Введение к работе
Актуальность проблемы
Одной из актуальных проблем современной морфологии является изучение различных аспектов строения и функций поджелудочной железы человека и животных. В литературе существует довольно много сведений об анатомии, физиологии, эмбриологии поджелудочной железы различных видов рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, а также достаточно обширны данные по сравнительной анатомии, патологии и возрастной изменчивости поджелудочной железы животных и человека (Евдокимов, 1948; Яглов, 1977, 1978, 1989; Голованов, Валтонен, 2000; Чумасов, Петрова, Коржевский, 2011; Macallum, 1886; Epple, 1969; Van Noorden, 1972; Brinn, 1975; Wagner, McKeown, 1981; Bjenning, 1990; Agulleiro, 1993; Al-Mahrouki, Youson, 1998 Carbone, 2011). Однако многочисленные работы концентрируются в пределах легкодоступных объектов исследований – лабораторных животных и распространенных в природе видов. Выбор исследуемых животных в нашей работе – рыб и амфибий – неслучаен. Филогенетически рыбы относятся к первичноводным животным, а амфибии – самый древний класс наземных позвоночных, что делает эти группы наиболее интересными для исследования. Данные о структурно-функциональных особенностях поджелудочной железы у представителей этих групп необходимы для понимания адаптивных и патологических изменений этого органа у человека. Помимо этого, широкий спектр биологических адаптаций, приобретенных этими группами животных в связи с чрезвычайно широким ареалом обитания, также требует исследования.
Данные о строении поджелудочной железы рыб и амфибий носят фрагментарный характер и не охватывают группы целиком. Так, сравнительно-анатомические работы по поджелудочной железе рыб, как правило, включают несколько отрядов одного класса, а исследования поджелудочной железы земноводных не простираются далее нескольких родов (Порошин, 2006; Желтов, Дворецкий, Северов, Павлюченко, Дерень, 2012; Babkin, 1932; Thomas, 1940; Winbladh, 1976; Ahrn, 2000; Bosi, 2004; Cabrera-Vsquez, 2009; Brass, 2010;). Имеется четыре основных теории эволюционного развития поджелудочной железы. Первая заключается в обособлении органа из кишки методом компактизации. Следующая теория сходна с предыдущей и показывает, что предковым организмом является личинка миноги, так как у этого вида поджелудочная железа представлена отдельно лежащими клетками, встроенными в эпителиальную выстилку кишечной трубки. Еще одна теория предполагает происхождение эндокринных клеток, а, следовательно, и эндокринной части железы, из клеток ацинарной ткани путем выселения. Последняя из наиболее популярных теорий основана на распределении регуляторных пептидов в теле поджелудочной железы. Эти теории неясны и отрывочны, так как ни одна из них не объясняет всех основных процессов (Epple, 1973; Jnsson, 1991; Lozano, 1991; Falkmer, 1995). Недостаточный набор видов, принадлежащих к различным классам, приводит к множеству диаметрально противоположных выводов, как по морфологическим закономерностям, так и по интерпретации полученных результатов. До сих пор неизвестно, существует ли прямая зависимость строения поджелудочной железы от экологии вида животных.
Таким образом, изучение строения поджелудочной железы рыб и амфибий имеет актуальное значение, как в теоретическом аспекте, так и для практического применения.
Цель исследования – изучение анатомического строения, гистологической и иммуногистохимической организации поджелудочной железы рыб и амфибий и ее адаптации к биологии пищеварения.
Задачи исследования:
1. Провести сравнительно-морфологическое исследование экзокринной и эндокринной частей поджелудочной железы, организации ее кровеносной системы, иннервации и анатомического строения у различных видов надкласса рыб и класса амфибий.
2. Изучить гистологические и иммуногистохимические особенности пространственной организации и распределения инсулин-, глюкагон-, соматостатин-, и продуцирующих панкреатический полипептид клеток в эндокринной части поджелудочной железы, при помощи моноклоналных и поликлональных антител, у представителей надкласса рыб и класса амфибий.
3. При помощи набора иммуногистохимических маркеров к антигенам нервной системы (SNAP-25, NCAM, нейрон-специфическая энолаза (NSE), нейрон-специфический -III тубулин, нейрофилламентам, S-100, нейропептид Y, PGP-9,5, синапсин, синаптофизин, тирозин гидроксилаза) провести анализ организации нервного аппарата эндокринной части поджелудочной железы у различных видов анамний.
4. Определить роль цитологических изменений в инсулин-, глюкагон-, соматостатин-продуцирующих клетках в различные периоды годового цикла у представителей класса амфибий: пипы суринамской; обыкновенной и зеленой жабы; травяной и озерной лягушек.
Научная новизна
Впервые проведено комплексное исследование морфологического строения поджелудочной железы рыб и амфибий как представителей древнейших позвоночных в филогенетическом аспекте.
Выявлена связь морфологической организации поджелудочной железы анамний с биологией питания.
Доказано отсутствие закономерностей в распределении различных типов эндокринных клеток внутри островков в зависимости от типов питания. У акулы впервые среди позвоночных выявлен синусоподобный тип строения поджелудочной железы.
При помощи линейки иммуногистохических нейромаркеров исследована система регуляции поджелудочной железы рыб и амфибий. У рыб, в отличие от амфибий, установлено отсутствие иннервации островков.
Исследованы сезонные изменения в клеточной организации островков у некоторых видов амфибий. В период спаривания среди эндокринных клеток островка преобладают инсулин-позитивные клетки в фазе накопления секрета, а в период анабиоза – глюкагон-позитивные клетки.
Научно-практическая значимость
Работа носит фундаментально-теоретический характер. На основании гистологического и иммуногистохимического исследования установлены закономерности филогенетических изменений поджелудочной железы у анамний и выявлены особенности ее морфологической организации в зависимости от биологии питания вида.
Результаты работы вносят несомненный вклад в сравнительно-морфологические исследования, в эволюционную гастроэнтерологию, отражающую возможности адаптации поджелудочной железы к изменениям типа питания животных в процессе годового цикла и филогенеза.
Полученные данные о функции поджелудочной железы рыб и амфибий могут быть использованы при интерпретации результатов сравнительно-видовых экспериментов.
Проведенные исследования показывают разнообразие строения эндокринной ткани у низших позвоночных, что вносит вклад в исследование происхождения диабетогенных механизмов, характерных для млекопитающих и человека.
Результаты исследования представляют общенаучный интерес в области биологии, имеют прикладное значение в изучении и углублении знаний о функциональной деятельности поджелудочной железы животных.
Помимо этого практическое значение полученных данных заключается в возможности определения морфогенетических закономерностей инсулином – опухолей, в формировании которых могут иметь место рекапитуляции морфологических этапов развития экзокринных и эндокринных частей поджелудочной железы.
Внедрение в практику в курс лекций на кафедре гистологии и биологии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
Положения, выносимые на защиту
1. Установлены эволюционные изменения соотношения инсулин-, глюкагон- и соматостатин-продуцирующих клеток в островках и островковоподобных структурах у анамний.
2. На основе гистологических и иммуногистохимических методов выявлена закономерность в строении поджелудочной железы анамний в зависимости от количества и качества потребляемой пищи.
3. Установлено существование двух типов регуляции активности эндокринной части поджелудочной железы, которые состоят в том, что сигнал между эндокринными клетками передается при помощи регуляторных нейропептидов и, помимо этого имеется разветвленная сеть нервных окончаний.
4. Показано гистологическими и иммуногистохимическими методами, что соотношение инсулин-, глюкагон-, соматостатин-позитивных клеток меняется в зависимости от годовой цикличности, которая отражает температурные, гормональные и пищевые колебания.
Апробация работы
Результаты данной работы были представлены на XII Международной научно-практической конференции «Наука и современность» (Новосибирск, 2011), I международной научной конференции «Современное естествознание: вопросы и ответы» (Санкт-Петербург, 2011), IV Международном молодежном медицинском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения – 2011» (Санкт-Петербург, 2011), научной конференции «Актуальные вопросы морфогенеза в норме и патологии» (Москва, 2012), на межлабораторной конференции ФГБУ «НИИ морфологии человека» РАМН (Москва, 2013).
Публикации материалов исследования
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из разделов «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы исследования», «Результаты исследования», «Обсуждение результатов», «Выводы». Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 41 иллюстрации и 3 таблицы. Список использованной литературы содержит 272 источника (из них 85 в отечественных и 187 публикации в зарубежных изданиях)
