Удк 612. 45. 001. 6-092: 612. 7 Надпочечники при адаптации организма к двигательным нагрузкам и гипокинезии (экспериментально-морфологическое исследование) 14. 00. 02 анатомия человека

Вид материала

Исследование

Содержание Научные консультанты Ольга Вениаминовна Бирюкова Павел Константинович Лысов Ведущая организация Актуальность темы. Объем и структура диссертации. Содержание работы. Название серий Надпочечники животных после небольших ИДДН Однократная предельная двигательная нагрузка При многократных двигательных нагрузках При многократных двигательных нагрузках Непродолжительное ограничение двигательной активности Для длительного ограничения двигательной активности

Подобный материал:

• З. А. Зорина удк 612. 821. 6 Исследование, 666.77kb.
• Удк 616. 36+616. 61]: 612. 22-085. 275, 84.05kb.
• Венозная система сердца при хронической сердечной недостаточности (клинико-морфологическое, 551.53kb.
• Дк 616. 34-001. 4: 612. 014, 341.48kb.
• Вопросы к экзамену по дисциплине «спортивная физиология», 205.39kb.
• Рабочей учебной программы дисциплины б в. 05. «Физиология физической культуры», 10.21kb.
• Индивидуальной адаптации организма спортсменов к тренировочным нагрузкам в скоростно-силовых, 696.97kb.
• Оценки адаптации к физическим нагрузкам васильков А. А. Южно-Уральский государственный, 78.92kb.
• Психофизиологические основы адаптации и дезадаптации, 377.67kb.
• Конспект лекций Павлодар удк 591. 1+612](057. 8) Ббк 28. 673я7, 1073.37kb.

На правах рукописи

СТЕЛЬНИКОВА Ирина Геннадьевна

УДК 612.45.001.6-092:612.7


НАДПОЧЕЧНИКИ ПРИ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА К ДВИГАТЕЛЬНЫМ НАГРУЗКАМ И ГИПОКИНЕЗИИ

(экспериментально-морфологическое исследование)


14.00.02 - анатомия человека


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора медицинских наук

МОСКВА, 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородская государственная медицинская академия Росздрава»

Научные консультанты:

академик РАМН, доктор медицинских наук,

профессор Михаил Романович Сапин,


доктор биологических наук,

профессор Ольга Вениаминовна Бирюкова

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Валентин Иванович Козлов, Российский университет дружбы народов (РУДН),


доктор медицинских наук, профессор Павел Константинович Лысов, Московская государственная академия физической культуры,


доктор медицинских наук, профессор Виктор Степанович Овченков, Российский государственный медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Ведущая организация -

Всероссийский институт лекарственных и ароматических растений Российской академии сельскохозяйственных наук ГУВИЛАР РАСХН

Защита диссертации состоится ”____“ ________________2007 г.

в____ часов на заседании диссертационного совета Д. 208.040.01

при Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова

(119991, Москва, ул. Трубецкая, д.8, стр.2)


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова (117998, Москва, Нахимовский пр., д. 49)


Автореферат разослан ”____”_____________2007 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор медицинских наук,

профессор Владимир Анатольевич Варшавский

Актуальность темы. Изучение адаптации организма к действию факторов внешней среды, в том числе к физической нагрузке, является актуальной проблемой. Двигательная активность характеризуется универсальностью (Аршавский И.А., 1980), в значительной степени определяя развитие организма и функционирование всех органов (Никитюк Б.А., 1997). Воздействуя на локомоторную систему, физическая нагрузка вовлекает в процессы перестройки сердечно-сосудистую, дыхательную системы, изменяет уровни физиологических, биохимических процессов, обладает возможностью влиять на все функции организма. Под “двигательной активностью” обычно понимаются как мышечные нагрузки, так и их ограничение – гипокинезия. Если вопросы, связанные с двигательными нагрузками, интересуют специалистов спортивной медицины, то изучение изменений в состоянии органов и систем вследствие ограничения двигательной активности, привлекает внимание работников клиник, военной, морской, авиакосмической медицины. Ограничение двигательной активности является в настоящее время неотъемлемой частью существования человека (Коваленко Е.А., Гуровский Н.Н., 1980; Кирилов О.И., Кириленко Л.А., 1988; Шапошников Е.А., 1987; Березовская В.И. и соавт., 2005). Центральным звеном в осуществлении приспособительных изменений в организме при действии различных режимов двигательной активности является эндокринная система и надпочечники – в частности. Это связано с тем, что надпочечники участвуют в регуляции обмена, деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, в энергетическом обеспечении процессов жизнедеятельности, в сохранении водно-электронного баланса и т.д. (Сапин М.Р., 1974; Виру А.А., 1980; Кочетков А.Г., 1981; Каширина Н.К., 2003; Nagаria H.S., 2003).

Двигательная активность сопровождается морфологическими перестройками в надпочечниках, что находит подтверждение в работах А.С. Панковой (1983), Т.И. Богдановой (1989), M. Kjaer (1997), S.K. Droste et all (2003), H. Kawashima (2004).

Однако внимание исследователей обычно обращено на какую-то одну совокупность структур: корковое или мозговое вещество, паренхима или строма органа и т.д. В большинстве работ отсутствовал индивидуальный подход к дозированию фактора и к анализу полученных результатов. Не в полном объеме представлены сведения о типологических особенностях надпочечников при действии на организм предельных нагрузок.

Настоящая работа является частью комплексного исследования кафедры нормальной анатомии Нижегородской государственной медицинской академии и группы адаптационной морфологии НИИ ПиФМ по изучению адаптации организма к различным режимам двигательной активности.

Цель исследования: изучение морфологических изменений в надпочечниках при действии на организм двигательных нагрузок разной величины и гипокинезии.

Задачи:

1. Изучить особенности строения надпочечников на органном, тканевом, клеточном, субклеточном уровнях при действии однократных, индивидуально дозированных двигательных нагрузок (ИДДН).
   
2. Определить структурные изменения в надпочечниках при воздействии на организм многократных двигательных нагрузок, формирующих длительный бег.
   
3. Исследовать изменения морфологии надпочечников при ограничении двигательной активности различной продолжительности.
   
4. Изучить с помощью морфометрических и электронно-микроскопических методов структурную организацию надпочечников контрольных животных.
   
5. Выявить типологические индивидуальные особенности надпочечников при действии на организм предельных двигательных нагрузок.
   

Научная новизна.

В работе впервые показано, что при действии на организм многократных двигательных нагрузок, формирующих длительный бег, изменения происходили, преимущественно, в корковом веществе надпочечников и проявлялись в увеличении: размеров клубочковой и пучковой зон коры, ядер эндокриноцитов, диаметра капилляров, оптической плотности продуктов реакции на ферменты, катализирующие образование стероидных гормонов.

Установлено, что при действии однократных двигательных нагрузок и гипокинезии различной продолжительности структурные перестройки происходят как в корковом, так и в мозговом веществе надпочечников. При этом однократные двигательные нагрузки (бег со скоростью 15 км/час в среднем 27 мин – небольшие нагрузки и бег со скоростью 15 км/час в среднем 193 мин – предельные нагрузки), непродолжительная гипокинезия (около 30-и суток) вызвали увеличение ширины всех зон, размеров ядер адренокортикоцитов и эпинефроцитов мозгового вещества, диаметра капилляров, а также повышение интенсивности реакции на НАД*Н₂ –дегидрогеназу. При действии на организм длительной гипокинезии (свыше 100 суток) в надпочечниках уменьшались: ширина зон коркового и мозгового вещества, размеры ядер клеток; увеличивался относительный объем, занимаемый волокнами соединительной ткани, наблюдалась атрофия части клубочков и выявлялись участки некроза паренхимы.

Новым является выявление двух основных типов организации структурных элементов надпочечников, которым, на уровне организма, соответствует высокий или низкий уровень работоспособности.

В работе впервые показано, что реакция структурных элементов надпочечника, характеризующих гистоэнзиматическую активность эндокриноцитов (интенсивность реакции на НАД*Н₂ –дегидрогеназу, сукцинатдегидрогеназу, 3β–оксистероиддегидрогеназу, щелочную фосфатазу), состояние капиллярного русла и стромы органа (относительный объем ретикулярных волокон) зависели от продолжительности действия двигательной нагрузки и гипокинезии.

С системных позиций представлены особенности строения надпочечника: клубочковой, пучковой зон и мозгового вещества на ультраструктурном, клеточно-тканевом, органном уровнях у экспериментальных животных и в контрольной группе.

Научно-практическая значимость исследования, внедрение результатов.

Настоящее исследование расширяет представления о закономерностях морфологических перестроек в надпочечнике при адаптации организма к двигательным нагрузкам и гипокинезии.

В работе продемонстрирована необходимость индивидуального подхода в дозировании факторов среды: двигательных нагрузок, гипокинезии, а также в анализе и трактовке полученных данных.

Показана важность изучения надпочечника у контрольных животных в связи с выраженным полиморфизмом состояния ферментных систем, стромы и паренхимы коркового и мозгового вещества.

Полученные в работе сведения об особенностях реакции надпочечников при действии на организм различных режимов двигательной активности и гипокинезии могут быть использованы в учебной программе кафедр морфологического профиля в разделе «эндокринная система и ее значение в адаптации организма к действию факторов внешней среды».

Выявленные изменения в органе при воздействии однократных, многократных мышечных нагрузок и гипокинезии расширят представления о механизмах адаптационных изменений надпочечников при действии различных факторов внешней среды и могут быть использованы в спортивной медицине, а также при профессиональном отборе на работы, связанные с особыми условиями труда (с высоким уровнем мышечных нагрузок либо при резком и длительном ограничении подвижности).


Основные положения, выносимые на защиту

1. Однократные и многократные индивидуально дозированные двигательные нагрузки, гипокинезия вызвали количественные и качественные перестройки в клубочковой, пучковой зонах и в мозговом веществе надпочечников на всех изученных нами уровнях: от ультраструктурного до органного.

2. Однократные индивидуально дозированные двигательные нагрузки (бег со скоростью 15 км/час в среднем 27 мин – небольшие нагрузки и бег со скоростью 15 км/час в среднем 193 мин – предельные нагрузки) приводили к изменениям морфологического состояния, которые проявлялись в повышении функциональной активности как коркового, так и мозгового вещества надпочечников, о чем свидетельствовало увеличение ширины зон, диаметра капилляров, размеров ядер эндокриноцитов, интенсивности реакции на НАД*Н₂ –дегидрогеназу и т. д.).

3. Многократные двигательные нагрузки (нагрузки до формирования увеличения времени бега – с 11 минут в первые дни тренировок до 60 и более минут в конце цикла тренировок) и три повторения циклов тренировок (три макроцикла) приводили к увеличению времени бега на 654,50 % и вызывали изменения преимущественно в корковом веществе надпочечников, о чем свидетельствовало увеличение ширины клубочковой и пучковой зон, размеров ядер адренокортикоцитов, диаметра кровеносных капилляров, интенсивности реакций на СДГ, 3β–оксистероиддегидрогеназу.

4. Непродолжительное ограничение двигательной активности (около 30 суток) вызывало адаптационные перестройки в корковом и мозговом веществе надпочечников, увеличивались: ширина зон, размеры ядер клеток, диаметр капилляров, интенсивность реакции на НАД*Н₂ –дегидрогеназу.

5. При длительном действии гипокинезии (более 100 суток) в веществе надпочечника развивалось состояние перенапряжения. Выявлялись дистрофические изменения: атрофия части клубочков, участки некроза паренхимы, увеличение относительного объема ретикулярных волокон. Уменьшались ширина зон, размеры ядер клеток, количество митохондрий и секреторных гранул в мозговом веществе.

Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации представлены в период с 1987 по 2007 на научном симпозиуме «Морфологическая реакция организма на физическую нагрузку и ее ограничения» (Горький, 1987), 2 Всероссийском съезде АГЭ (1988), I Респ. науч. конференции «Управление морфогенезом тканей и органов в процессах адаптации» (Иркутск, 1989), науч.-практ. конференции «Функциональная морфология сердечно-сосудистой и нервной систем в норме, патологии и эксперименте» (Ростов-на-Дону, 1990), XI съезде АГЭ (Полтава, 1992), 3 Всерос. Съезде АГЭ (Тюмень, 1994), VII-IХ Конгрессах Международной ассоциации морфологов (2002, 2004, 2006), на заседаниях кафедр нормальной анатомии человека НижГМА и ММА им. И.М. Сеченова.

Публикации. По теме исследования опубликовано 30 работ.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, главы “Материал и методы”, шести глав изложения собственных данных, обсуждения полученных результатов, выводов, списка литературы. Материалы диссертации изложены на 236 страницах машинописного текста, основной текст – на 195. Работа содержит 40 таблиц, 59 рисунков. Библиография включает 400 источников, из которых 248 отечественных и 152 иностранных.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Материалы и методы.

Работа выполнена на 89 собаках. Исследование на животных проведено в соответствии с приказом Минвуза СССР №742 от 13.11.84 «Об утверждении правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» и № 48 от 23.01.85 «О контроле за проведением работ с использованием экспериментальных животных».

Для стандартизации условий проведения эксперимента объектом наблюдения избрали собак, животных адекватно реагирующих как на ограничение, так и на увеличение двигательной активности и позволяющих использовать стандартную аппаратуру для проведения физиологических обследований. Выбор животных ограничили по полу (беспородные собаки-самцы), по возрасту (от 2 до 3 лет), по весу (масса в среднем составила 15,1±0,8 кг). Животных содержали в условиях вивария, где они проходили карантин и вакцинацию. Опыты с двигательной нагрузкой, забор экспериментального материала проводили в первую половину дня (с 9⁰⁰ до 12⁰⁰).

Серии эксперимента и количество животных в группах представлено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение животных по сериям и группам

Название серий	Название групп		Количество животных в группе	Количество животных в сериях
контрольные животные			14	14
Экспери-ментальные животные	Однократные двигательные нагрузки	Непродолжительный бег ( в среднем 27 мин)	8	75
		Предельная двигательная нагрузка (в среднем 193 мин)	20
	Многократные двигательные нагрузки	Один макроцикл тренировок	11
		Три макроцикла тренировок	10
	Ограничение двигательной активности	Непродолжительная гипокинезия (около 30 суток)	16
		Длительная гипокинезия (более 100 суток)	10

Двигательные нагрузки выполнялись на ленте тредмилла конструкции А.П. Сорокина и В.И. Губина (1971).

Однократные двигательные нагрузки (непродолжительный бег) – бег со скоростью 15 км/ч (в среднем 27 мин) характеризовались повышением частоты сердечных сокращений и ее стабилизацией на высоком уровне, увеличением глубины дыхания при снижении его частоты, возрастанием кислородного пульса (Бирюкова О.В., 2004; Бирюкова О.В., Кочетков А.Г., 2006). Критерием работоспособности животного служило время бега, в течение которого функциональные показатели сердечно-сосудистой и дыхательной систем поддерживались на оптимальном уровне. Индивидуальное дозирование двигательных нагрузок (ИДДН) проводилось по А.П. Сорокину, Г.В. Стельникову, А.П. Вазину (1977).

Предельные двигательные нагрузки – бег со скоростью 15 км/ч (в среднем 193 мин) вызывали увеличение частоты пульса к концу нагрузки в 2–3 раза, частота дыхания составила в среднем 292,2 цикла/мин.

Многократные двигательные нагрузки позволили увеличить время бега с 11 мин в начале эксперимента до 60 мин и более в конце тренировок (сформировать высокий уровень работоспособности). Подобный комплекс тренировок назван макроциклом (Сорокин А.П., Вазин А.Н., Кочетков А.Г., 1980; Кочетков А.Г., 2001).

Мы изучали особенности строения надпочечника после одного и трех макроциклов ИДДН. Количество тренировок в первом цикле нагрузок было от 16 до 20, прирост времени бега составил около 600 %.

При трех циклах двигательных нагрузок животные получили от 62 до 78 тренировок. Увеличение времени бега к концу эксперимента было, в среднем, на 654,50 %.

Моделирование гипокинезии осуществлялось путем содержания собак в клетках с изменяющимся объемом конструкции И.Г. Красных и соавт. (1974) в модификации Н.К. Эделевой и Ю.С. Дятлова (1978). Использование подобных клеток исключало нагрузку на опорно-двигательный аппарат собаки, обеспечивало ограничение двигательной активности и создавало возможность наблюдения и свободного доступа к животному.

В течение всего эксперимента по ограничению двигательной активности проводили оценку индивидуальных реакций организма, регистрируемых по совокупности физиологических и биохимических параметров, а также по поведению животных. В качестве основных критериев диагностики состояния собак были использованы показатели: потребление кислорода, вентиляционный эквивалент, частота сердечных сокращений, величина зубцов R и T электрокардиограммы.

Непродолжительное ограничение двигательной активности (около 30 суток) отличалось значительным подъемом потребления кислорода – на 50%, при нарастании частоты сердечных сокращений и резком увеличении вентиляционного эквивалента (на 35%) от исходного уровня. Длительная гипокинезия (более 100 суток) приводила к росту частоты дыхания и дыхательного эквивалента, снижению кислородного пульса и коэффициента использования кислорода.

Забор материала для морфологического исследования проводили после регистрации всех физиологических параметров, взятия крови для биохимических исследований. Наркозом послужил 10% раствор тиопентала натрия в расчете 0,5 мл на кг массы тела. В условиях управляемого дыхания рассекали переднюю брюшную стенку и извлекали надпочечники.

После осмотра и взвешивания правый надпочечник (НП) разлагали на стандартное количество кусочков. Первый кусочек помещали в 10% формалин, второй в ФСУ для заливки в блоки, третий – замораживали в изооктане, охлажденном до –70 º жидким азотом, последний кусочек использовали для электронно-микроскопического исследования.

Анатомические методы включали определение веса надпочечников, весового индекса надпочечник/почка (НП/П).

Для проведения гистологических методов использовали парафин-целлоидиновые срезы толщиной 5-7 мкм, которые окрашивали гематоксилином-эозином, по Ван Гизону, импрегнировали солями серебра по В.Я. Карупу (в модификации Юриной С.А., 1975) для выявления ретикулярных волокон. Гистоэнзиматические методы включали постановку реакций на ключевые ферменты метаболизма, такие как сукцинатдегидрогеназа (СДГ) по М.М. Nachlass et all (1957), НАД*Н₂ –дегидогеназа (НАД*Н₂ –ДГ) по D.Z. Scarpelli et all (1958), 3β–окси-стероиддегидрогеназа (3β–ОН–ДГ) по H. Levy, H.W. Deane, B.L. Rubin (1959), щелочная фосфатаза (ЩФ) методом азосочетания.

Электронно-микроскопически изучали ультратонкие срезы надпочечников, приготовленные на ультратоме LKB 3-808A. Кусочки фиксировали в глютаровом альдегиде на фосфатном буфере и дофиксировали в 2% растворе четырех окиси осмия по J.B. Coulfield (1957). Материал заливали в аралдит. Срезы контрастировали по E.S. Reynolds (1963). Просматривали их на электронном микроскопе УЭМВ 100В.

Биохимические методы включали определение глюкозы в крови и гликогена в печени глюкозооксидазным методом.

Измерение ширины зон надпочечника (клубочковой зоны – КЗ, пучковой зоны+сетчатой зоны – ПЗ, мозгового вещества – МВ), расстояния между капиллярами проводили окулярной линейкой, измерение диаметра капилляров – с помощью винтового окуляр-микрометра МОВ-1.

Для определения относительной площади, занимаемой ретикулярными волокнами во всех зонах надпочечника, использовали рисовальный аппарат РА-6 и фототелеграфное устройство «Нева».

Фотометрию (оптическую плотность препаратов) проводили на срезах после постановки гистоэнзиматических реакций при помощи морфометрической установки MACS-1005 (состоящей из Микроскопа ЛЮМАМ И-1, черно-белой видеокамеры Oscar CDD CAMERA «OS-45D», установленной на микроскопе, видеоблока ВБ-1, компьютера ABM PС-1005 и монитора для наблюдения исходного изображения). Эту же установку использовали для определения диаметра ядер эндокриноцитов.

Морфометрический анализ на субклеточном уровне проводили на электронных микрофотографиях при увеличении 10 000 раз (для клеток коркового вещества надпочечников) и 15 000 раз (для клеток мозгового вещества). Для определения относительного объема ультраструктур использовали точечную тест-систему из 357 точек.

Цифровой материал обрабатывали с применением методов вариационной статистки (Лакин Г.Ф., 1990; Автандинов Г.Г., 1990) с учетом изменчивости признака в пределах организма (Катинас Г.С. и соавт., 1969) на электронных вычислительных машинах типа IBM PS в программах Microsoft Excel 7.0 и Statistica 5.5.

Оценку индивидуальных морфологических особенностей животных проводили по методу С.Б. Стефанова (1974), определяли линейные корреляции по Пирсону. Был использован информационный анализ (Леонтюк А.С., Леонтюк Л.А., Сыкало А.И., 1980).