BecHiK - Электронная библиотека | Электронная библиотека ГрГУ

BecHiK
Гродзенскага дзяржаунага
ушверслтэта 1мя Яню Купалы
Серыя 5
Эканомша
Сацыялооя
Б1ялотя
3 ( 161), 2013
120 «Весшк Гродзенскага дзяржаунага ynieepcinama Ыя Янкi Купали. Серым 5. ЭканомЫа. СацыялогЫ. БЫлогш»
УДК 57:616.367-008.811.5/.6)-092.9
С.В. Емельянчик
УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
АСТРОЦИТАРНОЙ ГЛИИ КОРЫ МОЗГА
В ДИНАМИКЕ ОТВЕДЕНИЯ ЖЕЛЧИ У КРЫС
Цель работы - установить ультраструктурные изменения в астроцитарной глии второго, третьего
и пятого слоев коры больших полушарий фронтальной и теменной долей мозга, коры мозжечка
при 1-, 3- и 5-суточном полном наружном отведении всей желчи из организма у крыс как модели
патологии гепатобилиарной системы. Электронно-микроскопическое исследование данных клеток
проведено на 15 белых крысах-самцах гетерогенной популяции массой 225 ± 25 г. Впервые установлена
динамика ряда ультрамикроскопических показателей клеток астроцитарной глии (протоплазматической
и фиброзной (волокнистой) - в равной мере) при ахолии. Описанные изменения, по-видимому, отражают
адаптационные перестройки клеток астроцитарной глии, необходимые для поддержания структурного
гомеостаза в условиях отсутствия компонентов желчи в организме. Возможно, одна из причин данных
изменений - это некомпенсируемая потеря организмом холестерина.
Ключевые слова: наружное отведение желчи, кора мозга, астроглия, крысы.
Введение. Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, возрастающая химизация
продуктов питания создают повышенную нагрузку на гепатобилиарную систему, и, как
следствие, приводит к росту заболеваний органов данной системы. Для лечения иногда
применяют хирургический метод, основанный на дренировании желчевыводящих путей,
что благоприятно сказывается на восстановлении поврежденных гепатоцитов печени [1].
Однако такое состояние создает условия потери желчи организмом, а вместе с ней всех ее
компонентов: желчных кислот, холестерина, билирубина и др. С середины прошлого века
известно, что при ее истечении может развиться так называемая «ахолическая болезнь»,
приводящая к нарушению пищеварения, появлению кровоточивости, порозности костей,
развитию авитаминоза А, В, D, Е, К, нарушению кислотно-щелочного равновесия крови,
деятельности печени и почек, а также нервной системы, где происходит ослабление анализа
и синтеза комплексных раздражителей, снижению условно-рефлекторной деятельности [2].
Однако до сих пор совершенно не исследованы гистологические, гистохимические и
ультрамикроскопические изменения в центральной нервной системе при таком состоянии.
Изучение клеток астроглии коры мозга при отведении желчи из организма не проводили.
Цель исследования - установить ультраструктурные изменения в астроцитарной глии
второго, третьего и пятого слоев коры больших полушарий фронтальной и теменной долей
мозга, коры мозжечка при 1-, 3- и 5-суточном полном наружном отведении всей желчи из
организма крыс.
Материал и методы. В работе использован материал от 56 белых крыс-самцов
гетерогенной популяции массой 225 ± 25 г с соблюдением «Правил проведения работ
с использованием экспериментальных животных» (прилож ение к приказу № 755
от 12.08.1977 г. М3 СССР). 32 опытным крысам накладывали фистулу общего желчного
протока по методу Л.С. Василевской [3] с некоторыми нашими дополнениями [4]. 24 крысам
контрольной группы проводили ложную операцию: им делали все те же манипуляции, что
и опытной группе, только общий желчный проток не вскрывали, а катетер подшивали к
брыжейке двенадцатиперстной кишки, при этом сохранялся физиологический отток желчи
в двенадцатиперстную кишку на протяжении всего эксперимента. По истечении указанных
сроков, предварительно усыпив парами эфира, животных выводили из эксперимента.
С целью контроля функционального состояния печени на протяжении времени отведения
Емельянчик Сергей Владимирович, канд. мед. наук, доц., зав. каф. зоологии и физиологии человека
и животных ГрГУ им. Янки Купалы (Гродно).
Адрес для корреспонденции: п-к Доватора, 3/1,230012, г. Гродно, Беларусь; e-mail: [email protected]
С «ГродзенскI дзяржауны ушверстэм 1мя Янк1 Купалы», 2013
3 (161), 2013
ISSN 2221-5336
121
желчи, изучали некоторые ее биохимические показатели. Так, в двухчасовых порциях,
собранных через 0, 12,24,48, 72,96 и 120 ч после операции, определяли количество желчных
кислот (мг %) и холестерина (ммоль/л). Кроме того, в конце эксперимента под предварительным
эфирным наркозом производили забор крови общепринятыми методами. В плазме крови
определяли количество холестерина (ммоль/л). Применяя стандартные наборы реактивов,
определяли содержание этих веществ кинетическими методами, основанными на изменении
оптической плотности инкубационной среды с использованием спектрофотометра при
соответствующих длинах волн [5]. Данные исследования желчи и плазмы крови осуществляли
с использованием биохимического микроанализатора Architect С 8000 (Abbott Laboratories, США)
и Biological alkali micro-analyzer, type: OP-266/1 (Radelkis). Идентификацию структур проводили
согласно стереотаксическому атласу мозга крысы [6].
Для электронно-микроскопического исследования кусочки ткани, взятые из коры
головного мозга контрольных и опытных животных, обрабатывали общепринятыми
методами. Срезы изготавливали на ультратоме М Т-7000 (СШ А), контрастировали
уранилацетатом и цитратом свинца. Полученные сеточки изучали и фотографировали при
помощи электронного микроскопа JEM 100CXII (Япония) в Центре электронной микроскопии
Института физиологии НАН Беларуси.
Полученные результаты обрабатывали с помощью компьютерной программы Statistica 6.0
for Windows методами непараметрической статистики (Mann-Whitney U-test). Значимыми
считали различия между контрольной и опытной группами при р < 0,05.
Собственные данные и их обсуждение. При биохимическом исследовании желчи через
сутки после начала отведения установлено снижение содержания желчных кислот на 71,7 %
(Z = 2,37; р = 0,018) и холестерина - на 34,8 % (Z = 2,37; р = 0,018). Спустя трое суток в
экспериментальной группе наблюдается уменьшение количества желчных кислот на 57 %
(Z = 2,65; р = 0,008) и холестерина (но статистически недостоверно). Вместе с тем в плазме
крови холестерин возрастает на 39,7 % (Z = 2,83; р = 0,005). В желчи к концу эксперимента
(на 5-е сутки) отмечено снижение содержания желчных кислот на 32,1 % (Z = 2,37; р = 0,018),
а холестерин повышается на 39,2 % (Z = 2,37; р = 0,018). В плазме крови уровень холестерина
возрастает на 82,0 % (Z = 2,75; р = 0,006).
В динамике отведения желчи прогрессивно нарастают ультраструктурные изменения
в клетках астроглии головного мозга: наибольшие различия отмечены в коре мозжечка,
минимальные - во фронтальной коре мозга с максимумом к концу эксперимента (5-е сутки).
Причем это относится ко всем изученным слоям соответствующих долей коры мозга и в равной
мере к протоплазматическим и фиброзным (волокнистым) астроцитам.
Через сутки отсутствия желчи первые признаки проявляются в виде набухания митохондрий.
Они становятся более сферическими, кристы иногда разрушены, матрикс просветлен. Такая
картина наблюдается в пятом слое теменной коры и коры мозжечка.
Трехсуточное отведение желчи приводит к более значительным изменениям органелл
клеток, причем они наиболее выражены в третьем и пятом слоях коры теменной доли
мозга. Ядра этих клеток имеют расширенное перинуклеарное пространство, маргинальное
расположение хроматина. Нередко здесь же расположено ядрышко, отчетливо виден выход
гранул рибонуклеопротеидов за пределы ядра через поры. Все это говорит о повышении
функциональной активности клетки. В цитоплазме астроцитов определена фрагментация
гранулярной эндоплазматической сети. Иногда имеют место расширения ее с уменьшением
количества рибосом. Гладкая эндоплазматическая сеть нечетко выражена. Появляются
набухшие митохондрии круглой формы, с разрушенными кристами, просветленным
матриксом, а также гигантские митохондрии. Комплекс Гольджи хорошо виден с признаками
фрагментации. Появляется большое количество лизосом.
Пятисуточное отведение желчи еще более усугубляет положение. Количество измененных
клеток астроглии увеличивается. Усиление процессов деструкции проявляется в виде
появления большого количества ядерных пор, расширения перинуклеарного пространства.
Иногда ядерная оболочка образует многочисленные складки, а хроматин представлен
122
“ Vesnik ofYanka Kupala State University o f Grodno. Series S. Economics. Sociology. Biolog}
конгломератами. В цитоплазме практически во всех клетках происходит расширение
немногочисленных цистерн гранулярной эндоплазматической сети, их фрагментация.
Митохондрии, кроме деструктивных форм, описанных выше, приобретают гигантские
размеры и причудливые, несвойственные формы. Появляется большое количество лизосом
и особенно фаголизосом, а также участков локальной дегенерации.
По мере нарастания срока отведения желчи происходит деструкция части нейронов вплоть
до их гибели - появляются аморфные массы. К такому процессу небезучастна астроцитарная
глия. Ее количество возрастает практически во всех изученных слоях и отделах мозга.
Астроциты начинают чаще располагаться вокруг тел измененных нейронов, т.е. участвуют в
процессах саттелитоза.
Кроме того, установлен ряд особенностей течения процесса. Во-первых, изменения
в астроцитах идентичны таковым в нейронах коры соответствующих слоев, описанных
нами ранее [7-9]. Во-вторых, как следствие разного исходного функционального состояния
клеток, определена гетерогенность - рядом с измененными глиоцитами находятся внешне не
отличающиеся от контрольных. В-третьих, в клетках астроглии намного меньше органелл
на единицу площади - даже незначительное их уменьшение и/или деструкция приводят к
серьёзным последствиям. В-четвертых, определен небольшой полиморфизм деструктивных
изменений, наблюдаемых в органеллах. В-пятых, изменения белоксинтезирующего,
энергетического и литического аппаратов клеток астроглии свидетельствует о ее важной роли
в процессах адаптации и пластичности структурного гомеостаза коры мозга при данном виде
патологии, поскольку установлена тесная связь между нейронами и элементами нейроглии [10].
Таким образом, отведение желчи негативно сказывается на биохимических характеристиках
желчи и крови, на морфологических показателях клеток астроглии. Одной из возможных
причин таких изменений является нарушение холестеринового обмена в организме. Как видно
из приведенных данных, через сутки в желчи происходит снижение содержания холестерина
и желчных кислот. Подобная картина наблюдается на третьи сутки, но в крови при этом
количество холестерина несколько увеличивается. К пятым суткам в желчи содержание
желчных кислот менее снижено, чем на третьи, но в крови уровень холестерина возрастает
на 82,0 %. Такие изменения можно объяснить тем, что отведение желчи приводит к дефициту
холестерина, который необходим как исходный продукт для синтеза желчных кислот в печени.
Для этого он выходит из депо - биологических мембран различных органов и тканей, что было
показано еще в конце прошлого века [11; 12].
Однако только в последние годы было установлено, что на эти нужды может использоваться
холестерин мембран головного мозга. Парадоксально, но факт: в такой структуре, как головной
мозг, происходит «потеря» холестерина.
Как известно, холестерин не проходит через гематоэнцефалический барьер, поэтому
в головном мозге его количество постоянно и он обладает своей собственной системой
поддержания липидного гомеостаза. В мозге существует система превращения холестерина
в 24-гидроксихолестерин (24 (S)-hydroxycholesterol) с помощью нейронного цитохрома Р-450,
кодируемого геном СYP46А 1, локализующимся исключительно в нейронах. Данное вещество
способно беспрепятственно проходить гематоэнцефалический барьер и в печени превращаться
в желчные кислоты [13; 14], что показано на культуре человеческих нейронов [15].
Организм за счет потери холестерина мозгом делает отчаянную попытку компенсировать
недостающие элементы желчи, что в конечном итоге приводит к гибели нейронов.
Тем самым запускается мульти- и полиорганная недостаточность, приводящая весь организм
к летальному исходу.
Это относится в равной степени не только к нейронам, но и к клеткам астроцитарной
глии, что показано в последние годы в ряде работ [16-18]. В культуре клеток головного
мозга установлена индукция дозо- и времязависимой гибели нейронов (кора, мозжечок)
при действии ингибиторов синтеза холестерина (компактин и сквалестатин) [19; 20].
Yemelianchik S.V. Ultrastructural changes astroglia of the cortex of brain
in dynamics of assignment of bile at rats (P. 120-124)
3 (161), 2013
ISSN 2221-5336
123
Имеются прямые доказательства ключевой роли холестерина в нервной системе, поскольку
показано, что все процессы нейродегенерации начинаются с нарушения обмена именно
холестерина [21; 22].
Описанные изменения, по-видимому, отражают адаптационные перестройки клеток
астроцитарной глии, необходимые для поддержания структурного гомеостаза в условиях
отсутствия компонентов желчи в организме. К сожалению, пока не ясны механизмы запуска,
процессы развития деструктивных изменений в клетках глии. Это предстоит выяснить
в дальнейших исследованиях. Познание взаимоотношений «нейрон-нейроглия» как
интегрированных систем мозга позволит найти новые подходы к лечению данной патологии.
Выводы
1. При отведении желчи происходит постепенное нарастание деструктивных изменений
в клетках астроцитарной глии пропорционально сроку ее отведения.
2. Наибольшие изменения определены в астроцитах теменной, менее всего - во фронтальной
доле коры мозга.
3. Первые признаки появляются спустя сутки в пятом слое теменной коры, что видно
по округлению митохондрий, просветлению и разрушению их матрикса. Максимальные
нарушения отмечены на 5-е сутки эксперимента: наблюдается деструкция ядер и органелл,
увеличение числа и размеров лизосом и фаголизосом, возрастание относительного числа
свободных рибосом, появляются тесные контакты митохондрий с ядром и органеллами.
4. Выявленные изменения при ахолии в астроцитах однотипны, в основном неспецифичны
и гетерогенны: определена клеточная мозаика - наряду с участками без видимых изменений
находятся клетки с умеренными и сильными повреждениями.
СП И С О К Л И ТЕРАТУ РЫ
1. Bala, L. Restoration of hepatocytes function following decompression therapy in extrahepatic biliary
obstructed patients: metabolite profiling of bile by NMR / L. Bala [et al.] // J. Pharm. Biomed. Anal. —2011. —
Vol. 56, № 1 , - P. 54-63.
2. Ганиткевич, Я. В. Влияние задержки и потерь желчи на аналитико-синтетическую деятельность
коры головного мозга Я.В. Ганиткевич // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1959. - Т. 9, № 5. - С. 690-700.
3. Василевская, Л.С. Отделение липопротеинового комплекса с желчью у крыс / Л.С. Василевская //
Вопросы питания. - 1965. - Т. 24, №. 3. - С. 47-49.
4. Зиматкин, С.М. Структурно-метаболические изменения гистаминергических нейронов
гипоталамуса крысы при потере желчи / С.М. Зиматкин, О.В. Барабан, С.В. Емельянчик // Морфология. 2007. - Т. 132, № 6. - С. 22-25.
5. Камышников, В С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике /
B.C. Камышников. - Минск : Беларусь, 2002. - Т. 1. - 496 с . ; Т. 2. - 464 с.
6. Paxinos, G. The rat brain in stereotaxic coordinates / G. Paxinos, C. Watson. - 6th ed. - London :
Academic Press, 2007. - 448 p.
7. Зиматкин, С.М. Структурные и метаболические изменения нейронов головного мозга крыс при
потере желчи организмом / С.М. Зиматкин, С.В. Емельянчик // Доклады НАН Беларуси. - 2012. - Т. 56,
№ 2 . - С . 86-91.
8. Емельянчик, С.В. Морфометрический и цитофотометрический анализ морфофункциональных
изменений в нейронах фронтальной коры мозга крыс при потере желчи организмом /С .В . Емельянчик,
C.М. Зиматкин // Новости мед.-биол. наук. - 2011. - Т. 4, № 4. - С. 187-194.
9. Емельянчик, С.В. Клетки Пуркинье мозжечка при ахолии / С.В. Емельянчик, С.М.Зиматкин //
Вести НАН Беларуси. Серия биол. наук. - 2012. - № 2. - С. 63-68.
10. Silva, S.L. Dynamics of neuron-glia interplay upon exposure to unconjugated bilirubin / S.L. Silva [et al.] //
J. Neurochem. - 2011. - Vol. 117, № 3. - P. 412-424.
11. Арчаков, А.И. Холестерин биологических мембран и пути его выведения из организма /
А.И. Арчаков, Е.А. Бородин // Биомембраны. Структура. Функции. Медицинские аспекты. - Рига :
Зинатне, 1 9 8 1 ,-С. 167-184.
12. Laker, М.Е. A role for erythrocytes in cholesterol transport to the liver and in formation of bile acids /
M.E. Laker, P.A. Mayes // Biochem. Soc. Trans. - 1985. - Vol. 13, № 1. - P. 142-143.
13. Lutjohann, D. 24S-hydroxycholesterol: a marker o f brain cholesterol metabolism / D. Lutjohann,
K. von Bergmann // Pharmacopsychiatry. - 2003. - Vol. 36 (2). - P. 102-106.
YemelianchikS.V., e-mail: [email protected]
124
«BecHix
Гродзенскага дзяржаунага утверсипэта Lwt Яны Купали. Серия 5. Эканамйш. Сацыялогш. Бшлогш»
14. Lutjohann, D. Cholesterol metabolism in the brain: importance of 24S-hydroxylation / D. Lutjohann //
Acta. Neurol. Scand. Suppl. - 2006. - Vol. 185. - P. 33-42.
15. Milagre, I. Marked change in the balance between CYP27A1 and CYP46A1 mediated elimination
o f cholesterol during differentiation o f human neuronal cells / 1. Milagre [et al.] II Neurochem. Int. —2012. —
Vol. 60, № 2 .- P . 192-198.
16. Malevoiti, M. Cerebral low-density lipoprotein (LPL) uptake is stimulated by acute bile drainage /
M. Malevoiti [et al.]/ / Biochem. et biophys. acta, lipids and lipid m e ta b .-1991.-V o l. 1081, № l . - P . 106-108.
17. Danik, M Brain lipoprotein metabolism and its relation to neurodegenerative disease / M. Danik [et al.] //
Crit. Rev. Neurobiol. - 1999. - Vol. 13, № 4. - P. 357-407.
18. Chen, J. Assessment o f cholesterol homeostasis in astrocytes and neurons / J. Chen, L.G. Costa,
M. Guizzetti // Methods Mol. Biol. - 2011. - Vol. 758. - P. 403-414.
19. Keller, J.N. Oxidized low-density lipoprotein induces neuronal death: implications for calcium, reactive
oxygen species and caspases / J.N. Keller, K.B. Hanni, W.R. Markesbery // J. Neurochem. - 1999. - Vol. 72,
№ 6 .-P . 2601-2609.
20. Michikawa, M. Inhibition o f cholesterol production but not o f nonsterol isoprenoid products induces
neuronal cell death / M. Michikawa, K. Yanagisawa // J. Neurochem. - 1999. - Vol. 72, № 6. - P. 2278-2285.
21. Кудинов, A.P. Холестерин - важнейшая молекула в процессах синаптической пластичности
и дегенерации нейронов / А.Р. Кудинов, Н.В. Кудинова, Т.Т. Березов // Вестн. Рос. акад. мед. наук. 2 0 0 6 .-№ 9 - 1 0 .- С . 61-66.
22. Lai, Y.L. Inhibition o f endothelial- and neuronal-type, but not inducible-type, nitric oxide synthase
by the oxidized cholesterol metabolite secosterol aldehyde: implications for vascular and neurodegenerative
diseases / Y.L. Lai [et al.] // J. Clin. Biochem. Nutr. - 2012. - Vol. 50, № 1. - P. 84-89.
Поступила в редакцию 18.02.13.
The purpose of the study - to establish the ultrastructural changes in astroglia cells of the second, third
and fifth layers o f a cortex of the big hemispheres of frontal and parietal cortex o f a brain a cerebellum cortex
at 1, 3 and 5 o f the daily total external abduction of all the bile is excreted in the rat as a model of pathology
of the hepatobiliary system. Electron microscopic research o f the given cages is spent on 15 white rats-males
of heterogeneous population in weight 225 ± 25 g. For the first time dynamics o f some ultramicroscopic
indicators of cages astroglia (protoplasmatic and fibrous - in an equal measure) is established at bile expiration.
The described changes, apparently, reflect adaptable reorganizations of cages astroglia, necessary for maintenance
of a structural homeostasis in the conditions of absence of components of bile in an organism. Probably as the
reasons of the given changes is not compensated loss by a cholesterol organism.
Keywords: external assignment of bile, brain cortex, astroglia, rats.