Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЯДЕР ПЕРЕДНЕГО ГИПОТАЛАМУСА В ОБЕСПЕЧЕНИИ СТРЕСС-РЕАКТИВНОСТИ ОРГАНИЗМА

Постнова М.В. 1 Новочадов В.В. 1 Потанин М.Б. 2
1 ФГАОУ ВПО «Волгоградский государственный университет»
2 Компания «Agfa Healthcare»
В рамках выявления структурных основ стресс-реактивности у белых крыс изучена морфология супраоптических (SO), супрахиазматических (SCh) и паравентрикулярных (PV) ядер гипоталамуса. Исследование выполнено у интактных и стрессированных крыс с высокой и низкой реактивностью, с помощью классических гистологических, морфометрических и иммуногистохимических методик (маркеры астроцитов и микроглиальных клеток). Для оценки фазы и интенсивности стрессорной реакции определяли концентрации АКТГ и кортизола в сыворотке крови с помощью иммуноферментного анализа. Показано, что у животных с высокой реактивностью имеются структурные предикты более высоких триггерных свойств SO и PV в формировании нейроэндокринного ответа на стрессор при относительно меньшей резистентности к повреждению. Это предполагает у них более быстрое истощение механизмов стрессорного ответа. Выявленные особенности лежат в основе вариабельности адаптивных гомеостатических реакций и играют ключевую роль в обеспечении стресс-реактивности.
гипоталамус
гомеостаз
реактивность
стресс
1. Влияние антител к глутамату на развитие стресс-реакций и содержание нейромедиаторов в гиппокампе и гипоталамусе у крыс с разной поведенческой активностью / Л.А. Ветрилэ, И.А. Захарова, В.С. Кудрин, П.М. Клодт // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2013. – Т. 155, № 3. – С. 293–298.
2. Депрессия антистрессовых механизмов как основа развития патологического процесса А.А. Хадарцев, В.Н. Морозов, А.Г. Хрупачев и др. // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 4–2. – С. 371–375.
3. Коржевский Д.Э., Гиляров А.В. Основы гистологической техники. – СПб.: СпецЛит, 2010. – 95 c.
4. Миронова В.И., Рыбникова Е.А. Устойчивые модификации экспрессии нейрогормонов в гипоталамусе крыс в модели посттравматического стрессового расстройства // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2008. – Т. 94. – № 11. – С. 1277–1284.
5. Мулик А.Б. Универсальный метод оценки уровня общей неспецифической реактивности организма человека и традиционных видов лабораторных животных // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11: Естественные науки. – 2012. – № 2. – С. 11–15.
6. Писарев В.., Смирнов А.В., Гуров Д.Ю. Вариабельность структур центральной нервной системы и её роль в развитии патологических процессов. – Волгоград: Волгоградское научное издательство, 2006. – 131 с.
7. Радиальная морфометрия нейронов в оценке конституционально обусловленных особенностей структур промежуточного мозга / Д.Ю. Гуров, В.Б. Писарев, В.В. Новочадов, М.Б. Потанин // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. – 2005. – № 1. – С. 6–8.
8. Blunted HPA axis response to stress is related to a persistent dysregulation profile in youth / L. Ayer, K. Greaves-Lord, R. R. Althoff, et al. // Biol. Psychol. – 2013. – Vol. 93, № 3. – P. 343–351.
9. Bruce S., McEwen А. Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain // Physiol Rev. – 2007. – Vol. 87, № 3. – P. 873–904.
10. Contestabile A., Monti B., Polazzi E. Neuronal-glial interactions define the role of nitric oxide in neural functional processes // Curr. Neuropharmacol. – 2012. – Vol. 10, № 4. – P. 303–310.
11. Herman J.P., Flak J., Jankord R. Chronic stress plasticity in the hypothalamic paraventricular nucleus // Progr. Brain Res. – 2008. –Vol. 170. – P. 353–364.
12. Prenatal stress induces long-term effects in cell turnover in the hippocampus-hypothalamus-pituitary axis in adult male rats / E. Baquedano, C. García-Cáceres, Y. Diz-Chaves, et al. // PLoS One. – 2011. – Vol. 6, № 11. – e27549. doi:10.1371/journal.pone.0027549.
13. Stress-dependent and gender-specific neuroregulatory roles of the apelin receptor in the hypothalamic–pituitary–adrenal axis response to acute stress / M.J.F. Newson, G.R. Pope, E.M. Roberts, et al. // J. Endocrinol. – 2013. – Vol. 216, № 1. – P. 99–109.
14. Swanson L.W. Brain maps: structure of the rat brain. – Amsterdam: Elsevier, 1998. – 160 p.

Многочисленными исследованиями подтверждено, что гипоталамус относится к основным структурам, обеспечивающим последовательность нейроэндокринных изменений при стрессе и стресс-реактивность организма [2, 4, 9, 12]. К наиболее активным и в то же время наиболее уязвимым гипоталамическим структурам при стрессе были отнесены паравентрикулярное (PV) и супраоптическое (SO) ядра [6, 11].

Менее изученным остается вопрос о типологических особенностях строения гипоталамуса, в основе которых лежит генетически детерминированное своеобразие молекулярных механизмов трофики, сигнального управления и специфической функции нейронов и глиальных клеток. Именно они в совокупности определяют итоговый баланс нейромедиаторов и триггерных гормонов стресса (прежде всего – кортиколиберина и АКТГ), интенсивность местных процессов и системных нейро-иммуно-эндокринных взаимодействий, обеспечивая тем самым индивидуальную динамику ответа организма на стрессорное воздействия, обозначаемое как стресс-реактивность [6].

Цель исследования – выявить в эксперименте структурные основы различной стресс-реактивности на уровне фенотипических особенностей ядер переднего гипоталамуса.

Методы и материалы исследования

Эксперимент проводили на 32 нелинейных белых крысах породы Вистар массой от 220 до 240 г. При проведении работы руководствовались этическими нормами, изложенными в «Международном кодексе медицинской этики» (1994), Хельсинской декларации (2000) и Директивах Европейского сообщества 86/609EEC.

Уровень реактивности животных определяли как фенотипически устойчивое (конституциональное) свойство организма, используя два теста: по порогу болевой чувствительности [5] и по величине 30-минутного градиента температуры при действии малых доз (0,1 мг/кг внутрибрюшинно) липополисахарида S. Thyphimurium [7]. На основе совпадения результатов двух тестов было отобрано по 16 животных с высокой (ВР) и низкой реактивностью (НР). Хронический стресс моделировали путем 2-часовой иммобилизации через день в течение трех недель по 8 животных ВР и НР групп, остальные составили контрольные группы. Эвтаназию производили путем декапитации под легким эфирным наркозом, что обеспечивало минимальное повреждение тканей головного мозга [6]. Для оценки фазы и интенсивности стрессорной реакции определяли концентрации АКТГ и кортизола в сыворотке крови с помощью твердофазного иммуноферментного анализа. Использовали спектофотометр StatFax 2100, вошер StatFax 2600 (Awareness Technology, USA) и готовые наборы «Вектор-Бест» (Новосибирск, Россия).

Мозг разделяли фронтальной секцией через точку P0 в координатах Хорслей‒Кларка на два блока и готовили по 50 фронтальных срезов с задней поверхности переднего блока и 100 срезов – с передней поверхности заднего блока, что позволяло в полном объеме выявить цитоархитектонику SO, супрахиазматического (SCh) и PV ядра гипоталамуса [14]. Срезы окрашивали гематоксилином и эозином, а также по Нисслю [3]. Иммуногистохимическое исследование проводили готовыми наборами производства DakoCytomation (Дания) для выявления макрофагального антигена (окрашивает микроглиальные клетки) и кислого глиального протеина (визуализирует астроциты). Количественно определяли объемную долю нейронов (%), средние объемы ядер нейронов (мкм3), среднее число граничных нейронов и астроглиоцитов в окружении нейрона, а также коэффициент микроглия/нейрон. В условиях стресса также рассчитывали степень повреждения нейронов (по А.И. Чубинидзе в модификации [6], в баллах), общую потерю нейронов (%) и степень глиальной реакции, оцененную по приросту яркости в окраске на микроглиальные клетки (усл. ед.).

Результаты исследования и их обсуждение

SO визуализировалось в виде плотного овоидного скопления крупных нейронов, примерно по 50–60 клеток на срезе; SCh – как неравномерное скопление 30–40 полигональных нейронов средних и небольших размеров несколько каудальнее SO; PV – под эпендимой третьего желудочка в виде крупноклеточной части из 60–80 компактно сгруппированных нейроэндокринных клеток и мелкоклеточной части, расположенной более латерально. Данные количественного морфологического анализа представлены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели морфометрии основных ядер переднего гипоталамуса крыс с различной реактивностью (M ± m)

Морфометрические показатели

Реактивность

Низкая

Высокая

Супраоптическое ядро

Объемная доля нейронов, %

Средний объем ядер нейронов, мкм3

Среднее число граничных нейронов в объеме

Среднее число граничных астроцитов

Коэффициент микроглия/нейрон

36,2 ± 2,1

372,0 ± 18,9

13,9 ± 0,7

5,7 ± 0,4

5,53 ± 0,34

24,9 ± 1,3 *

452,0 ± 30,6 *

9,1 ± 0,6

6,1 ± 0,4

3,45 ± 0,23 *

Супрахиазматическое ядро

Объемная доля нейронов, %

Средний объем ядер нейронов, мкм3

Среднее число граничных нейронов в объеме

Среднее число граничных астроцитов

Коэффициент микроглия/нейрон

40,2 ± 2,5

169,3 ± 7,1

14,8 ± 1,1

4,6 ± 0,3

8,31 ± 0,57

48,4 ± 2,7 *

327,0 ± 11,8 *

15,3 ± 1,2

4,0 ± 0,3

5,01 ± 0,36 *

Паравентрикулярное ядро

Объемная доля нейронов, %

Средний объем ядер нейронов, мкм3

Среднее число граничных нейронов в объеме

Среднее число граничных астроцитов

Коэффициент микроглия/нейрон

47,5 ± 2,2

414,7 ± 30,1

17,7 ± 1,3

7,1 ± 0,4

8,12 ± 0,48

44,8 ± 1,9

435,8 ± 29,4

11,0 ± 0,6 *

4,6 ± 0,3 *

8,07 ± 0,48

Примечание. * – достоверные различия между группами.

Как видно из представленных данных, для SO животных ВР группы были характерны относительно большая объемная доля нейронов, размеры их ядер и коэффициент глия/нейрон, но меньшее число граничных нейронов. Количество граничных астроцитов в SO не различалось между группами. Для SCh крыс с ВР были характерны относительно более высокие объемная доля нейронов и средний объем ядер (в 1,92 раза больше, Р < 0,001), но относительно низкий коэффициент микроглия/нейрон. Количества граничных нейронов и граничных астроцитов практически не различались между собой. Объемная доля нейронов, средние размеры ядер клеток и коэффициент микроглия/нейрон в PV были сходными у животных ВР и НР групп. В то же время на один нейрон в PV животных ВР группы приходилось относительно меньше граничных нейронов и астроцитов. В целом наиболее яркие структурные отличия выявлены в SO и SCh, а минимальные – в PV (рисунок).

pic_73.tif

Особенности строения ядер переднего гипоталамуса, связанные с высокой реактивностью. За единицу принято значение показателя в НР группе животных

При анализе данных различий следует принимать во внимание такие ключевые моменты, как потенциальные функциональные возможности отдельных нейронов и сложность нейронного окружения, которая предполагает как серьезную синергию их деятельности, так и наличие защитно-трофических свойств нейроглии [7, 8, 10].

В совокупности выявленные особенности могут быть расценены как свидетельство относительно более сложной внутренней организации SO гипоталамуса и его относительно большей потенциальной резистентности к повреждающим воздействиям у животных с НР. У животных с ВР организация SO менее сложная, но его нейроны обладают признаками более интенсивных триггерных реакций при нейросекреторной регуляции гомеостаза. Для SCh можно говорить о примерно равных функциональных возможностях у животных с различной реактивностью, но при большей потенции SCh к триггерным реакциям у животных ВР группы, но большей резистентности к нагрузкам и повреждающим воздействиям – у животных с НР. В отношении PV крыс с ВР не выявлено структурных предпосылок к его большей активности или большей устойчивости к действию повреждающих факторов и функциональных перегрузок, в сравнении с аналогичным ядром у крыс НР группы.

Моделирование стресса сопровождалось у животных ВР группы снижением АКТГ крови до 1,25 ± 0,10 пг/мл (против 3,88 ± 0,31 пг/мл в контроле, P < 0,001) и повышением уровня кортизола до 27,05 ± 2,24 нмоль/л (против 18,09 ± 1,50 нмоль/л в контроле, P < 0,01), что расценено как начальная стадия истощения адреналовой (стрессорной) гормональной оси. Определено по уровню гормонов гипофизарно-надпочечниковой системы – АКТГ и кортизол. У животных НР группы после стресса в крови выявлено умеренно высокое количество АКТГ (4,13 ± 0,38 пг/мл против 3,03 ± 0,27 пг/мл в контроле) и крайне высокое содержание кортизола (93,72 ± 10,09 нмоль/л против 20,75 ± 1,86 нмоль/л, P < 0,001). Это соответствовало фазе напряжения острого стресса [9].

Стресс-индуцированное повреждение нейронов в значительной степени варьировало по глубине в различных ядрах переднего гипоталамуса. Данные морфометрии представлены в табл. 2.

У интактных животных степень повреждения нейронов составляла несколько процентов только в SO и PV, что было связано с наличием нейросекреции и была заметно большей у крыс ВР группы. Стресс-индуцированные изменения нейронов у животных ВР группы были достаточно интенсивными в SO (22 %) и PV (25,6 %) при явно меньшей степени повреждении нейронов SCh (9,4 %). У крыс НР группы степень повреждения нейронов оказывалась значительно меньше и не превышала 14,3 %. Общая потеря нейронов варьировалась в меньшей степени и составляла в среднем от 6,5 % (SCh) до 11,3 % (PV) в ВР группе и от 3,5 % (SCh) до 6,53 % (PV) – в НР группе. Выраженность глиальной реакции при стрессе была заметно выше у животных ВР группы.

Таким образом, в наибольшей степени при стрессе поражаются нейроны SO и PV, в наименьшей степени – SCh. Высокая реактивность является фактором, обеспечивающим за счет выявленных ранее структурных особенностей (относительно более сложная организация нейронного окружения и высокое микроглиальное представительство), относительно большие повреждения SO и SCh в сравнении с изменениями при стрессе в аналогичных ядрах переднего гипоталамуса у животных с НР.

Таблица 2

Количественные показатели повреждения основных ядер переднего гипоталамуса крыс с различной реактивностью при хроническом стрессе (M ± m)

Морфометрические показатели

Реактивность

Низкая

Высокая

Интактные

Стресс

Интактные

Стресс

Супраоптическое ядро

Степень повреждения нейронов, баллов

Общая потеря нейронов, %

Глиальная реакция, усл. ед.

0,6 ± 0,1

0

7,8 ± 0,4

14,3 ± 1,1 *

3,2 ± 0,2 *

21,7 ± 1,4 *

2,7 ± 0,2 #

0

10,6 ± 0,7

22,0 ± 1,2 *#

7,5 ± 0,5 *#

65,3 ± 4,5 *#

Супрахиазматическое ядро

Степень повреждения нейронов, баллов

Общая потеря нейронов, %

Глиальная реакция, усл. ед.

0

0

5,1 ± 0,3

3,8 ± 0,5 *

1,9 ± 0,1 *

11,6 ± 0,6

0

0

7,3 ± 0,5 *

9,4 ± 0,2 *#

6,5 ± 0,4 *#

29,5 ± 1,7 *#

Паравентрикулярное ядро

Степень повреждения нейронов, баллов

Общая потеря нейронов, %

Глиальная реакция, усл. ед.

0,5 ± 0,1

0

8,9 ± 0,6

13,8 ± 1,4 *

6,5 ± 0,6 *

30,5 ± 2,2 *

3,5 ± 0,2 #

0

8,6 ± 0,5

25,6 ± 1,3 *#

11,3 ± 0,9 *#

63,8 ± 4,1 *#

Примечание. * – достоверные стресс-индуцированние изменения; # – между ВР и НР группами.

С учетом того, что описанные гипоталамические ядра напрямую связаны с реализацией нейроэндокринной программы стресса [1, 13], их относительно меньшая резистентность у животных с ВР позволяет предположить у таких животных более быстрое истощение механизмов стрессорного реагирования на соответствующие по силе воздействия окружающей среды.

Заключение

Одной из структурных основ генетически детерминированной (конституциональной) реактивности являются морфофункциональные особенности ядер переднего гипоталамуса. У лабораторных животных с высокой реактивностью выявлены структурные предикты более высоких триггерных свойств и активности SO и PV (в меньшей степени – SCh) в нейросекреторной регуляции гомеостаза при меньшей резистентности к действию факторов высокой интенсивности. Выявленные особенности являются основой вариабельности механизмов гомеостазирования и адаптивных реакций, обусловленными различиями в реактивности организма.

Рецензенты:

Яковлев А.Т., д.м.н., профессор, главный научный сотрудник, ФКУЗ «Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора, г. Волгоград;

Ряднов А.А., д.б.н., доцент, заведующий кафедрой анатомии и физиологии животных, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград.

Работа поступила в редакцию 15.08.2013.


Библиографическая ссылка

Постнова М.В., Новочадов В.В., Потанин М.Б. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЯДЕР ПЕРЕДНЕГО ГИПОТАЛАМУСА В ОБЕСПЕЧЕНИИ СТРЕСС-РЕАКТИВНОСТИ ОРГАНИЗМА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-2. – С. 366-370;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32285 (дата обращения: 15.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074