Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние кратковременных холодовых воздействий на состояние эритрона белых крыс на ранних этапах постнатального онтогенеза

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние кратковременных холодовых воздействий на состояние эритрона белых крыс на ранних этапах постнатального онтогенеза"

А

На правах рукописи ПИКСЕНДЕЕВА Ольга Владимировна

ВЛИЯНИЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ХОЛОДОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СОСТОЯНИЕ ЭРИТРОНА БЕЛЫХ КРЫС НА РАННИХ ЭТАПАХ ПОСТНАТАЛЬНОГО ОНТОГЕНЕЗА

03.00.13—Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Тверь 1997

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных Ивановского государственного университета.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Ю. И. Баженов,

кандидат медицинских наук, доцент Л. Н. Катаева.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор С. Б. Назаров,

кандидат биологических наук, доцент Р. А. Калашникова.

Ведущая о р г ан из а ци я — Петрозаводский государственный университет.

Защита диссертации состоится , тУ " '/Сч£~4997 г.

в часов на заседании диссертационного совета К 063.97.09 при Тверском государственном университете (170002 г.Тверь, пр. Чайковского, 70а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного университета (г. Тверь, ул. Володарского, 44а).

Автореферат разослан ж_"_1997 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук,

доцент А. Н. ПАНКРУШИНА

Обшая характеристика работы

Актуальность исследования. Выживаемость организмов в естественных условиях с непрерывно изменяющейся внешней средой невозможна без адаптации к температурным воздействиям. С влиянием холодового фактора человек сталкивается достаточно часто - это работа в условиях резко континентального климата, увеличивающаяся миграция населения, освоение холодных районов земного шара, резкое изменение климата на планете и др. ' Поэтому изучение адаптивных возможностей организма, механизмов функционирования его систем в условиях воздействия холода не утрачивает своей значимости и привлекает внимание многих исследователей (Баженов, 1981, Власов, 1994, Гудим с соавт., 1985, Дегтева, 1996, Иржак, 1979, 1986, Казначеев, 1986, 1990, Пастухов, 1979, 1991, Ткачев с соавт., 1991, Якименко, 1984). При этом немаловажным является хронологический анализ наблюдаемых преобразований ( Колпаков с соавт., 1993, Сидоров, 1994, Цейликман с соавт., 1995, Harbuz et al, 1992, Mori, 1985). Установлено, что уровень функционирования любой системы зависит от возраста и определяется различной сформированностью ее звеньев и механизмов регуляции (Аршавский, 1967, Баскурян, 1993, 1996, Горожанин, 1979, Назаров, 1988,

1993, 1995, Окунева с соавт., 1980, Философова, Горожанин, 1987, Fabris et al, 1987, Sanengen et al, 1987).

Система эритрона является одной из важнейших функциональных систем организма, поддерживающих гомеостаз и в то же время является лимитирующим звеном всей системы крови в ходе формирования адаптационной реакции, поскольку определяет кислородную емкость крови (Баркова, 1985, Борисюк, 1984, Васильев с соавт., 1992, Марачев, 1985). Полученные к настоящему времени данные о морфо-функциональной организации центрального звена эритрона - красного костного мозга (Воргова, Захаров, 1990, Захарове соавт., 1984, 1990, 1994, Медяник, 1993, Мельников, Захаров,

1994, Рассохин с соавг., 1991, Bessis, 1958, Ben Jshay, Joffey, 1972, Gordora, 1988, Prenant, 1980 и т.д.) в сочетании с изученными показателями периферической крови позволяют более тонко оценивать интимные механизмы преобразований в данной системе, эффективность ее функционирования при воздействии тех или иных факторов (Варыпаева, 1994, Медяник, 1994, Пушкарев с соавт., 1990, Рассохин с соавт., 1991, Харченко с соавт., 1996).

Попытка ответить на вопрос о роли центрального звена эритрона в формировании адаптационных реакций организма в ответ на действие холода на разных этапах постнатального развития, используя новейшие методы исследования и послужило предпосылкой для организации настоящего исследования.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение комплекса морфо-фунционалыгах особенностей системы эритрона

белых крыс, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям на ранних этапах постнатального онтогенеза. Решались следующие задачи:

- изучить изменения эритроидного ростка костного мозга беспородных белых крыс и соответствующие им изменения периферической красной крови у животных 5 возрастных групп (крысят с 21 по 60 дни жизни и взрослых белых крыс), подвергавшихся кратковременным периодическим Холодовым экспозициям в течении двух дней;

- выявить последовательность включения различных компенсаторно-приспособительных реакций со стороны системы красной крови как по мере развития организма, так и в процессе формирования адаптационной реакции;

- оценить интенсивность и длительность реакций эритрона у животных исследуемых возрастных групп в период после кратковременных холодовых воздействий;

- оценить роль эритробластических островков костного мозга белых крыс в формировании адаптационной реакции эритрона в ответ на кратковременные холодовые воздействия.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены новые факты, касающиеся влияния холода на систему эритрона. В работе впервые осуществлен хронологический анализ изменений комплекса морфо-функциональных характеристик эритроидного ростка костного мозга и периферической красной крови белых крыс, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям. Показано, что стимулирующий эффект краткосрочного действия холода на эритропоэз сохраняется в период последействия за счет изменения активности гемопоэзиндуцирующего микроокружения (ГИМ). Установлены временные границы преобразований в центральном и периферическом звеньях эритрона.

Обнаружено, что холодовой фактор оказывает влияние на изменение варианта реконструкции эритропоэза в эритробластических островках костного мозга.

Проведен онтогенетический анализ преобразований в системе эритрона, вызванных Холодовыми воздействиями. Произведена оценка участия костномозгового кроветворения в развитии компенсаторно-приспособительных реакций эритрона. Показано, что механизм развития адаптационных преобразований претерпевает изменения по мере развития организма от активации экстрамедуллярного кроветворения до интенсификации костномозгового с расширением его плацдарма и роли колониеобра-зующей единицы эритропоэза (КОЕэ), локализованной в костном мозге. Установлены возрастные границы данных преобразований. Показано, что, несмотря на разную степень развития звеньев эритрона и механизмов регуляции, длительность эффекта последействия холода на эритропоэз белых крыс разных возрастов одинакова.

Определен возраст белых крыс, в котором адаптационные реакции со стороны системы эритрона при действии холодового фактора соответствуют преобразованиям взрослых животных.

■ Практическая значимость. Полученные данные позволяют не только приблизиться к пониманию интимных механизмов функционирования системы эритрона при действии холодового фактора, но имеют и практическое значение.

Изученный комплекс морфо-функционапьных особенностей эритроид-ного ростка костного мозга и периферической крови при кратковременных холодовых воздействиях на ранних этапах постнатального онтогенеза может быть рекомендован к использованию при дальнейшей разработке вопросов экологической физиологии, а также в качестве обоснования роли холодового фактора в стимуляции эритропоэтической функции организма. Результаты исследования необходимо учитывать не только с точки зрения изучения перекрестной адаптации, но и в клинике при лечении некоторых гематологических заболеваний (например, анемии).

Полученные результаты используются в учебном процессе на кафедре физиологии человека и животных Ивановского государственного университета й курсе лекций "Физиология системы крови", "Возрастная физиология", "Экологическая физиология", на большом практикуме, при подготовке курсовых и дипломных работ, а также в материалах лекций на кафедре нормальной физиологии Ивановской государственной медицинской академии. Основные положе-

ния . выносимые на защиту

1. Кратковременные холодовые воздействия вызывают проявление различных компенсаторно-приспособительных механизмов со стороны эритрона, находящихся в прямой зависимости от сформированности органов кроветворения и механизмов регуляции эритропоэза как в норме, так и при стресс-реакции , а также от критических периодов онтогенеза.

2. Холодовой фактор вызывает изменение варианта реконструкция эритропоэза в эритробластических островках костного мозга.

3. Длительность реакции со стороны центрального звена эритрона в период последействия холодового фактора определяется активностью гемопо-эзиндуцирующего микроокружения.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на итоговых научных конференциях Ивановского госуниверситета (Иваново, 1996, 1997), на заседании Ивановского отделения Российского физиологического общества (Иваново, 1996, 1997), па Ш Всероссийской (с международным участием) конференции "Молекулярно-клеточные основы кислотно-основного и температурного гомеоста'за: физиология, биохимия, клиника" (Сыктывкар, 1997), на Ш Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997).

По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 144 страницах и включает введение, 4 глави,выводы, заключение и список литературы, состоящий из 299 наименований, 99 из которых зарубежных авторов. Работа документирована 12 таблицами, 12 рисунками и микрофотографиями.

Материал и методы исследования.

Данные литературы (Назаров, 1993, Хамидов с соавт., 1978) свидетельствуют об адекватности преобразований системы эритрона белых крыс процессам системообразования у человека. Поэтому данный вид животных успешно используется для онтогенетических исследований.

Основу диссертационного исследования составили результаты изучения морфо-функционального состояния красного костного мозга и периферической красной крови 233 беспородных белых крыс пяти возрастных групп: I группа - крысята 21-30 дней; 11 группа - крысята 31-40 дней; III группа - крысята 41-50 дней; IV группа - крысята 51-60 дней; V группа -взрослые крысы.

Время рождения крысят фиксировалось с точностью до одного дня. Выбор нижней возрастной границы обусловлен способностью белых крыс с этого возраста осуществлять адаптивные терморегуляционные реакции в условиях холода (Аршавский, 1967, Бабашев, 1991). Ограничение четко фиксируемой периодизации 60-ым днем связано с' установлением в этом возрасте большинства показателей эритрона на уровне взрослых животных (Назаров, 1993).

Животные содержались в виварии при Г=+18...+20°С на стандартном рационе. Опытные группы животных подвергались кратковременным Холодовым воздействиям по методике ЬеВ!апс (1967): белые крысы помещались по 9 раз в день в течении двух дней в климатическую камеру при I = -20°С на 10 минут с перерывами между экспозициями в 50 минут при комнатной температуре. Согласно литературным данным (Барбараш, Двуреченская, 1986, Барбараш, 1996, Пастухов, 1991) адаптация к периодическому действию холода соответствует эволюционно детерминированной программе организма, который в естественных условиях подвергается действию холода лишь в определенные сезоны года и только во время определенных поведенческих реакций с последующим уходом в закрытое пространство, а. также соответствует естественным суточным ритмам активности человека и животных.

На 1, 3, 5 и 10 сутки после окончания цикла холодовых воздействий производился забор красного костного мозга и периферической крови, при этом для каждого дня формировалась своя группа контроля соответствующего возраста. Для взрослых животных контрольная группа была единой.

Анализ морфо-функционального состояния красного костного мозга производился на основе выделения и изучения эритробластических островков (ЭО) из бедренных костей животных (Захаров с соавт., 1984). В нативных препаратах по включению нейтрального красного в центральный макрофаг производилась идентификация ЭО и их подсчет в камере Горяева. Для морфологического анализа ЭО изготовлялись мазки красного мозга адгезией на покровном стекле с последующей окраской азур-эозином.

. Распределение эритробластических островков по классам производилось в процентах от общего числа встреченных ЭО (Захаров с соавт., 1990). Для оценки функциональной активности костного мозга вычислялись следующие показатели: показатель вовлечения КОЕэ в дифференцировку, показатель повторного вовлечения макрофагов в эритропоэз, показатель созревания нормобластов в короне ЭО (Воргова, Захаров, 1990).

В периферической крови с помощью общепринятых, применяемых в клинической лабораторной диагностике, гематологических методов определялись: общее содержание эритроцитов (х10|2/л), • содержание гемоглобина (г/л) гемиглобинцианидным методом, число ретикулоцитов (%0) в мазках, окрашенных бриллиантовым крезиловым синим, показатель гематокрита (%), рассчитывались среднее содержание гемоглобина в эритроците (пг) и средний объем эритроцита (мкм3).

Все первичные экспериментальные данные были обработаны статистически с определением среднеарифметического показателя, ошибки среднего арифметического. Достоверность различий определялась по и критерию Стьюдента, при этом различия считались статистически значимыми при р < 0,05 (Лакин, 1980).

Основные результаты исследований.

На первом этапе работы было исследовано состояние периферического и центрального звеньев эритрона у интактных групп белых крыс в период раннего постнатального онтогенеза и взрослых животных. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в рассматриваемый период данная система претерпевает значительные количественные и качественные изменения разнонаправленного характера. Установлено, что ряд исследуемых показателей периферической крови (содержание эритроцитов, концентрация гемоглобина) и красного костного мозга (абсолютное содержание эритробластических островков, качественный состав ЭО, показатель повторного вовлечения макрофагов в эритропоэз и показатели созревания) к 55 дню жизни не достигает уровня взрослых животпых при тенденции приближения к нему. Другая часть характеристик (показатель гематокрита, число ретикулоцитов, среднее содержание гемоглобина в эритроците, средний объем эритроцита и показатель вовлечения КОЕэ в

дифференцировку) устанавливаются на уровне взрослых животных к 45-55 дням постнатального развития. При этом такие показатели эритрона, как содержание ретикулоцитов, среднее содержание гемоглобина в эритроците, средний объем эритроцита, качественные характеристики костного мозга уменьшаются по мере взросления животных, для других характерен рост их значений. В целом полученные данные отражают процессы становления, дифференцировки и развития красного костного мозга как основного места эритропоэза, расширение функциональных возможностей системы при интенсификации мышечной деятельности и обмена веществ в процессе онтогенетического развития.

На следующем этапе работы производилась оценка морфо-функционального состояния эритрона по этим же показателям у белых крыс, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям.

1. Влияние кратковременных холодовых воздействий на состояние эритрона взрослых белых крыс.

Результаты проведенного исследования показали, что выбранный режим холодового воздействия оказал существенное влияние на эритрон взрослых белых крыс, отразившееся на изменении как показателей его периферического, так и центрального звеньев.

Таблица 1.

Влияние холодовых воздействий на показатели периферического звена эритрона __взрослых белых крыс._

Показатели Контрольные животные Дни после окончания холодовых воздействий

первый третий тгтый десятый

п 10 10 8 8 8

Число эритроцитов, х10"в 1л 5,34Ю,03 6,05Й,04* 6,3110,67» 6,4110,08* 6,3210,07*

Количество гемоглобина, г/л 143,612,29 160,111,87' 156,611,99» 153,112,72* 158,511,87*

Показатель гематокрнта, % 44.40iB.92 48,9011,10* 47,3810,59* 47,6310,91* 49,5010,71*

Число ретикулоцитов, %о 23,7011,70 43,30±!,69* 53,2512,62* 54,6315,46* 41,7514,39*

Среднее содержание гемоглобина в эритроците, пг 26,91Ю,49 26,4310,27 24,8510,46* 24,2910,56* 25,0810,42*

Средний объем эритроцита, мкм* 83,1311,77 80,8612,09 80,8311,54 79,3911,51 82,5111,18

Примечание: * )-здесь и далее в таблицах и рисунках отмечены достоверные изменения показателей относительно контроля.

Так, в ответ на действие холодового фактора отмечался рост числа эритроцитов, количества гемоглобина (табл. 1), что приводит к повышению кислородной емкости крови и обусловлено интенсификацией при действии

холода процессов обмена веществ, направленных на сохранение температурного гомеостаза и обеспечение функционирования систем и органов и повышением в связи с этим запроса кислорода органами и тканями. Следует отметить, что показатель гематокрита, возросший уже к первому дню окончания холодовых экспозиций на 10% .впоследствии остается фактически без изменений в то время, как число эритроцитов продолжало увеличиваться. Данный эффект связан, возможно, с развитием гемоконцентрации на . ранних этапах развития адаптационной реакции (Ferguson et al, 1984, Kallskög, 1992).

Значительное увеличение доли ретикулоцитов (табл. 1) дало основание утверждать об участии центрального звена эритрона в наблюдаемых преобразованиях, что и подтвердилось результатами эксперимента. К первому дню отмечалось значительное снижение эритробластическнх островков, содержащих эритроидные элементы последних ступеней развития (а именно ,инволюциирующих ЭО)за счет вымывания зрелых клеток в циркуляторное русло (табл. 2). Возможно, ускорение темпов инволюции, а следовательно и сокращение времени созревания клеток, и вызвало снижение среднего содержания гемоглобина в эритроците в последующие дни эксперимента (табл. 1). Это явление могло иметь место при повышенном выделении эритропоэтина (Павлов, Морщакова, 1987).

О расширении плацдарма кроветворения в костном мозге свидетельствует увеличение абсолютного содержания эритробластических островков с одновременным повышением числа КОЕэ, вовлекаемых в процессы дифференцировки (рис. 1А,Б). Данное явление наблюдалось ранее (Мельников, Захаров, 1994) в присутствии эритропоэтина за счет изменения активности центральных макрофагов ЭО и повышения их аффинитета к эритроидным клеткам-предшественницам. Причем этот эффект воздействия эритропоэтина сохранялся до нескольких суток, чем и объясняется длительность наблюдаемых нами реакций. Изменение активности макрофагов явилось также причиной следующего явления.Анализ данных о качественном составе эритробластических островков (табл. 2) показал, что некоторое снижение доли ЭО I класса и относительно неизменное число ЭО II класса на фоне значительных преобразований в формуле ЭО, касающихся островков других типов, свидетельствует о переходе центрального звена эритрона на иные, чем обычный (ЭО I -> ЭО II -> ЭО III -> ЭОинв -> ЭОрек) варианты реконструкции эритропоэза в ЭО, а именно: ЭО инв -> ЭОрек -> ЭО III и ЭО Ш -> ЭОрек. Эти пути являются более целесообразными, так как наибольшая митотическая активность эритробластов регистрируется в "короне" реконструирующихся ЭО, из нее быстрее происходит освобождение зрелых клеток (Медяник, 1993, 1994).

Именно факт изменения преимущественного варианта реконструкции эритропоэза в эритробластических островках значительно повысил долю

макрофагов, сохранивших след воздействия эритропоэтина и вовлекаемых в эритропоэз повторно (рис. 1В). Причем данный эффект воздействия холода утрачивает свое значение к десятому дню после окончания холодовых экспозиций. К этому дню отмечается и снижение показателя вовлечения КОЕэ в дифференцировку к уровню контрольных животных, что связано также с изменением активности гемопоэзиндуцирующего микроокружения. Однако число эритробластических островков к данному дню окончания холодовых экспозиций сохраняется на достаточно высоком уровне, что обусловлено, вероятно, замедлением темпов инволюции островков, обусловившее прекращение роста содержания эритроцитов и ретикулоцитов уже на пятый день эксперимента и имеет в основе вышеупомянутую причину.

Таблица 2

Качественный состав эритробластических островков (%) взрослых белых крыс _после холодовых воздействий._

Классы эритробластических островков Контрольные животные Дни после окончания холодовых воздействий

первый третий. пятый десятый

ЭО] класса 8,36±0,78 6,4210,72 6,1410,79 6,2810,67 8,1110,44

ЭОи класса 10,8710,79 12,0510,92 11,4411,67 10,9610,67 10,34Ю,88

ЭОш класса 12,8311,07 9,6710,41* 10,1010,58* 14,1110,76 13,8811,22

ЭО инвалюциирующие 48,3911,33 39.84i0.97* 35,5511,10* 34,3510,86* 46,5411,18

ЭО реконструирующиеся 19,5511,53 31,72±1,79* 35,39±Г,70* 34,3111,15* 21,1411,08

Нужно отметить, что максимальный прирост содержания эритробластических островков и показателя вовлечения КОЕэ в процессы дифферен-цировки отмечается к первому дню окончания воздействия холодового фактора, что, помимо выделения эритропоэтина, связано с еще одним фактом. В частности показано, что используемый нами режим холодового воздействия приводит к повышению уровня АКТГ, кортикостероидов, Т3 и Т4 в плазме крови (Щамова с соавт., 1993, СоипёаБЬеуа е! а1, 1994, ЬеШапс, 1967), которые способствуют пополнению пула эритроидных клеток и повышению их чувствительности к эритропоэтину (Рагш1еу, 1978). В дальнейшем (3-5 дни) на изменении данных показателей сказывается сохранение в "памяти" макрофагов ЭО следа совместного действия вышеупомянутых гормонов.

А. Эритробластические островки

Б.Показатель вовлечения в дифференцпровку

11 КОЕэ

•Л1

420 400 МО МО МО I»

1 1 5 10

.ю»

190 1(0 140 120 100 •0 «0 40 20 О

К • 1 3 б 10

В. Показатель повторного вовлечения макрофагов в эритропоэз

и 1 0.1 о,«

о А ОД О

Рис. 1. Изменение показателей морфофунхционального состояния красного костного мозга взрослых белых крыс после кратковременных холодовых воздействий. К-контроль, 1,3,5,10- дни после окончания холодовых воздействий

Оценивая длительность реакций со стороны эритрона, вызванных периодическими Холодовыми воздействиями в течении двух дней, обнаружено, что к 5-10 дням окончания экспозиций большинство показателей стабилизируется на исходном уровне (например, в красном костном мозге, что определяется уровнем активности гемопоэзиндуцирующего микроокружения), либо несколько от него отличающемся (что отмечается в периферической крови и связано с некоторой "задержкой" отражения процессов, происходящих в костном мозге).

Таким образом, со стороны эритрона взрослых белых крыс в ответ на действие холодового фактора можно выделить следующие реакции: нарастающий эритроцитоз с повышением концентрации гемоглобина (1-5 дни); высвобождение зрелых клеток из "короны" инволюциирующих ЭО.

закончивших свое развитие до или в период действия холода (1 день); увеличение плацдарма кроветворения в костном мозге при одновременном повышении числа КОЕэ, вовлекаемых в дифференцировку (1-3 дни); изменение преимущественого варианта реконструкции эритропоэза в ЭО (15 дни)..

2. Влияние кратковременных холодовых воздействий на состояние

эритрона белых крыс на ранних этапах постнатялыюго онтогенеза.

Крысята в возрасте 21-30 дней.

Анализ морфо-функциональных показателей костного мозга и периферической крови крысят, подвергавшихся Холодовым воздействиям в возрасте 21-30 дней, показывает, что данный режим воздействия оказал выраженное влияние на показатели периферического звена эритрона при достаточно незначительных изменениях в красном костном мозге.

Наблюдаемая в периферической крови эритропения (рис. 2) на фоне повышенного содержания ретикулоцитов (рис. 3) обусловлена некоторым дисбалансом процессов эритропоэза и эритродиэреза. При этом выходящие в циркуляторное русло клетки красной крови отличались большим содержанием гемоглобина (так, в первый день окончания холодовых экспозиций среднее содержание гемоглобина в эритроците максимально превысило значение для контрольной группы на 20 % при р < 0,001), что и не изменило его концентрацию в целом. Возможно,это обусловлено тем , что в связи с переходом на качественно новый этап эритропоэза (в красном костном мозге) и новый этап индивидуального развития (переход на дефинитивное питание) функциональные возможности эритрона ограничены и не обеспечивают поддержание необходимого числа эритроцитов при влиянии холодового фактора высокой интенсивности. Повышение кислородной емкости крови за счет увеличения кислородпереносящего пигмента в расчете на один эритроцит носит кратковременный характер и приводит лишь к незначительным изменениям общей концентрации гемоглобина. Вероятно, холодовой фактор вызвал усугубление последствий анемии, описанной у животных в середине второй - начале третьей декады жизни (Назаров, 1993) и связанной с особенностями онтогенетического развития белых крыс.

А.

Б.

□ а ас Шв Яг

Рис. 2. Прирост содержания эритроцитов (А) и гемоглобина (Б) у белых крыс, подвергавшихся действию холода на ранних этапах постнатального развития. По оси абсцисс - возрастные группы, по оси ординат - % прироста показателя: а - к первому дню, б - к третьему дню, в - к пятому дню, г - к десятому дню окончания ХОЛОДОВЫХ экспозиций.

Рис. 3. Изменение содержания ретикулоцитов периферической крови белых крыс при воздействии холода на ранних этапах постнатального мгтогенеза. По'оси абсцисс - возраст (дни), по оси ординат - содержание ретикулоцитов (%о), I, II, Ш, IV, V - возрастные группы.

При исследовании динамики содержания ретикулоцитов выявлено, что пик содержания ретикулоцитов в опытной группе приходится на третий день исследования (рис. 3), в группе же контрольных животных отмечался спад числа молодых клеток, что обусловлено закономерностями постнатального развития эритрона. В дальнейшем снижение числа ретикулоцитов у крыс группах, подвергавшихся Холодовым воздействиям, происходит менее интенсивно, чем в контроле, что и обусловило максимальную разницу по данному показателю между этими группами животных к десятому дню после окончания холодовых экспозиций.

Вместе с тем, показатели эритропоэза костного мозга остались на уровне контроля(рис.4), что согласуется с данным литературы о недостаточной выработке эритропоэтина (Горожанин, 1979, Павлов, Морщакова, 1987, Философова с соавт., 1987, Fried et al, 1982, Sanengen et al, 1987), стресс-гормонов (Данилова с соавт., 1991, Дыгало, 1995) в данный возрастной период. Донором ретикулоцитов, вероятно, являются очаги экстрамедуллярного кроветворения, что на фоне инертности костного мозга, независимости печеночно-селезеночного кроветворения от эритропоэтина, продуцируемого почками (Jong et al, 1987, Lukarelli, 1994, Rizzoli, 1978) и появлением в крови макроцитов (так, в третий день средний объем эритроцита достоверно превысил значение контроля на 20,5%) получают дополнительное обоснование и является проявлением признаком ретардации в развитии эритрона (Назаров, 1995).

А. Б.

so

Рис. 4. Прирост абсолютного содержания ЭО (А) и показателя вовлечения КОЕэ в дифференцировку (Б) у белых крыс, подвергавшихся действию холода на ранних этапах постнатального развития.

По оси абсцисс - возрастные группы, по оси ординат - % прироста показателя:

а - к первому дню, б - к третьему дню, в - к пятому дню, г - к десятому дню окончания холодовых экспозиций

Немаловажным является тот факт, что к десятому дню окончания холодовых экспозиций в красном костном мозге крысят отмечается достоверное снижение числа эритробластических островков (рис. 4) за счет их ускоренной инволюции, о чем свидетельствует уменьшение на 11,4% (р < 0,01) содержания инволюциирующих ЭО. Вероятно, именно к этому дню интенсивность функционирования экстрамедуллярных очагов кроветворения, возросшая под воздействием краткосрочных холодовых экспозиций, пошла на убыль и основным органом кроветворения вновь становится красный костный мозг. Длительность эффекта последействия холода на орган эритропоэза совпадает с таковой в костном мозге взрослых животных, подвергавшихся аналогичным воздействиям. Этот факт свидетельствует о том, что основная роль в проявлении реакции эритрона в виде интенсификации эритропоэтической функции вне зависимости от места продукции эритроцитов принадлежит гемопоэзиндуцирующему микроокружению.

Таким образом, на формирование компенсаторно-приспособительных реакций у крысят в возрасте 21-30 дней оказывает влияние зрелость звеньев эритрона, их функциональная активность, и несмотря на напряженность функционирования данной системы в этом возрасте, существуют механизмы, способствующие поддержанию необходимых условий жизнедеятельности при воздействии экстремальных факторов.

Крысята в возрасте 31-40 дней.

Результаты исследования показали, что у крысят в возрасте 31-40 дней кратковременные .холодовые воздействия вызывают существенные изменения не только в периферической крови, но и красном костном мозге. Эритроцитоз в периферической крови (рис. 2) был обусловлен интенсивной инволюцией ЭО (число островков, находящихся на этой стадии развития, снизилось в первый день на 17,4% при р < 0,05) и выходом молодых клеток из короны ЭО, что привело даже к некоторому снижению общего числа эритробластичесюгх островков (рнс. 4). На третий день окончания холодовых экспозиций обнаружено усиление вовлечения КОЕэ в дифференцировку, причем эритропоэтический эффект действия холода привел в большей мере к новообразованию ЭО (число ЭО I класса достоверно превысило контроль в третий день на 128,4% и в пятый день - на 44,3%), а не к использованию имеющегося резерва за счет ранее образованных структур (число реконструирующихся ЭО не изменялось на протяжении всего времени исследования). Кроме того, все наблюдаемые в костном мозге преобразования имели краткосрочный характер ( к пятому дшо окончания экспозиций сохраняются достоверные отличия лишь по общему числу эритробластических островков и ЭО I класса), а также отличались малой амплитудой прироста. И хотя в данном возрасте отмечается пик секреции эрнтропоэтина почкой (Павлов, Морщакова, 1987), на достаточном уровне функционирует гипотапамо-

гипофизарно-кортикоадреналовая система (Данилова с соавт., 1991), их участие в формировании адаптационной реакции костномозгового звена эритрона было минимальным вследствие недостаточной сформированности рецепторного аппарата, сниженной реактивности кроветворной ткани. Достаточно значительный и длительный рост числа ретикулоцитов - пик его приходится на пятый день и составляет 192,3% (р < 0,01) от уровня контроля (рис. 3) - возможно имел в своей основе к активацию экстрамедуллярного кроветворения, остатки которого сохраняются и к 45 дню жизни белых крыс (Назаров, 1995). Таким образом, холодовой фактор вызвал сохранение повышенной активности очагов экстрамедуллярного эритропоэза в те возрастные периоды, когда основная роль в поддержании эритроцитарного баланса в нормальных условиях принадлежит уже костномозговому звену эритрона, что обуславливается незаконченностью формирования механизмов регуляции в условиях воздействия экстремального фактора, а также, возможно, более ускоренной и надежной реализацией реакции через очаги внекостномозгового кроветворения. Следует отметить, что с этого возраста прирост содержания эритроцитов в ответ на краткосрочные периодические холодовые воздействия соответствует таковому у взрослых животных (рис. 2), что служит свидетельством существования многоуровневой системы регуляции эритрона, обеспечивающей оптимальное функционирование организма при действии экстремальных факторов.

Для животных данного возраста отмечено также следующее: в период до пятого дня после окончания холодовых экспозиций увеличение числа эритроцитов не сопровождается изменениями концентрации гемоглобина, что приводит к значительному снижению его среднего содержания в эритроците (так, в первый день данный показатель достоверно ниже контрольного на 15 %, к третьему - на 22,3%, к пятому - на 17,5%), нивелирующееся только к десятому дню периода последействия холода. Обнаруженные сдвиги не свидетельствуют о действительно адаптационной перестройке эритрона, то есть увеличении кислородной емкости крови. Интересным явилось и значительное уменьшение (к 3 дню максимальное -на 19 % при р < 0,001) среднего объема эритроцита у животных опытной группы. Это входит в противоречие с предположением об участии экстрамедуллярного кроветворения в реализации адаптационной реакции эритрона, которое нивелируется к десятому дню окончания холодовых воздействий. Данные явления, возможно, обуславливаются тем, что возраст 31-40 дней у крысят характеризуется началом активной игровой деятельности (Аршавский, 1982, Западнюк с соавт., 1974) и одновременной активизацией большого числа функциональных систем, повышающими потребность организма в пластических и энергетических субстратах и приводящими к развитию между ними конкурентных взаимоотношений, которые усугубляются при изменениях окружающей среды.

Таким образом, в возрасте 31-40 дней функционирование красного костного мозга как основного органа образования эритроцитов не является до конца скоординированным процессом, что при периодическом воздействии экстремального фактора высокой интенсивности приводит к некоторому дисбалансу между образованием клеток и биосинтетическими процессами, а также к реализации эритропоэзстимулирующей реакции холода через иные пути (например, очаги экстрамедуллярного кроветворения).

Крысята в возрасте 41-50 дней

Влияние периодических холодовых экспозиций на функциональное состояние эритрона 41-50 дневных крысят отличается более широким диапазоном компенсаторно-приспособительных реакций, а также амплитудой изменения их величин. В периферической крови отмечается эритроцитоз с одновременным повышением концентрации гемоглобина, причем в первый день исследования среднее содержание гемоглобина в эритроците не отличается от показателей контроля, в дальнейшем этот показатель снижается - максимальная разница отмечается к пятому дню и составляет 7,9% при р < 0,001 (рис. 2). Достоверных изменений в среднем объеме клеток зафиксировано не было. Анализ динамики содержания ретикулоци-тов показал, что превышая в опытной группе значение показателей контроля, кривая содержания молодых клеток отражает процессы онтогенетических преобразований (рис. 3).

Именно в этом возрасте устанавливается амплитуда колебаний прироста концентрации гемоглобина, характерная для взрослых животных (рис. 2) и свидетельствующая об относительной стабилизации соотношения процессов созревания клеток и биосинтетических процессов.

Данные изменения сопровождались интенсификацией активности красного костного мозга, выражающееся в расширении плацдарма кроветворения и вовлечении большего числа КОЕэ в эритропоэз(рис.4). Первоначально (первый день) наблюдаемая активизация эритропоэза проходит с увеличением роли вновь образованных эритробластических островков за счет присоединения КОЕэ к отдельному макрофагу (число ЭО I класса достоверно увеличивается на 9,5%), а изменения островков иных типов свидетельствует об усилений процессов пролиферации и дифференцировки. Затем (3-5 дни) большее значение приобретает изменение варианта реконструкции эритропоэза в ЭО, о чем свидетельствует рост числа ЭО III класса (максимальный достоверный прирост наблюдался в 5 день и составил 20,0%), реконструирующихся ЭО (аналогичное значение также отмечалось в 5 день и составило 29,2%), значительно сократившаяся доля инволюции-рующих островков (так, к пятому дню их число достоверно уменьшилось относительно контроля на 25,2%) отражает процессы интенсивного освобождения зрелых клеток и вовлечения ассоциаций макрофага н

эритроидных клеток в дальнейшую дифференцировку. Снижение содержания ЭО I класса (на третий день почти в два раза) свидетельствует о приоритетном участии в эритропоэзе "активированных" макрофагов, вероятно, реконструирующихся эритробластических островков. У крысят данного возраста отмечается установление оптимального динамического равновесия между новообразованием и инволюцией ЭО в ответ на действия холодового фактора и приближающегося к таковому взрослых животных.

Таким образом, исследование состояния эритрона 41-50 дневных крысят, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям свидетельствует о сохранении ряда особенностей реакции животных предыдущей группы и проявлении новых возможностей эритрона, обусловленных его онтогенетическим развитием.

Крысята в возрасте 51-60 дней.

Картина адаптационных преобразований системы эритрона 51-60 дневных крысят указывает на то, что именно в этом возрасте отмечается становление всех приспособительных возможностей данной системы на уровне взрослых животных, и хотя, как показано выше, показатели контрольной группы еще не полностью соответствуют уровню взрослых белых крыс, зрелость механизмов нейрогуморальной регуляции обуславливает проявление указанного эффекта не только в качественном, Но и количественном отношении. Наблюдаемый эритроцитоз сопровождается значительным повышением содержания ретикулоцитов (динамика изменения которых сходна с таковыми взрослых животных) и гемоглобина (рис. 2). При этом в первый день окончания холодовых экспозиций среднее содержание гемоглобина в эритроците остается без изменений, в последующем отмечается его снижение в среднем на 3,3-9,9% относительно контроля, схожее с таковым в группе взрослых животных. В пятый день исследований отмечается кратковременное достоверное увеличение среднего объема эритроцита (на 3,2%). Данные изменения сопровождаются расширением плацдарма кроветворения в костном мозге с одновременным увеличением числа КОЕэ, вовлекаемых в дифференцировку (рис. 4) и изменениями, указывающими на реализацию иных, чем обычные, вариантов реконструкции эрятропоэза с увеличением доли макрофагов, повторно вовлекаемых в эритропоэз (максимально - в 3-5 дни на 96-107%). При этом сниженный в течении 1-5 дней показатель созревания (зек, к 3 дню он достигает минимального значения и составляет 0,68±0,02 против 1,13±0,07 усл. ед. в контроле) свидетельствует о преобладании молодых и актнвнофункционирующих ЭО. В целом показано, что основные тенденции преобразований у животных данной группы сходны с таковыми предыдущей возрастной группы крысят, длительность же компенсаторно-приспособительных преобразований как со

стороны периферического, так и центрального звеньев аналогична картине, отмечаемой в группе взрослых животных.

Таким образом, по мере развития организма, становления красного костного мозга как основного места образования эритроцитов, не только степень интенсификации его функции, но и реакция системы эритрона в целом в ответ на кратковременные холодовые воздействия увеличивается и расширяется качественно, что обуславливается онтогенетическим развитием и дифференциацией органов кроветворения и становлением аппарата регуляции.

Выводы

1. Кратковременные холодовые воздействия оказывают стимулирующее влияние на функционирование эритрона белых крыс, что обеспечивает поддержание гомеостаза в условиях измененного температурного режима. Этот эффект сохраняется в период последействия за счет, изменения активности гемопоэзиндуцирующего микроокружения. Спад эритропо-этической активности наблюдается с пятого-десятого дней после окончания ХОЛОДОВЫХ экспозиций.

2. Механизм развития компенсаторно-приспособительных реакций претерпевает изменения по мере развития организма: от активации экстрамедуллярного кроветворения в возрасте 21-40 дней до интенсификации костномозгового эритропоэза с ЗМОдневного возраста. Последнее обусловлено расширением его плацдарма и усилением роли КОЕэ, локализованной в красном костном мозге. Длительность данной реакции, независимо от

. места преимущественного образования эритроцитов, одинакова. Данные изменения вызывают однотипные сдвиги в периферической крови с 31-40 дневного возраста: эритроцитоз с увеличением содержания молодых форм и повышение концентрации гемоглобина.

3. Холодовой фактор вызывает изменение преимущественного варианта реконструкции эритропоэза в эритробластических островках костного мозга, переводя его на физиологически более целесообразный (ЭОинв ->ЭОрек->ЭО III и ЭО III -> ЭО рек), утрачивающий свое значение к десятому дню после окончания холодовых воздействий. Данный эффект действия холода наблюдается у крыс с 41-50 дневного возраста.

4. На формирование адаптационных реакций со стороны эритрона при действии холодового фактора оказывают влияние: а) "критические" периоды онтогенеза белых крыс (переход на дефинитивный тип питания и переход к интенсивной игровой деятельности), отражающиеся в отсутствии резерва интенсификации биосинтетических процессов и дефиците пластических веществ, б) зрелость механизмов регуляции и органов кровотворения, что лежит в основе преобладающей роли типа компенсат торно-приспособительных преобразований и в интенсивности их проявл$-

ния. В свою очередь, холодовой фактор высокой интенсивности влияет на онтогенетическое развитие системы эритрона и отражается в усугублении последствий анемии в 21-30 дневном возрасте и в сохранении интенсивного экстрамедуллярного кроветворения в период с 21-го по 40-й дни постнатального развития. 5. Конечный результат адаптивных преобразований однотипен с 41-50 дней жизни крысят и с данного возраста соответствует уровню взрослых животных, однако говорить о полной стабилизации в этом периоде функционирования эритрона на уровне взрослых белых крыс не представляется возможным.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1.Катаева Л.Н., Пнксендеева О.В.

Охлаждение и периферическая кровь белых крыс разных возрастов // Деп. в ВИНИТИ 24.05.96. № 1688-В96. 14 с.

2.Пиксендеева О.В.

Эффект воздействия кратковременной адаптации к холоду на эритропоэз белых крыс на ранних этапах постнатального онтогенеза // Вестник Иванов, мед. акад. 1997. Т. 2. № 1-2. С. 45-49.

3.Пиксендсева О.В., Катаева Л.Н.

Влияние холода на формирование адаптационных реакций системы эритрона белых крыс на ранних этапах постнатального онтогенеза // Мат. конф. "Молекулярно-клеточные основы кислотно-основного и температурного гомеостаза: физиология, биохимия, клиника". Сыктывкар, 1997. С. 9599.

4.Катаева Л.Н., Пиксендеева О.В.

Состояние системы эритрона белых крыс, подвергавшихся серии кратковременных холодовых экспозиций // Тез. докл. Ш съезда физиологов Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 1997.

5.Баженов Ю.И., Катаева Л.Н., Пиксендеева О.В.

Влияние кратковременной адаптации к холоду на функцию КОЕэ взрослых белых крыс // Росс, физиол. журн. им. И.М.Сеченова (принято к печати)

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Пиксендеева, Ольга Владимировна, Иваново

/

£/* - ^ у/ ^

Ивановский государственный университет

на правах рукописи

Пиксендеева Ольга Владимировна

ВЛИЯНИЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ХОЛОДОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СОСТОЯНИЕ ЭРИТРОНА БЕЛЫХ КРЫС НА РАННИХ ЭТАПАХ ПОСТНАТАЛЬНОГО ОНТОГЕНЕЗА

03.00.13 - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: засл. деятель науки РФ, д.б.н., профессор Баженов Юрий Иванович к.м.н., доцент

Катаева Лариса Николаевна

Иваново - 1997

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................3

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................8

1. Эритрон как физиологическая и функциональная система..........................8

1.1. Современная схема кроветворения........................................................9

1.2. Структурно-функциональная организация центрального

звена эритрона..............................................................................................23

1.3. Становление эритроидного ростка в онтогенезе..................................29

2. Влияние факторов различной природы на эритрон.

онтогенетический аспект..................................................................................37

3. Влияние холода на организм человека и животных....................................47

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ....................................................54

1. Методика адаптации животных к холоду....................................................57

2. Характеристика исследуемых групп животных..........................................58

3. Методика исследования морфо-функционального состояния

красного костного мозга...................................................................................59

4. Методика исследования периферической крови.........................................61

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................64

1. Состояние эритрона белых крыс на ранних стадиях

постнатального развития..................................................................................64

2. Влияние кратковременных холодовых воздействий на состояние эритрона белых крыс в период постнатального онтогенеза..........................71

2.1.Состояние эритрона взрослых белых крыс, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям...............................................72

2.2. Состояние системы эритрона белых крыс, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям на ранних этапах постнатального развития..............................................................................79

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.......................................................................101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................117

ВЫВОДЫ............................................................................................................119

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................121

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Проблема адаптации организма по праву считается центральной в современной биологии. Речь идет об изучении вопросов фундаментального характера, значение которых выходит далеко за рамки собственно теории адаптации. Именно через познание механизмов регуляции жизнедеятельности организма при стрессе мы можем адекватно оценить сущность и роль тех или иных механизмов, регулирующих гомеостаз и в условиях оптимальной жизнедеятельности. К настоящему времени получен целый ряд фундаментальных фактов об адаптивных сдвигах различных вегетативных функций [3, 4, 16, 36, 79, 92, 95, 142, 174, 182], анализ которых показал, что при определении качественных и количественных особенностей адаптационных сдвигов в ответ на воздействие тех или иных факторов среды необходимо учитывать последовательность включения различных компенсаторно-приспособительных реакций, их взаимодействие и интенсивность, а также период последействия, а характер адаптационных изменений зависит от скорости и интенсивности воздействия того или иного фактора [38, 79, 160, 184].

Адаптационные возможности организма во многом определяются состоянием системы крови. Эритроцитарная система чутко реагирует на изменения кислородного режима организма, включаясь в адаптивные реакции, направленные на поддержание оптимального уровня снабжения тканей кислородом. Являясь важнейшим лимитирующим звеном системы крови, система эритрона может служить маркером общего адаптационного процесса [30, 51, 53, 74, 112].

Выживаемость организмов в естественных условиях непрерывно изменяющейся внешней среды невозможна без адаптации к теплу и холоду. Многочисленные исследования процесса охлаждения гомойотермного организма утвердили к настоящему времени представления о холоде, как о факторе, вызывающем значительные изменения в физиологических системах и органах. А поскольку с влияниям холодового фактора человек сталкивается достаточно часто: будь то работа в условиях резко континентального климата, либо увеличивающаяся миграция населения, необходимость освоения холодных районов земного шара, резкое изменение климата на планете, то

все это предопределяет неуменьшающийся поток информации по изучению адаптивных возможностей организма к действию холода [3, 4, 18, 19, 38, 62, 64, 92, 105, 156, 161, 172].

Кроме того, важность изучения механизмов реакции организма при действии холода диктуется также и хорошо известным фактом уменьшения числа простудных заболеваний при адаптивном снижении чувствительности организма к действию низких температур - закаливанием.

Однако освещаемые в литературе данные об адаптивных сдвигах со стороны периферической крови как в условиях естественной среды Заполярья и Крайнего Севера [36, 59, 64, 118], так и в лабораторных исследованиях [31, 33] не дают полной картины интимных механизмов преобразований в центральном звене эритрона. Вместе с тем вовлечение в дифференцировку клеток эритроидного ряда, состояние процесса амплификации эритробластов позволяет глубоко анализировать изменение эри-тропоэза в экстремальных условиях [41, 89, 120, 121].

Однако следует отметить, что влияние того или иного фактора на организм не ограничивается однозначной ответной реакцией, а претерпевает изменения по мере развития организма, становления его систем, расширения взаимосвязей с окружающей средой. Особенность исследования физиологических систем организма на различные факторы внешней среды в период раннего постнатального онтогенеза состоит в том, что необходимо дифференцировать возрастные преобразования системы и специфические эффекты действия фактора. Среди последних, в свою очередь, можно выделить изменения темпа индивидуального развития организма, а также собственно адаптационные реакции [21, 55, 79, 134].

Механизмы изменения же гемопоэза, и эритропоэза в частности, при кратковременном действии холода на разных стадиях постнатального онтогенеза до сих пор остаются практически не изученными. Вместе с тем современные методики исследования морфо-функционального состояния костного мозга позволяют обогатить имеющиеся в литературе данные [41, 86, 87, 88, 204, 205].

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы явилось изучение комплекса морфо-функциональных особенностей системы эритрона белых крыс, подвергавшихся кратковременным Холодовым воздействиям на ранних стадиях постнатального онтогенеза.

При проведении исследования решались следующие задачи:

1. Изучить изменения эритроидного ростка костного мозга беспородных белых крыс и соответствующие им изменения периферической красной крови у животных пяти возрастных групп, подвергавшихся кратковременным периодическим Холодовым экспозициям в течении двух дней.

2. Выявить последовательность включения различных компенсаторно-приспособительных реакций со стороны системы красной крови как по мере развития организма, так и в процессе формирования адаптационной реакции.

3. Оценить интенсивность и длительность реакций эритрона у животных исследуемых возрастных групп в период после кратковременных холодовых воздействий.

4. Оценить роль эритробластических островков костного мозга белых крыс в формировании адаптационной реакции эритрона в ответ на кратковременные холодовые воздействия.

Научная новизна.

В ходе проведенного исследования получены новые факты, касающиеся влияния холода на систему эритрона. В работе впервые осуществлен хронологичекий анализ изменений комплекса морфофункциональных характеристик эритроидного ростка костного мозга и периферической красной крови белых крыс, подвергавшихся кратковременным холодовым воздействиям. Показано, что стимулирующий эффект крат-косрочногодействия холода на эритропоэз сохраняется в период последействия за счет изменения активности гемопоэзиндуцирующего микроокружения (ГИМ). Установлены временные границы преобразований в центральном и периферическом звене эритрона.

Обнаружено, что холодовой фактор оказывает влияние на изменение варианта реконструкции эритропоэза в эритробластических островках костного мозга.

Проведен онтогенетический анализ преобразований в системе эритрона, вызванных Холодовыми воздействиями. Произведена оценка участия костномозгового кроветворения в развитии компенсаторно-приспособительных реакций. Показано, что механизм развития адаптационных преобразований претерпевает изменения по мере развития организма от активации экстрамедуллярного кроветворения до интенсификации костномозгового с расширением его плацдарма и роли колониеобразующей единицы эритропоэза (КОЕэ), локализованной в костном мозге. Установлены возрастные границы данных преобразований. Показано, что , несмотря на разную степень развития звеньев эритрона и механизмов регуляции , длительность эффекта последействия холода на эритропоэз белых крыс разных возрастов одинакова.

Определен возраст белых крыс, в котором адаптационные реакции со стороны системы эритрона при действии холодового фактора соответствуют преобразованиям взрослых животных

Практическая значимость.

Полученные данные позволяют не только приблизиться к пониманию интимных механизмов преобразований в системе эритрона в ответ на холодовой фактор, но и имеют практическое значение.

Изученный комплекс морфо-функциональных особенностей эритроидного ростка костного мозга и периферической крови при кратковременных холодовых воздействиях на ранних этапах постнатального онтогенеза может быть рекомендован к использованию при дальнейшей разработке вопросов экологической физиологии, а также в качестве обоснования роли холодового фактора в стимуляции эритропоэтиче-ской функции организма. Результаты исследования необходимо учитывать не только с точки зрения проявления перекрестной адаптации, но и в клинике при лечении некоторых гематологических заболеваний (например, анемии).

Полученные результаты используются в учебном процессе на кафедре физиологии человека и животных Ивановского государственного университета в курсе лекций " Физиология системы крови " Возрастная физиология " Экологическая физиология на большом практикуме , при подготовке курсовых и дипломных работ, а также в материалах лекций на кафедре нормальной физиологии Ивановской государственной медицинской академии.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на итоговых научных конференциях Ивановского государственного университета ( Иваново, 1996, 1997 ), заседаниях Ивановского отделения Российского физиологического общества (Иваново, 1996, 1997), на III Всероссийской ( с международным участием ) конференции " Молекулярно-клеточные основы кислотно-основного и температурного гомео-стаза : физиология, биохимия, клиника" ( Сыктывкар, 1997 ) , на III Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997 ).

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Эритрон как физиологическая и функциональная система.

В научной литературе термин "эритрон" используется для обозначения совокупности всех эритроидных клеток, которая состоит из четырех категорий клеток: яд-росодержащие эритроидные клетки костного мозга, ретикулоциты костного мозга, ретикулоциты крови и зрелые эритроциты [145]. Этот термин несет в себе сравнительно узкое содержание. Правда, количество эритроцитов, а также их структурно-функциональные особенности являются интегральным показателем деятельности органов образования, перераспределения и разрушения красных клеток крови, осуществляемой под контролем специальных механизмов регуляции. В связи с этим в последние годы делаются попытки шире трактовать понятие "эритрон", придавать ему системный характер [64, 79, 137].

Рассмотрение эритрона с системных позиций приводит к представлению о существовании в рамках, ограниченных этим морфологическим понятием, функциональной системы. Основным системообразующим фактором - результатом деятельности - в этом случае является достаточная кислородная емкость крови, обеспечивающаяся определенным уровнем эритроцитов и гемоглобина. С точки зрения иерархии эта функциональная система может быть включена в систему обеспечения потребностей организма в кислороде [137]. Наряду с этим эритроциты выполняют и другие функции, участвуя в водном обмене, в буферных системах крови, в адсорбировании токсинов и продуктов расщепления белков, в солевом обмене и различных ферментативных процессах [93, 94, 98, 128, 145], могут выступать и как модуляторы иммунологических реакций [149]. Кровь называют "зеркалом" организма, она тонко отражает действие на организм различных экзогенных и эндогенных факторов. При анализе адаптационных реакций красной крови основное внимание уделяется эритропоэзу. Это обусловлено его первоочередной ролью в этих реакциях, а также недостаточной изученностью механизмов взаимодействия клеток на уровне центрального звена эри-трона при различных функциональных состояниях организма. Однако, прежде чем рассматривать основные моменты узловых вопросов, возникающих на стыке таких

наук, как гематология, экологическая физиология, возрастная физиология, биохимия, нам хотелось бы акцентировать внимание на морфологических и структурно-функциональных основах данных преобразований и рассмотреть эритрон как физиологическую систему.

1.1. Современная схема кроветворения.

Все процессы, происходящие в кроветворной ткани у человека и животных идентичны. Современный этап исследований гемопоэза, начавшийся с конца 50-х годов, характеризуется не только значительным расширением методических подходов к процессам, происходящим в клетках-предшественниках, но и рядом серьезных открытий, существенно изменивших представления об эритропоэзе и его регуляции [48, 86, 87, 121, 129, 205, 218, 219, 220, 225, 264, 284, 293].

Современная схема гемопоэза была опубликована в 1973 году [187]. В 1981 году схема была пересмотрена в связи с появлением новых фактов, хотя ее принципиальная структура осталась прежней [42, 43].

Ежечасно у здорового человека в русле крови погибает 10 млрд. эритроцитов. Это непрерывная утрата постоянно компенсируется равным количеством вновь образующихся форменных элементов крови. Масштаб этого восполнения огромен: примерно каждые два года в организме человека производится масса клеток крови, равная массе его тела. При этом гемопоэтическая система способна еще и адаптировать уровни продукции клеток и к случаям их повышенного запроса. Указанный огромный пролиферативный потенциал гемопоэтической ткани заключен в стволовых кроветворных клетках-предшественницах (СКК), способных к самообновлению, то есть производству дочерних СКК на протяжении всей жизни человека [158, 216, 217]. В результате последних исследований [247] установлено, что пролиферативный потенциал примитивной гемопоэтической клетки убывал с возрастом донора, указывая, что интенсивная продукции СКК может ограничиваться на ранних стадиях развития организма. В настоящее время отсутствуют простые способы исследования СКК. О содержании СКК в ткани костного мозга судят по произведенному ими потомству. С этой целью взвесь клеток костного мозга вводят смертельно облученным мышам, часть клеток мигрирует в селезенку, пролиферирует в ней и образует отдельные узел-

ки, состоящие из колоний различных клеточных линий - эритроцитарной, гранулоци-тарной, мегакариоцитарной. Другими возможными направлениями выбора дифференциации СКК оказались Т- и В-клеточные линии. Происхождение всех их от общей СКК доказывается тем, что после трансплантации СКК с маркированным кариотипом либо по хромосомным перестройкам указанные хромосомные маркеры идентифицируются и в миелоидной и в лимфоидной тканях [254]. Следовательно, эти клетки имеют общую клетку-предшественницу, которая и получила название стволовой. По схеме И.Л.Черткова и А.И.Воробьева (1973) ( рис.1) СКК принадлежит к I классу клеточных форм - классу полипотентных клеток-предшественников, то есть способных дифференцироваться по всем росткам кроветворения [187].

Стволовая кроветворная клетка характеризуется двумя основными свойствами: способностью к дифференцировке и способностью к интенсивной пролиферации. Выбор направления дифференцировки скорее всего осуществляется схоластиче