Влияние экологической нагрузки на митохондриальную энергообеспеченность миелиновых и безмиелиновых нервных волокон пульпы зуба в процессе развития

Митохондрии классически рассматривают как энергетические центры, выполняющие одновременно множество других функций, необходимых для роста и выживания клеток и организма.

Эти органеллы занимают центральное место в патогенезе и разрешении заболеваний [6, 10, 11]. Митохондриальная дисфункция может возникать из-за первичных дефектов внутри органеллы, либо

быть вызвана стрессами окружающей среды, что играет решающую роль в развитии заболеваний человека [12, 14]. Развитие организма, формирование цито- и гистоструктуры ткани непрерывно связаны с внешней средой, в которой происходит становление организма. Митохондрии являются функционально универсальными органеллами.

В дополнение к своей обычной роли обеспечения энергетических потребностей клетки, митохондрии также активно регулируют врожденный иммунный ответ, формируют направление и характер реакции этой клетки на раздражители [3]. Недавние исследования выявили несколько состояний, при которых митохондриальный стресс-индуцированный иммунитет необходим для эффективной противомикробной защиты [4, 8, 9].

Предлагают концепцию, согласно которой митохондрии воспринимают, интегрируют и преобразовывают психосоциальные и поведенческие факторы в клеточные и молекулярные модификации, формируя морфологическую основу заболеваний. Среди систем органов, особенно подверженных воздействию от митохондриальной дисфункции (нарушению количества, структуры, функции митохондрий), мозг и нервная система особенно страдают от изменений как формы, так и функции митохондрий [7, 12].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Оценка количественного представительства митохондрий в нервных волокнах тканей пульпы зуба у детей, родившихся и проживающих в благополучных и экологически неблагоприятных районах для выявления влияния экологического стресса на энергообеспеченность ткани.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для трансмиссионного электронномикроскопического исследования препараты пульпы зуба фиксировали в 2,5%-м глутаральдегиде с дофиксацией по методике G. Millonig (1962). После промывки, обезжиривания в спиртах и ацетоне восходящей концентрации заключали в смесь смол эпон-аралдит. Материал контрастировали осмием в процессе заливки и ультра-тонкие срезы – уранилацетатом и свинцом. По-лутонкие срезы окрашивали 1%-й метиленовой синью. Срезы изучались с помощью электронной и трансмиссионной микроскопии «HU–7А». При 1000-кратном увеличении подсчитывали количество миелиновых и безмиелиновых нервных волокон. Срезы фотографировали на диапозитивные сверхчувствительные пластинки, проецировали через увеличитель и производили измерение увеличенных изображений в соответствии с требованиями алгоритма метрического анализа, предложенного центральной научно-исследовательской лабораторией электронной микроскопии при Российском национальном исследовательском медицинском университете (РНИМУ) им. Н. И. Пирогова. Микрофотосъёмка осуществлялась также цифровой камерой Cannon, на микроскопе Microoptix М300 (Австрия), цифровая камера Levenhuk-C510 (NG). Фотографировали 10 случайно выбранных полей зрения с каждого блока. Морфометрическому анализу подвергались миелиновые и безмиелиновые нервные волокна, кровеносные капилляры, качественному анализу – ткани пульпы. В ходе исследования автором были соблюдены основные положения биомедицинской этики: добровольность, информированность, конфиденциальность, безопасность. Одобрено биоэтическим комитетом ГБОУ ВПО ИГМА Минздрава России (Аппликационный № 391 от 05.11.2013 г.).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯИ ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В возрасте 5 и 6 лет толщина клеточного слоя в пульпе постоянного зуба у детей включает приблизительно 5–7 рядов клеток, изредка достигая до 8–9 слоёв. В промежуточном слое выделяются наружная зона Вейля (бесклеточная) и внутренняя – клеточная часть. Количество митохондрий на единицу площади в 1 мкм2 нейроплазмы волокон пульпы зуба представлено в табл. 1, 2.

Таблица 1

Численность митохондрий в нейроплазме безмиелиновых и мелиновых нервных волокон различного диаметра у детей в возрасте первого детства, проживающих в экологически благополучных районах

Нервные волокна	Возраст (лет)
(ø, мкм)	5 лет	6	7
Безмиелиновые нервные волокна
малого ø (до ≥0,2)	3,6 ± 0,5	3,8 ± 0,5	4,7 ± 0,5
среднего ø (0,21–0,6)	3,3 ± 0,5	3,4 ± 0,4	4,0 ± 0,7
большого ø (<0,6)	3,5 ± 0,4	3,7 ± 0,5	4,2 ± 0,5*
Миелиновые нервные волокна
малого ø (≥4,0)	3,6 ± 0,5	3,7 ± 0,5	4,7 ± 0,7
среднего ø (4,1–6,0)	3,5 ± 0,5	3,3 ± 0,2	4,0 ± 0,4
большого ø (<6,0)	3,0 ± 0,3	3,1 ± 0,5	4,2 ± 0,3*

Таблица 2

Численность митохондрий в нейроплазме безмиелиновых и мелиновых нервных волокон различного диаметра у детей в возрасте второго детства, проживающих в экологически благополучных районах

Нервные волокна	Возраст (лет)
(ø, мкм)	8	10	12
Безмиелиновые нервные волокна
малого ø (до ≥0,2)	5,0 ± 0,5	5,7 ± 0,5	6,0 ± 0,5*
среднего ø (0,21–0,6)	4,7 ± 0,7	5,3 ± 0,5*	5,5 ± 0,7*
большого ø (<0,6)	4,6 ± 0,7	5,1 ± 0,7	5,7 ± 0,7*
Миелиновые нервные волокна
малого ø (≥4,0)	4,8 ± 0,3	5,3 ± 0,7	5,8 ± 0,4*
среднего ø (4,1–6,0)	4,4 ± 0,6	4,7 ± 0,4	5,9 ± 0,5*
большого ø (<6,0)	4,5 ± 0,3	4,9 ± 0,7	6,0 ± 0,5*

Примечание: * - различия достоверны с аналогичным параметром в 7-летнем возрасте (на момент окончания 1 детства) (р < 0,05).

Из представленного в табл. 3–6 материала следует, что достоверные различия по количественному составу митохондрий в нейроплазме появляются к концу каждого изучаемого возрастного периода. Так, для возраста первого детства это касается только проводников (как миелиновых, так и безмиелиновых) большого диаметра, для периода второго детства – всех нервных волокон. В подростковом возрасте (13, 14 лет) (табл. 3) различия не являются достоверными, данные не отличаются ни в сравнении с предыдущим периодом, ни внутри группы.

Таким образом, количественный рост числа митохондрий, а, следовательно, и энергообеспеченность достигают максимума с последующим плато к концу периода второго детства.

Таблица 3

Численность митохондрий в нейроплазме безмиелиновых и мелиновых нервных волокон различного диаметра у детей подросткового возраста, проживающих в экологически благополучных районах

Нервные волокна	Возраст (лет)
(ø, мкм)	13	14
Безмиелиновые нервные волокна
малого ø (до ≥0,2)	6,1 ± 0,5	6,4 ± 0,5
среднего ø (0,21–0,6)	5,7 ± 0,7	6,1 ± 0,7
большого ø (<0,6)	5,9 ± 0,3	6,2 ± 0,9
Миелиновые нервные волокна
малого ø (≥4,0)	5,9 ± 0,7	6,0 ± 0,8
среднего ø (4,1–6,0)	6,1 ± 0,8	6,2 ± 0,7
большого ø (<6,0)	6,4 ± 0,5	6,8 ± 0,3

Примечание: * - различия достоверны с аналогичным параметром в 5-летнем возрасте (р < 0,05).

Таблица 4

Численность митохондрий в нейроплазме безмиелиновых и мелиновых нервных волокон различного диаметра у детей в возрасте первого детства, проживающих в районах с экологической нагрузкой

Нервные волокна	Возраст (лет)
(ø, мкм)	5 лет	6	7
Безмиелиновые нервные волокна
малого ø (до ≥0,2)	3,7 ± 0,5	3,7 ± 0,5	3,6 ± 0,5
среднего ø (0,21–0,6)	3,8 ± 0,5	3,9 ± 0,6	3,8 ± 0,6
большого ø (<0,6)	3,7 ± 0,5	3,8 ± 0,6	3,7 ± 0,6
Миелиновые нервные волокна
малого ø (≥4,0)	3,7 ± 0,5	3,6 ± 0,7	3,4 ± 0,7
среднего ø (4,1–6,0)	3,7 ± 0,5	3,8 ± 0,7	3,5 ± 0,7
большого ø (<6,0)	3,6 ± 0,5	3,8 ± 0,7	3,6 ± 0,7

Примечание: * - различия достоверны в сравнении с тем же возрастом детей, родившихся и проживающих в зонах относительного экологического благополучия (р < 0,05).

Таблица 5

Численность митохондрий в нейроплазме безмиелиновых и мелиновых нервных волокон различного диаметра у детей в возрасте второго детства, проживающих в районах с экологической нагрузкой

Нервные волокна (ø, мкм)	Возраст (лет)
	8	10	12
Безмиелиновые нервные волокна
малого ø (до ≥0,2)	3,6 ± 0,5*	3,5 ± 0,5*	3,3 ± 0,5*
среднего ø (0,21–0,6)	3,8 ± 0,6	3,6 ± 0,5	3,5 ± 0,6*
большого ø (<0,6)	3,8 ± 0,6	3,7 ± 0,5	3,7 ± 0,6*
Миелиновые нервные волокна
малого ø (≥4,0)	3,3 ± 0,7	3,2 ± 0,7	2,9 ± 0,6*
среднего ø (4,1–6,0)	3,7 ± 0,7	3,5 ± 0,7	3,6 ± 0,6*
большого ø (<6,0)	3,8 ± 0,7	3,6 ± 0,7	3,7 ± 0,6*

Примечание: * – различия достоверны в сравнении с тем же возрастом детей, родившихся и проживающих в зонах относительного экологического благополучия (р ≤ 0,05).

Таблица 6

Численность митохондрий в нейроплазме безмиелиновых и мелиновых нервных волокон различного диаметра у детей подросткового возраста, проживающих в районах с экологической нагрузкой

Нервные волокна (ø, мкм)	Возраст (лет)
	13	14
Безмиелиновые нервные волокна
малого ø (до ≥0,2)	3,2 ± 0,5*	3,2 ± 0,5*
среднего ø (0,21–0,6)	3,5 ± 0,6*	3,4 ± 0,6*
большого ø (<0,6)	3,7 ± 0,6*	3,7 ± 0,6*
Миелиновые нервные волокна
малого ø (≥4,0)	2,5 ± 0,7*	2,5 ± 0,7*
среднего ø (4,1–6,0)	3,6 ± 0,7*	3,6 ± 0,7*
большого ø (<6,0)	3,7 ± 0,7*	3,7 ± 0,7*

Примечание: * – различия достоверны в сравнении с тем же возрастом детей, родившихся и проживающих в зонах относительного экологического благополучия (р < 0,05).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Согласно полученным данным, представленным в таблицах 4–6, отражающим количественные изменения митохондрий в нейроплазме волокон, иннервирующих пульпу зуба у детей, проживающих в зонах с повышенной экологической нагрузкой, можно сделать 2 вывода. Во-первых, выявлено отсутствие характерной для благополучных районов возрастной динамики (от 5 до 14 лет) повышения количества митохондрий в нервных волокнах; во-вторых, наличие отрицательной динамики показателей, характеризующих энергообеспеченность нервных волокон, начиная с 12-летнего возраста.

Таким образом, установлено, что у детей, проживающих в зонах с повышенной экологической нагрузкой, в процессе прорезывания постоянных зубов отмечаются изменения тканей зуба, что можно связать с условиями их проживания в соответствующих районах. Выяснено, что в отношении нейротрофического обеспечения тканей зуба критическим периодом является возраст 11–12 лет. В условиях эколого-индуцированных изменений окружающей среды выявляется активное снижение количества структурных элементов нейроплазмы в миелиновых волокнах в возрасте 11 лет, в безмиели-новых – в 12 лет, достигая максимального значения к 13–14 годам постнатального развития [1].

Обнаруженная взаимосвязь митохондриальной динамики в нервных волокнах пульпы и эколого-индуцированных воздействий, с учётом их неэнергетических функций [3, 9, 11] могут иметь как функциональные, так и морфологические последствия, не только в форме стоматологической патологии, но оказать влияние на другие системы органов, включая сердце, скелетные мышцы, печень. Понимание роли процессов, ответственных за формирование и поддержание количества митохондрий и их оптимальных функций, нарушение динамики становления митохондриального аппарата может способствовать изысканию возможностей для профилактики и лечения возрастных заболеваний [2, 5, 13], формированию устойчивости и организма в ответ на действие различных стрессоров [8, 9].