Автореферат и диссертация по медицине (14.00.23) на тему:Экспериментальное исследование роли эпифиза в регуляции сперматогенеза

На правах рукописи

Г Г ОД

ИНДИРЯКОВА Ольга Анатольевна - ^ К ЛЯ Ь9Э

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ЭПИФИЗА В РЕГУЛЯЦИИ СПЕРМАТОГЕНЕЗА

14.00.23 - гистология, цитология, эмбриология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Саранск-1999

Работа выполнена на кафедре общей биологии и гистологии медицинского факультета Ульяновского государственного университета.

Научный руководитель - академик РАЕН, профессор,

доктор биологических наук - В.Ф.Сыч

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор - Н.В.Ямщиков

Доктор биологических наук, профессор - В.В.Валиуллин

Ведущая организация: Институт биологии развития РАН

Защита состоится « /У» ркмауЖ' 1999 года на заседании диссертационного совета Д 063.72.03 в Мордовском государственном университете имИП.Огарева по адресу: г.Саранск, ул.Ульянова, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Мордовского государственного университета.

Автореферат разослан « * » 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук П.П.Кругляков

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Размножение является фундаментальным свойством живого, а обеспечивающие его процессы и функции лежат в основе жизнедеятельности и развитая организмов. В связи с этим регуляция репродуктивной функции организма обоснованно рассматривается актуальной проблемой современной экспериментальной биологии (Бабичев В.Н., 1998; Никитин А.И., 1998; Reiter R.J., 1998).

Репродуктивная функция организма, наряду с другими физиологическими функциями, характеризуется скоординированностью с периодическими процессами абиотического и биотического окружения живых организмов. Наиболее изучена сезонная ритмичность репродуктивной функции животных, направленная на выбор благоприятного сезона для проявления репродуктивной активности и являющаяся примером важнейшей адаптивной стратегии, отклонение от которой элиминировалось в ходе эволюции естественным отбором (Шорт Р.В., 1987).

Большинству функций живого организма свойственны суточные изменения, навязываемые им внешними временными сигналами (Берне Дж.Т., Мошкин М.П., 1998; Lubosliitzky R. et al, 1997; Parisi G., 1997; Reinstem S. et al., 1998). При этом посредником между внешней и внутренней средой является эпифиз, который воспринимает информацию об уровне освещенности, поступающую к нему от зрительного рецептора, и преобразует ее в эндокринные сигналы (Арушанян Э.Б., Ованесов К.Б., 1995; Анисимов В.Н., 1997; Новикова И.С. и др., 1997; Vivien-Roels В., 1989), Наиболее изученным гормоном является мелатонин, посредством которого эпифиз оказывает модулирующее влияние на активность структур мозга, обладающих мелатониновыми рецепторами (Герман С.В., 1993; Этингоф Р.Н., 1997; Sumova A., Vanecek J., 1997; Gilad Е. et al., 1998; Kripke D.F. et al, 1998; Shochat T. et al., 1998). Кроме того, эпифиз продуцирует целый ряд биологически активных веществ, обладающих широким спектром действия (Benson В., 1977; Blask D.E. et al., 1983). Хорошей экспериментальной моделью для изучения возможных эффектов эпифизарных гормонов является введение эпифизэктомиро-вашшм животным пептидного экстракта эпифиза - эпиталамина (Ха-винсон В.Х., Морозов В.Г., 1992). Такая модель не требует дополнительного контроля влияния эпиталамина на интактных животных (Ха-винсонВ.Х. идр., 1998).

Известно, что эпифиз принимает участие в регуляции репродуктивной функции животных посредством гипоталамо-гипофизарной системы, с которой он связан функционально (Herbert J. et al., 1986). Несмотря на то, что отмечена связь между функционированием эпифиза и репродуктивной функцией животных, к настоящему времени вопросы

эпифизарной регуляции суточных репродуктивных ритмов изучены крайне недостаточно (Fa Z. et al., 1997).

Функционированию тобой системы клеток свойственны периодические колебания, что проявляется в существовании их биологических ритмов. Примером этого может рассматриваться процесс сперматогенеза, характеризующийся определенной видоспецифичной продолжительностью, наличием цикла и волны эпителиосперматогенного слоя (Ishi-zakaK., OshimaH., 1997). Основной характеристикой временной организации сперматогенной ткани является цикл ее развития. Понятие цикла включает совокупность сменяющих друг друга стадий в данном участке семенного канальца. Весь процесс сперматогенеза объединяет несколько циклов, каждый из которых состоит из ряда стадий (у крыс различают 14 стадий) (LeblondP., Clermont Y., 1952). Каждая из стадий характеризуется качественными и количественными параметрами, изменения характеристик которых свидетельствуют о нарушении течения сперматогенеза. Совокупность биологических ритмов, обеспечивающих сперматогенез, упорядочение и согласованно осуществляющихся во времени, формирует временную организацию эпителиосперматогенного слоя. Подобная иерархическая организация позволяет точно выявить циклические изменения сперматогенеза.

Несмотря на широкое признание роли эпифиза в формировании сезонных ритмов репродуктивной активности и суточных ритмов многих физиологических функций организма, проблема регуляции эпифизом сперматогенеза остается нерешенной.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилось изучение роли эпифиза в регуляции биологических ритмов сперматогенеза.

Достижение указанной цели основывалось на постановке и решении следующих задач:

1) изучить суточную динамику стадий цикла сперматогенеза, ее цитологического профиля, а также морфологических параметров семенников интактных животных;

2) исследовать влияние эпифизэктомии на суточную динамику морфологических параметров семенников;

3) изучить влияние эпиталамина на суточные изменения морфологических параметров семенников эпифизэктомированных животных;

4) изучить состояние эндокринной ткани семенников после эпифизэктомии и при введении эпифизэкгомированным животным эпитала-мина.

Научная новизна. Впервые изучена биологическая ритмичность стадий цикла сперматогенеза. В работе представлены новые данные об иерархии биологических ритмов сперматогенеза, расширяющие и углубляющие существующие представления о его временной организации. Впервые установлено существование суточного ритма процесса сперма-

тогенеза у животных, а также выявлена его зависимость от регулятор-ных влияний эпифиза. Показано, что влияние эпифиза на формирование суточного ритма сперматогенеза осуществляется посредством его пептидов и сопровождается изменением функциональной активности эндокринной ткани семенников.

Научно-практическая ценность исследования. Результаты исследования раскрывают взаимодействие двух эндокринных органов -эпифиза и семенников, а также углубляют и расширяют представления о функциональной роли эпифиза в регуляции биологических ритмов и его месте в системе нейрозндокринной регуляции.

Установлена зависимость суточного ритма стадий цикла сперматогенеза от влияния эпифиза, что позволяет определить дальнейшие направления изучения взаимодействия в системе эпифиз-семенники.

Полученные новые данные о роли пептидов эпифиза в регуляции временной динамики процессов сперматогенеза являются основанием для рекомендации о целесообразности расширения спектра терапевтического применения пептидного экстракта эпифиза в медицинской практике.

Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-практических конференциях Ульяновского государственного университета (Ульяновск, 1996, 1997, 1998, 1999), научной конференции Ульяновского государственного педагогического университета (1998), IV съезде российских морфологов (Ижевск, 1999). Материалы исследований представлены и обсуждены на заседании Ульяновского отделения: ВНО АГЭ (1998).

Положения, выносимые на защиту:

1) Стадии цикла сперматогенеза характеризуются суточной ритмичностью, опосредованной регуляторным действием эпифиза.

2) Для активности клеток Лейдига, составляющих промежуточное звено в регуляции сперматогенеза, свойственны суточные ритмы, зависящие от эпифиза.

3) Эпиталамин препятствует нарушению у эпифизэктомирован-ных животных суточной динамики стадий цикла сперматогенеза и морфологических параметров эндокринной ткани семенников.

Внедрення. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе по дисциплинам «Медицинская биология, генетика и паразитология» и «Гистология, эмбриология, цитология» при изучении тем «Половая система», «Индивидуальное развитие организмов» на кафедре общей биологии и гистологии Ульяновского государственного университета, на кафедре гистологии Казанского государственного медицинского университета, а также в научно-исследовательской работе учебно-научно-исследовательской лаборатории Ульяновского государственного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов, библиографического списка и приложения.

Работа изложена на 181 странице машинописного текста, иллюстрирована 37 рисунками и 23 таблицами. Список использованной литературы включает 322. работ, из которых 76 отечественных авторов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом исследования послужили 144 самца белых неинбред-ных крыс массой 200-250 г. Животные содержались в виварии при 12-часовом режиме освещения (свет с 8® до 20—). Период адаптации животных к условиям светового режима и содержания (вода и пища ad libitum) во всех экспериментах составлял не менее двух недель.

По истечении двух недель проводилась эпифизэктомия, после которой указанный режим освещения поддерживался в течение 40 суток. В

1 с 1100 1 л00 1^00 1Г\00 -пОО лОО еОО

конце этого срока через каждые 3 часа (11—, 14—, 17-, 20-, 23—, 2—, 5- , 8®) в течение одних суток животные умерщвлялись путем декапитации. Для исследования забирались семенники, которые сразу взвешивались на торсионных весах ВТ-500.

Для изучения влияния пептидов эпифиза на суточную динамику сперматогенеза ежедневно с 20го по 40я день после эпифизэктомии в 8® эпифизэктомированкым животным (а=48) делали подкожные инъекции эпиталамина в дозе 0,5 мг в сутки. Выбор дозы производился с учетом данных литературы. Так, при изучении влияния эпиталамина на продолжительность жизни и на развитие канцерогенеза у мышей и крыс доза 0,5 мг оказалась более эффективной, чем доза 0,1 мг в сутки (Бонда-ренко Л.А., Анисимов В.Н., 1990, 1992; Анисимов В.Н., Хавинсон В.Х., 1991). Контролем служили интактяые (п=48) и эпифизэктомированные животные (п=48). На 40" день после операции животные умерщвлялись путем декапитации через каждые 3 часа в течение суток. Эксперимент по изучению суточного ритма сперматогенеза проводился в течение года в период с февраля по март.

Эпифизэктомия осуществлялась по методу, разработанному на кафедре общей биологии и гистологии УлГУ, под общим тиопенталовым наркозом в дозе 50-70 мг/кг. Все болезненные манипуляции с животными осуществляли согласно приказу № 755 от 12 августа 1977 г. но МЗ СССР «О гуманном обращении с экспериментальными животными». " Эпифизэктомия проводилась путем резекции участка кости с подлежащим эпифизом.

Гистологические срезы толщиной 5-6 мкм окрашивались гематоксилином и эозином. Всего изготовлено и проанализировано 1300 гистологических препаратов.

Характеристика морфофункционального состояния семенников складывалась из суммарной оценки признаков, наблюдаемых при визуальном изучении гистологических препаратов, количественных методов исследования и хронобиологического анализа результатов.

Для каждой группы животных определяли абсолютную массу семенников (г), диаметр семенных канальцев (мкм), толщину эпителиос-перматогенного слоя (мкм), цитологический профиль стадий цикла сперматогенеза, частоту встречаемости (ЧВ) стадий цикла сперматогенеза (%), митотический индекс сперматогоний (МИС, %о).

С целью оценки функциональной активности клеток Лейдига определяли их ядерно-датоплазматическое отношение и поверхностно-объемное соотношение. Для этого определяли диаметр, площадь и объем ядер, а также площадь и объем цитоплазмы. Выбор данных критериев обосновывался тем, что эти морфологические параметры клеток Лейдига, по мнению ряда авторов (Кондратенко В.Г. и др., 1978; Хмельницкий O.K., Ступина A.C., 1989; Волкова ОБ. и др., 1992; Шевлюк H.H., 1998; Peyrat J.P. et al., 1981), коррелируют с их функцией синтеза половых стероидов.

Все подсчеты и измерения производились на взятых по правилу случайных чисел препаратах семенников от 48 животных каждой группы с помощью микроскопа Биолам-И при увеличениях: х400, хбОО или хЮОО.

Достоверность различий определяли по критерию Фишера-Стью-дента (Добровольский Г.А., 1984; Лакин Г.Д., 1990). Уровень значимости был принят Р<0,05.

Для описшшя суточных ритмов использовали такие параметры графически-параметрического метода (Романов Ю.А. и др., 1979), как мезор (среднесуточная величина) - частное от деления суммы значений в отдельные часы суток на число измерений в течение суток, акрофаза -время суток, в которое отмечался максимум показателя, и активная фаза - длительность периода суточного ритма в часах, когда значения показателя превышают мезор.

С целью выявления периодичности процесса использовали математический метод спектрального анализа временных рядов, который позволяет получить распределение квадрата амплитуды колебаний по частотам. Спектры вычислялись методом авторегрессии (Дженкинс Г., Ватте Д., 1972; Отнес Р., Эноксон Л., 1982).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Семенники после эпифизэктомии и введения эпигаламина

Масса семенников у интакгных животных составила в среднем 2,83±0,25 г. После эпифизэктомии масса семенников проявила тенденцию к уменьшению (2,74±0,30 г), тогда как введение эпифизэктомиро-ванным животным эпиталамика вызвало тенденцию к ее увеличению (2,91±0,23 г). В результате изучения суточной динамики массы семенников у животных всех трех групп колебания этого показателя не выявлены.

Диаметр семенных канальцев и толщина эпителиоспе^атогенно-го слоя отражают сперматогенную активность семенников (Ухов Ю.И., Астраханцев А.Ф., 1983). Динамика диаметра семенных канальцев и ходщины эдителиоснерматогенного слоя у интактных животных в течение суток не изменялась. Эпифизэктомия и введение эпифизэктомиро-ванным животным эпиталамина не вызвали изменений данных показателей по сравнению с таковыми у интактных животных.

У интактных животных суточная динамика количества клеток разных типов на всех стадиях сперматогенеза имела незначительную амплитуду. После удаления эпифиза во всех семенных канальцах не обнаружено видимых изменений сперматогенеза. Все стадии характеризовались таким же, как и у интактных животных, количественным и качественным клеточным составом. Суточная динамика количества клеток разных типов на всех стадиях сперматогенеза не отличалась от таковой у интактных животных. Введение эпифизэктомированным животным эпиталамина также не повлияло на цитологический профиль стадий цикла сперматогенеза и суточную динамику количества клеток.

У всех подопытных животных анализ количества сперматогоний, находящихся в митозе, позволил установить выраженную митотическую активность во время шести стадий цикла сперматогенеза (I, 1У, VI, IX, XII и XIV стадии). На остальных стадиях сперматогенеза митотическая активность этих клеток была незначительной (рис.1).

При изучении динамики митотического индекса сперматогоний (МИС) у интактных животных установлено наличие его выраженного суточного ритма во время I, IV, VI, IX и XII стадий с преобладанием периода в 14 ч. Фазовая структура суточной динамики МИС во время I, IV, VI и IX стадий являлась монофазной с активной фазой, соответствующей границе световых режимов. Вместе с тем, минимальные значения отмечались в темповом периоде. Акрофаза суточной динамики МИС для I и XIV стадий приходилась на 8®, тогда как для IV, VI, IX и ХП стадий - на 20—.

стадии

□ контроль П эпифизэктомия Пэпифизэктомия+эгшталамин

Рис. 1. Митотическая активность сперматогоний в цикле сперматогенеза.

После эпифизэктомии отмечено увеличение МИС во время VI, IX и XII стадий сперматогенеза. Анализ фазовой структуры ритма МИС у эпифизэктомированных животных показал, что ее суточная динамика являлась монотонной. В суточной динамике МИС во время I5 VI, IX, XII и XIV стадий отмечено смещение акрофазы. У эпифизэктомированных животных, также как и у интактных, наблюдалось уменьшение МИС в середине темнового периода. После эпифизэктомии сохранилась ульт-радианная ритмичность динамики МИС во время I, IV, VI и IX стадий.

Введение эпифизэктомированным животным эпиталамина обусловило формирование выраженной суточной динамики МИС во время I, IV, VI и IX стадий. Акрофаза суточной динамики МИС для I стадии приходилась на 8®, тогда как для IV, VI, IX и XII стадий - на 20—, а минимальные значения МИС наблюдались в середине темнового (2й3) и светового (14—) периодов. По сравнению с динамикой МИС эпифизэктомированных животных произошло его снижение в световом периоде. Активная фаза приходилась на конец темнового и начало светового периодов для I стадии и на конец светового, а также начало темнового периодов - для IV, VI и IX стадий.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что у интактных животных суточная динамика как морфологических параметров, так и цитологического профиля стадий сперматогенеза имела моко-

¡o

тонный характер. Эпифизэкгомия, а также введение эпифизэктомиро-ванным крысам эпиталамина не вызвали изменений изученных параметров семенников, что хорошо согласуется с мнением ряда авторов, отмечавших отсутствие каких-либо изменений в половых железах полиэст-ричных животных после эпифизэктомии (Armstrong S.M., 1989; Bartness T.J., Goldman B.D., 1989; Morgan P.J., Williams L.M., 1989). Во время I, IV, VI, IX, XII и XIV стадий сперматогенеза нами наблюдалась максимальная митотическая активность сперматогоний. Суточная динамика МИС во время I, IV, VI, IX, ХП стадий характеризовалась монофазным ритмом, активная фаза которого отмечалась в момент смены светового режима. Удаление эпифиза обусловило исчезновение активной фазы и формирование монотонной динамики суточного ритма МИС, но сохранение его ультрадианного характера. Введение эпифизэктомированным животным эпиталамина привело к восстановлению фазовой структуры суточной динамики МИС, обусловив, в частности, появление активной фазы, соответствующей по локализации и длительности активной фазе интактных животных.

2. Бременили динамика частоты встречаемости стадий сперматогенеза

Циклический процесс сперматогенеза предполагает существование ритмических изменений его стадий. На основании изучения временной динамики частоты встречаемости (ЧВ) стадий сперматогенеза у интактных животных установлено существование его отчетливо выраженного суточного ритма.

Суточная динамика ЧВ I, VII, IX, XII, XIII стадий обнаруживала монотонный характер изменений (табд.1). Акрофада приходилась, в основном, на темновой период. Изменения ЧВ II-VI, VIII, X, XI и XIV стадий характеризовались монофазной суточной динамикой с активной фазой, расположенной в световом периоде (для III-V и VIII стадий), в темповом периоде (для XIV стадии) и на границах световых режимов (для II, VI, X и XI стадий).

Исходя из адаптивного значения биологических ритмов, в качестве одной из важнейших их характеристик рассматривается акрофаза (Рыбаков В.П., 1991). Акрофазы суточных ритмов ЧВ стадий сперматогенеза распределены в течение суток, в целом, равномерно. В течение светового периода (в основном в 8® и 17—) наблюдались акрофазы суточной динамики ЧВ III-VI, VIII-X и XIII стадий. В течение темнового периода (в основном в 20® и 23—) обнаруживались акрофазы суточной динамики ЧВ I, II, VII, XI, ХП и XIV стадий.

Ритмическая структура колебаний ЧВ II-VIII и XI стадий сперматогенеза характеризовалась двумя уровнями организации, включаюгци-

Частота встречаемости стадий цикла сперматогенеза у интактпых животных (%)

Стадии Время суток (ч) Мезор

23 ¿'-.^ V г 8 11 14 17

I 14,0±1,0 14,2±2,0 15,2±1,2 11,2±0,8 12,4±0,8 13,2±0,6 14,0±0,8 12,2±1,8 13,4±1,2

II 3,8±0,4 2,6А0,6 2,8±0,4 5,2±0,4 3,2±0,4 4,8±0,4 2,4±0,4 4,8±0,8 3,8±0,4

III 1,8±0,4 0,2±0,0 1,6±0,2 1,8±0,2 1,0±0,2 2,4±0,2 0,6±0,2 2,0±0,4 1,4±0,2

IV 3,2±0,4 2,0±0,4 3,4±0,4 3,б±0,4 3,4±0,4 б,ОАО,4 3,0±0,4 б,4±1,0 3,8±0,4

V 1,6±0,2 0,6±0,2 2,0±0,2 2,4±0,2 1,2-1-0,2 2,2±0,2 1,0±0,2 2,8±0,б 1,8±0,2

VI 8,0±0,6 5,8±1,0 7,2±0,6 3,2±1,4 5,4±0,4 5,2±0,4 б,0±0,6 8,2±1,2 6,2±0,8

VII 23,4±1,4 30,4±4,0 27,4А-2,4 29,4±1,8 29,б±1,4 30,0±2,0 28,2±1,б 27,0±4,0 28,2±2,4

VIII 9,2±0,6 10,0±1,4 8,4±0,6 8,4±0,8 8,2±0,6 7,8±0,8 11,0±1,0 7,б±1,0 8,2±0,8

IX 2,8±0,4 3,2±0,б 3,6±0,4 2,8±0,2 3,8±0,4 2,0±0,2 2,8±0,6 2,6±0,6 3,0±0,4

X 1,6±0,4 1,8±0,4 1,6±0,2 2,б±0,2 2,8±0,2 2,4±0,2 1,8±0,4 1,4 ±0,2 2,0±0,2

XI 6,0±0,6 4,0±0,8 3,2±0,4 4,0±0,4 4,2±0,2 3,4±0,4 4,8±0,4 3,4±0,6 4,2±0,4

XII 11,6±1,0 9,2±1,4 9,2±0,6 11,2±0,8 11,2±0,8 11,0±0,6 9,4±1,0 8,2±1,4 10,2±1,0

XIII 4,4±0,6 3,8±0,6 4,4±0,4 4,0±0,4 5,2±0,4 3,0±0,2 4,8±0,6 3,6±0,8 4,2±0,6

XIV 4,8±0,6 7,8±1,2 6,0±0,8 6,6±0,8 5,0±0,4 3,2±0,4 б,4±0,6 4,8±0,8 5,6±0,8

Примечание: серый фон соответствует темповому периоду суток.

ми ультрадианный и циркадианный ритмы. Суточная динамика ЧВ I, IX и XIV стадий отличалась наличием только ультрадианного ритма колебаний, тогда как для X и XII стадии характеризовалась отсутствием ритмической организации.

Количество семенных канальцев, находящихся в тот или другой промежуток времени на определенной стадии сперматогенеза, подвержено ритмическим изменениям, которые могут быть обусловлены либо изменениями скорости течения сперматогенеза, либо различиями общего числа канальцев, находящихся в данный момент на данной стадии цикла. Если в основе ритмических изменений ЧВ стадий лежат изменения скорости сперматогенеза, что приводит к ускорению или замедлению прохождения клетками стадий, то, следовательно, должны существовать определенные регуляторные факторы, способные изменять их клеточный состав. Если же причиной существования ритма ЧВ стадий сперматогенеза является изменение числа канальцев, находящихся на конкретной стадии, то это может свидетельствовать о наличии механизмов, обеспечивающих ту или иную степень синхронизации вступления клеток в стадию цикла.

После эпкфиззктомии суточная динамика ЧВ стадий сперматогенеза приобрела существенные отличия от таковой у интактных животных (табл.2). Так, если у интактных животных динамика ЧВ стадий характеризовалась монофазным суточным ритмом (III, V-VIII, X и XI стадии), то у эпифизэкгомированных животных она проявляла тенденцию к исчезновению активных фаз. После зпифиззктомии активные фазы сохранились только на II и IV стадиях, однако произошло их смещение к темновому периоду, в то время как на XIII и XIV стадиях возникли новые активные фазы.

Эпифизэктомия также вызвала изменение распределения акрофаз суточной динамики ЧВ стадий. Акрофазы суточной динамики ЧВ III, IX, X и XIII стадий изменили локализацию, переместившись от светового периода к темновому, тогда как акрофаза VII стадии сместилась в противоположном направлении. В целом, восемь стадий (I, II, IX-XIV стадии) чаще встречались в течение темнового периода, а шесть остальных (IV-VIII стадии) - в течение светового. Сдвиг акрофазы свидетельствует о том, что структурная стабильность ритмов ЧВ стадий сперматогенеза является относительной, что соответствует адаптивной природе биологических ритмов в целом. Наряду с этим, удаление эпифиза привело к уменьшению мезора суточной динамики ЧВ для II-V, IX-XI и XIII стадий и к его увеличению для I, VI-VIH, ХП и XIV стадий.

В ритмической структуре колебаний ЧВ И, VI-VIII и XI стадий после эпифизэктомии произошли изменения, выразившиеся в исчезновении циркадианного и сохранении ультрадианного периодов колебаний. ■Уменьшение периода колебаний ЧВ произошло также на I стадии. Изменения ЧВ III-V стадий, также как и у интактных животных, происхо-

Частота встречаемости стадий цикла сперматогенеза у эпифизэктомированных животных (%)

Стадии Время суток (ч) Мезор

V' .■Ж'-.:. 23 - "2 8 11 14 17

I 14,4±0,8 16,0±1,0 17,0±1,2 13,8±1,2* 16,Ш,2 14,8±0,8 15,6±0,6 15,6±0,6 15,4±0,4*

II 3,6±0,4 2,0±0,2 2,2±0,4 2,2±0,4* 1,8±0,2* 2, ОАО, 4* 2,4±0,4 2,0±0,4* 2,2±0,4*

III 1,2±0,4 1,2±0,2* 1,0±0,4 1,4±0,4 1,4±0,2 1,4±0,2* 1,4±0,2 1,210,4 1,2±0,4

IV 2,6±0,4 1,6±0,4 1,8±0,4* 2,0±0,2* 2,0±0,4* 1,б±0,4* ],8±0,6* 3,2±0,4* 2,0±0,2*

V 0,7±0,2 0,б±0,1 0,7±0,2 0,8±0,2 0,8±0,2 1,0±0,2 0,5±0,2 0,6±0,2* 0,7±0,2

VI 6,8±0,6 7,2±0,6 б,б±0,8 6,8±0,8* 8,8±0,8* 6,8±0,6 6,8±0,6 7,8±1,0 7,2±0,4

VII 30,2±1,4* 32,0±1,0 30,0±1,4 33,2±1,4* 32,6±1,6 30,0±1,0 32,2±1,б* 28,6±0,6 31,4±1,4

VIII 8,0±0,8 8,6±0,8 10,2±1,0 8,2±0,8 10,2±0,8* 10,8±0,8* 8,8±0,8* 10,6±0,8* 9,4±0,8

IX 3,2±0,4 2,8±0,4 2,б±0,6 2,8±0,4 2,0±0,4* 2,8±0,4 2,2±0,б 1,8±0,4 2,6±0,4

X 1,8±0,4 1,6±0,4 2,0±0,4 1,б±0,4 1,8±0,4* 0,8±0,2* ],4±0,2 1,4±0,2 1,б±0,4

XI 2,6±0,6* 3,6±0,б 3,8±0,6 3,0±0,2* 2,8±0,2* 1,8-Ь0,2* 2,8±0,2* 2,8±0,4Х 3,0±0,4*

XII 13,6±1,0 13,0±1,2* 7,0±0,8* 11,0±1,0 12,0±1,0 12,4±0,8 11,6±0,8 12,2±0,8* 11,6±1,0

хш 3,8±0,б 2,2±0,4* 5,4±0,б 3,0±0,4 2,0±0,4* 3,8±0,б 3,2±0,б 4,2±0,б 3,4±0,б

XIV 7,6*0,8* 6,4±0,4 9,2=^0,6* 10,0±0,6* 5,2±0,4 9,4±0,6* 6,4±0,6 8,2±0,4* 7,8±0,6*

* достоверные отличия от интактных животных

Таблица 3

Частота встречаемости стадий цикла сперматогенеза после введения эпифизэктомированным животным эпиталамина

(%)

ев К н К и ч Время суток (ч) Мезор

. 20 "■л*/-- 8 11 14 17

I 14,2±1,2 1б,0±1,2 15,4±1,0 13,0±0,6* 14,6±0,6* 15,4±0,б* 18,6±0,8*+ 17,2+0,6* 15,6±0,8*

II 0,4±0,2*+ 0,8±0,2*+ 0,6±0,2*+ 1,0±0,2*+ 0,8=10,2*+ 1,4±0,4* 0,4±0,2*+ 1,6±0,4* 0,8±0,2*+

III 0,4±0,2* 0,8±0,2* 0,8±0,2* 1,0±0,2* 0,8±0,2 1,4±0,4* 0,4±0,2+ 1,6±0,4 1,0±0,2*

IV 2,0±0,4* 1,4±0,2 0,6±0,2*+ 2,0±0,2* 3,0±0,4 1,8±0,4* 1,0±0,2* 2,6±0,4* 1,8±0,4*

V 1,2±0,4 0,8±0,2 0,4±0,2*+ 0,8±0,2* 1,2±0,2 1,6±0,4 0,6±0,2 1,8±0,2* 1,0±0,2*

VI 5,6±0,4* 4,б±0,4+ 6,0±0,6 б,2±0,6* 6,8±0,8+ 3,8±0,б+ 4,0±0,4*+ 6,8±0,6 5,4±0,6+

VII 35,2±0,6*+ 31,2±0,8 31,4±1,0 32,0=1=1,0 30,4±1,2 30,0±1,0 32,2±1,0* 30,2±1,0 31,6±1,0

VIII 8,8±0,8 11,4±0,8 9,б±0,8 9,2±0,6 9,2А0,6 11,0±0,6* ]0,6±0,6+ 8,0=1=0,4* 9,8±0,6

IX 3,2±0,6 2,8±0,4 4,2±0,8 3,6±0,4 3,6±0,6+ 2,4±0,4 2,8±0,4 1,6±0,4 3,0±0,4

X 0,6±0,2*+ 1,8±0,б 0,8±0,2*+ 1,2±0,4* 1,4±0,4* 0,6±0,2* 1,6±0,4 1,4±0,4 1,2±0,4

XI 2,2±0,6* 2,4±0,6 1,6±0,4*+ 2,4±0,4* 2,6±0,4* 2,2±0,4* 2,4±0,4* 1,2±0,4*+ 2,2±0,4*

XII 9,0±1,0*+ 11,4±1,2 11,8±0,8*+ 9,8±1,0 11,2=1=1,0 11,4±0,8 9,6±],0 11,0±0,8* 10,6±1,0

XIII 1,8±0,4+ 1,4±0,4* 1,4±0,4* 5,4±0,8+ 2,8±0,4* 3,8±0,6 4,0±0,6 4,2±0,4 3,2±0,6

XIV 7,4±1,0* 8,0±0,8+ 11,0±0,8* 8,8±0,8* 7,4±0,8*+ 7,2±0,8*+ 10,0±0,8*+ 4,8±0,4+ 8,0±0,6*

* достоверные отличия от интактных животных; + достоверные отличия от эпифизэктомироваиных животных

дали ритмически с ультрадианным и циркадианным периодами колебаний. В ритмической структуре колебаний X и X1I-XIV стадий появилась циркадианная составляющая ритмической организации.

Введение элифизэктомированньш животным эпиталамина обусловило изменение фазовой структуры и параметров ритма стадий цикла (табл.3). Динамика стадий, характеризовавшихся у эпифизэктомирован-ных животных монотонностью, после введения эпиталамина сохранила свою структуру для III, VI и VIII-XII стадий и стала монофазной для I, V и VII стадиях. На IV, XIII и XIV стадиях активные фазы сохранились, однако изменили свою локализацию. Введение эпиталамина обусловило перемещение акрофаз от темпового периода к световому: в течение темпового периода наибольшая ЧВ была характерна для шести стадий (VII-XIII стадии), в течение светового периода наблюдалось увеличение ЧВ восьми стадий (I-VI, XI и XIV стадии). В периодической структуре колебаний ЧВ И, VII й XI стадий кроме ультрадиазшого ритма появился второй ритм с более продолжительным периодом. Таким образом, суточная динамика стадий сперматогенеза формируется при непосредственном или опосредованном участии эпифиза.

Эпифизэктомия вызвала изменение среднесуточной продолжительности стадий сперматогенеза (рис.2). Если у шггакгных животных наибольшую среднюю продолжительность имели I, VII и XII стадии, что обусловлено сложностью процессов преобразования хроматина, образования акросомного колпачка и процесса удлинения ядер сперматид, то после эпифизэктомии обнаруживалось увеличение средней продолжительности I и XIV стадий (соответственно на 15% и 40%), сочетающееся с уменьшением продолжительности II, IV и XI стадий (соответственно на 58%, 53% и 71%). Увеличение продолжительности I и XIV стадий свидетельствует о «замедлении» или «торможении» I и II делений созревания, тогда как уменьшение продолжительности II, IV и XI стадий указывает на ускорение происходящих на них процессов.

Введение эпифизэктомированным животным эпиталамина вызвало, по сравнению с интактными животными, увеличение средней продолжительности I и XIV стадий (соответственно на 16% и 43%), сопровождающееся уменьшением средней продолжительности II, III, IV, V и XI стадий (соответственно на 79%, 28%, 52%, 44% и 48%).

Таким образом, приведенные выше данные указывают на то, что у интактных животных ЧВ стадий цикла сперматогенеза подвержена суточной ритмичности. Эпифизэктомия вызывает ее изменение, что свидетельствует об участии эпифиза в регуляции этого суточного ритма.

1,4

50

40 -

30 ■

гЬ

■гЪ

20

10 -0 -

Ъ ч 100 -

80

60 4

40

20

Ъ ч 40

30 -

20

10 л

VI

г5п

ш,

IЙ

А

VII

А

!са

VIII

30 Й1

1сз

¿1

¿1

IV

V стадии

О

IX

X стадии

В контроль

Мэпифиззктомия

□ эпифизэктомия +эпиталамин

XI

XII

XIII

XIV стадии

Рис.2. Среднесуточная продолжительность стадий цикла сперматогенеза.

3. Временная динамика морфологических параметров клегок Лейдига

Существование суточной динамики течения сперматогенеза у ин-тактных животных и ее изменение после эпифизэктомии или введения эпифизэктомированным животным элиталамина свидетельствует о наличии суточной динамики активности клеток Лейдига (КЛ). Исходя из этого нами было предпринято изучение суточной динамики морфологических параметров КЛ, отражающих их функциональную активность. Кроме того, были исследованы влияние эпифизэктомии и последующего введения эпиталамина на те же характеристики КЛ.

У интактных животных наблюдалась выраженная суточная динамика размеров как клеток, так и ядер КЛ (габл.4). Смена световых режимов (8~ и 20—) сопровождалась усилением функциональной активности клеток, о чем свидетельствовало изменение морфологических параметров КЛ. Суточная динамика морфологических параметров КЛ характеризовалась двухфазной структурой, при этом активные фазы располагались на границах световых режимов, а акрофаза приходилась на 20-, Мы обнаружили существование ритма морфологических параметров КЛ с периодом около 12 ч, что подтверждается данными ЕХ)апцап (1980), согласно которым содержание тестостерона в сыворотке крови при 12-часовом световом режиме проявляло 12-часовую цикличность. Для суточной динамики ядерно-цитоплазмагического отношения КЛ установлено повышение значений в 23й и 11—, Поверхностно-объемное соотношение КЛ достигало максимальных значений в 8Ш и 17®.

После эпифизэктомии обнаружено увеличение среднесуточных значений морфологических параметров как клеток, так и ядер КЛ (в среднем на 37%) (табл.4). После эпифизэктомии также произошло увеличение амплитуды колебаний и смещение акрофазы суточной динамики. Минимальные значения, также как и у интактных животных, отмечались в 2—, В суточной динамике всех параметров КЛ наблюдались ритмические колебания с периодом около 10 ч и выявлялась двухфазная структура. Первая активная фаза, в отличие от аналогичной у интактных животных, располагалась в конце темнового периода, вторая, более длительная по сравнению с таковой у интактных животных, локализовалась на границе светового и темнового периодов. Акрофаза динамики параметров ядер КЛ приходилась на 5—, тогда как параметров клеток - на 17~. Суточная динамика ядерно-цитоплазматического отношения КЛ эпифизэктомированных животных характеризовалась увеличением амплитуды колебаний и повышением этих значений в 14— и 17— по сравнению с таковыми у интактных животных. Максимальные значения поверхностно-объемного соотношения КЛ приходились на 17— и 20—

Морфологические параметры клеток Лейдига

Параметры Группа животных Время суток, ч

20 23 2 5 8 11 14 17

диаметр ядер к 6,12±0,15 6,12±0,15 б,12±0Д5 5,49±0,04 5,68±0,05 4,95=4=0,07 3,87±0,07 5,44±0,05

э 6,58±0Д0* б,70±0Д0* 3,98±0,09* 6,85±0,09* 5,29±0,05* 5,57±0,10* 5,90±0,08* 6,73±0,13*

эп 6,09Ю,08+ 6,04±0,08+ 3,75±0,07+ 6,40±0,10*+ 6,70±0,12*+ 4,79Ю,08+ 3,93±0,08+ 5,25±0,04*

площадь клеток к 99,54±7,08 81,99±б,93 4б,82±7,01 90,89±7,01 96,30±6,21 68,71 ±4,03 54,35±5,16 93,86±7,97

э 108,90±6,81 106,69±3,01* 57,48±4,10 107,71±5,13* 81,83±6,51* 88,85±5,13* 93,52±7,13* 112,65±7,06*

эп 95,38±5,47 88,71 ±6,15+ 48,22±7,97 121,01±4,73*+ 138,15±4,85*+ 66,40±5,48+ 48,98±б,94+ 80,59±5,65+

я/ц к 0,30±0,01 0,33±0,04 0,22±0,01 0,26=1=0,01 0,26±0,01 0,28±0,01 0,22±0,02 0,25±0,01

э 0,31 ±0,01 0,32±0,01 0,23=1=0,01 0,27±0,01+ 0,26±0,01 0,27±0,01 0,29±0,01* 0,32±0,02*

эп 0,31±0,01 0,32±0,01 0,23±0,01 0,27±0,01+ 0,2б±0,01 0,27±0,01 0,25±0,01* 0,27±0,01+

п/о к 25,21±0,69 22, №0,75 18,40±0,74 24,88±0,74 25,55±0,74 21,25±0,75 19,9б±0,78 25,57±0,75

э 25,93±0,76 25,19±0,76* 20,52±0,81 24,99±0,70 23,44±0,81 24,30±0,72* 24,51±0,75* 26,28±0,72

эп 24,44±0,71 23,15±0,78 18,61±0,74+ 28,57±0,74*+ 30,82±0,74*+ 21,06±0,78+ 18,47±0,77' 23,2б±0,77+

я/ц - ядерно-цнтоплазматическое отношение клеток Лейдига; п/о - поверхностно-объемное соотношение клеток Лейдига; к - интактные животные; э - эпифизэктомированные животные; эп - введение эпифизэктомированным животным эпиталамина * - достоверное отличие от интактных животных; + - достоверное отличие от элифизэктомироватшых животных

Введение эпифизэктомированным животным эпиталамина привело к измененгао суточной динамики всех морфологических параметров КЛ по сравнению с аналогичными параметрами у эпифизэктомированных животных (табл.4). Суточная динамика изученных параметров КЛ характеризовалась увеличением амплитуды колебаний и смещением ак-рофазы к моменту включения света в 8®. Б это время значения всех параметров КЛ превышали аналогичные параметры как для интактных, так и для эпифизэктомированных животных. Максимальные значения этих характеристик приходились, как и у интактных животных, на 8й2 и 20—.

Следовательно, динамика морфологических параметров КЛ после введения эпифизэктомированным животным эпиталамина не отличалась, в целом, от таковой, установленной для интактных животных: максимальные значения приходились на моменты смены световых режимов. Однако, в отличие от интактных животных, акрофаза суточной динамики морфологических параметров КЛ сместилась на 12 часов и приходилась на 8—, Кроме того, нами выявлено увеличение продолжительности периода колебаний, что свидетельствует о формировании нового ритма у эпифизэктомированных животных под влиянием эпиталамина.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что КЛ свойственен выраженный суточный ритм их морфологических параметров. Эпифизэктомия вызывает десинхронизацию этого ритма. Следовательно, эпифиз участвует в обеспечении сугочной ритмичности функционирования интерстициальной ткани семенников. Эту роль эпифиз выполняет, вероятнее всего, посредством секреции биологически активных пептидов. Анализ результатов нашего исследования и литературных данных (ВаппапЕ., 1980) позволяет высказать предположение о существовании корреляции между изменением функциональной активности КЛ и содержанием тестостерона в сыворотке, причем и то и другое отличает 12-часовой ритм цикличности. Следует также отметить, что эпифизэктомия вызывает увеличение уровня тестостерона в семеннике и увеличение параметров КЛ.

Таким образом, приведенные выше данные свидетельствуют о том, что сперматогенез характеризуется биоритмологической организацией, обладающей большим количеством уровней. При этом каждая стадия многодневного цикла сперматогенеза, возможно, отличается собственными ультрадианным и суточными ритмами.

В формировании периодической структуры сперматогенеза участвует эпифиз. Основными механизмами его регуляторных влияний являются либо непосредственное воздействие секретируемых эпифизом биологически активных веществ на эпителиосперматогенный слой, либо эффекты эпифизарных биологически активных веществ на сперматоген-ную ткань осуществляются опосредованно через клетки Лейдига. Несмотря на то, что нами изучалось влияние эпифиза на разные параметры

семенников, нельзя исключать, что эпифизэктомия также приводит к изменению и других структур, оказывающих влияние на семенники.

Результаты нашего исследования позволяют сделать следующие выводы.

ВЫВОДЫ

1. Сперматогенез обладает системой биоритмов, включающих находящиеся под контролем эпифиза суточные ритмы.

2. Введение комплекса пептидов эпифиза (эпиталамина) обусловливает восстановление фазовой структуры и периода суточной ритмичности сперматогенеза у эпифизэктомированных животных.

3. Эпифиз подавляет пролиферативнуто активность сперматого-ний, но не изменяет ее ритмичность, а эиифизэктомия обусловливает увеличение митотического индекса и не оказывает влияния на продолжительность периода.

4. Морфологические параметры клеток Лейдига циклически изменяются в течение суток, в том числе под воздействием эпифиза.

5. Эпифизэктомия изменяет суточный ритм морфологических параметров клеток Лейдига, который восстанавливается к 20л<у дню под влиянием ежедневных инъекций эпиталамина.

6. Изменения абсолютной массы, диаметра семенных канальцев и толщины эпителиосперматогенного слоя лишены суточной ритмичности. Цитологический профиль стадий цикла сперматогенеза не изменяется после эпифизэктомии и стабилен в пределах каждой стадии.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

I. Цикличность процессов сперматогенеза и ее регуляция / Тезисы докл. студентов и аспирантов на IV ежегодной научно-практич. конференции. - Ульяновск. - 1995. -С.96-97.

I. Суточный ритм сперматогенеза / Актуальные проблемы эксперим. и теоретич. медицины. - Ульяновск. - 1996. - С.43-50 (соавт. Арав

B.И., СычВ.Ф.)

5. Влияние эпифизэктомии на вес семенников белых крыс / Ученые записки УлГУ, сер. «Биология и медицина». - Ульяновск. - 1997. -

C.26-32 (соавт. Арав В .И., Сыч В.Ф.)

к Влияние эпифизэктомии на периодическую структуру сперматогенеза / Ученые записки УлГУ, сер. «Биология и медицина». - Ульяновск. - 1997. - С. 19-25 (соавт. Арав В.И., Сыч В.Ф.)

>. Цикличность сперматогенеза и регуляторная роль эпифиза / Материалы научной конференции УГПУ «Актуальные проблемы физиологии человека и животных». - Ульяновск. - 1998. — С.4-5 (соавт. СычВ.Ф., Арав В.И.)

>. Особенности сперматогенеза после эпифизэктомии и введения пептидов эпифиза // Российские морфологические ведомости. - М. -1999. -№ 1-2. -С.75 (соавт. Арав В.И., СычВ.Ф.)

'. Влияние эпифизэктомии на морфологические показатели активности интерстициальных эндокриноцитов // Морфофункциональные аспекты адаптации. - Ульяновск. - 1999. - С.25-32 (соавт. Сыч В.Ф., Арав В.И.)

I. Эпифиз и регуляция гамегогенеза // Морфофункциональные аспекты адаптации. - Ульяновск. - 1999. - С.68-75 (соавт. Сыч В.Ф., Арав В.И.)