Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфо-функциональное исследование влияния гипоталамических нонапептидных нейрогормонов (вазотоцина и окситоцина) и адреналина на щитовидную и интерреналовую железу у осетровых рыб в условиях in vitro

ВАК РФ 03.00.11, Эмбриология, гистология и цитология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Платик, Марина Муратовна, Санкт-Петербург

61 •• 99-,3 /?о?- у

Российская Академия Наук Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова

На правах рукописи

ПЛАТИК Марина Муратовна

МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГИПОТАЛАМИЧЕСКИХ НОНАПЕПТИДНЫХ НЕЙРОГОРМОНОВ (ВАЗОТОЦИНА И ОКСИТОЦИНА) И АДРЕНАЛИНА НА ЩИТОВИДНУЮ И ИНТЕРРЕНАЛОВУЮ ЖЕЛЕЗУ У ОСЕТРОВЫХ РЫБ В УСЛОВИЯХ IN VITRO.

03.00.11 - гистология, цитология, эмбриология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: чл.-корр.РАН, доктор биологических наук А.Л.Поленов

кандидат биологических наук В.В.Кузик

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1999

Оглавление

Общая характеристика работы...........................................................3

Глава 1. Обзор литературы...............................................................9-46

1.1 Вазотоцин- и окситоцинергические нейросекреторные клетки гипоталамуса рыб...........................................................................9

1.2 Щитовидная железа низших позвоночных.

1.2.1 Морфология и функция щитовидной железы.................................13

1.2.2 Влияние аденогипофизарных гормонов на функцию

щитовидной железы.....................................................................18

1.2.3 Влияние гипоталамических нейрогормонов на функцию тиротропоцитов...............................................................................19.

1.2.4 Эффект непосредственного воздействия вазопрессина/вазотоцина и окситоцина на функцию щитовидной железы...........................................23

1.3 Интерреналовая железа.

1.3.1 Морфология и функция интерреналовой железы.................................26

1.3.2 Влияние АКТГ на функцию интерреналовой железы...............................29

1.3.3 Влияние гипоталамических нейрогормонов на функцию кортикотропоцитов..............................................................................30

1.3.4 Эффект непосредственного воздействия вазопрессина/вазотоцина и окситоцина на функцию интерреналовой железы........................................34

1.4. Морфология и функция супрареналовой железы....................................37

1.4.1 Действие катехоламинов на функцию щитовидной и

интерреналовой желез...............................................................................41

1.5. Сочетанное воздействие катехоламиновых и нонапептидных нейрогормонов на функцию щитовидной и интерреналовой (коры

надпочечника у Mammalia) железы.......................................................43

Заключение..................................................................................45

Глава 2. Материал и методики исследования........................................47-56

2.1 Эксперимент для выяснения оптимальных условий инкубации щитовидной и интерреналовой желез оетровых рыб......................................47

2.2 Методика проведения экспериментов in vitro.......................................50

2.3 Выявление хромаффинных клеток........................................................54

2.4 Гистологические методики..............................................................55

2.5 Статистический анализ результатов...................................................55

Глава 3. Собственные результаты.......................................................57-83

3.1 Морфологическая характеристика щитовидной и интерреналовой желез

стерляди и осетра................................................................................57

3.1.1 Локализация и морфология хромаффиных клеток у осетра....................58

3.2 Влияние гипоталамических нейрогормонов (вазотоцина и окситоцина)

на функциональное состояние щитовидной железы стерляди и осетра......58

3.3 Изменение функциональной активности щитовидной железы осетра после воздействия катехоламиновых нейрогормонов.................................66

3.4 Влияние сочетанного воздействия адреналина с нонапептидными нейрогормонами или с тиротропином на функциональное состояние щитовидной

железы стерляди и осетра...........................................................................68

3.5 Влияние нонапептидных нейрогормонов (вазотоцина и окситоцина) на функциональное состояние интерреналовой железы стерляди и осетра.......71

3.6 Влияние адреналина на функциональное состояние интерреналовой железы осетра...........................................................................................76

3.7 Влияние адреналина в сочетании с АКТГ, вазотоцином или окситоцином на функциональное состояние интерреналовых желез стерляди и осетра...........78

3.8 Выявление типа адренорецепторов на интерреналовых клетках осетра.........81

Глава 4. Обсуждение результатов.......................................................84-96

4.1 Эффекты гипоталамических нейрогормонов (вазотоцина и окситоцина) и соответствующих аденогипофизарных гомонов (тиротропина или адренокортикотропина) на функцию щитовидной и интерреналовой желез осетровых рыб..................................................................................................84

4.2 Ингибирующее влияние адреналина на функциональную активность щитовидной и интерреналовой желез осетровых рыб.......................................................90

4.3 Эффекты совместного воздействия гипоталамических нейрогормонов (вазотоцина или окситоцина) и аденогипофизарных гормонов (ТТГ или АКТГ) с адреналином на функцию щитовидной и интерреналовой желез осетровых

рыб..........................................................................................................91

4.4 Выявление типа адренорецепторов в интерреналовых клетках осетра.........94

5. Заключение...................................................................................95

6. Выводы.......................................................................................97

7. Список литературы........................................................................98

Общая характеристика работы.

В настоящее время в связи с ухудшающимися как экологической, так и социальной ситуациями, проблема стресса продолжает оставаться актуальной. Многие системы в организме немедленно реагируют на стрессорное воздействие. Среди систем, вовлеченных в обеспечение процесса адаптации, важная роль принадлежит нейроэндокринному гипоталамо-гипофизарному комплексу и периферическим нейрогормонам - гормонам хромаффинной ткани. Результаты экспериментальных исследований как на млекопитающих, так и на низших позвоночных свидетельствуют о том, что стресс провоцирует повышение в крови уровня катехоламиновых и нонапептидных нейрогормонов. Известна роль нейрогормонов в регуляции многих функций организма, но особый интерес представляет изучение их влияния на периферические эндокринные железы, в частности, на щитовидную и кору надпочечника (интерреналовую железу у Submammalia), гормоны которых участвуют во многих метаболических процессах организма, в том числе при адаптации организма к различным стрессорным ситуациям (Pierson, 1995; Fontaine, 1963).

Функция гипоталамических нейрогормонов у позвоночных, направлена на регуляцию секреции тройных гормонов аденогипофиза - центрального эндокринного органа. Аденогипофиз - это сравнительно молодое в филогенетическом смысле образование, что убедительно доказано в фило- и онтогенетических исследованиях, где показано, что аденогипофиз формируется и начинает функционировать позже нейросекреторых клеток гипоталамуса и периферических эндокринных желез (Яковлева, 1977). Гормоны аденогипофиза у позвоночных, в свою очередь, осуществляют регуляцию периферических эндокринных органов.

Но, известно, что при стрессорных и патологических ситуациях ярко проявляется непосредственное влияние пептидных гипоталамических нейрогормонов на

периферические эндокринные железы (Поленов, 1983). Это доказано в многочисленных экспериментальных исследованиях на амфибиях и млекопитающих, где выявлены рецепторы к различным пептидным нейрогормонам (вазотоцину/вазопрессину и окситоцину и др.) в клетках щитовидной железы и коры надпочечника (интерреналовой железы у низших позвоночных) (Lärche et al., 1992; Макина и соавт., 1997).

Эволюционный аспект проблемы исследован пока недостаточно. В этом плане особенно актуальны исследования на хрящевых ганоидах, как на древних представителях животного мира. Опыты на интактных и гипофизэктомированных осетровых рыбах и амфибиях до настоящего времени позволяли лишь предполагать участие нейропептидных и катехоламиновых нейрогормонов в прямой регуляции функций периферических эндокринных желез, поскольку в условиях целостного организма на железу влияют множество нервных и гормональных факторов, то невозможно говорить о воздействии какого-либо одного из них в условиях in vivo. Поэтому вполне целесообразно в экспериментах in vitro моделировать определенные звенья нейроэндокринной реакции на стрессорную ситуацию и исследовать в этих условиях функции щитовидной и интерреналовой желез.

Актуальность предполагаемого исследования заключается в выявлении филогенетически древних механизмов регуляции периферических эндокринных желез, наиболее четко проявляющихся в условиях стресса и паталогии у позвоночных (Орбели, 1959; Поленов, 1983).

Целью настоящей работы является изучение возможности непосредственной нейрогормональной регуляции функций периферических эндокринных желез при стрессе у осетровых рыб.

Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать in vitro непосредственное влияние гипоталамических нонапептидов (вазотоцина и окситоцина) на функцию щитовидной и интерреналовой желез стерляди и осетра.

2. Изучить непосредственное влияние адреналина на функцию изолированных щитовидной и интерреналовой желез стерляди и осетра.

3. Исследовать эффект сочетанного воздействия гипоталамических нейрогормонов (вазотоцина или окситоцина) с адреналином на функцию щитовидной и интерреналовой желез в условиях in vitro.

4. Выявить тип адренорецепторов на стероидогенных клетках интерреналовой железы осетра.

Научная новизна результатов исследования.

Впервые в экспериментах in vitro на осетровых рыбах показано: 1) прямое влияние гипоталамических и катехоламиновых нейрогормонов на щитовидную и интерреналовую железы осетровых рыб, полученные результаты свидетельствуют о непосредственном активирующем действии вазотоцина и окситоцина на функцию щитовидной и интерреналовой желез; 2) под действием адреналина, напротив, наблюдалось снижение функциональной активности обеих желез; 3) адреналин подавляет стимулирующий эффект вазотоцина или окситоцина на щитовидную и интерреналовую железы; 4) выявлено, что адреналин оказывает тормозное влияние на стимуляцию вазотоцином стероидогенных клеток интерреналовой железы через бета-адреноцепторы. Теоретическая и практическая значимость.

Результаты настоящей работы важны для понимания становления регуляции функций щитовидной и интерреналовой желез в ходе филогенеза.

На примере двух видов осетровых рыб, нами показано, что у низших позвоночных гипоталамические нонапептиды могут осуществлять непосредственную неспецифическую

стимуляцию щитовидной и интерреналовой желез. Адреналин оказывает в условиях in vitro неспецифическое ингибирующее влияние на функцию щитовидной и интерреналовой железы осетровых рыб и снижает стимулирующий эффект нонапептидов. Таким образом, в нейрогормональной регуляции функций периферических эндокринных желез осетровых в условиях стресса важную роль играет взаимодействие нонапептидных нейрогормонов и адреналина, причем влияние адреналина осуществляется через бета-адренорецепторы.

Практическое значение этих исследований заключается в выявлении возможности разработки мероприятий, уменьшающих последствия стрессорных воздействий при выращивании осетровых в условиях рыбоводных заводов. Результаты этой работы включены в курсы лекций по нейроэндокринологии в Санкт-Петербургском Университете, в Астраханском Университете. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Вазотоцин и окситоцин при непосредственном воздействии стимулируют функцию щитовидной и интерреналовой желез осетровых рыб.

2. Адреналин (100 нг/мл) в опытах in vitro снижает функциональную активность щитовидной и интерреналовой желез.

3. При сочетанном действии гипоталамических нейрогормонов (вазотоцина или окситоцина) с адреналином достоверно тормозится стумулирующий эффект вазотоцина на функции как щитовидной, так и интерреналовой желез обоих видов осетровых.

4. Адреналин через бета-адренорецепторы снижает функциональную активность стероидогенных клеток интерреналовой железы осетра.

Апробация работы, публикации. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на конференциях студентов и аспирантов (1996, 1997, 1998), на заседании общества физиологов г.С.-Петербурга в 1997 и 1998 г., на международном Конгрессе

сравнительных эндокринологов (Испания, 1997). По материалам диссертации опубликовано 7 работ, из них 2 статьи и 5 тезисов, одни из которых зарубежом. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (Глава 1), описания материалов и методов (Глава 2), результатов собственных исследований (Глава 3), обсуждения, заключения и выводов.

Материалы диссертации изложены на 123 страницах машинописного текста, включая 22 рисунка, в том числе 13 микрофотографий. Список использованной литературы состоит из 228 источников.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Локализация вазотоцин- и окситоцинергических нейросекреторных клеток в гипоталамусе рыб.

В гипоталамусе рыб описано три нейросекреторных ядра - nucleus preopticus -парное преоптическое ядро и nucleus lateralis tuberis - латеральное ядро. Преоптическое ядро расположено по обеим сторонам преоптической бухты третьего желудочка и состоит из крупноклеточной и мелкоклеточной части. Мелкоклеточная часть преоптического ядра занимает у большинства видов рыб ростровентральную область ядра, а крупноклеточная -дорсокаудальную. Нервные волокна, отходящие от нейросекреторных клеток преоптического ядра, образуют тракты на вентральной и латеральной сторонах промежуточного мозга, которые направляются к гипофизу. Латеральное ядро, характерное исключительно только для костистых рыб, расположено вблизи инфундибулярной бухты. Аксоны от нейросекреторных клеток этого центра преимущественно идут в корни переднего нейрогипофиза, локализованные в мезоаденогипофизе (Поленов и соавт., 1993). Нейросекреторные клетки у крутлоротых и рыб преимущественно уни- и биполярны. Часто крупные нейросекреторные клетки расположены очень близко к просвету желудочка среди клеток эпендимы. Их отростки, проходя между клетками эпендимы, достигают полости 3 желудочка, образуя дендро-вентрикулярные нейросекреторные контакты ( Поленов, 1968). Часть аксонов преоптико-гипофизарного тракта в постоптической области вступает в контакт с капиллярами оболочки мозга, образуя аксо-вазальные нейросекреторные контакты. Область, в которой локализованы контактирующие с капиллярами нейросекреторные окончания, называется проксимальной нейросекреторной контактной зоной, которая гомологична срединному возвышению амфибий и Amniota. Каудальнее, нейросекреторные волокна выходят за пределы собственно головного мозга и составляют основную массу ткани узкого

пластинообразного выроста, нейрогипофизарного слоя- гомолога задней доли гипофиза. С дорсальной стороны он покрыт эпендимой, выстилающей общую полость гипофиза и сосудистого мешка. С вентральной стороны этот вырост срастается при помощи соединительной ткани, богатой сосудами, с передней долей аденогипофиза. В каудальной части нейрогипофизарного слоя нейросекреторные волокна в виде мощных пучков прободают соединительнотканную септу и вступают в промежуточную долю аденогипофиза, где распадаются на тонкие пучки, которые постепенно проникают в железистую паренхиму. Нейросекреторные волокна оканчивается около синусоидных капилляров соединительнотканных прослоек, отходящих от капсулы гипофиза и образуют дистальную нейросекреторную контактную области (Поленов, 1968).

Нейрогипофиз у хрящевых ганоидов (осетровых), представлен трубчатыми (пронизанными гипофизарными бухтами), массивными и слабо разветвленными корнями, разделенными железистой тканью промежуточной доли. В отличие от пластиножаберных и костистых рыб (Stahl, 1962), у осетровых нейросекреторные волокна никогда не проникают к клеткам промежуточной доли аденогипофиза, так как она отграничена от нейрогипофиза довольно мощной базальной мембраной. В нейрогипофизе осетровых преобладающая масса терминалей нейросекреторных волокон образует аксо-вазальные контакты с синусоидными капиллярами, лежащими на границе с эпителиальными тяжами промежуточной доли. Часть терминалей нейросекреторных волокон расположена среди клеток эпендимы, выстилающих гипофизарные бухты, формируя аксо-вентрикулярные контакты. Среди клеток эпендимы встречаются гигантские расширения нейросекреторных терминалей- тела Герринга (Поленов, 1968).

У большинства костистых рыб нейрогипофиз имеет древовидную или корневидную структуру. Нейросекреторные волокна обнаруживаются в железистой ткани

промежуточной доле аденогипофнза, где они непосредственно контактируют с железистыми клетками (Stahl, 1962).

Иммуноцитохимическими и биохимическими методами у 80 видов рыб выявлены в гипоталамусе вазотодин- и окситоцинподобные гормоны. Суперсемейство вазопрессина/окситоцина включает 16 нейропептидов, из них 12 найдено у позвоночных и 4- у беспозвоночных животных. Все они имеют дисульфидный мостик между 1 и 6 аминокислотными остатками и инвариантны по амин�