Энергоинформационная изменчивость регенераторно-адаптационного потенциала тканей млекопитающих в онтогенезе и её роль в инициации патологических процессов (30.11.2010)

Автор: Арешидзе Давид Александрович

Исследовать энергоинформационное состояние тканей и органов млекопитающих, в том числе и человека, при разного рода патологических процессах в зрелом, предстарческом и старческом возрастах.

Изучить онтогенетическую предрасположенность к возникновению патологий в те или иные периоды в зависимости от энергоинформационного состояния органа.

Изучить влияние онтогенетической изменчивости энергоинформационного состояния на эффективность биостимуляции при повреждении на примере печени белых крыс.

Научная новизна. Впервые показано, что использованные энергоинформационные параметры, отражающие степень регенераторных и адаптационных резервов тканевых систем, могут быть использованы в качестве интегративных и объективных критериев, характеризующих эти процессы в онтогенезе.

На примере печени крыс с экспериментальным нарушением обмена кальция при дополнительной стрессорной нагрузке показана взаимосвязь морфофункциональных параметров органа, отражающих интенсивность регенерации (морфофункциональная полноценность, митоз, апоптоз) в процессе адаптации, с изменчивостью энергоинформационного состояния.

Установлены особенности онтогенетической изменчивости основных биологических процессов развития (митоз и апоптоз) и энергоинформационных параметров, отражающих регенераторный потенциал и обеспечивающих морфофункциональную полноценность тканей различных органов в онтогенезе.

На примере онтогенеза белых крыс показано, что периоды устойчивого развития с постепенным нарастанием энтропии сменяются периодами ее снижения, а точки перехода между этими процессами являются критическими. Выявлена циклическая закономерность смены периодов, установлено, что в течение онтогенеза продолжительность периодов увеличивается.

Для висцеральных органов разных видов млекопитающих, в том числе и человека, установлены количественные энергоинформационные показатели, характеризующие исследованные органы в норме и при разного рода патологических состояниях в зрелом, предстарческом и старческом возрастах.

Впервые на основании энергоинформационных характеристик тканей и органов в различные периоды онтогенеза показана предрасположенность к возникновению патологий в описанные критические периоды развития.

С использованием энергоинформационных параметров, характеризующих тканевой гомеостаз, на примере печени крыс впервые выявлена чувствительность органов и систем органов к биологической стимуляции в разные периоды онтогенеза.

Научно-практическая значимость. Полученные результаты имеют важное теоретическое значение, поскольку расширяют представление о механизмах онтогенетических преобразований тканевых систем млекопитающих. Предложенные интегративные показатели состояния тканевых систем в развитии позволяют рассматривать процесс онтогенеза с позиций изменчивости энтропийного состояния систем, как одного из процессов развития многоклеточного организма. Предложенные интегративные и объективные критерии позволяют охарактеризовать уровень регенераторных и адаптационных ресурсов органа в норме и при патологических состояниях. Изданы «Методические рекомендации по определению адаптационных возможностей органов и тканей млекопитающих», «Методические рекомендации по определению критических периодов онтогенеза млекопитающих».

Показана зависимость эффективности биостимуляции органов от онтогенетических колебаний энергоинформационного статуса тканевой системы. Предложенные критерии могут быть использованы в научно-практической деятельности специалистов медико-биологического профиля при изучении возрастных особенностей функционирования организма, при оценке эффективности действия биологически активных веществ, в том числе и лекарственных препаратов, для оценки эффективности биостимуляции или проводимого лечения.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования используются в учебном процессе Естественно-экологического института и факультета физической культуры Московского государственного областного университета, факультета физической культуры Ставропольского государственного университета, ветеринарного факультета Ставропольского государственного аграрного университета, кафедры биологии и экологии факультета специальной педагогики Ставропольского государственного педагогического института, кафедры биологии и экологии Ставропольской государственной медицинской академии.

Научные разработки внедрены в практику НОЦ Биологии клетки и прикладной биотехнологии Московского государственного областного университета, лаборатории биомедицины Ставропольского государственного университета, OOO «Центр клинической фармакологии» (г. Ставрополь) и регионального ветеринарного центра при Ставропольском государственном аграрном университете (г. Ставрополь).

Положения, выносимые на защиту.

Энергоинформационное состояние органа отражает степень его регенераторно-адаптационных способностей и может служить критерием их оценки.

Энергоинформационное состояние органов, отражающее уровень их регенераторных возможностей, претерпевает закономерные циклические изменения в онтогенезе. Независимо от периода онтогенеза и вида органа, характер патологического процесса определяется величиной энергоинформационных показателей.

Онтогенетическая изменчивость энергоинформационного состояния тканевой системы определяет предрасположенность к развитию патологического процесса и эффективность биостимуляции при повреждении.

Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на I Международной научной Интернет-конференции «Физиология человека и животных. Экологическая безопасность» (Ставрополь, 2002), IV Международной конференции по функциональной нейроморфологии (Санкт-Петербург, 2002), VI конгрессе международной ассоциации морфологов (Уфа, 2002), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы болезней молодняка в современных условиях» (Воронеж, 2002), Межрегиональной научно-практической конференции «Приоритеты культуры и экологии в образовании» (Ставрополь, 2003), II Международной конференции «Патофизиология и современная медицина» (Москва, 2004), II Всероссийской конференции «Современная ветеринарная медицина» (Москва, 2004), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биоэкологии» (Москва, 2008), Х Международной научно-практической конференции «Живые объекты в условиях антропогенного пресса» (Белгород, 2008), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы применения количественных методов в естествознании» (к 100-летию со дня рождения Г.Ф. Лакина, Орел, 2008), III Съезде Российского общества патологоанатомов «Актуальные вопросы патологической анатомии» (Самара, 2009), конференции «Экология биосистем. Проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2009), научной конференции «Современные проблемы органической и биологической химии, молекулярной биологии, экологии и биотехнологии» (Москва, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 работ, в том числе 16 в периодических изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденных ВАК Министерства образования и науки РФ и рекомендованных для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора наук, 1 монография и 2 методических рекомендации.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов, практических предложений, библиографического указателя, включающего 449 источников, из них 352 отечественных и 97 иностранных. Работа изложена на 311 страницах компьютерного набора, содержит 145 рисунков и 15 таблиц.

Материалы и методы исследования

Исследования были проведены на белых крысах линии Вистар в 2000-2009 гг. Гистологические и гистохимические исследования проводились на кафедре анатомии и патологической анатомии Ставропольского государственного аграрного университета, в лаборатории биологии клетки НОЦ Биологии клетки и прикладной биотехнологии Московского государственного областного университета. При выборе крыс в качестве экспериментального материала мы руководствовались тем, что к настоящему времени имеются многочисленные данные об изменениях в печени крыс различных биологических процессов при стрессогенных и патогенных воздействиях (Маркина В.В., 1987; Романов Ю.А., Маркина В.В., 1989). Продолжительность жизни крыс позволяет проследить весь онтогенез за сравнительно небольшой промежуток времени. Все животные содержались в виварии в стандартных условиях. Температура воздуха в помещении составляла плюс 20…22°С, влажность воздуха 40-45%. Эксперименты на животных были проведены в соответствии с правилами защиты позвоночных животных, используемых в научных целях (Руководства и рекомендации для Европейских независимых комитетов по вопросам этики, Брюссель, 1995, 1997; Рекомендации Комитетам по этике, проводящим экспертизу биомедицинских исследований, Женева, 2000).

При исследовании патологического материала от других видов млекопитающих, в том числе и человека, были использованы гистопрепараты из архивов Ставропольского краевого онкологического центра, кафедры анатомии и патанатомии Ставропольского государственного аграрного университета, лаборатории биологии клетки НОЦ Биологии клетки и прикладной биотехнологии Московского государственного областного университета, кафедры общей биологии Ставропольского государственного университета.

При изучении энергоинформационного состояния органов млекопитающих в норме были исследованы бедренные мышцы, сердечная мускулатура, гладкая мускулатура пищевода, красный костный мозг, взятый из головок бедренных костей, желудок, легкие, печень, почки, яичники, эндометрий, молочные железы, поджелудочные железы, большие слюнные железы. Исследованию подвергались органы собак, мышей, крыс, крупного рогатого скота и человека в зрелом возрасте, и предстарческом и старческом возрастах.

В эксперименте, направленном на изучение взаимосвязи морфофункционального и энергоинформационного состояния печени при действии стрессирующих факторов, с целью определения адекватности предлагаемых критериев оценки адаптационных и регенерационных ресурсов ткани, было использовано 318 животных в возрасте 6 месяцев (с учетом совпадения биологического и календарного возраста), 318 крыс служили донорами околощитовидных желез (ОЩЖ). В соответствии с целями и задачами исследования было сформировано несколько экспериментальных групп.

1. Интактные крысы (контроль).

2. Крысы, которым были трансплантированы 3 пары дополнительных ОЩЖ.

3. Крысы, у которых были удалены ОЩЖ.

Следует отметить, что ложная операция (контроль на оперативное вмешательство) заключалась только в разрезании шеи на вентральной части с последующим ушиванием раны и не вызывала каких-либо морфофункциональных сдвигов в организме животных, поэтому в качестве контроля использовались интактные крысы.

В наших экспериментах животные забивались в условиях фиксированного светового режима и через 1, 2 и 3 недели после изменения режима освещения.

Для исследования изменений в онтогенезе энергоинформационных параметров печени, почек, тимуса и селезенки нами было использовано 2050 белых крыс линии Вистар. Материалом для исследования послужили животные как в пренатальный, так и в постнатальный периоды онтогенеза. Прослеживали онтогенез крыс, начиная с 6-го дня пренатального развития. При заборе органов строго учитывался возраст животного для создания статистически достоверного массива данных.

При исследовании эффективности влияния биологически активных веществ на печень в различные периоды онтогенеза было использовано 150 животных в возрасте 9, 11 и 18 месяцев.

Для моделирования стрессорного воздействия на организм использовали нарушение светового режима крыс с экспериментальным нарушением обмена кальция. Выбор модели стресса определялся тем, что нарушение светового режима с последующим десинхронозом является мощным стрессорным фактором (Арешидзе Д.А., 2002; Джандарова Т.И., 2002), дополнительно отягощенным нарушением обмена кальция. Использование экспериментальной гипер- и гипокальциемии позволяло подтвердить адекватность используемого нами метода, поскольку изменения в организме при различном уровне его обеспеченности кальцием и при параллельном смещении светового режима носят отличный характер (Тимченко Л.Д., Арешидзе Д.А., 2001; Арешидзе Д.А., 2002). Комплекс морфофункциональных и регенерационных изменений в печени крыс с нарушением обмена кальция при стрессогенном воздействии подробно изучен (Арешидзе Д.А., 2002), что позволяет провести сравнение результатов оценки адаптационных ресурсов органа, полученной при помощи традиционных методик, с таковой, полученной при помощи определения энергоинформационного состояния органа. Это достигается тем, что нами было использовано дозированное стрессогенное воздействие, которое вызывает определенный комплекс морфофункциональных, регенераторных и энергоинформационных изменений в печени. Таким образом, нами была смоделирована ситуация, в которой биосистеме печени пришлось бороться с дестабилизирующими, дозированными факторами внешней и внутренней среды. Выбор нарушения обмена кальция в качестве модели стрессорного воздействия определяется тем, что этот ион является одним из необходимых для нормальной жизнедеятельности компонентов организма и принимает участие в подавляющем большинстве физиологических процессов (Григорьев А.И., Ларина И.М., 1992; Козловский В.Л., 1995; Савинков А.В., 1999; Rubin R.R., 1974; Foster T.S. et al., 2001).

В качестве внешнего стрессора было выбрано смещение светового режима. В организме млекопитающего влияние светового режима осуществляется через зрительную систему, оно играет роль организатора биологических ритмов ряда физиологических процессов (Арушанян Э.Б., 2000). Длительное нарушение светового режима является мощным стрессогенным фактором, затрагивающим многие функциональные системы организма (Пахомова Т.А., 1999; Будкевич, Р.О., 2001; Степовая Е.А., 2001; Джандарова Т.И., 2002).

В эксперименте все животные содержались в условиях фиксированного светового режима (свет : темнота – 12:12), который наиболее часто используется в хронобиологических экспериментах (Ашофф Ю., 1984; Laakso M.L., Alila A., Hatonen T., 1996; Murphy H.M., 1998). Свет включался автоматически в 8.00 ч. и выключался в 20.00 ч. В светлое время суток обеспечивалась постоянная освещенность приблизительно в 300 лк. Кормление и уход осуществляли ежедневно с 7.00 до 8.00 ч. в привычном для животных режиме вивария. Обеспечивался свободный доступ крыс к пище и воде.

После регистрации исходных параметров в печени производили изменение светового режима со смещением на 10 часов, с выключением света в 10.00 ч. и включением в 20.00 ч. Для моделирования состояния гиперпаратиреоза, и, как следствие, гиперкальциемии, использовали метод трансплантации ОЩЖ, предложенный T. Fugii et al. (1988). Для моделирования состояния гипопаратиреоза использовали метод удаления ОЩЖ.

Все исследованные органы отбирались после усыпления животных под эфирным наркозом. После фиксации материала 10% нейтральным забуференным формалином для части органов проводилась проводка по общепринятой методике с последующей заливкой в парафин. При проведении исследований органов, залитых в парафин, приготовлялись серийные срезы толщиной 5-6 мкм.

Гистологические срезы были получены на санном микротоме «МС-2» (Украина), для гистохимического определения липидов использовали замораживающий столик «СМЗ-Уником» (Россия). Окраска гематоксилин-эозином осуществлялась по общепринятой методике. Окрашенные срезы заключали в бальзам.

Для выявления апоптических клеток полутонкие срезы окрашивались метиленовым синим-азуром II с докраской фуксином (Лушников Е.Ф., Абросимов А.Ю., 2001). Для определения гликогена был использован метод Шифф-йодная кислота (ШИК) по Мак-Манусу (Кононский А.И., 1976). Липиды определялись на замороженных срезах при помощи нильблаусульфата (Меркулов Г.А., 1961). Суммарные белки определялись по методу Даниелли в модификации Шубича (Кононский А.И., 1976). Определение площади поперечного сечения клеток и ядер проводилось на препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином, при помощи компьютерных программ «Морфовидеотест 4.0» и «Image Scope Video 1.0».


загрузка...