Морфологические аспекты приспособления гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы к действию стресса в раннем постнатальном онтогенезе

Глава 1. Обзор литературы. 12.

1.1 Морфо-функциональная характеристика гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы человека и экспериментальных животных в норме и при антропогенных воздействиях. 12.

1.1.1 История становления представлений о гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси и ее стресс-респонсивности в раннем постнатальном онтогенезе. 13.

1.1.2 Центральная регуляция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в норме и при стрессорных воздействиях 15.

1.1.2.1 Участие лимбической системы в регуляции гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси в норме и при стрессе 18.

1.1.2.2 Роль паравентрикулярного ядра гипоталамуса в реализации стресс-индуцированых реакций гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси 22.

1.1.2.3 Гипоталамо-гипофизарные взаимоотношения и их значение для реализации стрессорного ответа 24.

1.1.2.4 Морфо-функциональные особенности аденогипофиза: возрастной аспект 28.

1.1.3 Современные представления о гистофизиологии надпочечника человека и экспериментальных животных в норме и при внешних воздействиях и роли периферического звена гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в адаптации к стрессу 31.

1.1.4.

Механизм отрицательной обратной связи в регуляции гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси и его модуляция при стрессе.

1.1.5.

Возрастные аспекты стресс-реактивности гипофизарно-адренокортикальной оси гипоталамо.

1.2.

Влияние' параметров стрессорного воздействия на гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ' систему человека и экспериментальных животных.

Глава 2. Материал и методы исследования.

Глава 3. Результаты исследования.

3.1.

Динамика органометрических параметров экспериментальных, и контрольных животных при действии системного и процессивного стрессора.

3.2.

Морфологическая характеристика надпочечников у контрольных и экспериментальных животных.

3.3.

Морфологическая и иммуногистохимическая характеристика аденогипофиза у контрольных и экспериментальных животных.

3.4.

Морфологическая и иммуногистохимическая характеристика гипоталамуса и его паравентрикулярного ядра у контрольных и экспериментальных животных.

3.5.

Количественный иммуногистохимический анализ ¦ звеньев гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в норме, при действии системного и процессивного стрессоров.

Глава 4. Обсуждение полученных результатов.

ВЫВОДЫ.

Активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС) со стимуляцией высвобождения кортикотропин-рилизинг-фактора (КРФ) нейронами мелкоклеточных фракций паравентрикулярного ядра (ПВЯ) гипоталамуса с последующей секрецией адренокортикотропного гормона-(АКТГ) в аденогипофизе и глюкокортикоидов в коре надпочечников является основным нейроэндокринным ответом на действие стрессорных агентов и важнейшим механизмом поддержания гомеостаза в организме при стрессе: Важнейшей детерминантой адаптационных изменений при стрессорных воздействиях является конвергенция нейральных и гуморальных афферентных сигналов в КРФ-позитивных нейронах ПВЯ^ однако лежащие в ее основе интегративные механизмы остаются во многом невыясненными (И.Г.Акмаев, 2001; 2003; В. Г. Шаляпина, 2000; 2002; 2003; К. В. Судаков, 2005; A.G.Watts et al., 2002; A.F. De Nicola et al., 2006; G. Aguilera et al., 2007).

Регуляция ГГНС чрезвычайно сложна, и при многих патологических состояниях отмечается' гиперактивация гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси (ГГАО), что может быть связано с ее дисрегуляций> на уровне ПВЯ или на более высоком уровне, усугубляемой действием стрессорных факторов, однако механизмы этого состояния не могут считаться-окончательно установленными (В.Г.Шаляпина, 2001; S.B. Pinnock et al., 2001; O. Chan et all, 2002). Адаптация ГГНС при стрессе может быть неадекватной потребности восстановления гомеостаза: если стресс-индуцированный ответ нейроэндокринной системы избыточен или недостаточен по интенсивности или продолжительности, то восстановления физиологических параметров не произойдет, что может привести к развитию разнообразных патологических состояний, включая депрессии и другие аффективные расстройства. Нарушение регуляции адаптационного ответа при стрессе может влиять на рост и развитие организма и предопределять его индивидуальную чувствительность к развитию эндокринных, сердечно-сосудистых, иммунных и метаболических заболеваний (J.Chrousos et al., 1998; Q. Yang, 2000). Особенности активации ГГАО при различных состояниях, таких как стресс, инфекции, метаболические нарушения в раннем детстве остаются мало изученными (C.D.Walker et al., 1997; G.W.Dent et al., 2000; S. Morley-Fletcher et al., 2003), хотя известно, что именно стрессы раннего детства нередко приводят к развитию взрослой психопатологии, извращению последующих стресс-ассоциированных нейроэндокринных и поведенческих реакций, а варианты ответов ГГНС растущего организма на действие стрессорных агентов характеризуются широким диапазоном от глубокой гипореспонсивности до резкой фасилитации нейроэндокринного ответа (S.Morley-Fletcher et al., 2003; S. Levine 2005; D.M.Vazquez et al., 2006). При этом ряд авторов полагают, что ГГНС легче адаптируется к действию системных стрессоров, в то время как действие процессивных стрессоров нередко вызывает дезадаптацию (H.F.Figuiredo et al, 2003). Напротив, другие авторы считают, что именно психологические стрессоры, действуя хронически, быстро вызывают габитуацию ГГАО в противоположность физическим стрессорам, адаптация к которым более продолжительна и сопровождается фасилитацией при действии нового стрессора (D.Zelena et al., 2003; M.M.Ostrander et al., 2006). Одни исследователи демонстрируют, что уровень активации ГГАО отражает продолжительность стрессорного воздействия, а не его интенсивность (A.Garcia et al., 2000), в то время как другие доказывают, что на уровень габитуации ГГНС при хроническом стрессе влияет прежде всего интенсивность стрессорного агента (D.L.Pitman et al., 1996; V. Chesnokova et al., 2002; A. Jaferi et al., 2006), а третьи утверждают, что оба фактора в равной степени влияют на респонсивность ГГНС (G.Chrousos, 1998; B.S.McEwen, 1998, 2000, 2005). Некоторые авторы считают причиной дезадаптации ГГАО при хроническом стрессе диссоциацию между ее центральным и периферическим звеном (S.Levine et al., 1991, 2005; D.M.Vazquez et al., 2006), тогда как другие считают звено оси на уровне АКТГ — кортикостероиды достаточно стабильным и определяют локус диссоциации оси на уровне обратной связи: кортикостероиды — ПВЯ (J.P. Herman et al., 2003; S. Retana-Marquez et al., 2003).

Глубокие противоречия сохраняются в литературе в объяснении нарушения механизма отрицательной обратной связи в ГГНС при хроническом стрессе, когда, несмотря на длительный выброс глюкокортикоидов, десенситизации ГГАО оси не происходит, и она продолжает, сохраняя активность, стимулировать повышенную выработку кортикостероидов, а также в интерпретации феномена фасилитациии ГГАО, когда на фоне хронического стресса действие нового стрессора вызывает еще большую активацию ГГАО (S.Makino et al., 1999; M.F.Dallman et al., 2000; A. Jaferi et al., 2003).

В связи с выше изложенным в. настоящем1 исследовании нами предпринята попытка определить, как созревание ГГНС в раннем постнатальном онтогенезе влияет на изменение ее приспособительного потенциала при различных видах хронического стресса.

Целью настоящего исследования является изучение возрастных аспектов взаимодействия различных звеньев ГГАО в приспособлении организма к хроническому действию системных и процессивных стрессоров’в препубертатном периоде постнатального онтогенеза. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать особенности респонсивности отдельных компонентов ГГНС при хроническом действии системного стрессора в растущем организме экспериментальных животных.

2. Исследовать возрастные особенности гистофизиологии различных звеньев ГГАО при хроническом действии процессивного стрессора в раннем постнатальном онтогенезе.

3. Оценить секреторную, митотическую и апоптотическую пластичность аденогипофиза как центрального звена ГГАО в условиях приспособления растущего организма к хроническому стрессу.

Материалы и методы.

Данное исследование является экспериментальным, выполненным на неполовозрелых белых крысах породы Sprague Dawley, исходный возраст которых соответствовал грудному периоду (14 дней), периоду перехода на самостоятельное питание (21 день) и инфантному периоду (30 дней). Животные каждой возрастной подгруппы подвергались хроническому действию стрессора: системного или процессивного. Адаптационные изменения в нейроэндокринной системе экспериментальных животных сопоставлялись с таковыми у животных групп возрастного контроля на различных уровнях гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы с помощью гистологических и иммуногистохимических методов исследования, а также имидж-анализа с последующей статистической обработкой полученных данных (статистикой средних, статистикой различий, корреляционным анализом). Использовались иммуногистохимические методы окраски на КРФ для выявления иммунореактивных нейронов мелкоклеточной фракции ПВЯ гипоталамуса, АКТГ для выявления кортикотропоцитов в pars distalis аденогипофиза, PCNA и каспазы-3 для характеристики уровня пролиферации аденоцитов гипофиза.

Результаты исследования.

Проведенное исследование выявило комплекс адаптационных изменений в ГГНС растущего организма при хроническом стрессе в их возрастной динамике и позволило получить о гипореспонсивности ГТАО, ее диссоциации на уровне ПВЯ — аденогипофиз, гиперреактивности периферического звена ГГНС, габитуации в системе отрицательной обратной связи в зависимости от примененного стрессора (перимущественно физического или психогенного) в возрастном контексте. Иммуногистохимическое исследование позволило также выявить диапазон секреторной, апоптотической и митотической пластичности аденогипофиза при действии разных видов стрессоров на1 разных этапах раннего постнатального онтогенеза.

Научная новизна работы.

Впервые с применением иммуногистохимии и имидж-анализа охарактеризованы особенности активации, габитуации и взаимодействия различных звеньев ГГНС растущего организма в различные возрастные периоды (грудной период, период перехода на самостоятельное питание и преювенильный период) под хроническим действием различных по природе стрессоров: системных и процессивных. Впервые получены данные о степени корреляции стресс-ассоциированных сдвигов в центральном и периферическом звене ГТАО и возрастной опосредованности их диссоциации при хроническом стрессе. Выявлены возрастные периоды в раннем постнатальном онтогенезе с максимальной респонсивностью и минимальным адаптационным потенциалом при хроническом воздействии физических и психологических стрессоров.

Теоретическое значение работы заключается в выяснении онтогенетических особенностей кинетики ответа ГГАО и взаимодействия ее звеньев при воздействии системных и процессивных стрессоров в растущем организме.

Практическая значимость работы состоит в получении данных относительно диапазона респонсивности разных звеньев ГГАО и их стресс-индуцированной диссоциации в различные возрастные периоды раннего постнатального^ онтогенеза, которые могут быть использованы при разработке мер профилактики стресс-ассоциированных нейро-эндокринных сдвигов в растущем организме.

Внедрение в практику: результаты диссертационного исследования внедреньг в учебный процесс на кафедре факультетской терапии (в курсе эндокринологии) и на кафедре нормальной физиологии. г.

Публикации и апробация материалов диссертации. Материалы диссертации былидоложены на 63-ой итоговойнаучной конференции студентов и молодых ученых ВолГМУ, 26−29 апреля 2005 г., ВолгоградII научной конференции с международным участием, «Современные проблемы науки и образования, 2−9 июля 2005 г., г. У маг (Хорватия) — X региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области», ноябрь 2005, Волгограднаучной конференции с международным участием «Современные наукоемкие технологии», 20−27 ноября < 2005 г., о. Тенерифе (Испания) — XI региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области, 810 ноября 2006 года, ВолгоградIV научной конференции с международным участием «Проблемы экспериментальной и клинической медицины», 18−28 января 2007 г., Паттайа (Тайланд) — 65-ой юбилейной открытой научно-практической конференции молодых ученых и студентов с международным участием, 25−27 апреля 2007 г., Волгоградзаседании Волгоградского отделения Всероссийского научного общества анатомов, гистологов и эмбриологов 13 октября 2007.

Результаты исследования отражены в 7 публикациях, 1 из которых — в издании, рекомендованном ВАК для опубликования материалов диссертаций.

Положения, выносимые на защиту:

1. Активация ГТАС при хроническом стрессе в раннем постнатальном онтогенезе имеет различные морфо-функциональные проявления при действии процессивных и системных стрессоров.

2. Секреторная, митотическая и апоптотическая пластичность аденогипофиза как центрального звена ГГАС при хроническом стрессе в растущем организме имеет отчетливую возрастную зависимость.

Практические рекомендации.

1 .Иммуногистохимические показатели респонсивности компонентов ГГАО могут использоваться для оценки адаптационного ответа нейроэндокринной системы на действие хронического стресса.

2. Оценка секреторной, митотической и апоптотической пластичности аденогипофиза может применяться при разработке лечебных тактик, направленных на профилактику стресс-ассоциированных нейроэндокринных нарушений в растущем организме при действии хронического стрессора.

выводы.

1 .В раннем поетнатальном онтогенезе хронический стресс вызывает изменение кинетики адаптационного ответа гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси, инфрастуктура которого зависит от вида примененного стрессора и возрастной категории экспериментальных животных.

2. Фенотипическая пластичность гипоталамуса при хроническом стрессе, проявляющаяся уровнем экспрессии кортикотропин-рилизинг фактора в мелкоклеточной фракции его паравентрикулярного ядра в зависимости от уровня активации периферического звена гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, онтогенетически опосредована и связана с парадигмой стрессорного воздействия. Начиная с инфантного периода она обеспечивает адаптационную гибкость нейроэндокринного ответа в соответствии с типом действующего стрессора: системного или процессивного.

3.По данным иммуногистохимического исследования, секреторная пластичность аденогипофиза в большей степени связана с уровнем дифференцировки кортикотропоцитов, чем с амплитудой его апоптотической и митотической пластичности.

4. В грудной период при хроническом действии системного стрессора и в период перехода на самостоятельное питание при хроническом действии процессивного стрессора отмечается сниженная способность кортикостероновой отрицательной обратной связи ограничить уровень экспрессии кортикотропин-рилизинг фактора, препятствующая габитуации гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси.

5.В грудной период при действии процессивного стрессора гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система гипореспонсивна на гипоталамическом, гипофизарном и адреналовом уровне: гипоталамические кортикотропин-рилизинг фактор-позитивные нейроны не чувствительны к глюкокортикоидной обратной связи, и базальный уровень экспрессии АКТГ относительно независим от уровня экспрессии кортикотропин-рилизинг фактора в паравентрикулярном ядре гипоталамуса.

6. В основе гипореспонсивности гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси при хроническом действии процессивного стрессора в период перехода на самостоятельное питание лежит не столько увеличение эффективности глюкокортикоидной обратной связи, сколько диссоциация оси на уровне гипоталамус-аденогипофиз, приводящая к уменьшению эффективности прямой положительной связи в ней на уровне кортикотропин-рилизинг-фактор — АКТГ.