Биоритмы метаболизма коллагеновых белков, гликопротеинов печени и пролиферативной активности гепатоцитов у крыс

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

Kosikh A.A.

THE BIORHYTHMS OF METABOLISM OF COLLAGEN, LIVER GLYCOPROTEINS AND HEPATOCYTES PROLIFERATION ACTIVITY IN RATS.

Kirov state medical academy, department of biology, Kirov.

Abstract: The research was performed in experimental animals. We investigated the correlation of liver collagens and glycoproteins with biorhythms of mitotic activity of hepatocytes in normal, in chronic hepatitis and under the influence of human chorionic gonadotropin. We show, that biorhythm of metabolism of collagens has inverse correlation with proliferation of hepatocytes (DNA content, mitotic index, number of normal hepatocytes).

Key words: collagen, glycoproteins, DNA, mitotic index, chronic hepatitis, human chorionic gonadotropin.

Косых А.А.

БИОРИТМЫ МЕТАБОЛИЗМА КОЛЛАГЕНОВЫХ

БЕЛКОВ, ГЛИКОПРОТЕИНОВ ПЕЧЕНИ И ПРОЛИФЕРАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ ГЕПАТОЦИТОВ У КРЫС

ГБОУ ВПО Кировская государственная медицинская академия Минздравсоцразвития РФ,

кафедра биологии, г. Киров.

Аннотация: В экспериментах на животных изучена взаимосвязь биоритмов метаболизма коллагеновых белков и гликопротеинов печени с биоритмами пролиферативной активности гепатоцитов в норме, при хроническом гепатите и в условиях регенерации под

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

влиянием хорионического гонадотропина. Показано, что биоритм метаболизма коллагеновых белков и гликопротеинов имеет обратную зависимость с пролиферативной активностью гепатоцитов (содержанием ДНК, митотическим индексом и содержанием числа нормальных гепатоцитов).

Ключевые слова: коллаген, гликопротеины, ДНК, митотический индекс, хронический гепатит, хорионический гонадотропин человека.

В литературе имеются сведения о биоритмах функционирования гепатоцитов [1,2], однако данных о соотношении биоритмов деятельности клеток

соединительной ткани и гепатоцитов нам не встретилось. Подчеркивая роль взаимодействия клеток различных тканей в регуляции гомеостаза [3], определяют клетки соединительной ткани как короткодистантные регуляторы своего микрорайона. Учитывая наличие таких механизмов регуляции метаболизма коллагеновых белков и гликопротеинов, очень важно изучить суточный биоритм этих компонентов соединительной ткани и его взаимосвязь с пролиферативной активностью гепатоцитов в норме, патологии и стимуляции регенерации печени.

Эксперименты проведены на белых беспородных крысах. Патологический процесс

моделировали введением CCI4. Для стимуляции регенерации печени

использовали гормон хорионический гонадотропин человека (ХГч). Животных

выводили из эксперимента путем эвтаназии каждые 4 часа в течение 3 суток. Из печеночного гомогената выделяли фракции коллагеновых белков (КБ) и гликопротеинов (ГП):

нейтральносолерастворимую - НСРК, НСРГ (о,2М NaCl), цитратрастворимую - ЦРК, ЦРГ (o,2M цитратный буфер, рН 3,6),

щелочнорастворимую - ЩРК, ЩРГ (о,2М NaOH) и нерастворимую (НРК, НРГ). В каждой фракции определяли содержание коллагена по гидроксипролину и гликопротеинов по гексозамину. В гомогенатах печени определяли

содержание общей ДНК и ДНК ядерной суспензии гепатоцитов. На

микропрепаратах печени подсчитывали митотический индекс (МИ) и число нормальных гепатоцитов с помощью окулярной морфометрической сетки. Определяли среднесуточный уровень,

максимум и минимум, размахи и полуразмахи, относительную амплитуду и относительные полуразмахи, период

колебания изучаемых величин.

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

Проведенные исследования показали, что самым высоким в интактной печени был уровень НРК. Он составил около 6о% всех КБ. Содержание НСРК и ЩРК было примерно равным - по 20% от общего количества КБ. Фаза наибольшего активного синтеза КБ приходится на вечерние часы (16-20 часов). Метаболизм КБ в нормальной печени протекает ритмично с периодами 12 часов. К 24 часам около 30% всех КБ распадается, к 4 часам его содержание повышается на 15%, а к 16 часам вновь достигает максимума.

Суточный биоритм метаболизма ГП имеет свои особенности. Максимум синтеза НСРГ наблюдается в 8 часов и изменяется в течение суток с периодами 12 часов -первый максимум в 8 часов, второй - в 20 часов. Наибольшую часть ГП нормальной печени составляют растворимые фракции, на долю НРГ приходится 2,6%. Они входят в состав волокнистого матрикса.

В течение суток наблюдаются ритмичные процессы биосинтеза ДНК, митотической активности и числа нормальных гепатоцитов. Синтез ДНК имеет два максимума - в 8 и 20 часов, МИ максимален в 8 часов, число нормальных гепатоцитов наиболее высокое в 12 часов. При этом около 84% составляют одноядерные клетки.

При ХГ более чем в 2 раза повышается уровень ГП, а фракция НСРГ увеличивается

в 3,2 раза. В синтезе НСРГ появляется второй значительный подъем в 20 часов. Среднесуточный уровень КБ увеличивается в 1,7 раза. Наибольшее увеличение характерно для НСРК - в 2,3 раза, более чем в 1,5 раза повышается уровень НРК. При ХГ нарушается биоритм метаболизма НСРК: отсутствует подъем в 16 часов и появляется небольшой подъем в 12 часов, тем не менее, сохраняется синхронность

функционирования соединительнотканных клеток, синтезирующих КБ и ГП.

Что касается взаимоотношений

гепатоцитов и соединительнотканных клеток печени, то оказалось, что значительное увеличение синтеза ДНК в 24 часа предшествует пику МИ в 4 часа (10,62±1,06%о). В то же время количество нормальных гепатоцитов уменьшено в 2 раза.

Введение животным с ХГ хорионического гонадотропина (ХГч) способствует

снижению в ткани печени уровня ГП на 8% (в основном за счет НСРГ - снижение на 14%) и КБ на 6% (за счет НРК - снижение на 12%). При этом уровень НСРК увеличился на 12%. В суточной динамике ГП отмечается более глубокий отрицательный экстремум для всех фракций ГП в 24 часа. Под влияние ХГч вновь появляется максимум синтеза НСРК в 16 часов и дополнительный пик в 24 часа и два глубоких отрицательных

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

экстремума в і2 и 20 часов. Для ЩРК и НРК характерен максимум в 20 часов.

Взаимоотношения метаболизма КБ и ГП с состоянием гепатоцитов приближается к норме. Увеличение количества ДНК в ядрах гепатоцитов соответствует подъему синтеза НСРГ и минимуму НСРК (8, і2 и 20 часов). Митотическая активность гепатоцитов имеет два подъема - в і2 часов и в 24 - 4 часа. Количество нормальных одноядерных гепатоцитов увеличивается почти на 40%.

Анализ полученных хронограмм метаболизма КБ и ГП позволил выявить особенности их биоритма. При ХГ изменяется период между

положительными экстремумами НСРК и составляет 8 и 16 часов (в норме - 12 часов) и фаза колебательного процесса. Устанавливается заметная отрицательная корреляционная связь между динамикой НСРК у нормальных крыс (-0,56), в 2,5 раза снижается величина размаха колебаний и в 6 раз относительная амплитуда колебаний (Рис.1).

X

2

о.

о

X

4

О

О

время суток

Рис. l. Суточная динамика соотношения НСРК/НГ

Для метаболизма НСРГ при ХГ характерно уменьшение периода колебаний до 12 часов

(в норме - 24 часа) и сохранение тесной корреляционной зависимости с динамикой

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

НСРГ в норме (+0,713). Размах колебаний увеличивается в 2 раза, а относительная амплитуда уменьшается до 0,8 (в норме -

1,3). Суточная динамика соотношения НСРГ/НГ представлена на рисунке 2.

час час час час время суток

— Норма ХГ

ХГ+ХГч

Рис.2. Суточная динамика соотношения НСРГ/НГ

Введение животным с ХГ хориогонина изменяет динамику метаболизма в печени НСРК и НСРГ. Устанавливается заметная прямая корреляционная связь синтеза НСРК с нормой, а с динамикой НСРК при ХГ она исчезает. В 3 раза увеличивается размах колебаний и относительная амплитуда. Увеличивается размах и амплитуда колебаний НСРГ. Период и фаза процесса не изменяется, поэтому сохраняется между ними тесная корреляционная связь.

(г^О

Суточная динамика ЩРК при ХГ характеризуется изменением периода (8 и 16 часов, в норме - 24 часа) и фазы. Если в норме пик ЩРК определяется в 12 часов, то при ХГ появляется два пика - в 8 и 16 часов. Размах колебаний увеличивается на 74%, а относительная амплитуда примерно на 15%. С нормой наблюдается умеренная обратная связь. Введение ХГч еще больше увеличивает размах колебаний ЩРК (на 22%), а относительную амплитуду на 41%. При этом корреляция с динамикой ЩРК у нормальных животных усиливается, а с ХГ

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

уменьшается. Определяется один максимум синтеза ЩРК в 20 часов. Произошел сдвиг фазы по сравнению с ХГ на 4 часа, а по сравнению с нормой - на 8 часов.

В динамике ЩРГ при ХГ происходит сдвиг фазы на 8 часов, и максимум приходится на 4 часа (в норме - в 20 часов). Размах колебаний ЩРК уменьшается на 27%, а относительная амплитуда почти в 2 раза. По сравнению с динамикой ЩРГ в норме возникает заметная обратная

корреляционная связь (-0,66). Под влиянием ХГч более, чем в 2 раза увеличивается размах колебаний и относительная амплитуда. Возникает заметная прямая корреляционная связь с динамикой ЩРГ у нормальных животных, тем не менее, наблюдается сдвиг фазы колебаний на 8 часов.

Суточный биоритм НРК у животных с ХГ характеризуется низкой относительной амплитудой при значительных размахах колебаний. При ХГ он увеличивается на 81%, а амплитуда - на 20%. Период колебаний увеличивается до 24 часов, а фаза колебательного процесса сдвигается на 4 часа. Корреляция с нормой отсутствует.

Под влиянием ХГч значительно возрастают отрицательные полуразмахи, а

относительная амплитуда увеличивается на 10%. Появляется слабая корреляционная связь с динамикой НРК в норме. Период

колебаний не изменился, фаза наступления максимума соответствует норме (20 часов). Изменений в динамике НРГ под влиянием ХГч почти не произошло. Корреляции с динамикой НРГ в норме и ХГ не выявлено. Период колебаний НРГ уменьшается до 12 часов, фаза максимума смещена по сравнению с нормой на 8 часов, а с ХГ - на 4 часа.

Динамика общего количества КБ в печени при ХГ характеризуется смещением фазы подъема активности процесса с 12 часов до 24 часов (в норме с 8 до 20 часов), увеличением размаха колебаний на 46% при уменьшении относительной

амплитуды. Корреляционной связи с нормой не обнаружено. Введение ХГч приводит к увеличению размаха колебаний и относительной амплитуды. По сравнению с ХГ происходит смещение максимума на 4 часа. По сравнению с нормой устанавливается умеренно выраженная обратная корреляция (-0,45), а с динамикой коллагена при ХГ связь оказалась прямой и умеренной (+0,37).

Динамика общих ГП под влиянием ХГч характеризуется также увеличением размаха на 25% и относительной амплитуды колебаний на 36%. Изменений периода колебаний и фазы подъема и спада активности процесса не произошло. Между динамикой метаболизма ГП после введения ХГч и нормой сохраняется прямая тесная

Электронный научно-образовательный ВЕСТНИК

«Здоровье и образование в XXI веке» №1 2013 том 15

корреляционная связь, а с динамикой общих ГП при ХГ связь оказалась слабой. Следовательно, биоритм метаболизма ГП в печени у крыс с ХГ после введения ХГч приближается к нормальному биоритму.

Таким образом, проведенные

исследования позволили установить:

Во-первых, наличие определенного биоритма метаболизма КБ и ГП в ткани печени. Оба эти процесса строго синхронизованы во времени и имеют обратную зависимость, которая

сохраняется при ХГ и не изменяется под влиянием ХГч.

Во-вторых, при ХГ у крыс в ткани печени повышается уровень КБ и ГП, увеличивается доля растворимых фракций и уменьшается их относительная амплитуда суточных колебаний. Происходит смещение фазы максимумов, изменение периода колебаний, нарушается синхронность деятельности системы соединительной ткани и гепатоцитов, наступает десинхроноз.

В-третьих, введение ХГч животным с ХГ позволило приблизить биоритм

метаболизма НСРК и НРК к нормальному.

(r^Q

Под действием ХГч увеличивается размах и относительная амплитуда колебаний КБ и ГП, что лежит в основе механизма резорбции фиброза.

В-четвертых, фазы колебаний метаболизма КБ не соответствуют фазам колебаний ДНК в ядрах гепатоцитов и их МИ. В периоды высокой митотической активности гепатоцитов синтез коллагена не происходит, что является одной из важнейших закономерностей работы органа в физиологических условиях -наличие взаимозависимых отношений функционирования различных клеточных популяций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванова Н.Л. Действие хорионического гонадотропина человека на печень крыс с хроническим токсическим гепатитом: Автореф. дис...канд.биол.наук.-М., 1983.-24с.

2. Романов Ю.А. Биологические ритмы размножения клеток и репаративная регенерация //Современные проблемы регенерации. - Йошкар-Ола, 1982. -С.99-107.

3. Серов В.В., Шехтер А.Б. Соединительная ткань. -М.Д981.-312С