Автореферат и диссертация по медицине (14.00.23) на тему:Динамика моноаминергических клеточных популяций в постнатальном онтогенезе

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Российский государственный медицинский университет

Ижевская государственная медицинская академия

МАРКОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

ДИНАМИКА МОНОАМИНЕРГИЧЕСКИХ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ (морфо-экспериментальное исследование)

14.00.23 - гистология, цитология, эмбриология

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научные консультанты: академик РАМН,

доктор медицинских наук, профессор В.Н.Ярыгин

доктор биологических наук, профессор В.А.Глумова

на правах рукописи

Москва -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр

Введение ............................................................................ 4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Современные представления о морфофункциональной организации и медиаторном профиле моноаминерги-ческих клеточных популяций краниального шейного симпатического узла

1.1.1 Характеристика симпатических невроцитов по данным световой и электронной микроскопии в постнатальном онтогенезе ................................... 11

1.1.2 Нейротрансмиттерный профиль невроцитов краниального шейного симпатического ганглия ......... 22

1.2 Краткая характеристика взаимодействия основных нейромедиаторов и нейромодуляторов и рецепторов в нервной ткани и периферических органах

1.2.1 Взаимодействие нейромедиатор - рецептор в

нервной ткани ................................................ 35

1.2.2 Рецепторный аппарат иннервируемых тканей ..........39

1.3 Биоаминовое обеспечение щитовидной железы ..............45

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Объект исследования. ...............................................54

2.2 Методы исследования.

2.2.1 Светооптические и электронномикроскопические

методы ............................................. 59

2.2.2. Люминесцентная микроскопия ............................. 62

2.2.3 Авторадиографический анализ аппарата био-

синтеза белка и его транспорта в симпатических невроцитах и связывания меченых лигандов тканью щитовидной железы и ганглия ................. 62

2.2.4 Радиоиммунологическое определение сывороточных концентраций кальцитонина и паратгормона.........65

2.2.5 Статистические методы обработки фактического материала. .......................................... 65

Глава 3 ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИИ

НЕВРОЦИТОВ КРАНИАЛЬНОГО ШЕЙНОГО СИМПАТИЧЕСКОГО ГАНГЛИЯ ............................ 77

Глава 4 ДИНАМИКА С-КЛЕТОЧНОЙ ПОПУЛЯЦИИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ПОСЛЕ ХИМИЧЕСКОЙ ДЕСИМПАТИЗАЦИИ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ.................... 100

Глава 5 СОДЕРЖАНИЕ БИОАМИНОВ, М-ХОЛИНО И ß-АДРЕНОРЕЦЕПЦИЯ В ТКАНИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, НАДПОЧЕЧНИКОВ И СИМПАТИЧЕС КОГО ГАНГЛИЯ В ОНТОГЕНЕЗЕ НОРМАЛЬНО РАЗВИВАВШИХСЯ И ДЕСИМПАТИЗИРОВАННЫХ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ КРЫС .......................... 118

Заключение ................................................. 149

Выводы ................................................ 156

Литература ................................................ 159

Приложения ................................................ 206

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

CGRP - кальцитонин-ген подобный пептид N0 - оксид азота NPY - нейропептид Y

SIF или МИФ клетки - мелкие интенсивно флюорецирующие клетки

TRH - тиреоидный рилизинг-гормон

VIP - вазоактивный интестинальный пептид

АХ - ацетилхолин

АХЭ -ацетилхолинэстераза

ДБГ - дофамин-(3-гидроксилаза

КА - катехоламины

КШСГ - краниальный шейный симпатический ганглий

МИФ-клетки - мелкие интенсивно флюорецирующие клетки

ТГ - тирозингидроксилаза

ТТГ - тйреотропный гормон

ФНМТ - фенил этаноламин-1Ч-метилтрансфераза

ХАТ - холинацетилтрансфераза

ЩЖ - щитовидная железа

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В реализации адаптивных реакций организма ведущую роль играет нейроэндокринная система (Анохин П.К., 1961; Булыгин И.А., 1964-1985; Алешин Б.В., 1970-1987; Ажипа Я.И.; 1981; Волкова О.В., 1962-1997; Глумова В.А., 1975-1997; Угрюмов М.В., 1989; Ярыгин В.Н., 1971-1997), обладающая широким диапазоном влияний на организм и выраженной структурной и функциональной лабильностью в ответ на действие экзо- и эндогенных факторов. Симпатический отдел нервной системы играет существенную роль в обеспечении многих жизненно важных реакций организма и развитии патологических состояний, таких как стресс, гипертония, шок, коллапс, бронхоспазм, коронарная недостаточность.

Концептуальной основой нейробиологии является представление о. принципиальном единстве вариантов взаимоотношений клеток на основе их химического взаимодействия. Общая схема взаимоотношений нейрональных производных предполагает наличие источников трансмиттеров, рецепторов клеточной поверхности, обладающих специфичностью к трансмиттерам и сопряженных систем модуляции межклеточной передачи. В симпатическом отделе нервной системы это в первую очередь моноамины и их рецепторы.

К настоящему времени накоплен обширный материал о структуре разных ганглиев вегетативной нервной системы и их нейромедиаторах у многих видов млекопитающих и человека в разные периоды онтогенеза

(Боголепов H.H., 1987; Швалев В.Н., 1992; Ярыгин В.Н.. 1989; Burnstock, 1995; Burnstock, Costa, 1975). Вместе с тем, большинство работ касается эмбрионального периода и ранних этапов постнатального развития, лишь несколько исследований посвящено продвинутому возрасту (Корочкин Л.И., 1965; Пылаев A.C., 1988; Глинкина В.В., 1995), в то время как многие патологические состояния, связанные с нарушением функции симпатического отдела нервной системы, разворачиваются на поздних этапах жизни. Результаты исследований последних лет, в частности работы по нейропептидам, позволяют по-новому взглянуть на значение симпатической иннервации периферийных органов и внутринейрональные отношения, определяющиеся медиаторной модальностью, типом аппарата модуляции, пространственной организацией взаимосвязей.. Изменяется и подход к оценке влияния традиционных медиаторов: наряду с транссинаптическим влиянием все большее внимание привлекает внесинаптическое действие биоаминов. В этом плане актуальным представляется изучение взаимодействия моноаминергических структур нервной системы и параганглионарных элементов, участвующих в биоаминовом обеспечении тканей, на разных этапах жизни. Удобным в этом отношении органом является щитовидная железа, в отношении которой хорошо известен механизм нейрогуморальной регуляции со стороны гипоталамо-гипофизарной системы (Акмаев И.Г., 1992; Алешин Б.В., Губский В.И., 1983; Глумова В.А. с соавт., 1993; Teylor et al., 1988) и, вместе с тем, продемонстрирована отчетливая зависимость всех аспектов ее функционирования от симпатических нервных импульсов (Алешин Б.В., 1988; Глумова В.А. с соавт., 1991; Золоев Г.К. с соавт., 1987; Рящиков С.Н. с соавт., 1988; Cardinali, 1985; Srivastav et al., 1988) и даже предложена концепция внутриорганного комплекса биоаминового обеспечения

функции органа (Виноградов С.Ю., Погорелов Ю.В., 1987; Погорелов Ю.В., Виноградов С.Ю. 1988).

Одним из основных направлений работ, посвященных проблеме адренорецепции, признается выделение и идентификация отдельных звеньев адренореактивных систем, а затем их реконструирование в целое (Сергеев П.В., Шимановский Н.Л.Д987). Значительный интерес для изучения системного уровня регуляции компенсторно-приспособительных реакций представляют модели, позволяющие изменить уровень функциональной активности различных звеньев системы. Имеющиеся данные по акселерации возрастных изменений организма в условиях резко сниженного количества нервных клеток в симпатическом отделе нервной системы не дают ответа на вопрос о вкладе различного рода нейротрансмиттеров и нейромодуляторов в реализацию этих процессов. Применение современных методов гистохимии и гистоавторадиографии, адекватно оценивающих динамику содержания и связывания моноаминов тканями и клетками, позволило провести работу по комплексной оценке моноаминергических структур в ходе индивидуального развития.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилось изучение возрастной динамики и специфики взаимоотношений моноаминергических клеточных популяций симпатической нервной системы и паранейрональных элементов в биоаминовом обеспечении регуляции функций тканей на примере щитовидной железы при нормальном развитии и в условиях хронически повышенной функциональной активности симпатических невроцитов после химической десимпатизации в раннем возрасте.

Исходя из поставленной цели были определены следующие задачи:

1) оценить возрастную динамику клеточных элементов и продукцию ими биоаминов в различных моноаминергических клеточных популяциях, принимающих участие в биоаминовом обеспечении регуляции функций щитовидной железы: симпатоцитах КШСГ, С-клетках щитовидной железы и медуллоцитах надпочечников;

2) изучить региональные особенности содержания и связывания биоаминов в моноаминергических клеточных популяциях;

3) оценить вклад симпатоцитов КШСГ, С-клеток щитовидной железы и мозгового слоя надпочечников в обеспечение компенсаторно-приспособительных реакций щитовидной железы в онтогенезе;

4) выявить закономерности развития рецепторных систем симпатического ганглия и щитовидной железы, при различных режимах функциональной активности симпатического отдела нервной системы.

Научная новизна работы. Впервые в рамках одной работы проведено комплексное исследование онтогенеза моноаминергических клеточных популяций симпатического узла, надпочечников и щитовидной железы. Получены принципиально новые данные о возрастной динамике (З-адренергических и М-холинергических рецепторов у десимпатизированных в раннем возрасте крыс. Изучена возрастная динамика содержания моноаминов в симпатических невроцитах КШСГ, С-клетках щитовидной железы мозговом слое надпочечников при нормальном развитии и после химической десимпатизации в раннем возрасте. Выявлены и обсуждены механизмы взаимодействия разных подсистем биоаминового обеспечения регуляции функции органа на примере щитовидной железы. Показана прямая зависимость между пластическими ресурсами перикарионов нервных клеток и степенью арборизации их отростков в иннервируемой ткани. При этом последнее

зависит от ростовых возможностей нервной клетки, которые ограничены определенным пределом, достигаемым при повышенной функциональной активности в более ранние сроки. Впервые полученные данные по комплексной возрастной динамике клеток симпатического нервного узла, надпочечников и щитовидной железы свидетельствуют об акселерации возрастных изменений у десимпатизированных в раннем возрасте животных во всех трех органах.

Научно-практическая значимость. Материалы работы имеют значение прежде всего для познания и расширения представлений о роли симпатической нервной системы в регуляции функционального режима при реализации компенсаторно-приспособительных реакций периферических органов. Продемонстрированные в работе особенности возрастной динамики моноаминовой регуляции щитовидной железы могут найти применение в разработке способов коррекции нарушений функции этого органа. Десимпатизированные в раннем возрасте животные могут быть предложены как модель для изучения возрастных изменений в сжатые сроки. Результаты исследования могут быть введены в учебные планы биологических и медицинских учебных заведений и использоваться в учебном процессе при преподавании цитологии, гистологии и эмбриологии, анатомии и физиологии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Возрастная динамика пластического аппарата невроцитов обеспечивает потребность растущих органов и тканей в адренергической иннервации.

2. Ростовые ресурсы симпатических невроцитов, обеспечивающие компенсаторно-приспособительные реакции, ограничены определенным

пределом, который достигается в условиях хронически повышенной функциональной нагрузки в более раннем возрасте.

3. Содержание биоаминов в различных моноаминергических клеточных популяциях увеличивается с возрастом, а в иннервируемой ткани имеет тенденцию к снижению.

4. Возрастная динамика (3-адренергической и М-холинергической рецепции в краниальном шейном симпатическом ганглии и щитовидной железе в определенной степени компенсирует снижение степени адренергической иннервации в онтогенезе нормально развивавшихся и частично десимпатизированных в раннем возрасте крыс.

5. Организация системы биоаминового обеспечения органов и роли моноаминов в регуляции их функции на примере щитовидной железы.

Апробация работы. Материалы и основные положения диссертации доложены и обсуждены на 5-ом Всесоюзном съезде геронтологов и гериатров (Тбилиси, 1988), 11 Всесоюзном съезде АГЭ (Смоленск, 1992), 2-ом Всероссийском съезде АГЭ (Ленинград, 1988), 3-ем Всероссийском съезде АГЭ (Тюмень, 1994), 2-ом Всероссийском съезде эндокринологов (Челябинск, 1991), 1-ой республиканской научной конференции "Управление морфогенезом тканей и органов в процессе адаптации" (Иркутск, 1989), 5-ой Закавказской конференции морфологов (Баку, 1989), научных конференциях "Реактивность и регенерация тканей", "Критерии и методы оценки жизнеспособности тканей в раневом процессе" (Ленинград, 1990,1993), "Новые методы теоретической и практической физиологии", (Екатеринбург, 1992), "Компенсаторно-приспособительные механизмы внутренних органов и головного мозга в норме, патологии и эксперименте" (Тюмень, 1996), "Актуальные вопросы периферической нервной системы" (Ижевск, 1989), "Актуальные вопросы патологической и

нормальной морфологии" (Ижевск, 1995), 1-ом и 2-ом международных конгрессах медиков в Удмуртии (Ижевск, 1997, 1998). Материалы диссертации используются при проведении научно- исследовтельской работы и при преподавании на кафедрах биологии, морфологии человека РГМУ, биологии, анатомии, гистологии и эмбриологии человека Ижевской государственной медицинской академии. Содержание диссертации отражено в 42 печатных работах - статьях, тезисах и материалах конференций.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих разделов: введения, обзора литературы, главы, посвященной материалам и методам, 3-х глав, отражающих результаты собственных исследований и их обсуждение, заключения и выводов. Текст изложен на 208 страницах машинописи. Библиографический указатель включает 443 отечественных и иностранных источников.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Биоаминовое обеспечение регуляции функции органа зависит от внешних источников моноаминов, механизмов внутриорганного регулирования их содержания и состояния рецепторного аппарата. Этим трем аспектам и посвящен обзор литературы.

1.1 Современные представления о морфофункциональной организации и медиаторном профиле моноаминергических клеточных популяций краниального шейного симпатического узла.

1.1.1 Характеристика симпатических невроцитов по данным световой и электронной микроскопии в постнаталъном онтогенезе.

Краниальный шейный симпатический ганглий (КШСГ), как и все паравертебральные ганглии, развивается из клеток нервного гребня (Dail, Barton, 1983). Становление принципиальной структуры симпатической нервной системы млекопитающих заканчивается в ранние сроки постнатального развития. В эмбриональный и неонатальный периоды определяется число невроцитов, их распределение по ядрам, слоям, ганглиям и формирование нейромедиаторного фенотипа ( Жаботинский Ю.М., 1953; Ярыгин Н.Е., Ярыгин В.Н., 1973; Ярыгин В.Н., 1979; Bumstock, Costa, 1975; Burnstock, 1995; Jacobson, 1978). До 2-ой недели после рождения в периферической нервной системе отмечается наличие мелких и средних по размерам ДНК-синтезирующих клеток, в более

поздние сроки синтез ДНК в ядрах невроцитов в обычных условиях не происходит (Ярыгин В.Н., 1979; Burnstock, Costa, 1975; Burnstock, 1995). В ранний постнатальный период продолжают развиваться синаптические связи, происходит миелинизация аксонов, в перикарионах окончательно оформляется нисслевское вещество, нейрофибриллярный аппарат, усложняется структура цитоплазматической сети, преобразуется структура внутриклеточного сетчатого аппарата, изменяется соотношение свободных и связанных рибосом, количество митохондрий. В эти же сроки изменяется величина и форма перикариона, размеры и структура ядра, продолжается образование и усложнение ветвления отростков, формируются концевые приборы, регистрируются признаки цитохимического и функционального созревания невроцита, увеличивается общий белковый синтез, нарастает активность ферментов медиаторного обмена, формируются электрические характеристики клетки. Нейроны ганглия - мультиполярные, с числом дендритов, доходящим до 13 и единственным, как правило неветвящимся, аксоном (McLachlan, 1974, Ramon у Cajal,1911), правда, при использовании инъекций биоцитина у крыс были выявлены внутриганглионарные аксональные коллатерали у крыс (Kawai et al., 1993).

Помимо главных эфферентных симпатических нервных клеток КШСГ содержит некоторое количество малых, интенсивно флюоресцирующих клеток ( МИФ- или SIF-клетки), характеризующихся интенсивной специфической люминесценцией цито- и аксоплазмы после обработки, в частности, формальдегидом. МИФ-клетки часто образу