Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ

Главная страница Каталог

Комната отдыха

Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Новости
Поиск
СУПЕРОБУЧЕНИЕ Полезные ссылки

Введите слово для поиска

Национальная академия наук республики беларусь

Институт физиологии

 

Ламан Ирина Валентиновна

 

Терморегуляторные процессы у крыс в раннем постнатальном периоде (физиологические и морфо-функциональные характеристики)

 

03.00.13 – Физиология

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

 

Общая характеристика работы

 

Актуальность темы диссертации. Исследование структурно-функциональных основ динамики реакций новорожденных в ответ на действие внешних раздражителей в процессе постнатального онтогенеза представляет большой интерес для биологии и медицины. Вопрос об особенностях развития и сроках созревания функциональной системы терморегуляции, обеспечивающей выживание и адаптацию новорожденных в условиях внеутробного существования, является в настоящее время одним из наиболее актуальных [Symonds M.E., et al., 1996; Murray S.F., 1997; Chahine A.A., et al., 1999], но недостаточно изученным.

Установлено, что нарушение температурных условий при содержании новорожденных, приводят к нарушению роста, неправильному функционированию дыхательной системы [Manzar S., 1999; Malcolm G.A., et al., 1996], недоразвитию мышечной и бурой жировой ткани, сдвигу тиреоидного гормонального фона [Clark L., et al., 1998; Symonds M.E., et al., 1995]. В настоящее время во многих странах мира ученые и неонатологи сталкиваются с проблемой синдрома внезапной смерти новорожденных (СВСН) [Fleming P.J., 1994; Miller S.A., et al., 1996; David C.M., 1997; Sayers N.M., et al., 1999]. Причинами СВСН, как было обнаружено, может служить патология развития терморегуляторной системы, которая сопряжена с блокадой термогенеза в бурой жировой ткани [Zimmerberg B., et al., 1993; Sawczenko A., et al., 1996], являющейся основным источником теплопродукции у новорожденных млекопитающих в течении первых недель внеутробной жизни [Himms-Hagen J., 1984; Benito M., 1985; Symonds M.E., et al., 1995], а также эндотоксиновый шок, вызванный попаданием в организм инфекций [Molony N., et al., 1999; Zorgani A., et al., 1999].

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в изучении процессов терморегуляции в различные периоды постнатального онтогенеза, вопрос о развитии адаптивных и защитных свойств системы, обеспечивающей регуляцию температурного гомеостаза, а также конкретных сроках ее созревания у животных, которые рождаются неспособными к самостоятельному существованию, в том числе и у человека, в целом изучен недостаточно. Об этом свидетельствуют немногочисленные и противоречивые данные о комфортных внешних температурах для имматурантных новорожденных (29 – 36 °С) [Takano N., et al., 1979; Махмудов Э.С. и соав., 1984; Mortola J.P., et al., 1992], о способности проявлять лихорадочную реакцию на различных этапах онтогенеза, а также о конкретных сроках созревания эффекторных и регуляторных звеньев системы терморегуляции [Olmstead C.E., et al., 1988; Pillay V., et al., 1994; Molony N., et al., 1999].

Изучение становления функциональной системы, регулирующей температурный гомеостаз в процессе раннего постнатального онтогенеза, с морфо-функциональной позиции поможет получить данные, необходимые для понимания общего принципа онтогенеза функциональных систем организма, что является одной из актуальных проблем биологии. Сведения об особенностях терморегуляторных реакций у незрелорождающихся видов важны для рационального выбора оптимальных условий при обеспечении их жизнедеятельности и гармоничного развития [Schlivert P.M., et al., 1983; Meyer-Pahoulis E., 1994; Rutter N., 1996; Murray S.F., 1997; Kaushik S.L., et al., 1998]. В настоящее время это является особо значимой проблемой в связи с постоянно ухудшающейся экологической обстановкой и ростом заболеваемости новорожденных.

 

Связь работы с крупными научными программами и темами.

            Диссертационная работа выполнена по плану научно-исследовательских работ Института физиологии Национальной академии наук Беларуси и является составной частью тем: “Понятие и обоснование нормы экологического фактора. Экологические принципы нормирования и оценки действующих природных и антропогенных факторов для создания систем жизнеобеспечения после радиационных аварий”, входящей в Государственную программу фундаментальных исследований на 1996-2000 г.г., регистрационный номер 19962451, а также “Изучение взаимодействия возбуждающих и тормозных механизмов в центрах терморегуляции, периферических нервных и гормональных процессов в различных температурных условиях и при лихорадочных состояниях”, входящей в Государственную программу фундаментальных исследований на 1996-2000 г.г., регистрационный № 19996426.

 

Цель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы явилось выяснение структурно-функциональных особенностей и сроков становления системы терморегуляции у крыс в раннем постнатальном онтогенезе.

Задачи исследования:

      1. Изучить изменения температуры тела и потребления кислорода у крыс раннего постнатального периода: а) в термонейтральных условиях; б) под влиянием высоких и низких температур; в) в условиях действия пирогенов.

      2. Исследовать структурно-функциональные особенности преоптической области переднего гипоталамуса у крыс в раннем постнатальном периоде.

      3. Изучить изменения ультраструктуры преоптической области переднего гипоталамуса крыс в условиях действия бактериального липополисахарида.

 

            Объект и предмет исследования. Объектом исследования служили самцы и самки белых крыс линии Вистар в возрасте 1, 6 и 10 суток, преоптическая область переднего гипоталамуса белых крыс того же возраста.

Предметом исследования явилось установление структурно – функциональных особенностей системы терморегуляции в период раннего постнатального онтогенеза в норме, при влиянии различных температурных факторов среды, а также при системном действии пирогенов.

 

Гипотеза.

Формирование способности регулировать температурный гомеостаз у крыс происходит в первые десять дней после рождения.

 

            Методология и методы проведенного исследования. В работе изучали динамику среднесуточной температуры тела и уровень потребления кислорода у крыс в возрасте 1, 6 и 10 суток. Исследовали способность животных регулировать температуру тела и уровень потребления кислорода при тепловой и холодовой нагрузке. С этой целью регистрировали глубокую температуру тела и уровень потребления кислорода в условиях резкого повышения (понижения) температуры окружающей среды. Также изучали системное действие бактериального липополисахарида Eschеrichia coli и a1-антитрипсина на температуру тела, потребление кислорода и морфо-функциональное состояние нервных клеток преоптической области переднего гипоталамуса у крыс в различные сроки раннего постнатального онтогенеза. Изучаемые препараты вводили внутрибрюшинно. Температуру тела измеряли при помощи медь - константановой термопары, параллельно регистрировали потребление кислорода методом волюмометрии на респирометре (Scholander). С помощью электронно-микроскопического метода изучали особенности ультраструктуры нервных клеток преоптической области переднего гипоталамуса у крыс различных возрастов в норме, а также после введения исследуемых препаратов.

 

Научная новизна и значимость полученных результатов. В настоящей работе впервые получены данные, характеризующие процессы терморегуляции у незрелорождающихся видов животных и показывающие, что способность регулировать температурный гомеостаз у крыс появляется в конце первой - начале второй недели постнатального развития.

Впервые обнаружено, что к концу первой недели жизни крысы способны адекватно изменять уровень метаболических реакций в организме при воздействии холода и тепла.

Выявлено, что реакция новорожденных крыс на системное действие пирогенных доз бактериального липополисахарида Eschеrichia coli или ингибитора протеолиза a1-антитрипсина, выражающаяся в изменении температуры тела, появляется сразу после рождения, она различна в разных возрастных группах и зависит от дозы используемого вещества.

Продемонстрирована корреляция между структурным созреванием нейрональных элементов преоптической области переднего гипоталамуса и появлением способности регулировать температурный гомеостаз. Выявлено, что становление основных нейрональных связей и морфо-функциональное созревание нервных клеток преоптической области переднего гипоталамуса происходит в конце первой - начале второй недели постнатального развития.

 

Практическая значимость результатов. Полученный в работе материал расширяет и дополняет существующие представления об общих принципах системогенеза в живых организмах в ранний постнатальный период, в частности, выявляет закономерности развития температурного гомеостаза у незрелорождающихся видов животных.

Полученные результаты имеют определенное прикладное значение, являясь одним из оснований выбора оптимальных условий жизнеобеспечения, нормального роста и развития новорожденных.

Данные о влиянии бактериального липополисахарида Eschеrichia coli и ингибитора протеолиза a1-антитрипсина на терморегуляторные реакции у имматурантных животных в раннем постнатальном онтогенезе могут служить основанием при исследовании температурных реакций новорожденных в экспериментальных условиях.

 

Основные положения выносимые на защиту:

1.      Способность эффективно регулировать температурный гомеостаз появляется у крыс в конце первой - начале второй недели постнатального развития.

2.      Крысы в возрасте 6 и 10 суток способны адекватно изменять уровень потребления кислорода при действии холода или тепла.

3.      Реакция изменения температуры тела на системное действие бактериального липополисахарида Eschеrichia coli или a1-антитрипсина появляется у крыс начиная с первого дня жизни и зависит от дозы и возраста животных.

4.      Становление терморегуляторных реакций у крыс в постнатальном периоде коррелирует со структурным созреванием нейрональных элементов преоптической области переднего гипоталамуса.

 

Личный вклад соискателя. Все результаты, представленные в работе и опубликованные по теме диссертации, получены самим автором. В диссертации не были использованы результаты исследований соавторов совместных публикаций.

 

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на международных симпозиумах “Temperature control in health and disease” (Минск, 1997), “Perinatal adaptation (4th workshop)” (Университет им. А. Гумбольдта, Берлин, Германия, 1997), “Recent advances in thermal biology” (Минск, 1999), научной конференции “Роль нейромедиаторов и регуляторных пептидов в процессах жизнедеятельности” (Минск, 1999), международных симпозиумах “Bacic and Applied Thermophysiology” (Минск, 2000), “Биологически активные соединения в регуляции метаболического гомеостаза” (Гродно, 2000), на научном семинаре Института физиологии НАН Беларуси (Минск, 2000) и заседании Минского отделения БФО им. И.П. Павлова (Минск, 2001).

 

Опубликованность результатов. По результатом исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 7 статей (из них одна в научном журнале, 6 - в сборниках) и 1 тезисы. Общее число страниц опубликованных материалов – 25.

 

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста и состоит из: введения, общей характеристики работы, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав собственных результатов, обсуждения полученных данных, заключения и списка литературы, включающего 260 источников (31 на русском и 229 на иностранных языках), иллюстрирована 23 рисунками и 4 таблицами.

 

основное содержание работы

 

Материалы и методы исследования

 

Опыты выполнены на 216 новорожденных крысятах обоих полов линии Вистар. Все животные были разделены на три возрастные группы: 1-суточные; 6-суточные; 10-суточные с массой тела соответственно 5-7, 7-10, 13-16 г.. Крысят до начала и во время эксперимента содержали вместе с матерью в стандартных клетках в специально оборудованной комнате, где поддерживали постоянную температуру воздуха 25 °С, постоянный вентиляционный и световой режим (12 часов день, 12 часов ночь). Взрослые самки во время беременности и периода кормления получали стандартный пищевой рацион [Falcon M., еt al., 1996; Blumberg M.S., et al., 1997; Flory G.M., 1997]. Для контрольной и опытной группы одного эксперимента использовали животных одного помета. Распределение животных по группам осуществляли с использованием случайного выбора. Введение всех препаратов осуществлялось внутрибрюшинно через 4 часа после начала светового дня.

Температура комфорта для всех возрастных групп животных составляла 32±1 °С. Охлаждение производили в камере, которую, путем погружения, помещали на 20 мин в ванну с водой, температуру последней поддерживали на уровне 15±1 °С. Нагревание осуществляли подобным образом (температура воды соответствовала 40±1 °С). Для воспроизведения гипертермической реакции использовали бактериальный липополисахарид Echerichia coli (ЛПС) (Sigma Co, L2630, США), в дозах 50 и 500 мкг/кг, а также ингибитор сериновых протеиназ a-1 антитрипсин (aАТ) (Sigma Co, A6150, США) в дозах 1 и 10 мг/кг. Объем инъецируемых веществ экспериментальным животным и физиологического раствора контрольным животным составлял 5 мл/кг.

Регистрацию температуры тела у новорожденных крыс проводили с помощью медь - константановой термопары в прямой кишке на глубине 8, 10 и 12 мм соответственно у 1-, 6- и 10- суточных крыс [Kortner G., 1993]. Скорость потребления кислорода измеряли методом волюмометрии на респирометре (Scholander).

Электронно-микроскопически исследовали ультраструктурную организацию преоптической области переднего гипоталамуса (ПОПГ) 1-, 6- и 10-суточных крыс в норме и после внутрибрюшинной инъекции ЛПС или aАТ. Выделение ПОПГ производили в соответствии со стереотаксическим атласом (Paxinos & Watson, 1986) через один час после введения исследуемых веществ.

Извлеченный материал фиксировали по известной схеме [Боголепов Н.Н., 1976].

Срезы готовили на ультратоме марки LKB, контрастировали цитратом свинца [Reynolds А., 1963] и просматривали на электронном микроскопе JEM 100B и 100СХ (Япония).

            На срезах изучали ультраструктурную организацию нейронов ПОПГ: состояние ядра и цитоплазмы, плотность цитоплазмы, наличие ядрышкоподобного тельца, состояние хроматина, рибосомального аппарата, эндоплазматического ретикулума и митохондрий. Анализировали ультраструктуру микро- и макроглиальных клеток в исследуемой области переднего гипоталамуса.

                  Для морфометрической обработки использовали электронограммы с изображением ПОПГ, где уровень среза проходил через цитоплазму и ядрышко клеток. Количество клеток, выбранных путем случайного отбора для морфометрических измерений в одной серии составляло не менее 60.

Данные, полученные при электронно-микроскопическом исследовании, были оцифрованы и обработаны при помощи дигитайзера УВГ 1-01 и программы “Морфометрический планшет” на базе кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии МГМИ.

 
                  Получали следующие морфометрические параметры клеток: площадь ядра и цитоплазмы; периметр ядра и цитоплазмы; цитоплазменно - ядерные отношения (ЦЯО), вычисляемые по формуле ЦЯО =    , где Sц-площадь цитоплазмы, Sя-площадь ядра [Ташкэ К., 1980; Автондилов Г.Г., 1990].

            Статистическую обработку данных производили с использованием общепринятых методов вариационной статистики при помощи программ Microsoft Excel 97 и Statistica for Windows, достоверность различий между сериями определяли с помощью t-критерия Стьюдента и метода ?2.

 

терморегуляторные процессы у крыс в раннем постнатальном периоде

 

Изменение температуры тела и потребления кислорода у крыс в раннем постнатальном периоде. Средняя суточная температура у крыс, находящихся в термонейтральных условиях (32±1 °С) в возрасте с 1-го по 10-й день постнатального развития существенно не различается. В возрасте 1 суток средняя температура тела животных составляет 31,8±0,6 °С, 6 суток - 31,9±0,2 °С и в возрасте 10 суток - 31,9±0,3 °С. Достоверных различий между средней температурой тела в изучаемых возрастных группах не обнаруживалось.

            Максимальный уровень метаболизма (критерий - потребление кислорода) отмечен у животных в возрасте 3-х суток. Средняя скорость потребления кислорода у крыс в возрасте одних суток составила 70,6±1,43 мл/(кг·мин), к 3-му дню постнатального развития она увеличилась на 19,5 мл/(кг·мин) (р<0,001), после чего потребление кислорода постепенно снижалось и к 6-му дню достигало значения 68,7±0,49 мл/(кг·мин). В последующие сроки постнатального онтогенеза, вплоть до 10-го дня, значительных изменений в уровне потребления кислорода не происходило.

            Согласно данным литературы, в период со 2-го по 6-й постнатальный день происходит повышение содержания норадреналина и уровня тиреоидных гормонов, усиливается иннервация БЖТ симпатическими нервными волокнами [Cripois D., et al., 1980; Slebodzinski A.B., 1988; Chaudhry A., et al., 1992, 1996], что, по – видимому, отражается на динамике химического термогенеза у новорожденных и, как следствие, на уровне потребления кислорода.

 

Терморегуляторные процессы у крыс при действии холода и тепла в раннем постнатальном периоде. Результаты, полученные при изучении температуры тела и уровня потребления кислорода у суточных крысят при охлаждении, демонстрируют падение температуры тела сразу после начала холодового воздействия (15 °С). На 10-й минуте охлаждения она снизилась на 9,1 °С (р<0,001) по сравнению с первоначальным значением (31,8 °С). Потребление кислорода в этот период достигло своей максимальной величины, увеличившись относительно исходного значения (71,11 мл/(кг·мин)) на 41 % (р<0,001). В течение последующих 10 минут охлаждения температура тела снизилась еще на 1,5 °С (р<0,001), в то время как потребление кислорода упало на 15,7 % (р<0,001).

            Температура тела 6-суточных животных максимально снизилась на 9,8 °С (р<0,001) по сравнению с первоначальной величиной (32,2 °С) спустя 20 минут после начала охлаждения. Вместе с тем, уровень потребления кислорода через 15 минут от начала холодового воздействия достиг наивысшего значения, повысившись на 91,8 % (р<0,001) относительно исходной величины (69,7 мл/(кг·мин)) и далее значительно не изменялся на протяжении всего периода охлаждения.

            При помещении 10-суточных животных в камеру с окружающей температурой 15 °С, температура тела крысят начинала падать сразу после начала охлаждения и к 20-й минуте охлаждения максимально снижалась по отношению к первоначальному показателю (31,7 °С) на 6,2 °С (р<0,001). Потребление кислорода повышалось непосредственно после начала охлаждения и спустя 15 минут оно максимально увеличилось на 74,8 % (р<0,001) относительно исходного значения - 79,8 мл/(кг·мин).

После прекращения холодового воздействия и повышения окружающей температуры до 32 °С, происходило постепенное восстановление исследуемых параметров до первоначальной величины у животных всех возрастных групп.

При нагревании в камере с окружающей температурой 40 °С суточные крысята демонстрировали выраженный подъем температуры тела. Через 20 минут после начала теплового воздействия она увеличилась на 6,3°С (р<0,001) по сравнению с исходным значением (32,5 °С). Уровень потребления кислорода при этом понижался. На 20-й минуте он понизился на 20,4 % (р<0,001) относительно первоначальной величины (70,6 мл/(кг·мин)), достигнув своего минимального значения 56,2±2,2 мл/(кг·мин).

            Тепловая нагрузка на животных в возрасте 6 суток оказала следующее воздействие: максимальное увеличение температуры тела на 6 °С (р<0,001) по сравнению с исходной величиной (32,0 °С) происходило на 20-й минуте периода нагревания, тогда как максимальное снижение уровня потребления кислорода по сравнению с первоначальным значением (66,4 мл/(кг·мин)) - на 28,2 % (р<0,001), регистрировалось уже через 15 минут после начала теплового воздействия.

При повышении окружающей температуры у 10-суточных крысят был выявлен максимальный подъем температуры тела на 2,7 °С (р<0,001) по отношению к исходной величине (32,9 °С) спустя 20 минут после начала нагревания. Уровень потребления кислорода снизился на 46 % (р<0,001) по сравнению с первоначальным значением (71,5 мл/(кг·мин)) на 15-й минуте от начала воздействия, достигнув своего минимального значения 38,2 мл/(кг·мин). При температуре окружающей среды 32 °С исследуемые параметры реакции крысят всех возрастных групп быстро возвращались к исходному значению.

Полученные данные свидетельствуют о том, что к 6-му постнатальному дню крысята способны адекватно изменять уровень метаболизма (критерий - потребление кислорода) как в ответ на охлаждение, так и на нагревание, несмотря на то, что они еще не обладают способностью самостоятельно поддерживать температуру тела.

 

Терморегуляторные процессы у крыс в раннем постнатальном периоде в ответ на введение бактериального липополисахарида или ингибитора протеолиза. Из данных литературы известно, что введение ЛПС или aАТ вызывает гипертермическую реакцию у взрослых крыс [Kluger M.J., 1991; Гурин В.Н. и соав., 1999]. Представляло интерес выяснить, способны ли новорожденные крысята реагировать на системное действие этих веществ.

Запрос на автореферат присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки
Рассылка 'Новости библиотеки диссертаций'


Пишите нам
X