Функциональное состояние супрахиазматического ядра гипоталамуса и щитовидной железы организмов разного пола в условиях измененных фоторежимов

Ночные рабочие смены, частые перелеты со сменой часовых поясов, активная круглосуточная жизнь с нарушением режима полноценного отдыха у современного человека способствует развитию десинхронизации центральных и метаболических функциональных ритмов. В настоящее время де-синхроноз связывают с широким спектром патологий, от нарушений сна до развития злокачественных новообразований [1]. Центральным пейсмеке-ром организма считают супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса, осуществляющее синхронизацию эндогенных ритмов и внешней освещенности [10]. При изменении длительности освещения по-разному меняется гормональный фон самцов и самок. В качестве одного из связующих звеньев между освещенностью и интенсивностью секреции половых гормонов называют СХЯ [11]. Долгосрочным фактором регуляции активности щитовидной железы, одного из эндокринных центров, отвечающих за формирование гомеостаза организма, является продолжительность светового дня, т.е. освещенность [4]. Также было выявлено влияние циркадианных ритмов на динамику тиреоидных гормонов [3], важная роль в регуляции которых принадлежит мелатонину, воздействующему на деятельность щитовидной железы через гипотала-мо-гипофизарную систему [2].

Цель исследования : анализ функциональной активности вентролатеральной и дорсомеди-альной зон СХЯ, щитовидной железы и массы тела белых крыс в условиях десинхроноза, вызванного световой и темновой депривациями.

Котельников Андрей Вячеславович, доктор биологических наук, профессор кафедры гидробиологии и общей экологии

Новакова Ольга Игоревна, аспирантка

Филиппова Елена Александровна, аспирантка

Материалы и методы. В эксперименте было задействовано 32 беспородных белых крысы. Самцы и самки содержались отдельно, в стандартных условиях вивария. Животные каждого пола были разделены на три группы и на протяжении 1,5 месяцев помещены в условия: 1 - естественного освещения (12 ч. света: 12 ч. темноты), 2 - постоянного освещения, 3 - постоянной темноты. По окончании эксперимента животных умерщвляли под хлоралгидратным наркозом, извлекали щитовидную железу и гипоталамус, фиксировали в жидкости Буэна и изготавливали парафиновые срезы. Окраску срезов мозга проводили гематоксилином, щитовидной железы - гематоксилином и эозином. Срезы фотографировали при увеличении х1000 и переводили в электронный вид. Функциональную активность оценивали по объемам ядер, найденных по формуле эллипсоида вращения. Измерения выражали в мкм с помощью объект-микрометра. В СХЯ измерения проводили в двух зонах - вентролатеральной, представленной в основном нейронами, синтезирующими вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), и вентромедиальной, где сосредоточены вазопрессин-эргические нейроны. Все результаты статистически обработаны с использованием критерия Стьюдента. Для достоверных отличий приведен уровень значимости р.

Результаты исследований и их обсуждение. У животных обоего пола в условиях естественного освещения нейроциты дорсомеди-альной зоны СХЯ имели более крупные ядра (табл. 1) по сравнению с нейронами вентромедиальной зоны (отличия составили 10% для самцов, р<0,01, и 7% для самок, р<0,05). Это соответствует данным литературы, согласно которым перикарионы дорсомедиального отдела более мелкие и содержат небольшое количество цитоплазмы, в то время как в вентролатеральном отделе более крупные нейроны имеют более обширную цитоплазму и сильно разветвленные дендриты [5]. При естественном освещении ядра нейронов у самок как в вентролатеральной, так и в дорсомедиальной зонах были в 1,7 раз больше, чем у самцов (р<0,001), что также согласуется с литературными данными [6].

Таблица 1. Объемы ядер супрахиазматического ядра гипоталамуса при различных условиях освещения, мкм³

Примечание: ЕО - естественное освещение, СД - световая и ТД - темновая депривации, * - отличия по Стьюденту между зонами СХЯ, * - р <0,05, **- р <  0,01, *** - р <0,001; ^Л - отличия искусственных фоторежимов от ЕО, ^Л - р <0,05, ллл - р <0,001; ° - половые отличия, °° - р < 0,01, °°° - р <0,001.

Оба искусственных фоторежима вызывали увеличение объемов ядер нейроцитов вентролатеральной зоны СХЯ самцов на 30% ( р < 0,001), в то время как в нейронах дорсомедиальной зоны только световая депривация приводила к возрастанию размеров ядра (на 22% в сравнении с контролем, р <0,001), а темновая, напротив, уменьшала этот показатель на 7% ( р <0,05). В связи с разницей в реакции двух отделов СХЯ на режим освещения, было нарушено соотношение размеров ядер ней-роцитов двух зон: у крыс, содержавшихся в постоянной темноте различия в размерах отсутствовали, тогда как в условиях постоянного освещения ядра нейронов вентролатеральной зоны были на 21% крупнее таковых в дорсомедиальной зоне ( р <0,001).

У самок в условиях искусственных фоторежимов происходило уменьшение размеров ядер нейронов в обоих отделах СХЯ. Ядра нейроцитов вентролатеральной зоны сильнее отреагировали на световую депривацию (уменьшение на 32%), менее значительно - на темновую, которая вызвала снижение объемов ядер на 19%. Ядра нейронов дор-сомедиальной зоны оказались более реактивны к темновой депривации, под действием которой они уменьшились на 46%, и менее - к световой, вызвавшей снижение их объемов на 26% ( р <0,001 для всех отличий). В результате у самок под действием световой депривации разница в размерах ядер нейронов двух зон увеличилась по сравнению с естественным освещением, составляя 17% (р <0,01) против 7% в контроле. При темновой депривации у самок, как и у самцов, указанное соотношение стало диаметрально противоположным: ядра нейро-цитов вентралатеральной зоны оказались на 29% крупнее, чем в дорсомедиальной ( р <0,001).

Следует отметить, что под влиянием искусственных фоторежимов исчезают половые отличия в размерах ядер нейронов, характерные для естественного освещения (за исключением вентролатеральной зоны в условиях световой депривации, когда ядра нейронов самок оказались уже не крупнее, а на 12% мельче, чем у самцов, р <0,01). При этом темновая депривация, в отличие от световой, меняет соотношение продукции вазопрессина и ВИП, характерное для данного нейроэндокринного центра в условиях естественного освещения.

В результате помещения крыс в условия постоянного освещения или же темноты, у них наблюдалась активация щитовидной железы (табл. 2). Известно, что увеличение длительности светового дня приводит к повышению продукции тиреопропина гипофизом [9]. В то же время пик секреции тиреотропина и тиреолиберина в циркадианной ритмике находится в фазе с секрецией мелатонина эпифизом и приходится на ночное время [8]. Очевидно, что гиперстимуляция щитовидной железы при разных режимах освещения может иметь разные механизмы. На животных обоего пола в большей степени подействовали условия постоянного освещения, при которых у самцов размеры ядер тироцитов возросли на 49% ( р <0,05), а у самок на 68% (р <0,01). Световая депривация вызвала менее значительные изменения, при этом режиме у самцов объемы ядер увеличились на 32%, а у самок - на 54% (р <0,001 для обоих отличий). На самок оба режима освещения оказали более сильное влияние, в результате чего проявились половые отличия, отсутствовавшие в контроле. Так, при световой депривации объем ядер тироцитов самок оказался на 24%, а при темновой - на 20% выше, чем у самцов ( р <0,01 для обоих отличий).

Таблица 2. Объемы ядер тироцитов в условиях различных световых режимов

Примечание: ° - половые отличия по Стьюденту, °° - р < 0,01; л - отличия искусственных фоторежимов от естественного освещения, л - р <0,05, лл - р <0,01, ллл _ р <0,001

Выводы:

• 1.    В условиях естественного освещения функциональная активность дорсомедиальной зоны СХЯ, по сравнению с вентромедиальной зоной, как у самцов, так и у самок выражена сильнее.

• 2.    Как световая, так и темновая депривации приводят к усилению функциональной активности обоих отделов СХЯ гипоталамуса у самцов, а у самок, напротив, вызывают снижение активности нейроцитов. При этом у животных обоего пола наблюдается активация синтетических процессов в щитовидной железе.

• 3.    Темновая депривация, по сравнению со световой, вызывает более сильное изменение функционального состояния СХЯ. В этих условиях изменяется соотношение функционального состояния между нейронами вентролатеральной и дорсо-медиальной зон. Кроме того, темновая депривация вызывает более сильную активацию щитовидной железы.

• 4.    Сила реакции исследуемого центра и щитовидной железы при изменении светового режима у самок выражена сильнее по сравнению с самцами.