Структурно-метаболические перестройки на уровне нейро-глиальных популяций спинного мозга молодых животных после пассивного курения

УДК 613.84:612.83 Т.И. Устинова, Т.Я. Орлянская

СТРУКТУРНО-МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПЕРЕСТРОЙКИ НА УРОВНЕ НЕЙРО-ГЛИАЛЬНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ СПИННОГО МОЗГА МОЛОДЫХ ЖИВОТНЫХ ПОСЛЕ ПАССИВНОГО КУРЕНИЯ

Исследовано влияние пассивного курения на уровне клеток и клеточных популяций спинного мозга молодых животных. Дана оценка компенсаторно-приспособительным перестройкам в моторных ядрах спинного мозга на основе комплекса количественных морфометрических параметров. Показаны пластические возможности исследуемых структур нервной системы растущего организма на уровне клеточных популяций при действии повреждающего фактора.

Ключевые слова: молодые животные, пассивное курение, спинной мозг, клеточные популяции, адаптационные перестройки.

T.I. Ustinova, T.Ya. Orlyanskaya

STRUCTURAL AND METABOLIC CHANGES AT THE LEVEL OF THE NEURO-GLIAL POPULATIONS OF THE YOUNG ANIMAL SPINAL CORD AFTER PASSIVE SMOKING

Passive smoking influence at the level of cells and cellular populations of the young animal spinal cord is researched. Estimation of the compensatory and adaptive changes in the spinal cord motor nuclei on the basis of the quantitative and morphometric parameter complex is given. Plastic possibilities of the researched structures of the growing organism nervous system at the level of cellular populations under the effect of the damaging factor are shown.

Key words: young animals, passive smoking, spinal cord, cellular populations, adaptable changes.

Курение в мировом масштабе является одной из наиболее распространенных и массовых привычек, от которой страдают не только курильщики, но и некурящие люди. В курение вовлечены практически все слои населения. По подсчетам специалистов, в нашей стране курит почти треть всего населения в возрасте от 15 лет и старше. В табачном дыму, который попадает в окружающую среду, содержится более 200 ядовитых веществ, 69 из которых могут действовать как канцерогены. Курение, как активное, так и пассивное, действует сначала возбуждающее, а потом угнетающее на ЦНС [1,4,6]. Пассивное вдыхание табачного дыма тормозит умственное и психическое развитие детей, при этом нарушается способность логически мыслить, мотивировать свои поступки, их целесообразность, нарушается моторика. Известно, что при экстремальных воздействиях внешней среды благодаря адаптации в организме на всех его уровнях идет формирование резервных возможностей, необходимых для выживания. В растущем организме эти приспособления выражены более резко, благодаря его высокой реактивности [1,4,8]. Исходя из сказанного, научные исследования в области возрастной адаптации к экстремальным воздействиям антропогенного характера значимы не только с позиций оценки пластических возможностей ведущей системы организма в его адаптации, но и в целях формирования среди подрастающего поколения негативного отношения к вредным привычкам.

Цель исследования: выявление приспособительных перестроек и деструктивных изменений на уровне клеток и субпопуляций мотонейронов и глиоцитов в моторных ядрах передних рогов спинного мозга молодых животных, подвергшихся пассивному курению.

Материал и методы исследований

Работа выполнена на беспородных белых крысах-самцах (24 животных, массой 110±10г), разделенных на две группы: контрольная и опытная. Опытная группа подвергалась двенадцатичасовому воздействию пассивного курения в специально оборудованной камере, где поддерживалось состояние, соответствующее обстановке современных дискотек (разрешено курение и работает вентиляция). Для создания дыма в камере использовались сигареты фирмы Winston (как легкие, так и тяжелые). В течение хода эксперимента проводился контроль состояния животных на основании оценки параметров поведения животных, регистрируе-

мых в ходе эксперимента [5,6]. Работа выполнена в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приказ Минвуза от 13.11.1984 г. №784).

Обработка материала проводилась по методике, используемой для нервной ткани [6]. После 12 часов пассивного курения извлеченный спинной мозг фиксировали в растворе Карнуа, заливали в парафин с последующим изготовлением серийных срезов на санном микротоме «Slide 2002». Для количественного анализа проводили качественные реакции на рибонуклеопротеидные комплексы (РНП) тионином по Нисслю, отражающие метаболическую активность нейронов [6]. На гистологических препаратах с помощью микроскопа Zeiss Axioskop со встроенной видеокамерой и прилагаемым программным обеспечением (Axio Vision LE Rel. 4.3) исследованы субпопуляции трех размерных классов мотонейронов, а также глиоцитов моторных ядер передних рогов спинного мозга молодых животных.

Изучены линейные характеристики мотонейронов (площадь сечения тела - S^ цитоплазмы - S^ ядра - Sя, ядрышка - Sяд); оценены производные линейных характеристик (ядерно-цитоплазматическое отношение - ЯЦО, ядрышко-ядерные соотношения - ЯЯО).

На уровне субпопуляций оценены плотность распределения нейронов больших, средних, малых размеров и глиоцитов на единицу фиксированной площади (1мм2); глио-нейрональные индексы (отражают число клеток макроглии: саттелитной - «связанной» и «свободной», приходящееся на один нейроцит). В клеточных популяциях подсчитывали число нейронов с разной степенью хромофилии их цитоплазмы: оптимально функционирующие: нормохромные, гипохромные, гиперхромные; клетки в пограничном состоянии (тотально-гиперхромные); мотонейроны с деструктивными проявлениями (сморщенные и клетки-тени) [3,6,9].

Полученные результаты обработаны с использованием программы «Micromed Statistica».

Результаты и их обсуждение

В исследуемых нейрональных популяциях контрольной группы животных, согласно классификации типовых форм морфологической изменчивости ЦНС при действии антропогенных факторов [6,9], по оценке хромато-фильной субстанции преобладал нормохромный тип клеток во всех популяциях мотонейронов (табл.).

Морфологические характеристики нейронных популяций моторных ядер спинного мозга молодых

крыс в норме и после пассивного курения

Показатель Большие нейроны Средние нейроны Малые нейроны

M±s

Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт

Оценка хроматофильной субстанции нейронов

Нормохромные 60,8±14,0 17,2±7,0* 59,8±12,6 14,8±4,5* 56,9±14,2 15,4±3,1*

Гиперхромные 22,4±10,5 35,4±6,3* 25,1±9,6 34,6±3,6* 26,7±9,5 32,3±3,8*

Гипохромные 9,7±9,3 4,1±1,8* 6,8±6,4 3,0±1,8* 10,9±8,2 4,8±2,3*

Тотально- гиперхромные 4,8±4,2 35,3±8,1* 7,2±7,1 41,8±4,1* 4,4±3,9 41,6±4,8*

Сморщенные 1,7±1,1 4,5±2,0* 0,8±0,8 3,6±1,4* 0,8±0,8 3,9±1,4*

Клетки-тени 0,5±0,5 3,0±1,1* 0,2±0,2 2,0±0,6* 0,1±0,1 1,7±0,4*

Линейные параметры нейронов (мкм2) и их производные

S клетки 217,4±24,7 239,7±38,2* 117,5±27,8 106,5±12,0* 50,7±12,0 59,1±14,8*

S ядра 47,1 ±20,3 53,8±23,5 36,3±12,6 33,9±10,5 15,3±5,8 22,3±6,5*

S цитоплазмы 170,3±30,7 185,9±33,6* 81,2±25,1 72,6±15,2* 35,4±11,4 36,6±6,5

S ядрышка 4,4±4,5 4,7±2,4 4,5±4,0 3,0±1,8* 1,9±1,8 2,3±1,2

ЯЦО 0,30±0,19 0,30±0,14 0,49±0,23 0,49±0,17 0,44±0,28 0,64±0,21*

ЯЯО 0,09±0,02 0,08±0,07 0,13±0,12 0,08±0,12* 0,13±0,11 0,09±0,04*

Показатели системы «ней рон-глия»

p нейронов 46,7±23,8 39,1 ±38,0 83,4±34,1 90,4±76,7 142,7±54,3 142,0±123,0

p глии своб. 2796±350 1396±431* 2838±494 1366±443* 2952±309 1391±429*

p глии сат. 78,0±44,0 39,0±36,0* 52,9±28,0 54,7±47,8 61,7±31,5 142,0±123*

ГНИ своб. 59,8±22,5 35,7±15,2* 34,0±20,6 15,1±13,5* 20,6± 19,7 9,7±5,0*

ГНИ сат. 1,7±0,8 1,0±0,7* 0,6±0,5 0,6±0,6 0,43±0,4 1,0±0,4

Примечание: S - площадь профильного поля; ЯЦО - ядерно-цитоплазматическое отношение; ЯЯО - яд-рышко-ядерное отношение; р - плотность; своб. - свободная глия; сат. - сателлитарная глия; ГНИ -глио-нейрональный индекс; s - стандартное отклонение; * - различия статистически достоверны в сравнении с контролем при Р<0,01.

Нормохромные нейроны имели расположенное в центре светлое ядро с темным ядрышком. В умеренно светлой цитоплазме таких клеток равномерно по крупно-глыбчатому типу располагался тигроид. На фоне нормохромных были типичны клетки, функционирующие в крайних пределах нормы - гиперхромные и в меньшей степени - гипохромные (см. табл.). Для нейронных популяций контрольных животных характерно присутствие тотально-гиперхромных нейронов, функционирующих на границе нормы (см. табл.). Единичными были нейроны с явлениями сморщивания и лизиса. Такое соотношение отражает физиологическую форму морфологической изменчивости, дающей возможность поддержания оптимального режима работы клеток в каждой рассматриваемой нейрональной субпопуляции, что свидетельствует об ее относительной устойчивости.

В нейрональных популяциях экспериментальной группы идет перераспределение нейронов по оценке хроматофильной субстанции, отражающее перестройку интенсивности ассимиляционных процессов в клетках и, прежде всего, связанную с изменением процентного соотношения между метаболически умеренно активными - нормохромными, интенсивно активными - гипохромными и неактивными - гиперхромными нейронами субпопуляции (см. табл.). Наряду с проявлением физиологической изменчивости, в популяциях больших и малых мотонейронов включается репаративная регенерация по гиперхромному типу, которая сопровождается нарастанием увеличенных в размерах темных клеток, интенсивно воспринимающих краситель. При этом численное соотношение гиперхромных нейронов во всех популяциях достоверно увеличивается (см. табл.). Гиперхромные клетки характеризуются высоким содержанием вещества Ниссля, их состояние связывают с замедленным режимом функционирования, вероятно, они составляют неактивный пул популяции, используемый организмом в критический период, когда все возможные средства восстановления нарушенного гомеостаза исчерпаны. В таких нейронах накапливаются и не выводятся за ее пределы продукты биосинтеза, в связи с чем, их цитоплазма имеет повышенную хроматофильность, при четкой диффе-ренцировке глыбок тигроида. Ядро гиперхромных нейронов чаще крупное, остается светлым, что указывает на сохранность его высокой транскрипционной активности [6,7,11]. В настоящее время высказывается точка зрения о возможности перехода таких нейронов в группу активно работающих «светлых» клеток [7]. Обращает на себя внимание тот факт, что во всех исследуемых размерных группах клеточных популяций мотонейронов после испытанного воздействия пассивного курения в значительном количестве появляются то-тально-гиперхромные клетки, функционирующие на границе нормы (см. табл.). Цитоплазма таких клеток интенсивно хроматофильная, глыбки тигроидного вещества не выявляются, граница ядра едва заметна, ядрышки выявляются редко [6,7]. В клеточных популяциях спинного мозга этот тип клеток неактивен, имеет тенденцию либо к потере воды, в связи с чем их размеры могут уменьшаться, либо переходить в гипер-хромное состояние. Дальнейшая судьба тотально-гиперхромных нейронов зависит от своевременного включения механизмов защиты организма в ответ на испытанное воздействие. Накопление в популяциях таких инертных нейроцитов можно рассматривать как вариант компенсаторных перестроек, идущий по типу репаративной регенерации, с гиперхромией и явлениями атрофии.

Пассивное курение - жестко действующий фактор, существенно нарушающий структурнофункциональную организацию нейронных популяций, что подтверждается нарастанием клеток с явлениями деструкции - сморщенных или пикноморфных во всех типах анализируемых популяции (см. табл.). Такие нейроны сильно вытянуты, интенсивно окрашены, ядро не дифференцируется. Появление сморщенных нейронов свидетельствует о неблагоприятном прогнозе, включении некротических процессов и свидетельствует о снижении функциональной активности нейронных популяций моторных ядер после перенесенного воздействия. На неблагоприятный прогноз указывают снижение в популяциях активно-функционирующих -гипохромных клеток и достоверное повышение клеток-теней, клеток, набухших со светлой цитоплазмой, практически лишенной тигроида, с ядром, не имеющим четких границ (см. табл.) [6,7].

Средние показатели площади профильных полей тел, ядра, ядрышка, цитоплазмы нейронов больших и особенно малых размерных классов исследуемых популяций после перенесенного воздействия увеличены, а среднего, наоборот, достоверно снижены (см. табл.).

В популяции нейронов малого размерного класса увеличение профильного поля клеток связано с достоверным увеличением размеров ядра (на 45,7%) и тенденцией к увеличению объема цитоплазмы (на 3,4%), ядрышко таких клеток также увеличено (на 15,9%). Соответственно показатели ядерноцитоплазматических отношений увеличиваются на 30,6%, а ядерно-ядрышковых, наоборот, снижаются на 23,8%. Увеличение размеров ядра и ядрышка могут свидетельствовать об активизации процессов транскрипции и усилении синтеза матричной и рибосомальной РНК, что готовит основу для своевременного включения трансляционных процессов в цитоплазме таких нейронов и своевременному синтезу белков -необходимого субстрата для восстановления нарушенного равновесия в клетке [7,11]. В популяции нейронов

средних размеров имеет место тенденция к уменьшению профильного поля цитоплазмы (на 10,6% ) и ядра (на 6,6%), что, возможно, связано с нарастанием пула тотально-гиперхромных нейронов с тенденцией к потере воды. Достоверное снижение размеров ядрышек (на 33,3%) в таких нейронах подтверждает значительное снижение их активности и замедление биосинтетических процессов (см. табл.).

До последнего времени глии отводилась роль содержателя дома (housekeepers) для нейронов, так как она регулирует внеклеточную ионную среду, питает нейроны и удаляет ненужные продукты метаболизма. В последнее время стало ясно, что глия также динамически модулирует функции нейронов, как при физиологических, так и патологических состояниях [2,6,9,10]. В ответ на перенесенное воздействие в единой метаболической системе «нейрон-глия» наблюдается тенденция к снижению плотности распределения мотонейронов в популяции клеток больших размеров (на 16%). Плотность распределения нейронов в средней размерной группе, наоборот, имела тенденцию к нарастанию (на 8,9%), а в популяции мелких нейронов оставалась на уровне нормы. В глиальных популяциях моторных ядер спинного мозга опытной группы молодых животных включение компенсаторно-приспособительных механизмов связано с нарастанием явлений гипоплазии, нарушением пролиферации, появлением клеток нейроглии с явлениями гипертрофии. На это указывает снижение плотности распределения свободной глии в области исследуемых популяций мотонейронов практически в половину (см. табл.). Пролиферация глиоцитов в сочетании с их гипертрофией приводит к пери-нейрональному сателлитозу вокруг тотально-гиперхромных нейронов и мотонейронов с деструктивными изменениями в популяциях нейроцитов средних и мелких размеров. Изменяется мера глио-нейронального индекса (см. табл.). Исходя из полученных данных, явление саттелитоза наиболее ярко выражено в популяции малых нейроцитов, что коррелирует со степенью развертывания адаптивных ответных реакций со стороны нейронной популяции, требующей быстрой поддержки от housekeepers, для восстановления нарушенного равновесия. Среди мотонейронов больших размеров число сателлитарной глии уменьшается в половину, что снижает возможности восстановления работы нейронов в оптимальном режиме и повышает вероятность перехода клеток из пограничного состояния в деструктивное, ведущее к гибели клеток, что, возможно, и объясняет снижение плотности распределения нейронов. В популяции нейронов среднего размера плотность сателлитной глии имеет тенденцию к нарастанию на 3,4%, однако остается близкой к норме.

Заключение

Проведенный комплексный анализ количественных параметров на уровне клеток, их компонентов и клеточных популяций моторных ядер спинного мозга молодых животных на воздействие пассивного курения свидетельствует об активном включении механизмов защиты во всех исследованных размерных классах нейронных популяций в виде адаптационных изменений, протекающих в разных направлениях. Проявления физиологической изменчивости обусловлены перераспределением нейронов с разной интенсивностью метаболической активности в сторону доминирования неактивного пула популяции и клеток, граничащих с нормой - тотально-гиперхромных, судьба которых будет решаться и нарастанием числа нейронов с явлениями деструкции. Более выражены структурно-метаболические перестройки на испытанное воздействие в популяциях малых нейронов, так как здесь включаются процессы рапаративной регенерации по гиперхром-ному типу и активизируются биосинтетические процессы адаптационных механизмов защиты. В нейрональных популяциях большой размерной группы намечена тенденция к активизации. В средней размерной группе приспособительные перестройки запаздывают. Исходя из полученных данных, в популяции мотонейронов средних размеров нарастает высокий процент нейронов, составляющих неактивный пул популяции, процент обезвоженных темных клеток с низкой итенсивностью биосинтетических процессов и возрастающей возможностью перехода таких клеток в пикноморфное состояние.

Таким образом, проанализированный комплекс морфологических сдвигов на уровне клеточных популяций моторных ядер спинного мозга в ответ на интенсивно действовавший фактор - пассивное курение, подтверждает лабильность и быстрое включение компенсаторных механизмов в подростковом организме, что, прежде всего, проявляется в усилении биосинтетических процессов в клеточных популяциях малых размерных классов и активизации сателлитарной глии. В то же время компенсаторно-приспособительные изменения, происходящие в популяции мотонейронов больших и средних размеров, показывают неоднозначность включения адаптаций. Атрофия в сочетании с нарастающей гиперхромностью и снижающейся нормо- и гипохромностью клеток, наличие сморщенных и клеток-теней, а также сниженная пролиферативная активность свободной глии указывают на нарастание деструктивных процессов, ведущих к быстрому истощению резервных возможностей на популяционно-клеточном уровне структур центральной нервной системы.

Литература

I. Арушанян Э.Б. Половые различия в чувствительности к психотропным веществам // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2007. - Т.7. - №1. - С.63-71.

2 Ахмадеев А.В., Нагаева Д.В. Участие комплексов нейрон-астроцит в процессе эпителизации мозга //

Успехи современного естествознания. - 2006. - №7. - С. 13-16.

3. Калимулина Л.Б. К вопросу о «темных» и «светлых» клетках // Морфология. - 2002. - Т. 122. - №4. -С. 75-79.

4. Надеждина А.В., Гусаров Д.А., Михалев И.В. Неотложные наркологические состояния у несовершеннолетних // Наркология. - 2005. - №1. - С. 52-55.

5. Пашин С.С., Викторов И.В. Морфо-функциональные изменения в спинном мозгу крыс после фокального фототромбоза // Морфология. - 2008. - Т.133, №1. - С. 35-38.

6. Пластичность нейронных популяций переднего мозга у молодых животных при экзогенном воздействии / Т.Я. Орлянская [и др.] // Омский науч. вестн. - 2006. - № 3 (37). - Ч. 1. - С. 80-83.

7. Структурно-метаболические изменения в нейронах гиппокампа и неокортекса мозга крыс под влиянием препарата «полидан» / О.В. Курская [и др.] // Морфология. - 2007. - Т. 131, №2. - С. 37-42.

8. Сухарев А.Г. Формирование адаптационных возможностей организма детей и подростков // Вестн. Рос. АМН. - 2006. - №8. - C.15-18.

9. Федоров В.П., Петров А.В., Степанян Н.А. Экологическая нейроморфология. Классификация типовых форм морфологической изменчивости ЦНС при действии антропогенных факторов // Журн. тео-рет. и практ. мед. - 2003. - Т. 1, №1. - С. 62-66.

10. Fakoya P.A. Persistent neocortical astrogliosis in adult Wistar rats following prenatal ethanol exposure // Brain Dev. - 2005. - V.27. - № 4. - P. 259-265.

II. Transcriptional activation of a constitutive heterochromatic domain of the human genome in response to heat shock / N. Rizzi [et al.] // Mol. Biol. Cell. - 2004. - V.15. - №2. - P.543-551.

---------♦------------

УДК 637.547.2(571.5) В.А. Гасилина, Л.И. Тарарина

ИЗУЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БЕЛОГО И КРАСНОГО МЯСА ИНДЕЕК В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Приведены результаты химического аминокислотного состава белого и красного мяса индейки. Выявлено, что биологическая ценность белого мяса индейки превосходит красное мясо индейки. Ключевые слова: индейка, мясо, качество мяса, аминокислота, жирная кислота, белок, жир, влага, соли свинца, соли ртути.

V.A. Gasilina, L.I. Tararina INDICIES OF TURKEY WHITE AND RED MEAT CHEMICAL COMPOSITION IN THE INDUSTRIAL CONDITIONS OF KRASNOYARSK REGION

The results of chemical aminoacid composition of turkey white and red meat are given.

It is revealed that biological value of turkey white meat exceeds turkey red meat.

Key words: turkey, meat, meat quality, amino acid, fatty acid, albumen, fat, moisture, lead saline, mercury saline.

В России, как и в других странах, осуществлен переход от экстенсивного сезонного на прогрессивное круглогодовое промышленное производство мяса индеек. Промышленная технология производства мяса индеек позволяет заниматься их разведением практически во всех регионах страны. В нашем регионе разведение индеек является новой отраслью промышленного птицеводства. Ученые и практики последнее вре-