ЦИРКАДИАННЫЙ РИТМ ГИСТОХИМИЧЕСКИХ, АВТОРАДИОГРАФИЧЕСКИХ И ЦИТОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГЕПАТОЦИТОВ У МЫШЕЙ НА ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА

Полный текст

Представляет интерес комплексное исследование показателей биологических процессов с учетом времени суток в конкретные этапы онтогенеза [2, 3, 12, 15]. Одним из центральных органов, принимающим участие в функционировании организма вне зависимости от его состояния, является печень. Состояние работоспособности печени во многом определяет и компенсаторные возможности организма в целом. Это объясняется тем, что печени принадлежит важнейшая роль в межсистемной кооперации, она является центром обмена веществ в организме млекопитающего, и именно это обусловливает её функциональное значение в качестве основного органа, поддерживающего гомеостаз организма [1, 8, 9]. Суточные (циркадианные) ритмы биологических процессов у птиц и млекопитающих формируются на ранних этапах онтогенеза, достигая высокой степени развития в зрелом возрасте [2, 3, 5, 11, 15]. Показано, что в печени у эмбрионов мышей и мышей первых дней постнатальной жизни, крыс и кроликов не установлено закономерных колебаний показателей внутриклеточного обмена веществ в течение суток [15]. Суточный ритм внутриклеточного метаболизма в печени у мышей и крыс устанавливается только после 3-4-й недели постнатальной жизни. В гепатоцитах низших позвоночных (рыб) в течение суток не прослеживается закономерных колебаний большинства показателей внутриклеточного метаболизма. У амфибий (травяная лягушка) расширен круг показателей обмена веществ, испытывающих закономерный суточный ритм. Однако амплитуды суточного ритма тестов метаболизма невысоки. В клетках печени у рептилий (сухопутных черепах) на фоне низкого уровня обмена веществ отмечается ритм с небольшой суточной амплитудой. Лишь в гепатоцитах теплокровных позвоночных (птиц и млекопитающих) отмечается суточный ритм с высокой амплитудой всех изученных показателей обмена веществ (размер клеток и их ядер, реакции на РНК и «суммарные белки», интенсивность включения цитидина, размеры и число ядрышек) [4]. Полученные данные о прогрессивном развитии суточного ритма обмена веществ в клетках печени в ряду позвоночных как в онто-, так и в филогенезе, позволяют более глубоко и всесторонне изучить биоритмику обменных процессов на поздних этапах онтогенеза. Цель настоящего исследования - изучение суточной организации важнейших показателей метаболизма печени у мышей в постнатальном онтогенезе, включая старческий возраст. Материал и методы. Экспериментальные исследования проводились на самцах мышей (нелинейные животные и мыши линии C57BL/10). В работе использовали возрастную периодизацию лабораторных животных, включающую следующие периоды: молочное кормление, неполовозрелый, репродуктивный и выраженных старческих изменений. Были изучены мыши следующих возрастов: молодого, зрелого, предстарческого и старческого (по 80 животных каждого возраста, всего 320 особей). Исследования проводились 4 раза в сутки: в 3, 9, 15 и 21 ч (по 10 животных на каждую временную точку). В работе соблюдались «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных» в соответствии с этическими принципами, изложенными в Хельсинкской декларации (протокол № 53 от 18.12.2013 г. решения комитета по этике ТГМА). Обезболивание мышей проводили с использованием хлороформа, который подавали индивидуально по капле в специальной камере. В исследованиях на клеточном уровне изучали морфологические показатели обмена веществ в гепатоцитах у мышей с использованием цитохимических методик для выявления РНК (метод Браше), гликогена (ШИК-реакция); цитометрических методик для изучения площади клеток печени, объема ядер и ядрышек, ядерно-цитоплазменного отношения. С целью изучения суточных колебаний синтеза РНК в гепатоцитах у мышей молодого, зрелого и старческого возраста проведено гистоавтографическое исследование с использованием 3Н-уридина (всего проанализировано 7200 клеток печени). Для подтверждения результатов цитохимических исследований проведено изучение содержания гликогена в гомогенатах печени у мышей. В работе применяли программу «Косинор», которая позволяет рассчитать параметры ритма: мезор (среднесуточный уровень), амплитуду (отклонение от мезора), акрофазу (время наибольшего значения показателя). Результаты исследования. Установлено, что у мышей молодого и зрелого возраста в ночные и утренние часы в печени происходит накопление гликогена, увеличение размеров гепатоцитов и их ядер, уменьшение содержания РНК. В дневные и вечерние часы обнаружены противоположные изменения. У нелинейных и линейных мышей репродуктивного возрастного периода по всем исследуемым показателям установлен значимый суточный ритм с высокой амплитудой. Широкий диапазон колебаний показателей внутриклеточного метаболизма печени у мышей зрелого возраста свидетельствует о больших функциональных возможностях печени, ее высокой способности перестраиваться к изменяющимся факторам внешней среды. В онтогенезе у мышей установлены определенные изменения структуры суточных ритмов (мезоров, амплитуд и акрофаз), характерной для репродуктивного периода. Изменения по среднесуточному уровню (мезору) в онтогенезе у мышей весьма разнообразны. Мезоры одних показателей (площадь клеток, объем ядер) увеличиваются на поздних этапах онтогенеза по сравнению со зрелым возрастом, по другим (интенсивность включения 3Н-уридина в ядро, цитоплазму гепатоцитов) - не изменяются или уменьшаются (содержание гликогена в печени). В онтогенезе у мышей изменению подвержены не только мезоры, но и акрофазы суточных ритмов. У мышей С57BL/10 зрелого, предстарческого и старческого возраста площадь клеток печени максимальна в 9 ч. Объем ядер гепатоцитов во все изученные возрасты достигает максимума в ночные и утренние часы (3, 9 ч). Ядерноцитоплазменное отношение в течение суток изменяется неодинаково у мышей в разные возрастные периоды. Так, если у мышей зрелого возраста ядерно-цитоплазменное отношение наибольшее в 21 ч, то у мышей предстарческого возраста - в 3 ч, а у животных старческого возраста - в 15 ч. Наименьшее ядерно-цитоплазменное отношение отмечается у мышей всех возрастов в 9 ч. По содержанию гликогена в печени отмечается эпифазия - запаздывание акрофаз в старческом возрасте относительно зрелого. Анализ амплитуд суточных ритмов позволил выявить общую закономерность их изменений в онтогенезе. Практически по всем исследуемым показателям на поздних этапах онтогенеза амплитуды уменьшаются относительно зрелого возраста (таблица). Обсуждение полученных данных. В 1990-х годах господствовало представление о том, что циркадианные ритмы всех периферийных органов подчинены супрахиазматическим ядрам (СХЯ). В настоящее время доказано, что печень обладает значительной автономией, и на ее цикл в значительной мере влияет периодичность питания. Мыши и крысы - ночные животные, и основной прием пищи у них приходится на темное время суток. Однако, если животные питались только днем, то циркадианный цикл печени сдвигался на 12 ч [14]. Полученные данные свидетельствуют о том, что у мышей молодого и зрелого возраста по всем изученным показателям установлен выраженный суточный ритм с высокой амплитудой. Широкий диапазон колебаний показателей внутриклеточного метаболизма гепатоцитов у мышей репродуктивного возрастного периода говорит о больших функциональных возможностях печени. Анализируя архитектонику суточных ритмов на поздних этапах онтогенеза у мышей, можно сказать, что не всегда происходит изменение мезоров с возрастом или смещение акрофаз. Наиболее общей для изученных показателей закономерностью является уменьшение амплитуд колебаний в старческом возрасте. Затухание осцилляций с возрастом более выражено у линейных мышей по сравнению с нелинейными. Вероятно, обусловленный генетическим полиморфизмом различный индивидуальный биоритмологический статус накладывает свой отпечаток на общую биологическую закономерность, несколько ее гасит и делает менее выраженной. О том, что индивидуальные различия бывают существенными, говорится в работе [6]. У некоторых видов животных высокоамплитудные ритмы в печени сохраняются до старости и взаимосвязаны с высокой продолжительностью жизни [10]. Это доказывает необходимость изучения роли индивидуального биоритмологического статуса у человека и животных, а также необходимость установления роли и степени влияния ведущих факторов синхронизации на суточную динамику показателей жизнедеятельности [13]. Объяснение механизмов возникновения ритмичности биологических процессов в печени у мышей рассмотрено в работе [7]. Полученные в работе результаты указывают на то, что каждому возрастному периоду присуща своя архитектоника суточных ритмов показателей метаболизма печени. Представленные данные на примере различных возрастных периодов онтогенеза у мышей подтверждают сформулированную Г. Д. Губиным концепцию «волчка» [2-4, 11, 12]. Согласно ей, весь онтогенез представляется в форме спирали с постепенно возрастающими ее оборотами (наращивание амплитуд). В зрелом возрасте регистрируются максимальные амплитуды ритмов, а на поздних этапах онтогенеза отмечается сокращение оборотов спирали (затухание осцилляций). Полученные нами хронобиологические данные свидетельствуют о том, что функциональные возможности печени у мышей (которые оцениваются нами в основном по амплитудам ритмов) достаточно медленно уменьшаются на поздних этапах онтогенеза. Следовательно, печень по своим ведущим морфологическим и биохимическим показателям - весьма медленно стареющий орган. Поэтому по мезорам и акрофазам показателей метаболизма печени не всегда выявляются изменения на поздних этапах онтогенеза. Лишь снижение амплитуд колебаний размеров клеток, ядер, ядерно-цитоплазменного отношения, показателей ядрышкового аппарата, включения 3Н-уридина в гепатоциты, содержания гликогена в печени свидетельствуют о затухании функциональных возможностей печени в старческом возрасте. Подробный обзор комплексных механизмов постепенной утраты синхронизации суточной динамики молекулярно-генетических, клеточных, тканевых, системных и организменных процессов на поздних этапах онтогенеза был нами подробно представлен в ряде недавних работ [2, 3, 6, 11, 12]. Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1) суточная динамика показателей метаболизма печени у мышей, изученная c использованием цитохимических, цитометрических и гистоавтографических методик, максимально выражена в зрелом возрасте; 2) функциональные возможности печени у мышей медленно уменьшаются на поздних этапах онтогенеза. Печень в соответствии с характером суточных колебаний морфологических и биохимических показателей на разных этапах постнатального онтогенеза - весьма медленно стареющий орган; 3) практически по всем исследованным морфологическим показателям на поздних этапах онтогенеза амплитуды статистически значимо уменьшаются по сравнению со зрелым возрастом, что свидетельствует о снижении функциональных возможностей печени в старческом возрасте. Вклад авторов: Концепция и дизайн исследования: A. М. Д. Сбор, анализ и хронобиологическая обработка материала: А. М. Д., Д. Г. Г. Статистическая обработка: В. П. З. Анализ полученных данных: Н. Я. П. Написание и редактирование текста: С. В. С. Авторы сообщают об отсутствии в статье конфликта интересов.

Об авторах

Алексей Михайлович Дуров

Тюменский государственный медицинский университет; Тюменский государственный университет

Email: amdurov@mail.ru
Кафедра биологии; кафедра управления физической культурой и спортом, Институт физической культуры 625023, г. Тюмень, ул. Одесская, 54

Денис Геннадьевич Губин

Тюменский государственный медицинский университет

Email: dgubin@mail.ru
Кафедра биологии 625023, г. Тюмень, ул. Одесская, 54

Николай Яковлевич Прокопьев

Тюменский государственный университет

Email: pronik44@mail.ru
кафедра управления физической культурой и спортом, Институт физической культуры

Светлана Владимировна Соловьева

Тюменский государственный медицинский университет

Email: svsolov@mail.ru
Кафедра биологии 625023, г. Тюмень, ул. Одесская, 54

Владислав Петрович Зуевский

Ханты-Мансийская государственная медицинская академия

Email: zvp_surgut@mail.ru
кафедра биологии с курсом микробиологии 628011, г. Ханты-Мансийск, ул. Мира, 40

Список литературы

Дополнительные файлы