Кадмий относится к токсичным микроэлементам и является одним из самых опасных терраполлютантов [5]. Кадмий обладает высокотоксичными свойствами, вызывая поражения различных органов и физиологических систем. Этот элемент накапливается в организме, особенно в почках, печени, легких и мозге, и при достижении критической концентрации приводит к поражению дыхательной системы, нарушению работы почек, а также к иммуносупрессии и канцерогенезу [2]. Данный токсикант оказывает нейротоксический эффект действуя на сосудистое русло мозга и нарушая мозговой кровоток [2]. Длительное введение его соединений экспериментальным животным (крысы) сопровождается некрозом нервных клеток чувствительных ганглиев и аксональной дегенерацией и демиелинизацией периферических нервных стволов. Ткани мозга одними из первых подвергаются воздействию кадмия [3], особенно это отмечено для центра регуляции гомеостаза внутренней среды организма – гипоталамуса [8].
Аркуатное ядро гипоталамуса играет важную роль в дофаминергическом контроле секреции гормона роста, вазопрессина, пролактина, регуляции эстрального цикла и полового поведения. Этот нейроэндокринный центр является особенно важным для центральной регуляции приема пищи, расхода энергии, и контроле массы тела. В аркуатном ядре присутствуют гипофизотропные нейроны, секретирующие кортиколиберин – центральный гормон стресса [6, 10].
Одним из ключевых вопросов в физиологии, которому в настоящее время уделяется большое внимание – это проблема половых различий в чувствительности организмов к токсическим веществам. Это связывают как с исходными различиями в гормональном профиле самцов и самок, так и их различной скоростью синтеза гормонов в ответ на стрессор. Так, при стрессе концентрация глюкокортикоидов, вазопрессина и окситоцина возрастает в крови самок сильнее, чем у самцов [4].
Вместе с тем, динамика развития токсического стресса и процессы восстановления функции органов и систем после интоксикации изучены крайне недостаточно. В связи с вышеизложенным, целью исследования стало изучение функционального состояния аркуатного ядра гипоталамуса у животных обоего пола в динамике токсического стресса, вызванного хлоридом кадмия.
Материал и методы исследования
Экспериментальные исследования выполнены на 82 лабораторных животных (белых беспородных крысах) обоего пола. Токсический стресс моделировали ежедневным введением экспериментальным животным раствора хлорида кадмия в дозе 2 мг на 100 г массы тела per os через зонд. Животные были разделены на несколько групп: 1 группа – контроль; 2 – животные, получавшие хлорид кадмия в течение 5 дней; 3 – животные, получавшие хлорид кадмия в течение 10 дней; 4 – животные, получавшие хлорид кадмия в течение 15 дней; 5 – животные, восстанавливающиеся после 15-ти дневной интоксикации хлоридом кадмия в течение 5 дней; 6 - животные, восстанавливающиеся после 15-ти дневной интоксикации хлоридом кадмия в течение 10 дней; 7 - животные, восстанавливающиеся после 15-ти дневной интоксикации хлоридом кадмия в течение 15 дней.
Функциональную активность аркуатного ядра оценивали по морфометрическим показателям, а именно по объему ядра нейроцитов. Эти структуры нейроэндокринных клеток тесно коррелируют с интенсивностью транскринции [1] и могут служить инструментом оценки их функционального состояния. На каждую экспериментальную группу было исследовано не менее 150 нейронов, все измерения переведены в мкм3 при помощи объект-микрометра. Результаты статистически обработаны с использованием критерия Стьюдента.
Результаты исследований и их обсуждение
Аркуатное или дугообразное ядро гипоталамуса представляет собой скопление мелкоклеточных нейроэндокринных клеток, расположенных по бокам третьего желудочка мозга. У интактных самцов и самок средние размеры ядер нейронов существенно не отличались (таблица).
Введение хлорида кадмия сопровождалось снижением размеров ядра нейроэндокринных клеток у самцов уже в начальный период интоксикации. Через 5 дней после начала ввода подопытным самцам раствора соли кадмия объемы ядер оказались на 15%, а через 10 дней – на 11% ниже по сравнению с контрольной группой (р < 0,05 для обоих сравнений). Наибольшее угнетение транскрипционных процессов у самцов было отмечено в группе 15 Cd, где объемы ядер составили только72% от таковых в контроле (р < 0,01).
Объемы ядер нейронов аркуатного ядра гипоталамуса в динамике токсического стресса
|
Экспериментальная группа |
Объем ядра, мкм3 |
||
|
Самцы |
Самки |
||
|
Контроль |
209,2±8,67 |
217,7±9,11 |
|
|
Период интоксикации |
5 Cd |
178,4±8,24* |
239,1±8,34°°° |
|
10 Cd |
186,0±5,36* |
217,7±8,11°° |
|
|
15 Cd |
163,4±10,22** |
163,1±14,34* |
|
|
Период восстановления после интоксикации |
15 Cd +5 |
211,4±6,60 |
239,1±9,03° |
|
15 Cd +10 |
208,6±8,05 |
220,4±8,00 |
|
|
15 Cd +15 |
224,6±8,39 |
168,9±8,39°°°** |
|
Примечание: * - отличия между контрольной и опытными группами по Стьюденту: * – р<0,05, ** – р<0,01; ° – половые отличия: ° – р<0,05, °° – р<0,01, °°° – р<0,001
У самок, в отличие от самцов, торможение транскрипционных процессов наблюдалось только к концу периода интоксикации. Объем ядра в группе самок 15 Cd уменьшился на 25% по сравнению с контролем (р < 0,05), что составило величину того же порядка, что и у самцов. Тем не менее, в группах с длительностью интоксикации 5 и 10 дней размеры ядер у самок были сопоставимы с таковыми у интактных животных, что может свидетельствовать о большей устойчивости энергетического метаболизма самок к небольшим дозам хлорида кадмия по сравнению с самцами. О значительной реактивности самцов к интоксикации свидетельствует также отмеченный у них более выраженный воспалительный ответ на введение соли кадмия по сравнению с самками [7]. Возможно, что в основе механизмов подобных отличий лежит способность эстрогенов усиливать выведение кадмия [5].
В связи с разной реактивностью размеров ядер нейронов аркуатного ядра самцов и самок к вводимому токсиканту, на начальных этапах интоксикации были выявлены половые отличия, отсутствовавшие в контроле. Так, в группах с длительностью интоксикации 5 дней размеры ядер самок оказались на 34% (р < 0,001), а в группе 10 Cd – на 16% больше, чем у самцов (р < 0,01).
Среди групп животных с периодом восстановления после интоксикации также были выявлены различия в реакции нейроэндокриноцитов аркуатного ядра самцов и самок. У самцов уже через 5 дней после прекращения введения токсиканта объемы ядер нервного центра не отличались от контрольных и оставались таковыми вплоть до окончания периода наблюдения. У самок размеры ядер нейроэндокринных клеток через 5 и 10 дней после прекращения поступления хлорида кадмия также соответствовали таковым у контрольных животных, однако в группе самок с длительностью периода восстановления 15 дней объемы ядер нейроэндокриноцитов оказались на 23% ниже по сравнению с контролем (р < 0,01). Снижение интенсивности транскрипционных процессов к концу периода наблюдения может быть следствием отдаленных последствий интоксикации, которые у самок проявляются быстрее, чем у самцов.
Более быстрые темпы восстановления самцов после токсической нагрузки хлоридом кадмия отмечены и по снижению у них содержания биомаркера почечной дисфункции в моче, N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы, в то время как у самок его концентрация оставалась повышенной [9].
Заключение
Введение хлорида кадмия приводит к снижению транскрипционной активности нейроэндокриноцитов аркуатного ядра гипоталамуса самцов и самок крыс, а его отмена – к ее восстановлению до значений, характерных для контрольных животных. При этом у самцов наблюдается более выраженная реакция нейроэндокринного центра на поступление доз соли кадмия в начальный период интоксикации и более эффективное восстановление исходных значений размеров ядер нервных клеток при прекращении введения токсиканта.
Рецензенты:
Горст В.Р., д.б.н., доцент, профессор кафедры нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава РФ, г. Астрахань;
Курьянова Е.В., д.б.н., доцент, профессор кафедры физиологии морфологии человека и животных ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань.