Введение к работе
Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды химическими соединениями представляет растущую угрозу здоровью населения (Дунаев В.Н. с соавт., 2006). Количество и тяжесть экологозависимых заболеваний и патологий при этом неуклонно нарастают (Губина Т.И. с соавт., 2009; Магомета С.Д., 2011).
Действуя в низких дозах, много меньших предельно допустимых концентраций (ПДК), они способны вызывать тяжелые нарушения в развитии зародыша, нервной, репродуктивной, иммунной систем организма, в интеллекте и поведении человека и животных (Стежка В.А. с соавт., 2001; Келина Н.Ю. с соавт., 2011).
Среди экотоксикантов тяжелые металлы занимают особое положение, поскольку их содержание в окружающей среде постоянно увеличивается за счет возрастания антропогенного пресса на природные экосистемы (Матиосов А.Д., 2004; Губина Т.И. с соавт., 2009; Вишневская Н.Л., 2009). Кадмий является одним из высокотоксичных металлов, вызывающих множественные патологические изменения в организме (Мирзоев Э.Б. с соавт., 2006; Jarup L. et al., 2009; Karthikeyan J. et al.,2009; Asagba S.O., 2010; Calderoni A.M. et al., 2010; Matovidi V. et. al., 2010; Templeton D.M. et al., 2010).
Одним из механизмов патогенного воздействия кадмия на организм является активация свободнорадикальных процессов (Богданов Г.Н., 2010; Miler E.A. et. al., 2010).
Нарушение регуляции стресс-протектроных систем при действии в течение продолжительного времени неблагоприятных факторов приводит к возникновению нейроэндокринных заболеваний, к болезням иммунной системы, обмена веществ (Куценко С.А., 2002). В процессах адаптации организма к действию экзогенных и эндогенных воздействий важная роль принадлежит регуляторным нейроэндокринным механизмам (Агаджанян Н.А. с соавт., 1998).
Известно, что гипоталамическая область и другие отделы ствола мозга, нейроны которых продуцируют нейропептиды, оказывают существенное влияние на активацию функций и метаболизм важнейших систем, ответственных за адаптацию (Агаджанян Н.А., 2001; Волосникова Е.Л., 2007; Тёплый Д.Л., 2008). Известно, что в реализации стрессовых реакций организма, в том числе при воздействии тяжелых металлов, существенное значение имеют филогенетически древние механизмы гипоталамической нейрогормональной регуляции с участием крупноклеточных ядер гипоталамуса: супраоптического и паравентрикулярного (Попов С.С. с соавт., 2003; Черниговская Е.В., 2010). В этой связи изучение нейротоксического действия тяжелых металлов – загрязнителей окружающей среды - является актуальным направлением современных нейрофизиологических исследований (Евстафьева И.А. с соавт., 2005).
Как известно, в функционировании организмов, в частности в протекании определенных физиологических процессов, обнаруживаются особенности, детерминируемые их половой принадлежностью. Причем, половая дифференцировка охватывает не только органы самой половой сферы, но весь организм в целом (Харзеев Э.К., 1997; Якушева Т.А. с соавт., 2000; Орлова Н.И. с соавт., 2008; Мажитова М.В. с соавт., 2010; Параничева Т.М. с соавт., 2011). В литературе имеются сведения, что степень токсичности многих ксенобиотиков для организмов разного пола неодинакова. Существенно различаются скорость и характер метаболизма чужеродных соединений. В большей степени изучены различия в чувствительности самцов и самок к токсикантам у грызунов (Анищенко Т.Г., 1991; Розен В.Б. с соавт., 1991; Головко А.И. с соавт., 1999).
Многие биологические процессы, такие как синтез ДНК, РНК, белков, нейромедиаторов, активность энзимов, гормонов, параметры гемодинамики, рН мочи, количество электролитов в моче, температура тела, количество форменных элементов в крови, гормональная активность, интенсивность обмена веществ и т.д. - достаточно ритмично изменяются во времени (Замощина Т.А. с соавт., 2006; Рыбак О.К. с соавт., 2007; Фомина Н.В. с соавт., 2007; Агаджанян Н.А. с соавт., 2009; Ciarleglio C.M. et al., 2011). У человека и животных выявлено более 100 видов ритмических изменений различных характеристик и функций организма. Установлено, что чувствительность организма к токсикантам также постоянно изменяется (Бахтизина Г.З. с соавт., 2000). По всей видимости, наиболее вероятными факторами, определяющими колебания чувствительности к действию токсикантов, являются время суток и сезон года, то есть циркадные и цирканнуальные биологические ритмы (Высоцкий И.Ю., 2003). При этом наряду с экзогенными колебаниями параметров окружающей среды: температуры, фотопериода, кормовых условий и т.д., влияющими на цирканнуальную динамику протекания многих физиологических процессов, важнейшую роль в формировании общей реакции организма на действие стресс-факторов играют также эндогенные механизмы сезонных биоритмов, которые обеспечивают адаптацию к изменяющимся параметрам окружающей среды по принципу опережающего отражения действительности (Eisenberg D.P. et al., 2010). Данных о сезонных аспектах функционирования организмов в условиях воздействия стрессорных факторов различной природы к настоящему времени накоплено недостаточно.
В связи с этим, актуальным является исследование сезонных закономерностей и особенностей функционального состояния нейросекреторной системы в условиях воздействия неблагоприятных факторов, в том числе тяжелых металлов.
Цель исследования – изучить сезонные закономерности и особенности свободнорадикальных процессов и морфофункционального состояния нейроэндокринных центров, на примере крупноклеточных ядер гипоталамуса, в обычных условиях и при интоксикации хлоридом кадмия у животных разного пола.
В соответствии с данной целью были определены следующие задачи:
1. Изучить сезонные особенности влияния соли кадмия на массу тела самцов и самок белых крыс.
2. Изучить особенности адаптационного поведения животных в условиях кадмиевой интоксикации.
3. Исследовать интенсивность перекисного окисления липидов в печени и головном мозге у животных разного пола в условиях кадмиевой интоксикации в разные сезоны года.
4. Изучить сезонные и половые особенности морфофункционального состояния крупноклеточных ядер гипоталамуса (СОЯ, ПВЯ).
5. Проанализировать влияние интоксикации хлоридом кадмия на функциональную активность супраоптичекого и паравентрикулярного ядер гипоталамуса в зависимости от сезона года и пола животных.
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены новые сведения о сезонных и половых особенностях перекисного окисления липидов в обычных условиях и при интоксикации хлоридом кадмия.
Выявлена цирканнуальная динамика морфофункционального состояния крупноклеточных ядер гипоталамуса у животных разного пола.
Впервые изучена сезонная динамика реакции супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса на интоксикацию, вызванную хлоридом кадмия.
Впервые проанализированы половые особенности функционального состояния супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса в условиях кадмиевой интоксикации.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Функциональная активность нейросекреторных нейронов супраоптических и паравентрикулярных ядер гипоталамуса зависит от сезона года и пола животного.
2. Изменения интенсивности свободнорадикального окисления при интоксикации хлоридом кадмия в разные сезоны года носят тканеспецифический характер. Степень и динамика изменений морфофункционального состояния супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса в этих условиях имеют сезонные и половые особенности.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований позволяют расширить представления о действии токсических веществ на функциональные системы организма.
Полученные результаты могут быть учтены при разработке нормативов, связанных с регламентированием допустимых воздействий на организмы с учетом пола и сезона года.
Проведенные исследования позволяют установить сезонные закономерности влияния токсического стресса на функциональное состояние крупноклеточных ядер гипоталамуса и интенсивность свободно-радикальных процессов.
Результаты исследований представляют теоретический и практический интерес для понимания адаптационных механизмов и механизмов воздействия токсических веществ на функциональные системы организма, а также имеют фундаментальное значение для токсикологии и экологической медицины. Полученные данные обосновывают необходимость учета сезона года и пола организма при организации экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные результаты данного исследования доложены и обсуждены на итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета (2006-2011), Международной научной конференции, посвященной 75-летию академика РАЕН, заслуженного работника высшей школы РФ, доктора биологических наук, профессора Д.Л. Теплого «Свободные радикалы, антиоксиданты и старение» (Астрахань, 2006), 6-й Международной биогеохимической конференции «Биохимия в народном хозяйстве: функциональные основы ноосферных технологий» (Астрахань, 2008), научной конференции РАЕ «Новые медицинские технологии» (Москва, 2009), международной отраслевой студенческой научно-технической конференции «П.О.И.С.К. - 2009» (Владивосток, 2009), международной научной конференции «Экологический мониторинг» (Турция (Анталия), 2010), международной научной конференции «Природопользование и охрана окружающей среды» (Франция (Париж), 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследований, обсуждения результатов исследований, заключения, выводов и списка литературы.
