицита видны липидные капли, в капилляре - феномен вязкого метаморфоза. Увел. 4200; б - нейросекреторные волокна с большим количеством элементарных гранул, но лишенные синаптических везикул (второй тип реакции). Цитоплазма астропитуицита содержит значительное количество липидов в виде гранул. Увел. 5600; в - дистрофические изменения в олигопитуиците. В центре - капилляр, окруженный отростками астропитуицитов с резко набухшими митохондриями и нейросекреторными волокнами, не содержащими элементарных гранул и синаптических везикул, Увел. 7000
В цитоплазме астропитуицитов с постоянством встречается липидный материал в виде капель (рис. 2а) или гранул, окруженных отчетливо контури-рующейся мембраной (рис. 2б).
Олигопитуициты, по-видимому, менее подвержены действию острой гипероксии, хотя изредка в них наблюдаются дистрофические сдвиги, приобретающие необратимый характер (рис. 2в). При этом карио-пикноз и расширение перинуклеарного пространства по всему периметру сочетаются со значительным повышением электронной плотности кариоплазмы, перераспределением ядерного хроматина, образующего скопления в виде глыбок у кариолеммы, а также дезорганизацией органелл цитоплазмы.
Не менее интересной представляется реакция капилляров нейрогипофиза в первые 10 мин ПГП. Отдельные сосуды выглядят спавшимися и с редуцированным просветом, в других - прослеживаются отек эндотели-альных клеток и внутрисосудистые изменения с адгезией и агрегацией тромбоцитов, их дегрануляцией, преципитацией фибрина и образованием смешанных тромбов, что в совокупности составляет так называемый феномен вязкого метаморфоза (рис. 2а). Естественно, включение коагулирующего звена дополняет и усиливает реологические нарушения в нейрогипофизе.
Через 20 мин ПГП в каудальном отделе гипотала-мо-гипофизарной нейросекреторной системы в целом сохраняется направленность ультраструктурных изменений, отмеченных в 10-минутном ПГП. В первую очередь это касается внутрисосудистых сдвигов и тех, которые регистрируются на уровне капиллярной стенки. Вместе с тем в астропитуицитах исчезает ли-пидный материал, но сохраняются признаки вакуольной дистрофии (набухание митохондрий и расширение цистерн гранулярного эндоплазматического рети-кулума), а в олигопитуицитах отсутствуют внутрици-топлазматические повреждения.
На этом фоне с большим постоянством выявляются нейросекреторные волокна и их окончания, заполненные элементарными гранулами. Даже в области аксо-вазальных контактов терминали содержат достаточно большое количество нейросекреторного материала и лишь некоторые из них с признаками интенсивного выведения октапептидов. Интересно, что реакция митохондрий в виде резкого набухания матрикса и даже деструкцией митохондриальных мембран, удерживается на протяжении обоих периодов наблюдения.
Обсуждение
Острая кислородная интоксикация в первые 10 мин ПГП сопровождается ультраструктурными изменениями всех слагаемых нейрогипофиза - нейросекре-
торных волокон и окончаний, нейроглии (астро- и олигопитуицитов) и капилляров.
В аксоплазме наблюдается интенсивное выведение нейросекрета с резким снижением количества элементарных гранул и синаптических пузырьков. Одновременно происходит набухание митохондрий с их деструкцией. В астропитуицитах - вакуольно-жировая дистрофия, в олигодендроцитах изменения менее выражены, хотя в некоторых из них они могут стать необратимыми.
В капиллярах нарушения имеют место на двух уровнях - эндотелиальном и внутрисосудистом. В эндотелии развивается отек, а внутрисосудистые сдвиги манифестируются перестройкой, характерной для формирующегося феномена вязкого метаморфоза.
Спустя 20 мин ПГП повреждения капилляров ней-рогипофиза как наиболее стойкие сохраняются в полном обьеме. В структурах нейроглии, отличающихся большей лабильностью, изменения менее выражены по сравнению с 10-минутным ПГП. Адаптивная реакция в нейросекреторных волокнах характеризуется накоплением элементарных гранул.
Выявленные нами значительные ультраструктурные изменения в нейрогипофизе крыс при острой ги-пероксии позволяют предполагать нарушение «адекватной» проницаемости мембран гемато-нейрогипо-физарного барьера для различных соединений, в том числе и для белковых молекул [4, 5].
Литература
1. Маслова М.Н., Озирская Е.В., Резник Л.В. // Цитология. 1973. Т. 15. № 1. С. 16-21.
2. Кимбаровская Е.М. и др. // Гипербарическая медицина. 1983. Т. 2. С. 125-126.
3. Кричевская А.А. и др. // Нейрохимия. 1986. Т. 5. № 1. С. 37-44.
4. Лепехин В.А. Динамика некоторых белков в нейросекреторных отделах мозга крыс при действии гипербарической оксигенации: Дис....канд. биол. наук. Ростов н/Д, 1985.
5. Sinichkin A.A., Lepeohin V.A., Bardahchjan E.A. // Neuro-chemistry: Cellular, Molecular and Clinical Aspects (Eds. Teeken A., Korf J.). 1997. P. 291-293.
6. Поленов А.Л., Беленький М.А. // Докл. АН СССР. 1964. Т. 154. № 5. С. 940-943.
7. Fujita H., Hartmann F. // Z.Zellforsch. 1961. Vol. 54. № 6. Р. 734-763.
8. Kurosumi K., Matsuzawa T., Shibassaki S. // Gen. Compar. Endocrinol. 1961. Vol. 1. № 5-6. P. 433-452.
9. Palay S.L. // Anat. Records. 1955. Vol. 121. № 3. P. 348.
10. Robertis de E., GerschenfeldH. // Intern. rev. neurol. 1961. Vol. 3. P. 1-65.
11. Fujita H. // Saishin Jdaku. 1961. Vol. 16. P. 831-844.
12. Угрюмов М.В. // Гисто-гематические барьеры и нейро-гуморальная регуляция. М., 1981. C. 180-183.
Ростовский государственный университет,
Научно-исследовательский противочумный институт_7 декабря 2005 г.
