Особенности электронной микроскопии нефронов почек и веса тела крыс при длительной пищевой депривации в условиях высокогорья у неадаптированных и адаптированных животных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности электронной микроскопии нефронов почек и веса тела крыс при длительной пищевой депривации в условиях высокогорья у неадаптированных и адаптированных животных

Махмудова Жылдыз Ахматовна - доктор биологических наук, заведующая кафедрой, кафедра биохимии с курсом общей и биоорганической химии, Кыргызская государственная медицинская академия им. И.К. Ахунбаева

Айдарбекова Айжан - доктор медицинских наук, профессор, кафедра терапевтической стоматологии, Кыргызско-Российский Славянский университет им. Б.Н. Ельцина, г. Бишкек, Кыргызская Республика

Аннотация: электронная микроскопия нефронов почек характеризуется нарастанием гипергранулярности миоэпителиоидных клеток юкстагломерулярного комплекса, более выраженного, чем в предыдущих уровнях исследования, на фоне уменьшения в них массы функционирующих ультраструктур. При этом изменяется тонус гломерулярной артериолы, нарушается ультраструктура гемодинамических эквивалентов клубочков, падает уровнень гломерулярной фильтрации, постепенно истощается ультраструктурный материальный субстрат деятельности почечных канальцев. Все эти изменения постепенно приводят к развитию структурно-функциональной дестабилизации и декомпенсации. Исключение составляют темные клетки собирательных трубок, состояние которых характеризуется увеличением массы органоидов и гладкостенных везикул. Ключевые слова: высокогорье, адаптация, почки, пищевая депривация, нефрон, электронная микроскопия.

Abstract: еlectron microscopy of kidney nephrons is characterized by increase of hypergranulation of myoepithelian cellsof juxtaglomerular complex, ultrastructure disturbance of hemodynamic equivalents of glomerulus, decreaseof the glomerular filtration. At the same time the tone of the glomerular arteriolus changes, the ultrastructure of hemodiameric glomerular equivalents is disturbed, the level of glomerular filtration decreases, the ultrastructural material substratum of renal tubule activity is gradually depleted. All this increasingly results in development of structural and functionaldestabilizing and decompensation. The exception is dark cells of collecting tubes, the state of which is characterized by an increase in the mass of organoids and smooth-walled vesicles.

Keywords: highlands, adaptation, kidneys, food deprivation, nebron, electron microscopy.

Адаптация организма к суровым условиям высокогорья очень сложный и далеко не изученный вопрос (9, 11). Почки являются одним из главных регуляторов кислотно-щелочного равновесия в организме при горной гипоксии.

В клинической практике часто возникают состояния, которые по своему воздействию на организм могут быть отнесены к экстремальным. По данным А.С. Жуковой (8), на первые и вторые сутки голодания потеря веса у старых крыс была значительно больше, чем у молодых. У молодых крыс вес снижался на 2,7% и 4,7%, а у старых на 5,5% и 5.9% соответственно. К 120 часам голодания у молодых крыс потеря веса составляла 18%, а у старых всего 6,7%, т.е. почти в 3 раза меньше.

У крыс Вистар 1-, 3- и 5-дневное голодание вызывало прогрессирующее снижение массы тела (13). В первую очередь снижалась масса жировой ткани, печени, матки, кишечника и мышц, через 5 дней голодания - масса почек. Масса сердца не изменялась. При адаптации организма к этим экстремальным влияниям почки занимают одно из ведущих мест (1, 2, 3, 5, 6). Голодание и недостаточное питание вызывает уменьшение массы почек в пределах 25-45%, в зависимости от степени потери массы тела животных и их возраста (4). Недостаточное питание в течение 16-17 дней снижало удельный вес печени (вес органа), общий вес тела на 13%, удельный вес почки увеличивался на 13%, а удельный вес сердца не изменялся (14).

Для почки характерен высокий уровень адаптации и приспособления к различным условиям деятельности (1, 3, 5, 6, 7, 10, 12). v<

Повышенный интерес к изучению приспособительных реакций организма к голоданию вызван социальными потребностями, а также широким использованием его как метода лечения целого ряда заболеваний.

Если в условиях долины встречаются работы по изучению влияния длительного голодания на структуру и функцию почек (2, 5, 6), то в условиях высокогорья такие данные единичны.

Целью наших исследований явилось изучение ультраструктурных изменений нефронов почек при длительном голодании в условиях высокогорья у неадаптированных и адаптированных животных.

Материал и методы

Опыты проведены на 255 белых крысах-самцах, весом 120-130 гр. в условиях долины - барометрическое давление (Рв) - 705 мм рт.ст. Высокогорные серии опытов были выполнены на экспериментальной базе института высокогорья (ИФиЭПВ HAH KP), расположенной на перевале Туя-Ашу - 3200 м над ур.м. и Рв - 515 мм рт.ст.

Подопытные животные были лишены пищи при свободном доступе к воде и забивались путем декапитации через 3-е и 6 суток от начала опыта (по 12-15 животных на срок). На всем протяжении экспериментов контролировался вес животных. Почки после взвешивания фиксировались в жидкости ФСУ. Морфометрические исследования проводились на парафиновых срезах, окрашенных гематоксилин - эозином, ШИК - реакцией. Число митозов определялось на каждом 4-5 срезе окрашенном гематоксилин эозином. Подсчет митозов производился при помощи иммерсионного объектива 90х на МБИ-6. В каждом сроке исследования просматривались 10000-12000 клеток и полученные данные выражались в промилле - %о. Полученные при морфометрии цифровые данные обрабатывались методом вариационной статистики по Фишеру-Стьюденту (1973). Достоверными считались различия, удовлетворяющие (р<0,05).

Для электронно-микроскопического исследования кусочки почечной ткани фиксировали забуферным 1% раствором четырехокиси осмия (рН = 7,2). Заливка материала проводилась в аралдит. Резка на ультратоме LКВ-4800. Просмотр ультратонких срезов осуществлялся в микроскопе JEM-100 В. Результаты и их обсуждение.

К началу опыта масса крыс составляла 130,2±2,1 (гр.). Из полученных данных становится очевидным, что исходная масса животных после трехдневного голодания в условиях долины уменьшилась в среднем на 10,9%, а масса почек при этом изменилась на 4,2%. После 6-суточного голодания масса тела уменьшилась на 21,4%. Масса почек после 6-ти суток голодания снизилась на 8,9%. Следовательно, в условиях долины падение массы тела и массы почек было относительно равномерно на протяжении всего эксперимента.

В условиях высокогорья полученные данные свидетельствуют о том, что на высоте 3200 м над ур.м. потеря массы тела у неадаптированных животных после трехдневного голодания составила 19,9%, а масса почек уменьшилась на 11,4%, тогда как у адаптированных животных потеря массы тела была равна 28,6%, а масса почек уменьшилась на 15,2%.

Сопоставление динамики изменения массы тела крыс и почек показывает отрицательное влияние компонентов «горного комплекса» при длительном голодании. Значительно более выраженно падение как массы тела, так и массы почек в горах. Непропорциональное уменьшение массы почек и организма указывает на значительную роль почек в процессе развития компенсаторно-приспособительных реакций организма при адаптогенезе.

В интактных почках крыс митотическая активность (МА) проксимального отдела нефрона (ПОН) клеток в условиях долины была равна 0,42±0,018%о. При длительном голодании в течение трех суток в условиях долины МА клеток ПОН снижалась и была равна 0,35±0,011%о (Р<0,05), а через шесть суток длительного голодания МА в клетках ПОН равнялось 0,27±0,016%о (р<0,05). Подсчет МА клеток собирательных трубочек (СТ) в почках интактных животных в условиях долины составлял 0,35±0,021%о. Через трое суток длительного голодания МА клеток СТ в почке снижалась и составляла - 0,27±0,013%о (Р<0,05). Через шесть суток после опыта МА была 0,19±0,01%о (р<0,05).

Таким образом, при изучении МА клеток СТ при длительном голодании на уровне долины с увеличением срока, наблюдалось еще большее снижение митотической активности.

Из полученных данных становится очевидным, что через 3 суток после длительного голодания в условиях высокогорья митотическая активность клеток проксимального отдела нефрона была равна 0,25±0,015%0 (р<0,05), а через 6 суток снижалась и была равна 0,16±0,012%0 (р<0,05). В СТ МА клеток через 3 суток от начала опыта была равна 0,22±0,021%0 (р<0,05), а через 6 суток составляла 0,12±0,013%0 (р<0,05).

Таким образом, при изучении МА клеток СТ при длительном голодании на уровне высокогорья наблюдалось с увеличением срока опыта еще большее снижение МА.

Электронно-микроскопическое исследование почек при голодании на уровне высокогорья характеризуется следующими изменениями. Так, в миоэпителиоидных клетках юкстагломерулярного комплекса с увеличением длительности голодания отмечалось нарастание количества секреторных гранул. При этом секреторные гранулы заполняли весь объем цитоплазмы. Их форма варьировала от круглоовальной до многоугольной. Ядра клеток имеют неправильную форму. Содержат глубокие инвагинации цитоплазмы. Кариоплазма просветляется, а хроматин определяется в виде глыбок различной величины. Клеточные ультраструктуры выявляют очередную тенденцию уменьшения количества и размеров. Митохондрии, наряду с уменьшением количества, содержат просветленный матрикс. Канальцы гранулярного эндоплазматического ретукулума также уменьшаются в количестве и размерах. В той же мере изменяется содержание рибосом и полисом. Прослойки вещества базальной мембраны между эпителиальными клетками расширяются (рис. 1).

голодание высокогорье масса почка

Рис.1. Накопление секреторных гранул в миоэпителиодных клетках юкстагломерулярного комплекса через 3 суток голодания, проведенного в условиях высокогорья на неадаптированных животных. Ув. 12000х

Плотное пятно во все исследованные сроки изменяется незначительно. Состоит из несколько более плотной цитоплазмы. Клетки плотного пятна содержат немногочисленные органоиды и базальные интердигитирующие отростки.

Клетки Гурмагтига через 3 и 6 суток после голодания характеризуются уменьшением своих размеров, содержат многочисленные клеточные ультраструктуры. Ядра приобретают неправильную форму, отдельно уплотнены. В части клеток Гурмагтига можно обнаружить плотные гранулы полигональной формы. Структура этих гранул различна, часть гранул имеет гомогенную, другая - мелкозернистую структуру содержимого. Базальная мембрана, ограничивающая клетки Гурмагтига, расширена.

Клубочек почечного тельца через 3 и 6 суток голодания состоит из расширенной кровенаполненной клубочковой капиллярной сети. Базальная мембрана несколько расширена. Эндотелиальные капилляры уплощены и содержат многочисленные поры. Клетки висцерального листка капсулы клубочка увеличены в размерах. Трабекулы удлинены. Цитоподии расширены, в апикальной части обнаруживают значительную электронную плотность. Мезангиальная зона - сосудистый полюс занимает несколько меньший, нежели в контроле объем. Сами мезангиоциты характеризуются плотной цитоплазмой, снижением содержания ультраструктур. Ультраструктура клеток проксимального отдела нефрона характеризуется значительным количеством пиноцитозных структур в апикальной части. Щеточная каемка содержит удлиненные микроворсинки, тесно соприкасающиеся между собой. Ядра их округлой или овальной формы.

Кариоплазма просветлена. В цитоплазме отмечается увеличение содержания лизосом. Отдельные участки цитоплазмы содержат лизосомы и характеризуются значительным просветлением. Кроме лизосом, в цитоплазме, преимущественно в ее апикальной части, содержатся светлые вакуоли. Митохондрии лишены базально-апикальной ориентации. Форма различна. Отдельные митохондрии имеют матрикс с очаговыми просветлениями и редуцированными кристами. Насыщенность клеток рибосомами и полисомами значительно отличается от контроля. Гранулярный эндоплазматический ретикулум содержит уплощенные полости. Пластинчатый комплекс состоит преимущественно из вакуолей и везикул. Отмечается сужение его зоны. Базальная мембрана проксимальной части канальцев нефрона неравномерно утолщена (рис. 2).

Рис. 2. Увеличение числа пиноцитозных инвагинаций, накопление электронноплотных лизосом в клетках ПОН, через 3 суток голодания, проведенного в условиях высокогорья на неадаптированных животных. Ув. 10000х

В дистальной части канальцев нефрона при голодании наблюдается увеличение количества и размеров апикальных цитоплазматических выростов. Ядра клеток обычной формы, несколько пикнотизированы, содержат 1-2 ядрышка. В цитоплазме появляются многочисленные светлые вакуоли. Вакуоли имеют различную величину и равномерно распределены по всему объему. Базальная часть клеток содержит складки, между которыми содержатся митохондрии. В этой же зоне обнаруживаются рибосомы и полисомы. Митохондрии этих клеток гетерогенны, по плотности матрикса, количеством крист и своими размерами. Наряду с митохондриями, где уплотненный матрикс, встречаются и митохондрии со значительно просветленным матриксом, вплоть до вакуолизации. Кристы несколько укорачиваются и не имеют упорядоченной ориентации. Пластинчатый комплекс состоит в основном из вакуолей и везикул. Базальная мембрана дистальной части канальца расширена. Кроме вышеизложенного состояния клеток дистальной части канальца нефрона при голодании, обнаруживаются клетки, имеющие просветленную цитоплазму. Отличительным признаком этих клеток является наличие вакуолей больших размеров. Это происходит на фоне значительно заметного уменьшения количества и величины клеточных органелл.

В собирательных почечных трубочках при голодании отмечается преобладание вставочных клеток над главными. Эти клетки содержат многочисленные митохондрии, имеющие довольно плотный матрикс, и тесно упакованные, упорядочные кристы. Между митохондриями расположены многочисленные гладкостенные везикулы. Апикальная поверхность темных (вставочных) клеток имеет выросты типа микроворсинок, базально-развитую систему клеточных отростков. Канальцы гранулярного эндоплазматического ретикулума - узкие. Рибосомы и полисомы немногочисленны. Пластинчатый комплекс состоит из расширенных вакуолей и везикул. Базальная мембрана собирательных почечных трубочек имеет обычную структуру.

Заключение

Длительное голодание у адаптированных в течение месяца к высокогорью крыс приводит к структурно-функциональным изменениям в почках. Изменения обнаруживаются во всех отделах нефрона, юкстагломерулярном комплексе и собирательных трубках. Эти изменения отличаются от изменений, наблюдаемых на уровне долины и менее выражены чем таковые у неадаптированных крыс в условиях высокогорья.

Проведенное нами исследование ультраструктуры почек обнаруживает целый ряд особенностей, характерных для голодания на уровне высокогорья без адаптации и связанных с его длительностью и адаптацией к условиям высокогорья. Суть этих особенностей сводится к нарастанию гипергранулярности миоэпителиоидных клеток юкстагломерулярного комплекса, более выраженного, чем в предыдущих уровнях исследования, на фоне уменьшения в них массы функционирующих ультраструктур. При этом изменяется тонус гломерулярной артериолы, нарушается ультраструктура гемодинамических эквивалентов клубочков, падает уровень гломерулярной фильтрации, постепенно истощается ультраструктурный материальный субстрат деятельности почечных канальцев. Все эти изменения постепенно приводят к развитию структурно-функциональной дестабилизации и декомпенсации. Исключение составляют темные клетки собирательных трубок, состояние которых характеризуется увеличением массы органоидов и гладкостенных везикул.

Список литературы

1. Айдарбекова З.М. Влияние длительного голодания на морфометрические показатели почек адаптированных животных в условиях гор. // Известие ВУЗов. Бишкек, 2011. № 1. С. 96-100.

2. Акбаров А.А. Структурно-функциональные особенности интактных и оставшейся после односторонней нефрэктомии почек в некоторых экстремальных состояниях. Автореф. дисс... канд. мед.наук. Ташкент, 1979. 18 с.

3. Белкин В.Ш. Морфологические аспекты адаптации к высокогорной гипоксии. Душанбе. -Дониш, 1990 С. 235-257.

4. Верезовский В.А., Носарь В.И. Влияние голодания на напряжение кислорода в тканях у кроликов // Патолог. Физиология и экспериментальная терапия, 1987. Вып. 1. С. 61-64.

5. Гайнуллин М.Г. Структурно-функциональная характеристика почек при адаптации к кровопотере, голоданию и односторонней нефротомии. Автореф. дисс... канд. биол. наук. Ташкент, 1989. 24 с.

6. Гонтмахер В.М., Сагдуллаев 3.3., Гайнуллин М.Г. Некоторые структурные аспекты функциональной перестройки почек при адаптации к голоданию. // Архив анат., гистол. и эмбриол., 1986. № 91. № 12. C. 90-94. 7.Григорьев А.И. Влияние факторов космического полета на функциональное состояние почек человека. Функциональное состояние почки при экстремальных состояниях. Всесоюз. симпозиум. Л., 1976. С. 131-141.

7. Жукова А.С. Возрастные особенности мобилизации жира из аденоидной ткани при голодании // Адаптационные процессы в организме при старении. Минск, 1977. С. 45-51.

8. Захаров Г.А. Обмен веществ и расход энергии в горах // Экологический вестник Кыргызстана. Бишкек, 1977. С. 9-11.

9. Иванова Л.Н., Лавриненко В.А., Бабина А.Б. Структура и концентриующая способность почек крыс Браттлборо в условиях длительного введения вазопрессина. // Бюлл. экспер. биол. и медиц., 2008. № 11. С. 580-584.

10. Сиротинин Н.Н. О лечебном и профилактическом действии горного климата // Тр.конф. по высокогорью и холодовой травме. Фрунзе. Изд. АН. Кирг. ССР, 1962. С. 3, 4.

11. Федосеева Л.А., Дымшиц Г.М., Маркель А.Л. Характеристика рениновой системы почки у крыс линии НИСАГ со стресс чувствительной артериальной гипертензией. // Бюлл. экспер. биол. и медиц., 2009. № 2. С. 134-138.

12. Cycyb C., Padcpovich L., Jankobuh B. Ефекат петодневного гладованье на телесну масу органа и ниаое глюкозе у крови опште и портне циркулацине Cpn.apx. целок лек., 1985. Т. 113. № 3. С. 213-219.

13. Lec B.C., Stemmer K.L., Petezing H.G. Essential trace metals and specific organ weight in diet-restricted and ab libfed rats//Biol.Trace Elem.Res.,1985. Vol. 8. P. 1-19.

Размещено на Allbest.ur