MORPHO-FUNCTIONAL CHANGES OF THE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSIAL NEUROSECRETORY SYSTEM IN THE PROCESS OF REPARATIVE OSTEOGENESIS OF LONG TUBULAR BONES

Full Text

В результате многочисленных работ доказана высокая чувствительность гипоталамогипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС) на воздействия повреждающих факторов различного генеза [1, 2, 5, 8]. Несмотря на то, что все гипоталамические центры функционируют как единая система [4], мелкоклеточные ядра гипоталамуса, в которых вырабатываются статины и либерины, крупноклеточные ядра гипоталамонейрогипофизарной системы обеспечивают более специфические изменения гомеостаза, определяя адаптацию в большей степени на уровне органов или их систем. Вместе с тем известно, что в ответ на действие любого стрессора среди гипоталамических структур ведущее значение имеют крупноклеточные супраоптические (СОЯ) и паравентрикулярные ядра [5]. Секретируя окситоцин и вазопрессин, они обеспечивают активацию естественной резистентности организма [7]. Доминирующая роль при этом принадлежит СОЯ [2]. Сведения о структурно-функциональных изменениях в ядрах гипоталамуса и нейрогипофизе (НГ), возникающих на фоне посттравматической регенерации при переломах костей, в литературе отсутствуют. Цель данной работы - исследование динамики структурно-функциональных изменений нейросекреторных клеток СОЯ гипоталамуса и НГ в ходе репаративной регенерации длинных трубчатых костей. Материал и методы. Исследование проведено на 40 половозрелых крысах-самцах линии Вистар. Все исследования на животных были выполнены в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приказ Минвуза СССР от 13.11.1984 г. № 724), а также было получено одобрительное заключение локального этического комитета при Оренбургском государственном медицинском университете (протокол № 82 от 20.06.2013 г.). Животным подопытной группы под ингаляционным эфирным наркозом в асептических условиях после разреза кожи и мягких тканей левой голени костными кусачками формировали поперечный перелом средней трети диафиза большеберцовой кости с последующим сшиванием кожной раны одноузловым швом. Осуществлена естественная иммобилизация посредством сохранившей целость малоберцовой кости. Контролем служили интактные крысы. Животных выводили из опыта на 1-, 3-, 7-, 14-, 21-, 28-е и 61-е сутки путём декапитации под эфирным наркозом. Материал для исследования (зона перелома кости, гипоталамус и гипофиз) фиксировали в 10% нейтральном забуференном формалине и после стандартной гистологической проводки заливали в парафин. Гистологические срезы толщиной 5,0 мкм окрашивали гематоксилином Майера - эозином. Для изучения структуры нейросекреторных клеток (НСК) СОЯ и НГ на светооптическом уровне использовали методику окраски по Баргману в модификации А. Л. Поленова [3]. Морфометрический анализ осуществляли в условных полях зрения (п. з.) - цифровых микрофотографиях, полученных с использованием микроскопа МИКМЕД-6 (Россия), фотокамеры ScopeTec DCM-510 (Италия) и программы «JMicroVision 1.2.7» (Швейцария) при исследовании 20 п. з. гистологических срезов под общим ув. 900. Для оценки состояния СОЯ гипоталамуса определяли относительное содержание типов нейросекреторных клеток (НСК) в соответствии со степенью их функциональной активности (1-й А, 1-й Б, 1-й В, 2-й, 3-й) согласно имеющимся сведениям и классификациям [4], а также вычисляли площади (S) их перикарионов и ядрышково-ядерное (ЯЯО) отношение. Определяли относительную объёмную плотность (ООП) НСК СОЯ гипоталамуса и нейросекреторных телец (НТ) (характеризующую соотношение площадей, занимаемых НСК СОЯ гипоталамуса или НТ в п. з. гистологического среза, и общей площади анализируемого п. з. гистологического среза - цифровой микрофотографии) по формуле: ООП (%)=(Sn/S1)×100, где ООП - относительная объемная плотность, S - суммарная площадь всех выделенных НСК СОЯ гипоталамуса или нейросекреторных телец в анализируемой цифровой микрофотографии гистологического среза, St - общая площадь цифровой микрофотографии. При проведении статистической обработки результатов использовали программу Statistica 10.0. Критическим уровнем значимости считали P<0,05. Результаты исследования. В СОЯ через 1 сут увеличивается число НСК в состоянии повышенной активности (1-й А тип), опустошения (1-й Б тип) и физиологической дегенерации (3-й тип) при синхронном снижении НСК в состоянии депонирования секрета (1-й В тип) и покоя (2-й) (табл. 1). Уже на 3-и сутки в СОЯ происходит уменьшение высокоактивных и опустошенных НСК, при этом значительно повышается число НСК с низкой функциональной активностью, находящихся в состоянии физиологической дегенерации. При световой микроскопии такие НСК при окраске нейросекрета по Баргману выглядят гомогенно темноокрашенными пикноморфными, имеющими угловатую форму тела и пикнотические ядра (рис. 1). При сравнении с контролем в НГ (рис. 2) происходит почти 20-кратное снижение ООП НТ, а средней площади НТ - в 6 раз. К 7-м суткам у животных подопытной группы в гипоталамусе происходит еще большее уменьшение (почти в 4 раза по сравнению с контролем) числа НСК, находящихся в состоянии повышенной активности и характеризующихся усиленным синтезом и выведением секрета из перикарионов. При этом размеры перикариона и всех основных структур увеличены (табл. 2). Светлые ядрышки чаще располагаются около ядерной мембраны. При окраске по Баргману такие НСК выглядят светлыми. Число других типов НСК в этот срок изменяется незначительно. По сравнению с 3-и на 7-е сутки в НГ происходит значительное увеличение ООП и средней площади НТ (табл. 3). На 14-е сутки в гипоталамусе происходит уменьшение содержания НСК в состоянии депонирования, покоя и дегенерации, тогда как НСК 1-го А типа, напротив, увеличивается. Изменение числа НСК сопровождается увеличением средней площади клеток. Также, достигая в этот срок максимальных значений, увеличивается число НСК 1-го Б типа, которые по сравнению с НСК 1-го А типа имеют меньшие размеры перикариона, ядра и ядрышка. Ядра светлые, содержат деконденсированный хроматин. В таких клетках синтез нейросекрета уравновешен его выведением - состояние «умеренной активности» или преобладают процессы выведения нейросекрета - состояние «опустошения». При окраске по Баргману такие НСК выглядят светлыми. В НГ продолжается незначительное увеличение ООП и средней площади НТ. На 21-е сутки в гипоталамусе на фоне продолжающегося увеличения числа НСК 1-го А типа наблюдается уменьшение НСК 1-го Б типа. При этом происходит незначительное увеличение числа НСК 2-го типа, соответствующих «состоянию покоя». Они представлены темноокрашивающимися по Баргману НСК с четкими границами перикариона, часто овальной формы, ядрами, богатыми конденсированным хроматином, и плотными ядрышками. В НГ происходит почти 2-кратное снижение средней площади НТ. На 28-е сутки опыта вся площадь интермедиарной костной мозоли представлена остатками деградирующего хряща и очагами формирования грубоволокнистой костной ткани, состоящими преимущественно из остеобластов. В гипоталамусе на фоне продолжающегося увеличения числа НСК с высокой активностью происходит максимальное снижение количества НСК в состоянии покоя. При этом в НГ после происходившего снижения начинается рост ООП и средней площади НТ. На 61-е сутки интермедиарная костная мозоль представлена разросшейся грубоволокнистой костной тканью. На месте редуцирующейся эндостальной мозоли формируется костномозговой канал. В гипоталамусе по сравнению с предыдущим сроком значительно уменьшается доля НСК повышенной активности при 2-кратном повышении НСК в состоянии депонирования и покоя и прежней динамике изменений числа НСК 1-го Б и 3-го типа. В НГ наблюдается почти 2-кратное увеличение ООП и средней площади НТ. Обсуждение полученных данных. Начальные проявления стрессового ответа характеризуются универсальными чертами для любого воздействия: перестройкой обмена веществ и выделением медиаторов стресса [1], что в нашем эксперименте подтверждается «экстренной мобилизацией» резервов ГГНС на 1-е сутки после перелома, проявляющейся усилением секреторной активности НСК гипоталамуса, тогда как на 3-и сутки эксперимента происходит «истощение» структурно-функциональных резервов гипоталамуса, пик которого приходится на 7-е сутки с момента перелома и проявляется максимальным снижением числа НСК в состоянии повышенной активности при максимально выраженном относительном преобладании над ними НСК в состоянии опустошения. В НГ пик «истощения» структурно-функциональных резервов приходится на 3-и сутки и проявляется максимальным снижением ООП и средней площади НТ, тогда как на 7-е сутки в НГ наблюдается значительное увеличение этих показателей. Асимметрия изменений в гипоталамусе и НГ, вероятно, связана с особенностью остеорепаративного процесса в эти сроки. Так, на 3-и сутки в области перелома всё ещё сохраняются признаки экссудативного воспаления с лизисом отломков кости и преобладанием катаболических процессов, что требует «повышенного расхода» окситоцина и вазопрессина и сопровождается структурнофункциональным истощением НГ, приводящим к гиперактивации НСК гипоталамуса, пик которой из-за избыточной реактивности приходится толь-окситоцина и вазопрессина, что сопровождается ко на 7-е сутки, тогда как к этому сроку в области постепенным восстановлением их структурноперелома уже отсутствуют признаки острого вос-функционального состояния. паления, резорбция костных отломков не выра-В гипоталамусе восстановительный процесс жена, уменьшается выброс медиаторов воспале-начинается только на 14-е сутки, результатом ния, и происходит торможение экструзии из НТ которого являются симметричные изменения в НГ - увеличение средней площади и ООП НТ. Однако на 21-е сутки в НГ происходят прямо противоположные изменения, проявляющиеся незначительной депрессией ООП и средней площади НТ, отражающие слабовыраженный процесс истощения структурно-функциональных резервов НГ, что по срокам (14-21-е сутки) совпадает с активацией хондрокластов и хондролиза хрящевой мозоли в области перелома, а значит активацией первичных медиаторов воспаления, что объясняет усиленную экструзию нейросекрета из НТ и увеличение количества НСК гипоталамуса в состоянии активного синтеза и выведения [2]. При этом в гипоталамусе происходит уменьшение средней площади НСК, что, по-видимому, является проявлением адаптивной реакции. Данное предположение согласуется с результатами исследований ряда авторов [8], пишущих о том, что одним из бóльших проявлений адаптивных реакций является резкое снижение в популяции количества клеток крупных размеров и увеличение эндокриноцитов средней величины. Вычисление средних показателей ЯЯО позволило выявить его однонаправленное отклонение в исследуемых ядрах НСК по отношению к периодам активного воздействия повреждающего фактора, а именно, их возрастание, в 1-е (воздействие на организм перелома кости с развитием посттравматического острого воспаления - 1-3-и сутки) и на 21-е сутки (пик литической активности хондрокластов с массивным хондролизом хрящевой мозоли 14-21-е сутки) наблюдения и уменьшение в последующих периодах. Из чего следует, что стимулы, активирующие компенсаторно-приспособительные потенции гипоталамуса, возникали именно на 1-3 и 14-21-е сутки репаративного остеогенеза, что подтверждает превалирующую роль цитокинового пути активации ГГНС [6, 9, 10]. На 61-е сутки эксперимента происходит восстановление и стабилизация структур ГГНС с максимальным приближением к показателям в контроле, что по сроку совпадает с окончанием консолидации перелома кости и может расцениваться как завершающий этап компенсаторно-приспособительных реакций и восстановление нарушенного гомеостаза. Итак, в ходе заживления перелома длинной трубчатой кости у крыс можно выделить 2 этапа стрессорной активации компенсаторноприспособительных потенций ГГНС с соответствующими изменениями в их структурах: на 1-3-и сутки (воздействие на организм перелома кости с развитием посттравматического острого воспаления) и на 14-21-е сутки (пик литической активности хондрокластов с массивным хондролизом хрящевой мозоли). В начальном периоде репаративного остеогенеза имеются однонаправленные, но асинхронные изменения в гипоталамусе и НГ, сопровождающиеся «истощением» структурно-функциональных резервов НГ на 3-и, а гипоталамуса на 7-е сутки, что, по нашему мнению, связано с преобладанием скорости экструзии нейросекрета из НТ в просвет капилляров над синтезом нейросекрета в НСК. В связи с этим изменения морфометрических показателей НТ в НГ возникают раньше и выражены в большей степени, чем НСК в гипоталамусе.

About the authors

V. A. Mikhanov

Orenburg State Medical University

Email: vmikhanov@gmail.com
Department of Pathological Anatomy

V. S. Polyakova

Orenburg State Medical University

Email: profpolyakova@yandex.ru
Department of Pathological Anatomy

Ye. I. Shurygina

Orenburg State Medical University

Email: shuryginalena@mail.ru
Department of Pathological Anatomy

Ye. Ye. Mkhitarian

Orenburg State Medical University

Email: k_patanat@orgma.ru
Department of Pathological Anatomy

K. N. Meshcheryakov

Orenburg State Medical University

Department of Pathological Anatomy

T. G. Kozhanova

Orenburg State Medical University

Department of Pathological Anatomy

N. R. Bakayeva

Orenburg State Medical University

Department of Pathological Anatomy

References

Supplementary files