Влияние пренатального эмоционального стресса на развитие головного мозга, надпочечников и гонад крыс в постнатальном онтогенезе

наблюдения в Центре здоровья позволит организовать мониторинг состояния здоровья юных спортсменов и найти пути целостного подхода к качеству медицинских осмотров юных спортсменов.

Таким образом, комплексное обследование на аппаратно-программном комплексе позволило получить целостное многостороннее представление о психоэмоциональном и функциональном состояниях организма юного спортсмена.

Скрининговые исследования здоровья детей и подростков в ЦЗ по формированию здорового образа жизни являются инновационным направлением современной медицины, позволяющим оперативно определять факт наличия выраженных отклонений или заболеваний на основе количественных показателей, характеризующих выраженность этих отклонений.

Л и т е р а т у р а

1. Лосев С. И., Бородулина Т. А. Роль педиатров в формировании здорового образа жизни у детей и подростков // Российский педиатрический журнал. - 2006. - № 2. - С. 44-48.

2. Попова Н. М. Социально-гигиеническая характеристика условий и образ жизни подростков // Бюллетень. - 2005. -№ 5. - С. 95-99.

3. Гурьянов М. С. Состояние здоровья и пути

совершенствования медицинского обслуживания

воспитанников ДЮСШ: Автореф. ... дис. канд. мед. наук.

- Казань, 2002. - 24 с.

4. Корнеева И. Т. Патогенетические основы коррекции функциональных изменений сердца юных спортсменов: Автореф. ... дис. докт. мед. наук. - М., 2003. - 40 с.

5. Авчинникова С. О. Формирование здорового образа жизни как направление социальной работы // Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины.

- 2006. - № 6. - С. 25-28.

6. Гольберг Н. Д., Дондуковская Р. Р. Питание юных спортсменов. - М.: Советский спорт, 2007. - 240 с.

7. Шеставина Н. В. Состояние здоровья юных спортсменов и медико - организационные мероприятия по снижению их заболеваемости: Автореф. ... дис. канд. мед. наук. - М., 1997.

- 24 с.

8. Курникова М. В. Состояние морфофункционального статуса высококвалифицированных спортсменов в подростковом возрасте: Автореф. . дис. канд. мед. наук.

- СПб., 2009. - 24 с.

9. Ножнинова О. В. Состояние здоровья и организация медико-социальной помощи детям-сиротам и детям, находящимся в трудной жизненной ситуации: Автореф. ... дис. канд. мед. наук. - М., 2009. - 24 с.

УДК 611.08:611.7

И. В. Николаева, Д. С. Белолюбская

ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНОГО ЭМОЦИОНАЛЬНОГО СТРЕССА НА РАЗВИТИЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА, НАДПОЧЕЧНИКОВ И ГОНАД КРЫС

В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

Рассмотрены отдаленные последствия влияния эмоционального стресса в позднем пренатальном периоде на показатели развития головного мозга, надпочечников и гонад 40-дневных крыс. В работе изучалось потомство самок-крыс, подвергнутых воздействию стресса иммобилизацией в условиях повышенной освещенности в узких пластиковых пеналах, ограничивающих их подвижность. Контролем послужило потомство интактной самки. Установлено, что потомство экспериментальных самок отличалось от контроля по состоянию нейронов мозга, гравиметрическим и морфометрическим показателям, характеризующим неокортекс и гиппокамп, надпочечников, гонад и по показателям высшей нервной деятельности.

Ключевые слова: стресс, неокортекс, гиппокамп, пренатальный период, приподнятый крестообразный лабиринт, надпочечники, гонады.

НИКОЛАЕВА Ирина Васильевна - к. б. н., ст. преп. каф. гистологии и микробиологии Медицинского института СВФУ.

E-mail: ysu-gistology@mail.ru

БЕЛОЛЮБСКАЯ Дария Степановна - к. м. н., ст. преп. каф. гистологии и микробиологии Медицинского института СВФУ.

E-mail: ysu-gistology@mail.ru

I. V. Nikolaeva, D. S. Belolyubskaya

Prenatal influence of emotional stress on the development of brain, adrenal and gonads of rats in postnatal ontogeny

The influence of long-term effects of emotional stress in late prenatal development indicators on the brain, adrenal glands and gonads of 40-day-long rats has been considered. In this paper we studied the offspring of does exposed to immobilization stress in higher light intensity in narrow plastic boxes that restrict their mobility. The offspring of intact does was used as a control. It is established that the offspring of experimental does differed by brain neurons, gravimetric and morphometric parameters characterizing the neocortex and the hippocampus, adrenal glands, gonads and on indicators of higher nervous activity.

Key words: stress, neocortex, hippocampus, prenatal period, elevated plus maze, adrenals, gonads.

Внутриутробный период развития организма

- это время, когда формируются органы и системы, определяющие становление механизмов приспособления к условиям постнатальной жизни. В настоящее время установлены последствия действия неблагоприятных факторов внешней среды в

перинатальный период как обусловливающие нарушения регуляторных систем развивающегося организма [1, 2]. Одним из ведущих факторов, способным нарушать механизмы саморегуляции гомеостаза, является эмоциональный стресс. Примером экзогенного эмоционального стресса, вызванного

длительным воздействием неадекватной температуры и постоянного освещения, является длительное

состояние страха, голодание, социальная изоляция [3]. «Световое загрязнение» и малоподвижный образ жизни рассматриваются как одни из ведущих стрессовых экологических факторов, приводящих к нарушению нормального циркадного ритма и ускоренному развитию целого ряда заболеваний [4, 5, 6].

В настоящее время установлено, что воздействие эмоционального стресса во время беременности приводит к гормональным перестройкам, вызывающим многочисленные поведенческие отклонения у потомства. Особую актуальность при этом приобретает изучение влияния различных стрессовых воздействий на развитие головного мозга. Одной из возможных причин такого влияния могут быть постстрессорные морфологические изменения различных структур мозга и, прежде всего, гиппокампа [7]. В зависимости от стадии развития неокортекс обладает разной чувствительностью к воздействию повреждающих факторов внешней среды, что проявляется разными эффектами: избирательной гибелью клеточных элементов эмбриональной ткани, снижением пролиферативной активности, нарушением направлений миграции, изменением темпов дифференцировки [8]. В стрессовой реакции мозговые структуры, взаимодействуя между собой, проявляют себя различно. При опасности, возникающей для основных биологических потребностей, главную роль играют гипоталамус и лимбическая система. Трудности исполнения социальных потребностей

требуют наибольшей активности коры головного мозга и лимбической системы [9].

В последнее время особое внимание уделяется материнскому стрессу во время гестации и его последствиям, проявляющимся в функциональных системах потомства [4, 10, 11]. Показано, что

пренатальный стресс и связанное с ним увеличение уровня глюкокортикоидов в организме матери и плода нарушают структурно-функциональные характеристики развивающейся нервной системы, баланс гормональных систем и вызывают изменения реакций на стресс у потомства [5, 12].

Среди органов эндокринной системы особое внимание привлекают надпочечные железы, гормоны которых обеспечивают приспособление к неблагоприятным условиям среды. Г ипоталамо-гипофизарно-над-

почечниковая система является основным звеном общего адаптационного процесса [13, 14].

Эксперименты на крысах показывают, что стресс и влияние экзогенных кортикостероидов во внутриутробном периоде могут оказывать продолжительное влияние на мозг, поведение и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему плода. У крысят в период с 4-го по 14-й день жизни реакция надпочечников на стрессовые воздействия является минимальной, что проявляется снижением уровня циркулирующих глюкокортикоидов [15]. Установлено, что повышенная активность надпочечников беременных самок крыс ведет к изменениям эмоциональной сферы, реактивности, полового и материнского поведения у потомства. Стрессовые воздействия в эмбриогенезе, увеличивая выработку глюкокорти-коидов, программируют развитие особенностей реакции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в последующие периоды онтогенеза: повышенный уровень базальной секреции и сниженный ответ на стресс [16]. Особенное внимание исследователей привлекают такие последствия пренатального стресса на поведение животных, как тревожность и страх. В то же время морфологические последствия пренатальных стрессовых воздействий изучены в гораздо меньшей степени и представляют собой большой интерес.

Вопрос о механизмах возникновения последствий пренатального стресса остается весьма актуальным и требует дальнейших исследований в этой области.

В связи с этим нами проведено экспериментальное исследование влияния пренатального эмоционального стресса на развитие головного мозга, надпочечников и гонад крыс в постнатальном онтогенезе.

Материалы и методы. В работе исследованы 40дневные крысы, потомство самок, стрессированных во время беременности (n=23). Контролем для этой группы явилось потомство интактной крысы (n=10), находившейся при естественном освещении вивария, полученное одновременно с потомством экспериментальных самок. С 14-го по 17-й день беременности самок подопытной группы подвергали стрессорному воздействию - ежедневной одночасовой иммобилизации в условиях повышенной освещенности. Для иммобилизации использовали узкие прозрачные пеналы, ограничивающие подвижность животных. Повышенную освещенность создавали лампой мощностью 60 ватт, расположенной на высоте 50 см. Процедуру проводили один раз в день с 14 до 15 часов. После этого самки переводились в естественный световой режим вивария. Все экспериментальные и контрольные животные содержались в равных условиях вивария со свободным доступом к воде и пище и были получены от спаривания 4-5-месячных особей.

В 40-дневном возрасте крыс сравниваемых групп декапитировали в утренние часы. Во всех группах на электронных весах определяли гравиметрические показатели: массу тела, головного мозга, полушария, надпочечника, гонад. Левое полушарие головного мозга разрезалось во фронтальной плоскости, строго перпендикулярно длиннику и верхней поверхности по схемам Светухиной. Взятый материал фиксировали в жидкости Карнуа в течение 1 часа и затем заливали в парафин по стандартной технологии. Срезы мозга толщиной 7 мкм окрашивали 1 % метиленовым синим, срезы надпочечников и гонад - гематоксилином и эозином.

Морфометрическое исследование проводилось на сериях срезов препаратов переднетеменной (ПТД) и собственно теменной долей (СТД), надпочечников и гонад при помощи окуляра-микрометра МОВ-15 и компьютерной морфометрии с помощью компьютерной программы «Photoshop CS3 Extended». Для определения толщины коры головного мозга и ее 1-го слоя исследования проводилось в 3-х участках. Для определения плотности расположения нейронов определяли их число в стандартной площади среза во II и V слоях ПТД и СТД, а также гиппокампа в 5 стандартных полях зрения каждого слоя при помощи окуляра х10, при увеличении объектива х40. Из левых надпочечников, яичников и семенников готовили парафиновые срезы толщиной 7 мкм, проходящие через

центральную часть органа. На них окуляр-микрометром измеряли толщину коры, диаметр наибольшего полостного фолликула, средний диаметр извитого семенного канальца.

Изучение высшей нервной деятельности (ВНД) потомства проводилось в 30-дневном возрасте тестированием животных в приподнятом крестообразном лабиринте, который является адекватным тестом для изучения тревожности. Лабиринт располагался на высоте 1 м над уровнем пола и имел два открытых (10^50 см) и два закрытых рукава без крыши (10*50*30). Тестирование животных обеих групп проводили с 14 до 16 часов. Время наблюдения каждого животного составляло 3 минуты. Во время исследования регистрировались суммарное время и число «элементарных» компонентов поведения: принюхивания, свешивания, стойки, груминг, пребывание в открытых и закрытых рукавах лабиринта, движения, бездействия (реакции замирания). По перечисленным компонентам поведения определялись интегративные характеристки: исследовательская активность и уровень тревожности. Показатели поведенческих реакций регистрировались в оригинальной компьютерной программе Rat Test Version 1.0 [4]. Статистический анализ данных проведен на ПК с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0. Различия считали достоверными при р< 0,05.

Результаты исследования. Полученные нами данные свидетельствовали, что головной мозг, надпочечники и гонады подвергнутых эксперименту крыс имели ряд морфометрических и физиологических отклонений. Гравиметрические данные (табл.) показали, что масса головного мозга и полушария потомства стрессирован-ной самки достоверно не отличалась от таковых контроля. При этом отмечается достоверное снижение массы тела в экспериментальной группе. Морфометрическое исследование головного мозга экспериментальных крыс показало, что достоверно уменьшилась толщина неокортекса в переднетеменной доле и собственно теменной доле, наряду с этим было выявлено уменьшение численной плотности нейронов в поле зрения V слоя собственно теменной доли и гиппокампа (табл.). Данный факт может расцениваться как следствие большей объемной доли, приходящейся на глиоциты и нейропиль, а с учетом меньшей толщины коры, и как свидетельство меньшего суммарного количества нейронов в собственно теменной доле мозга крыс экспериментальной группы. Компьютерная морфо-метрия выявила статистически достоверное уменьшение площади ядер нейронов V слоя и гиппокампа.

Параллельно с изменениями показателей развития мозга у пренатально стрессированных животных наблюдалось уменьшение толщины коры надпочечников и диаметра извитых семенных канальцев по сравнению с контрольными. Известно, что к одним из важных последствий стрессов относятся нарушение

Таблица

Гравиметрические и морфометрические показатели развития головного мозга, надпочечников и гонад пренатально стрессированных 40-дневных крыс

Показатель Группы

Интактная

М+ш Limit М+ш Liшit

Масса тела, г 93+4,1 70-105 83+1,6 69-90 <0,01

Масса головного мозга, мг 1558+29,9 1368-1650 1511+15,3 1424-1628 >0,05

Масса полушария, мг 559+12,5 492-602 557+4,9 524-578 >0,05

Масса надпочечника, мг 12+0,9 8-16 12+0,7 8-16 >0,05

Масса семенника, мг 294+101 190-496 403+22 344-452 >0,05

Масса яичника, мг 21+1,8 16-28 20+1,2 16-26 >0,05

Толщина коры мозга переднетеменной доли, мкм 1568+20,7 1514-1689 1434+26,7 1347-1567 <0,01

Толщина 1 слоя переднетеменной доли, мкм 153+3,6 133-166 144+2,9 128-162 >0,05

Число нейронов в поле зрения переднетеменной доли:

-II слоя 19,3+0,43 18,6-22,4 18,7+0,29 17,4-19 >0,05

-V слоя 6,5+0,14 5,8-7,2 6,4+0,11 5,6-7 >0,05

Толщина коры мозга собственно теменной доли, мкм 1392+15,9 1273-1496 1235+15,0 1121-1302 <0,01

Толщина 1 слоя собственно теменной доли, мкм 140+3,8 122-155 136+3,4 116-157 >0,05

Число нейронов в поле зрения собственно теменной доли:

-II слоя 20,3+0,32 18,8-21,8 19,7+0,38 18,4-20,8 >0,05

-V слоя 6,6+0,18 5,6-7,4 5,4+0,11 4,6-5,8 <0,01

- гиппокампа 21,9+0,35 20-23 19,1+0,32 17,4-20,8 <0,01

Толщина коры надпочечника, мкм 805+20,4 740-899 678+10,4 624-734 <0,01

Диаметр фолликулов яичника, мкм 464+14,2 413-513 437+20,1 337-507 >0,05

Диаметр извитых канальцев семенника, мкм 247+10 237-257 222+5,7 207-235 <0,01

фолликулогенеза, уменьшение фертильности, ановуля-торные циклы у самок, задержка развития семенников у препубертатных самцов, обусловленные изменениями состояния системы гипоталамус - гипофиз - гонады [5,

15, 16].

Имеющиеся в литературе данные [10, 14] свидетельствуют о том, что развитие мозга в пренатальном периоде, а также на ранних этапах постнатального онтогенеза является гормонозависимым процессом. Этот факт подтвержден как клиническими наблюдениями, в которых исследовались последствия нарушений концентрации гормонов в системе «мать-плацента-плод», так и в экспериментальных работах. Последние изучали эффекты введения различных гормонов, удаления эндокринных желез, а также ситуаций, приводящих

к изменениям функционирования эндокринных желез беременной, плода, гормонопродуцирующих функций [5, 9, 13]. Воздействие стресса в последнюю треть беременности вызывает изменение эндокринного баланса у самок и их потомства. Установлено, в частности, изменение уровня кортикостерона, прогестерона и тестостерона у этих самок и их потомства. В экспериментах выявлено, что воздействие стрессового фактора с 14-го по 17-й день беременности приводит к стойким изменениям гормонального фона. Эти нарушения сохраняются длительное время - в 30дневном возрасте пренатально стрессированные крысята отличаются от контрольных животных как по уровню половых гормонов в крови, так и по поведению в приподнятом крестообразном лабиринте [8, 10].

Рис. Показатели числа и времени элементарных поведенческих актов в ПКЛ 30-дневных крыс - потомства

самок, подвергнутых стрессовым воздействиям.

По-видимому, это можно объяснить тем, что эмоциональный стресс приводит к большому числу изменений, затрагивающих не только кору надпочечников, но и симпатоадреналовую систему и эпифиз. С другой стороны, известно, что изменения, развивающиеся при воздействии стресса, медленно подвергаются регрессии. В связи с этим можно полагать, что именно эти «остаточные» последствия стресса в органах эндокринной системы организма беременных крыс обусловили выявленные нами морфологические особенности мозга их 40-дневного потомства. Приведенные данные, таким образом, свидетельствуют о возможной роли изменений концентрации различных стероидов в конце пренатального периода в развитии изменений показателей развития мозга крыс, испытавших эмоциональный стресс.

Известно, что поздний пренатальный период онтогенеза является критическим в развитии эмбрионов, так как в этом периоде формируется приспособительное поведение, в том числе двигательной активности и уровня тревожности. Изменение этих форм поведения у взрослых пренатально стрессированных крыс свидетельствуют о сложных перестройках всей приспособительной деятельности организма. Однако наблюдаемые поведенческие сдвиги зачастую не сопоставляются с наблюдаемыми морфологическими и морфометрическими сдвигами в нейронах головного мозга. Статистический анализ данных регистрации поведения 30-дневных крысят в приподнятом крестообразном лабиринте показал достоверные

различия от контроля по следующим показателям: достоверно увеличилось время бездействия, время и число стоек, груминга, число принюхиваний, уменьшилось время принюхиваний и движений. Увеличение продолжительности реакции груминга у экспериментальных крыс свидетельствует о влиянии пренатального стресса на смещенную активность крысят. Различия показателей времени и числа нахождения в открытых и закрытых рукавах статистически незначимы.

Таким образом, полученные нами результаты свидетельствуют о том, что последствия стресса самок во время беременности являются стойкими и сохраняются в препубертатном периоде онтогенеза у их потомства, проявляясь многочисленными морфологическими отличиями мозга и нарушениями высшей нервной деятельности. Морфологические изменения в исследованных органах и отклонения форм поведения у взрослых пренатально стрессированных крыс свидетельствуют о сложных перестройках всей приспособительной деятельности организма. Несмотря на бурное развитие нейробиологии в работах по морфологии нервной системы мало затронут вопрос о влиянии стресса матери на гистогенез головного мозга потомства. В связи с тем, что на протяжении последних десяти лет отмечается непрекращающийся рост патологий центральной нервной системы у детей, данный аспект исследований несомненно представляет не только теоретический, но и практический интерес.

Л и т е р а т у р а

1. Muneoka K., Mikuni M., Ogawa T. Prenatal dexamethasone exposure alters brain monoamine metabolism and adrenocortical response in rat offspring // Am. J. Physiol. - 1997. - № 273. -P. 1669-1675.

2. Резников А. Г., Носенко Н. Д., Тарасенко П. В. Ранние и отдаленные нейроэндокринные эффекты пренатального стресса у самцов и самок крыс // Проблемы эндокринологии.

- 2000. - № 1. - С. 30-34.

3. Ордян Н. Э., Пивина С. Г., Акулова В. К., Галеева А. Ю.

Влияние пренатального стресса на активность гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы крыс: роль

глюкокортикоидных рецепторов мозга // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2006. - Т. 92, № 9. - С. 1100-1110.

4. Рыжавский Б. Я. Развитие головного мозга: отдаленные последствия влияния некомфортных условий. - Хабаровск: Изд-во Дальневост. гос. мед. ун-та. - 2006. - 232 с.

5. Отеллин В. А., Коржевский Д. Э., Гилерович Е. Г. Повреждающие воздействия в критические периоды пренатального онтогенеза как фактор, модифицирующий структурное развитие головного мозга и поведенческие реакции после рождения // Вестник РАМН. - 2002. - № 12. -С. 32-35

6. Bozzo A., Sonez S. A., Mugnaini M. T., Pastorino I. C., Rolando A. N., Romanini M. C., Gauna H. F. Chronic stress effects on the apoptotic index of the adrenal cortex of pregnant rats // Biocell. - 2006. - № 30 (3). - P. 439-445.

7. McEwen B. S. Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain // Physiol Rev. - 2007. - № 87 (3). - P. 873-904.

8. Кассиль В. Г., Отеллин В. А., Хожай Л. И., Косткин В. Б. Критические периоды развития головного мозга // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2000. - Т. 86, № 11. - С. 1418-1425.

9. Исаев Д. Н. Психосоматическая медицина детского возраста - СПб.: Специальная литература. - 1996. - 454 с.

10. Seckl J.R. Glucocorticoids, developmental ‘’programming’’ and the risk of affective dysfunction // Prog Brain Res. - 2008. - № 167. - P. 17-37.

11. Ордян Н. Э., Пивина С. Г. Уровень тревожности и синтез нейростероидов в мозгу пренатально стрессированных самцов крыс // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2002. - Т. 88, № 7. - С. 900-906.

12. Kloet de E.R., Joels M. Corticosteroid hormones in neuroprotection and brain damage // Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes. - 1996. - № 3. - P. 184-192.

13. Шаляпина В. Г., Зайченко И. Н., Ордян Н. Э., Батуев А. С. Изменение нейроэндокринной регуляции приспособительного поведения крыс после стресса в позднем пренатальном онтогенезе // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2001.

- Т. 87, № 9. - С. 1193-1201.

14. Дедов И. И., Мельниченко Г. А., Фадеев В. В. Эндокринология: Учебник. - М.: Медицина. - 2000. - 632 с.

15. Levine S. Regulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in the neonatal rat: the role of maternal behavior // Neurotox Res.- 2002. - № 4 (5-6). - P. 557-564.

16. Шевченко А. Ю., Яковлева Т. В., Макарова Е. Н. Стресс-гиперреспонсивный период в постнатальном становлении гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы у мышей // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2006. - Т.92, № 1.

- С. 1351-1357.