особенности морфофункционального состояния эпифиза мозга

ОСОБЕННОСТИ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ
ЭПИФИЗА МОЗГА КРЫС-ПОТОМКОВ ПРИ НИЗКОИНТЕНСИВНОМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ОБЛУЧЕНИИ ИХ МАТЕРЕЙ
Денисенко С. А., Губина-Вакулик Г. И.
Харьковский национальный медицинский университет
В настоящее время электромагнитные
поля (ЭМП) широко распространены в среде обитания человека. Особого внимания заслуживают такие источники массового воздействия ЭМП на человека, как телевизоры, компьютеры, средства радиосвязи, базовые станции передачи телевизионного сигнала, бытовая и офисная техника. Данные
литературы последних лет свидетельствуют о негативном влиянии электромагнитного излучения (ЭМИ) техногенного характера на живые организмы [1–4]. Электромагнитная среда обитания может рассматриваться как источник помех жизнедеятельности человека и других организмов, поскольку процессы жизнедеятельности осуществляются в том числе с использованием внутри- и внеклеточной передачи информации
с помощью электромагнитного поля. Широкое применение в быту и на производстве
приборов — излучателей электромагнитных
волн обусловило невозможность исключения действия ЭМИ до и во время беременности.
В исследованиях, посвященных изучению влияния ЭМИ на биологические объекты [2], абсолютно отсутствует информация
о влиянии этого фактора окружающей среды на эпифиз мозга. В настоящее время общепризнано, что пинеальная железа является одним из важнейших посредников между внешней и внутренней средой организма,
обеспечивая регуляцию жизнедеятельности
всех органов и систем в зависимости от условий обитания [5].
Целью настоящего исследования явилось изучение морфофункционального состояния эпифиза мозга трехмесячных крыс
обоего пола — потомков матерей, испытавших воздействие ЭМИ до и во время беременности или только до беременности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперимент проведен на трехмесячных крысах популяции Вистар. Их матери (взрослые самки двух основных групп)
подвергались воздействию низкоинтенсивного ЭМИ сантиметрового диапазона
112
(1–10 см) с плотностью потока мощности
до 3 мВт/см2 ежедневно по 4 часа в течение
одного месяца до беременности и в течение
всего периода беременности (I группа) либо в течение двух месяцев до беременности
Проблеми ендокринної патологiї № 4, 2009
Експериментальнi дослiдження
(II группа). Для облучения животных использовался излучатель в виде рупора прямоугольной формы с площадью основания
875 см2 (излучатель высокочастотный генератор Г4-190-3/1, излучающая антенна типа
П-6-23А). Излучение энергии, выражаемое
в плотности потока мощности в зоне, где
находились экспериментальные животные,
составляло менее 3 мВт/см2 (уровень не
превышающий теплового эффекта) [6] Матери животных контрольной группы ежедневно по 4 часа в сутки выдерживались
в камере, соответствующей по размерам камере прибора. Полученное потомство выводилось из эксперимента днем путем декапитации под легким эфирным наркозом.
Во время всего эксперимента животные содержались в стандартных условиях вивария
на стандартном рационе.
Исследования были проведены согласно положениям национальных «Загальних
етичних принципiв експериментiв на тваринах» (Украина, 2001), согласованных с положением «Европейской конвенции о защи-
те позвоночных животных, которые используются для экспериментальных и других научных целей» (Страсбург, 1985).
Для биохимического исследования брали сыворотку крови, спектрофлуориметрическим методом определяли содержание серотонина [7], поскольку днем эпифиз мозга
продуцирует в большем количестве серотонин, чем мелатонин. Морфологическое исследование эпифиза мозга проведено согласно стандартной методике: фиксация в формалине, спиртовая проводка, заливка в парафин и изготовление срезов. Использовалась окраска срезов гематоксилином-эозином, галлоцианом по Эйнарсону. Полученные гистологические препараты изучались с помощью микроскопа «Axiostar-plus»
(Zeiss, Германия) с последующей морфометрией с помощью программы «Видео ТесТ»
(Россия).
Полученный цифровой материал статистически обработан с использованием t-критерия Стьюдента с определением показателя значимости P.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Особенностью пинеалоцитов является
их способность синтезировать и выделять
в кровь индоламин серотонин (за гематоэнцефалическим барьером выполняющий
функции медиатора). Из серотонина в отсутствие освещения в эпифизе мозга образуется мелатонин. Источником происхождения серотонина крови может быть, в большей степени, эпифиз мозга и, в меньшей степени, клетки APUD-системы, поскольку их
роль — локальная регуляция. Изучение содержания серотонина в крови крыс, внутриутробно перенесших действие ЭМИ, выявило повышенное его содержание в крови
самок I и II групп, самцов II группы и тенденцию к повышению в крови крыс-самцов
I группы (рис. 1).
Гистологическая картина эпифиза мозга подтверждает обнаруженный факт гиперпродукции индоламинов у потомков животных, испытавших воздействие низкоинтенсивного ЭМИ. При визуальном сравнении эпифиз мозга животных I группы мень-
Проблеми ендокринної патологiї № 4, 2009
ших размеров (гипотрофичен) по сравнению с контрольной и II группами, а эпифиз мозга животных II основной группы
крупнее, чем в контрольной группе (гиперпластичен). При микроскопическом исследовании обнаружено, что паренхима эпифиза животных I группы сформирована клетками, имеющими более крупные ядра, чем
в контроле (см. табл.), угловатой формы,
хроматин гетерохромный, но мелкодисперсный, поэтому при окраске галлоцианином
ядра выглядят светло-серыми, более светлыми, чем в контроле (рис. 2, 3). Их цитоплазма чаще, чем в контрольной группе,
имеет большие запасы индоламинов в виде
прозрачных вакуолей. Наоборот, пинеалоцитов, имеющих цитоплазму с признаками
одновременной продукции и индоламинов
и полипептидов в эпифизе мозга животных
I группы меньше, чем в контрольной группе. Такие особенности строения большинства пинеалоцитов свидетельствуют о повышении продукции индоламинов и создании
113
Експериментальнi дослiдження
запасов. При этом покоящиеся пинеалоциты
практически отсутствуют, тогда как в контрольной группе — они в заметном количестве.
Рис. 1. Уровень серотонина в сыворотке крови
крыс-потомков.
* — относительно контрольной группы (p < 0,05).
Рис. 2. Эпифиз трехмесячных крыс потомков
(контроль). Пинеалоциты смешанного типа,
цитоплазма с мелкими вакуолями.
Окраска гематоксилин-эозин. Ув. ×400.
Рис. 3. Эпифиз трехмесячных крыс-потомков
(I группа). Преобладают пинеалоциты с ядрами
угловатой формы (индоламинпродуцирующие
клетки).
Окраска гематоксилин-эозин. Ув. ×400.
114
К тому же обращает внимание уменьшение количества пинеалоцитов на единицу площади в срезах (I группа), что обусловлено как увеличением размеров клеток,
так и местами возникающей разреженностью пинеальной ткани, очевидно, из-за апоптоза пинеалоцитов.
Во II группе животных (потомки крыссамок, подвергавшихся воздействию ЭМИ
до беременности) эпифиз мозга имеет следующие особенности. В большинстве своем
пинеалоциты имеют угловатое ядро, достаточно часто просматривается ядрышко, цитоплазма сильно вакуолизирована (рис. 4).
При кариометрическом анализе не выявлено изменения средней площади ядер пинеалоцитов по сравнению с контрольной группой (табл. 1), хотя обнаружено достоверное
уменьшение количества клеток на определенной площади, однако, менее выраженное, чем в I группе. Наблюдается большее,
чем в контрольной группе, количество пинеалоцитов, имеющих эухромное ядро, с центрально расположенным ядрышком и эозинофильной цитоплазмой — это пинеалоциты, активно работающие на продукцию полипептидов. Кроме того, в эпифизе мозга животных этой группы, по сравнению
с контролем, наблюдается уменьшение количества «запасных», покоящихся клеток
(находящихся на низком функциональном
уровне), тогда как в I группе они практически отсутствуют. Местами встречаются участки ткани с редко расположенными
пинеалоцитами, однако, процесс разреженности пинеальной ткани выражен в гораздо
меньшей степени, чем в I группе.
Таким образом, у животных обеих
подопытных групп наблюдается картина
морфофункциональной активации эпифиза мозга. При этом отдельный пинеалоцит в I группе «работает» более напряженно, чем во II группе. Кроме того, если
в I группе абсолютно доминируют пинеалоциты с цитологическими признаками индоламинпродукции, а полипептидпродуцирующих и покоящихся пинеалоцитов очень
мало, то во II группе эпифиз мозга имеет морфологические признаки гораздо больших функциональных возможностей железы в целом.
Проблеми ендокринної патологiї № 4, 2009
Експериментальнi дослiдження
Т а б л и ц а
Морфометрические показатели клеточной популяции
эпифиза трехмесячных крыс-потомков, X ± SX
Количество
клеток на
площади 450 мкм2
(n = 50)
Клетки центральной
зоны железы (n = 90)
Клетки периферической
зоны железы
Контроль
7,7 ± 0,1
16,0 ± 0,3
11,9 ± 0,2, #, n = 60
I группа
6,5 ± 0,1*
20,3 ± 0,6*
17,8 ± 0,8*, #, n = 50
II группа
6,8 ± 0,1*
16,5 ± 0,4
10,2 ± 0,2, #, n = 60
Группа
Площадь ядер пинеалоцитов, мкм2
П р и м е ч а н и е. # (р < 0,05) — различия достоверны внутри группы; * (p < 0,05) — относительно
контрольной группы.
Определение уровня серотонина в этих
двух группах также показало большую
активность эпифиза мозга во II группе.
Небольшое повышение уровня серотонина
в I группе объясняется наличием морфологической картины уменьшения клеточного
потенциала эпифиза мозга, что обусловливает максимально выраженную активацию
отдельного пинеалоцита.
Рис. 4. Эпифиз трехмесячных крыс-потомков
(II группа). Повышенная вакуолизация
цитоплазмы.
Окраска гематоксилин-эозин. Ув. ×400.
Можно предположить, что воздействие
ЭМИ на женскую особь до беременности оказывает непосредственно или стрессопосредованно некое эпигеномное влияние
на яйцеклетку, обусловливая у потомков
нестойкость биомембран и стимуляцию пролиферативных процессов как компенсаторный механизм в связи с ускоренным апоптозом. Одним из проявлений этих процессов является гиперпластичный эпифиз мозга, описываемый в данной статье у животных II группы. Эпигеномные влияния, в отличие от мутагенных, не повреждают гены, а изменяют их экспрессию, обеспечивая улучшение или ухудшение тканевых резервов и репаративных возможностей [8].
О существенной роли эпигеномных влияний в течении процессов старения и развитии болезней старения пишут V. Calvanese
et al. [9].
Если же потомок самки, до беременности облучавшейся ЭМИ, к тому же еще
и внутриутробно испытывал воздействие
ЭМИ (I группа), то его эпифиз мозга активирован настолько, что многие пинеалоциты из-за очень интенсивного функционирования гибнут путем апоптоза, исчерпав свой потенциал. Остающиеся пинеалоциты гипертрофируются, что мы и наблюдали у животных I группы, но в наблюдаемый период суммарное их функционирование уже понижено по сравнению с животными II группы.
ВЫВОДЫ
1. Воздействие низкоинтенсивного ЭМИ
сантиметрового диапазона на женскую
особь до беременности обусловливает у поПроблеми ендокринної патологiї № 4, 2009
томков гиперплазию пинеалоцитов в эпифизе мозга, повышение его морфофункциональных возможностей.
115
Експериментальнi дослiдження
2. Воздействие низкоинтенсивного ЭМИ
сантиметрового диапазона на женскую
особь до и во время беременности вызывает у потомков увеличение нагрузки на эпифиз мозга, видимо, с ускорением апоптоза
пинеалоцитов, снижением количества пинеалоцитов в эпифизе мозга. В течение онтогенеза можно прогнозировать более быстрое
понижение его морфофункциональных возможностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бинги В. Н. Биологические эффекты электромагнитных полей нетеплового уровня. Проблема понимания
и социальные последствия [Tекст] / В. Н. Бинги // Физика взаимодействия живых объектов с окружающей средой: тр. междунар. совещания «Новые результаты в биофизике взаимодействия живых объектов с окружающей
средой», Москва, 7 дек. 2002. — М.: МИЛТА. — 2004. —
С. 43–69.
2. Григорьев Ю. Г. Отдаленные последствия биологического действия электромагнитных полей [Tекст]
/ Ю. Г. Григорьев // Радиац. биол. Радиоэкол. — 2000. —
Т. 40, № 2. — С. 217–225.
3. Лебедева Н. Н. Реакция центральной нервной системы человека на электромагнитные поля с различными биотронными параметрами [Tекст] / Н. Н. Лебедева
// Биомедицинская радиоэлектроника. — 1998. — № 1. —
С. 24–36.
4. Никитина В. Н. О взаимосвязи раннего старения организма с воздействием электромагнитных излучений [Tекст] / В. Н. Никитина // Клинич. геронт. —
1997. — № 3. — С. 14–18.
5. Бондаренко Л. А. Современные представления
о физиологии эпифиза[Tекст] / Л. А. Бондаренко
// Нейрофизиология. — 1997. — Т. 29, № 3. — С. 212–
237.
6. Пресман А. С. Электромагнитные поля и живая
природа [Tекст] / А. С. Пресман. — М.: Наука, 1968. —
287 с.
7. Colin Atack For Magnusson. A procedure for the
isolation of Noradrenalin, Dopamine, 5-Hydroxytryptamine
and Histamine from the Same Tissue Sample using a single Column of Strondly acidic cation exchange Resin [Text]
/ Colin Atack For Magnusson. // Acta Pharmacol. Toxicol. — 1978. — Vol. 42. — P. 35–57.
8. Impaired perinatal growth and longevity: a life
history perspective [Text] / D. M. Sloboda, A. S. Beedle,
C. L. Cupido [et al.] // Curr Gerontol Geriatr Res. —
2009. — Sep 6. — P. 608–740.
9. The role of epigenetics in aging and age-related diseases [Text] / V. Calvanese, E. Lara, A. Kahn [et al.] // Ageing Res Rev. — 2009. — № 8 (4). — P. 268–76.
ОСОБЛИВОСТI МОРФОФУНКЦIОНАЛЬНОГО СТАНУ ЕПIФIЗА МОЗКУ
ЩУРIВ-НАЩАДКIВ ЗА УМОВ НИЗЬКОIНТЕНСИВНОГО
ЕЛЕКТРОМАГНIТНОГО ОПРОМIНЮВАННЯ ЇХ МАТЕРIВ
Денисенко С. А., Губiна-Вакулик Г. I.
Харкiвський нацiональний медичний унiверситет
В експериментi на нащадках самок щурiв, якi зазнали впливу електромагнiтного випромiнювання сантиметрового дiапазону до та пiд час вагiтностi або тiльки до вагiтностi, вивчено
морофометричнi показники епiфiза мозку i рiвень серотонiну в сироватцi кровi. Встановлено,
що дiя електромагнiтного випромiнювання в ембрiональний i передембрiональний перiоди призводить до змiни морфофункцiональної активностi епiфiзу мозку нащадкiв.
К л ю ч о в i с л о в а: вагiтнiсть, нащадки, електромагнiтне випромiнювання, епiфiз мозку, серотонiн.
ОСОБЕННОСТИ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЭПИФИЗА
МОЗГА КРЫС-ПОТОМКОВ ПРИ НИЗКОИНТЕНСИВНОМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ОБЛУЧЕНИИ ИХ МАТЕРЕЙ
Денисенко С. А., Губина-Вакулик Г. И.
Харьковский национальный медицинский университет
В эксперименте на потомках самок крыс, подвергавшихся воздействию электромагнитного
излучения сантиметрового диапазона до и во время беременности либо только до беременности, изучены морфометрические показатели эпифиза мозга и уровень серотонина в сыворотке
крови. Установлено, что воздействие электромагнитного излучения в эмбриональный и предэмбриональный периоды приводит к изменению морфофункциональной активности эпифиза мозга
потомков.
К л ю ч е в ы е с л о в а: беременность, потомки, электромагнитное излучение, эпифиз мозга, серотонин.
116
Проблеми ендокринної патологiї № 4, 2009
Експериментальнi дослiдження
THE DISTINCTIVE MORPHOFUNCTIONAL FEATURES OF PINEAL GLAND
OF RATS OFFSPRING BORN FROM MOTHERS WHO HAVE BEEN EXPOSED
TO THE LOW-INTENSIVE ELECTRO-MAGNETIC IRRADIATION
S. A. Denisenko, G. I. Gubina-Vakulik
Kharkiv National Medical University
Morphometrical pineal gland indices and the serotonin level were studied in the offspring of female
rats exposed to the electro-magnetic irradiation of centimetric range prior and following pregnancy. It
has been postulated that electromagnetic exposure during the embryonal and preembryonal periods
results in the morphofunctional changes in their offspring‘ pineal gland.
K e y w o r d s: pregnancy, electro-magnetic irradiation, offspring, pineal gland.
Проблеми ендокринної патологiї № 4, 2009
117