Введение к работе
Актуальность проблемы.
1. Актуальность выбранного направления исследований. В функциональном статусе организма большое значение имеет эндокринная система, обладающая широким диапазоном регуляторных влияний. Она является важнейшим фактором гуморального контроля, координации и интеграции всех процессов жизнедеятельности. Особую роль система эндокринной регуляции играет в механизмах индивидуального развития, воспроизводства и иммунной защиты организма. При патогенных воздействиях компенсаторно-восстановительные реакции также протекают с непосредственным участием эндокринной системы.
Одним из основных направлений современной эндокринологии является изучение структурно-функциональных соответствий между состоянием инкретирующих клеток и уровнем их гормональных влияний в организме. В последние годы это направление все более успешно развивается в связи с разработкой новых методов, обладающих повышенной точностью. В результате исследователи стали фиксировать данные, вносящие элемент противоречивости в существующие представления о феномене внутренней секреции. Было, например, обнаружено, что в некоторых случаях клетки интенсивно производят гормональный продукт, но в кровь он поступает в незначительных количествах (Колесник и др., 1993; Рящиков и др., 1988; Khawaja et al., 1990). Подобного рода ситуации приобрели уже и клиническую значимость. В частности, в онкологической эндокринологии выделен новый класс опухолей - инциденталомы (Мамаева, 1997; Flecchia et al., 1995; Terzolo et al., 1998). При инциденталомах опухолевому перерождению подвергаются клетки, способные к активному синтезу гормональных веществ. Однако, концентрация соответствующего/их гормона/ов в крови нередко повышается лишь незначительно либо вообще остается нормальной.
Отмеченные противоречия могут иметь следующее объяснение. Методы, используемые для оценки состояния эндокринных клеток, характеризуют выведение гормона/ов во внеклеточное пространство. Дальнейшее поступление гормонального продукта в кровь определяется другим фактором - проницаемостью гематоцеллюлярной (ГЦ) системы в инкретирующем органе. Не исключено, что параметры потока гормональных молекул могут существенно меняться при прохождении через ГЦ-барьер. В частности, при равных значениях интенсивности клеточного экзоцитоза ГЦ-система потенциально способна с различной скоростью обеспечивать выведение гормона/ов в кровь. Следовательно, противоречивость получаемых данных может быть в определенной мере связана с неучитыванием влияний, оказываемых ГЦ-системой на процесс проведения гормональных молекул в русло гемоциркуляции. С этих позиций представляется очевидной актуальность настоящего исследования, в рамках которого впервые получены сведения о параметрах гормонопереноса из инкретирующей клетки в кровь и закономерностях его регулирования ГЦ-системой.
2. Актуальность разработки технологии количественного изучения транспорта кальцитонина (КТ) через гемато-С-целлюлярный (ГСЦ) барьер. С-клетки щитовидной железы (ЩЖ) синтезируют полипетидный гормон КТ и накапливают его в осмиофильных гранулах (см. обзорные публикации: Григорьев и др., 1992; Azria et al., 1995; Raue et al., 1993). При воздействии секреторных стимулов фанулы перемещаются к С-клеточному сосудистому полюсу и вступают в процесс экзоцитоза. Дальнейший транспорт КТ в кровь обеспечивается ГСЦ-системой.
Для изучения регуляторных влияний, оказываемых ГСЦ-системой на проходящий через нее поток КТ, необходимы сведения об основных параметрах гормонопереноса в ЩЖ. В свою очередь, задача идентификации параметров ГСЦ-транспорта характеризуется: 1) отсутствием исходной информации о скорости поступления КТ из С-клетки в ГСЦ-систему; 2)
ненаблюдаемостью процесса ГСЦ-переноса КТ существующими методами и 3) стохастичностью транспортного поведения ГСЦ-системы. Концептуально такая постановка задачи соответствует технологии камерного анализа. Однако, известные методы камерного анализа не позволяют оценить параметры транспорта КТ через ГСЦ-барьер. Попытка их применения приводит к непреодолимым техническим трудностям, связанным, например, с необходимостью подачи меченого КТ на вход ГСЦ-системы. Это обусловливает важность создания новой технологии, в рамках которой может быть найдено решение актуальной задачи идентификации параметров ГСЦ-транспорта КТ в ЩЖ.
3. Актуальность изучения регуляторной деятельности ГСЦ-системы в норме и при селективной фармакологической десимпатизации. Результаты выполненных нами ранее исследований позволили составить целостное представление о феноменологических и количественных аспектах ультраструктурной организации ГСЦ-системы в ЩЖ (Красноперое и др., 1994). Были выявлены и некоторые морфофункциональные соответствия, косвенно свидетельствующие о направленности интратиреоидной миграции КТ (Глумова, Красноперов, 1994). Однако, деятельность ГСЦ-системы по регулированию поступления КТ в кровь до настоящего времени не изучалась. Не были также получены характерные значения параметров ГСЦ-гормонопереноса [вероятности полного проведения КТ через ГСЦ-барьер (Рюо%), уровня ГСЦ-потерь КТ (RKt), биологической доступности (Fkt) и периода ГСЦ-полузадержки эндогенного КТ в ЩЖ (tie)]. В данной связи представляется актуальным изучение регуляторной деятельности ГСЦ-системы в нормальных условиях функционирования. Не менее важным является анализ особенностей ГСЦ-регулирования при патогенных воздействиях на организм. Вызывает, в частности, интерес рассмотрение ГСЦ-системы при селективной фармакологической десимпатизации, поскольку изменения С-клеток (Рящиков, 1989) и ультраструктуры ГСЦ-взаимодействия (Красноперов, 1995), обнаруженные у получавших гуанетидин
крыс, дают основания предполагать нарушение регулирования транспорта КТ вЩЖ.
Изучение ГСЦ-системы у десимпатизированных животных является актуальным не только с позиций общенаучного анализа сбоев в ее функционировании, вызванных разбалансированностью внешних регулирующих влияний. Патофизиологический аспект получаемых в эксперименте сведений не менее важен, так как гуанетидиновая десимпатизация имеет признанный клинический прототип - вегетативную полинейропатию с преимущественным поражением постганглионарных адренергических нейронов. Данный синдром нередко встречается при сахарном диабете, амилоидозе и злокачественных опухолях (Вейн и др., 1991; Ando et al., 1995; Dejgaard et al., 1996; Tanaka et al., 1997). Перечисленные заболевания иногда сопровождаются патологией кальциевого обмена (Хазанова и др., 1991; Niccoli et al., 1995), что в определенной мере может быть связано с нарушением эндокринной функции ГСЦ-системы в условиях адренергического дефицита.
Исследование вызванных гуанетидином отклонений в регуляторнои деятельности ГСЦ-системы необходимо и с учетом внедрения в клиническую практику новой схемы лечения рефлекторной симпатической дистрофии. Важным компонентом этой схемы является назначение КТ, чаще всего в комбинации с гуанетидином (Arlet et al., 1997; Gordon, 1996; Hamamci et al., 1996). На основе информации об изменениях параметров поступающего в кровь потока КТ у десимпатизированных гуанетидином крыс может быть улучшено понимание патофизиологических основ проводимой медикаментозной терапии.
В связи с вышесказанным несомненна актуальность изучения регуляторнои деятельности ГСЦ-системы в условиях нормального организма и при гуанетидиновой десимпатизации. Постановка и решение данной задачи в литературе нами обнаружены не были.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящего исследования являлось изучение влияний, оказываемых ГСЦ-системой на поток кальцитонина из С-клетки в кровь, у нормальных и десимпатизированных гуанетидином крыс.
Задачи исследования:
-
Разработать технологию идентификации параметров транспорта кальцитонина через ГСЦ-барьер.
-
Оценить параметры ГСЦ-гормонопереноса в щитовидной железе нормально развивавшихся крыс.
-
Выявить основные закономерности влияний, оказываемых ГСЦ-системой в норме на кинетику поступления кальцитонина в кровеносное русло.
-
Дать количественную характеристику процессу ГСЦ-гормонопереноса в щитовидной железе десимпатизированных гуанетидином особей.
-
Определить особенности регуляторной деятельности ГСЦ-системы при генерализованном поражении постганглионарных адренергических нейронов.
-
На основе полученных данных охарактеризовать участие ГСЦ-системы в механизмах компенсации отклонений, возникающих в системе эндокринной регуляции кальциемии у неонатально десимпатизированных крыс разного возраста.
Научная новизна. В настоящей работе впервые рассматриваются влияния, оказываемые ГСЦ-системой на поток КТ у нормальных и десимпатизированных гуанетидином крыс. Результаты исследования позволили выделить в регуляторной деятельности ГСЦ-системы два направления. Одно из них связано с обеспечением оптимальных значений Fkt-Второе направление предполагает сглаживание вариации потока КТ, идущего из С-клетки в кровеносное русло.
В сглаживающих реакциях ГСЦ-системы выделено две компоненты: емкостная и морфокинетическая. С применением аппарата теории случайных процессов определены условия эффективной реализации емкостного
механизма сглаживания. Проведен анализ ГСЦ-морфокинетики. Выяснено, что сглаживающая активность ГСЦ-системы связана с корреляцией между толщиной ГСЦ-интерстиция (тгсци) и численной плотностью сублеммальных гранул на сосудистом полюсе С-клетки (NVsg).
ГСЦ-система впервые изучена при гиперкапьциемии. В группе крыс с субхронической кальциевой нагрузкой показано снижение емкости интерстициальной составляющей ГСЦ-системы. При этом морфокинетическая корреляция "тгсци - Nvsg" отсутствует.
Получены неизвестные ранее данные об особенностях ГСЦ-транспорта у десимпатизированных животных. Выявлены и уточнены сдвиги, возникающие в системе эндокринной регуляции кальциемии. Оценено участие ГСЦ-системы в компенсации отклонений сывороточного кальция (Са) в динамике развития изменений, вызванных неонатапьным поражением постганглионарных адренергических нейронов.
В работе впервые описаны нарушения, затрагивающие способность ГСЦ-системы сглаживать вариацию проходящего через нее потока КТ. В патологический процесс оказываются вовлеченными, главным образом, механизмы морфокинетического регулирования. В особенности это выражено у 12-месячных десимпатизированных крыс, ГСЦ-система которых принципиально по-новому влияет на проходящий через нее поток КГ, усиливая его флюктуации. Емкостная компонента ГСЦ-регулирования остается относительно сохранной. Несколько меняется лишь диапазон колебаний КТ, сглаживаемых ГСЦ-системой.
Диссертационное исследование выполнено на основе ряда оригинальных разработок. Особое место среди них занимает новая технология изучения гормонального транспорта, базирующаяся на анализе дисперсии статистической связи между параметрами потока гормона на входе и выходе транспортирующей системы. В рамках данной технологии получены специальные математические формулы, позволяющие рассчитывать Rkt, Fkt и tin- Тем самым в практику научных исследований впервые вводится способ
идентификации параметров транспорта, применимый при изучении эндокринной деятельности различных ГЦ-систем.
В работе используется также ряд новых методов стереометрии ГЦ-барьеров, полученных на основе типологического анализа изображений ГЦ-барьеров в различных органах. Это позволило добиться большей точности результатов при изучении регуляторной деятельности ГСЦ-системы. Одна из разработок защищена патентом РФ.
Таким образом, в рамках настоящего исследования впервые выявлен и описан феномен изменения параметров гормонального потока при прохождении через ГЦ-систему, пространственно и микроанатомически обеспечивающей проведение гормона из инкретирующей клетки в кровь. Данный феномен рассматривается на примере ГСЦ-системы, т.е. системы сопряжения тиреоидной С-кпетки с перифолликулярным гемокапилляром. С помощью новой технологии исследования и соответствующего ей методического аппарата определены закономерности регуляторных влияний, оказываемых ГСЦ-системой на проходящий через нее поток КТ. При этом вопросы регулирования транспорта КТ из С-клетки в кровь рассматривались в условиях нормы и при селективной фармакологической десимпатизации, вызванной длительным введением гуанетидина. Некоторые предположения об устойчивости механизмов ГСЦ-регулирования проверялись в группе контрольных животных с субхронической кальциевой нагрузкой.
Научно-практическая значимость и рекомендации к использованию результатов работы. Результаты настоящего исследования характеризуют регуляторную деятельность ГСЦ-системы в ЩЖ. У нормально развивавшихся животных определены значения основных параметров ГСЦ-гормонопереноса. Показано, что при прохождении через ГСЦ-систему вариация потока КТ снижается. По всей видимости, это необходимо для защиты систем, воспринимающих гормональную информацию в крови и органах-мишенях, от высокоамплитудных и/или высокочастотных колебаний уровня КТ.
Проанализированы механизмы ГСЦ-регулирования в ЩЖ нормальных крыс. Определен диапазон флюктуации потока КТ, эффективно сглаживаемых
ГСЦ-системой в силу ее емкостных свойств. Рассмотрены регуляторные проявления ГСЦ-морфокинетики. Выяснено, что сглаживающий эффект достигается за счет некоторого уменьшения эффективности транспорта КТ. При этом потери эндогенного КТ в ГСЦ-системе не превышают 15%. Механизмы ГСЦ-регулирования изучены в динамике постнатального онтогенеза. У 1-месячных крыс проанализирована их устойчивость к субхронической кальциевой нагрузке.
Результаты исследования нормально развивавшихся животных демонстрируют физиологическую значимость влияний, оказываемых ГСЦ-системой на перенос КТ из С-клетки в кровь. Это позволяет рассматривать ГСЦ-систему в качестве фактора окончательной настройки параметров потока КТ, покидающего ЩЖ. Полученные данные углубляют современные представления о феномене внутренней секреции и демонстрируют новые возможности регулирования процесса поступления гормона из эндокринной клетки в кровь.
Новые факты об изменениях регуляторной деятельности ГСЦ-системы у десимпатизированных гуанетидином крыс также представляют определенный теоретический интерес. Показано, что с развитием патологических изменений ГСЦ-система утрачивает способность адекватно влиять на параметры проходящего через нее потока КТ. В частности, ослабевают сглаживающие воздействия: меняется ГСЦ-морфокинетика, у 6- и 12-месячных крыс суживается диапазон флюктуации КТ, сглаживаемых ГСЦ-системой в рамках емкостного механизма. Обнаруженные изменения не могут не сказываться на устойчивости системы кальциевого гомеостаза к отклоняющим и повреждающим факторам.
У десимпатизированных гуанетидином крыс проведен анализ сдвигов в системе эндокринного контроля кальциемии. Уточнена направленность изменений сывороточного Са, базальных уровней КТ и паратгормона (ПТГ). Определена степень вовлеченности ГСЦ-системы в компенсацию выявленных отклонений. Полученные результаты расширяют имеющиеся представления о
характере и выраженности нарушений кальциевого гомеостаза при дисбалансе вегетативных влияний в организме.
В диссертации предлагаются разработки, которые могут быть использованы при изучении регуляторнои деятельности ГЦ-систем и в других инкретирующих органах. Можно полагать, что особенно полезными для последующих работ в данном направлении являются технология исследования переноса КТ через ГСЦ-барьер и методы стереометрии ГЦ-систем. Важен также математический аппарат изучения транспортной и регуляторнои деятельности ГСЦ-системы, сформированный нами с применением методов иммитационного математического моделирования и положений теории случайных процессов. Особый интерес при этом вызывают уравнения, связывающие 1) уровень ГСЦ-потерь КТ (Rkt) со степенью их вариабельности (CVr) при заданной величине Van-сцп - частной дисперсии статистического прогноза, обусловленной Rkt, и 2) биологическую доступность эндогенного КТ (Fkt) с периодом его ГСЦ-полузадержки (ti/2).
Таким образом, результаты настоящего исследования являются основой нового научного направления по изучению влияний, оказываемых ГЦ-системами на процесс проведения гормональных молекул из инкретирующей клетки в кровь. В рамках данного направления могут, в частности, рассматриваться 1) механизмы и закономерности ГЦ-регулирования в эндокринных органах, 2) воздействие физиологических стимулов на регуляцию поступления гормонов в кровеносное русло, 3) нарушения регуляторнои функции ГЦ-систем при повреждающих воздействиях, 4) компенсаторно-восстановительные процессы, происходящие с участием ГЦ-систем, и 5) возможности фармакологической коррекции эндокринных нарушений, связанные с прямым и/или опосредованным влиянием на регуляторную деятельность ГЦ-систем.
Представляемые технология идентификации параметров
гормонального транспорта и соответствующий ей методический аппарат могут быть также полезны при решении любых аналогичных задач,
характеризующихся отсутствием исходной информации о скорости поступления вещества в транспортирующую систему и ненаблюдаемостью происходящих в ней процессов массопереноса. При работе в смежных предметных областях могут использоваться и предлагаемые нами методы стереометрического анализа ГЦ-барьеров. Это позволит сделать более комплексным изучение защитной и трофической функций ГЦ-систем.
Основные положения диссертационной работы могут быть внедрены в учебный процесс на кафедрах нормальной и патологической физиологии, общей патологии, гистологии, фармакологии и клинической эндокринологии в медицинских и других вузах при рассмотрении вопросов физиологии тиреоидных С-клеток, структурно-функциональной организации ГЦ-барьеров, эндокринной регуляции кальциевого гомеостаза, а также при изучении внутрижелезистых факторов регулирования инкреции и методов иммитационного математического моделирования.
Внедрение. Полученные результаты внедрены в учебный процесс на кафедрах патологической физиологии и общей патологии Московской медицинской академии имени И.М.Сеченова, кафедрах гистологии и эмбриологии Ижевской, Ивановской и Тюменской медицинских академий, а также используются в научно-исследовательской работе Центральной научно-исследовательской лаборатории Казанского медицинского университета, кафедр гистологии, нормальной анатомии, биологии и медицинской генетики Ижевской медицинской академии. Способ нанесения границ ГЦ-барьеров защищен патентом Российской Федерации No 2075080.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Регуляторная деятельность ГСЦ-системы в нормальных условиях и при патологических состояниях может изучаться с использованием новой технологии количественной оценки гормонального транспорта, суть которой заключается в анализе дисперсии статистической связи между параметрами потока гормона на входе и выходе транспортирующей системы.
-
ГСЦ-система в щитовидной железе нормально развивавшихся крыс способна регулировать перенос эндогенного кальцитонина из С-клетки в
кровеносное русло. Одним из основных направлений регуляторной деятельности ГСЦ-системы является сглаживание флюктуации проходящего через нее потока кальцитонина.
3. В условиях селективной фармакологической десимпатизации регуляторная деятельность ГСЦ-системы претерпевает существенные изменения. В динамике патологического процесса меняются параметры транспорта кальцитонина через ГСЦ-барьер. Обнаруживаются также нарушения сглаживающей активности ГСЦ-системы.
Апробация работы. Материалы настоящего исследования доложены и обсуждены на Всероссийской научной конференции "Компенсаторно-приспособительные механизмы внутренних органов и головного мозга в норме, патологии и эксперименте" (г. Тюмень, 1996), заседании Удмуртского отделения Всероссийского научного общества анатомов, гистологов и эмбриологов (г. Ижевск, 1997), Всероссийской научной конференции с международным участием "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (г. Москва, 1998), Всероссийской научной конференции "Закономерности морфогенеза и регуляции тканевых процессов в нормальных, экспериментальных и патологических условиях" (г. Тюмень, 1998), заседании кафедры медицинской информатики и статистики Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова (г. Москва, 1998) и IV Всероссийском съезде морфологов с международным участием (г. Ижевск, 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 17 - в центральной и международной печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, трех приложений и указателя литературы. Текст изложен на 233 страницах машинописи, иллюстрирован 47 рисунками и содержит 27 таблиц. Библиография включает 356 источников, в том числе 86 -на русском языке.
