CC BY
14
Актуальт проблеми сучасно! медицини
УДК: 616.813-001.8-092.9
М0РФ0Л0Г1ЧН1 ЗМ1НИ МЕМБРАН М1Т0Х0НДР1Й НЕЙР0ЦИТ1В У ЩУРЯТ В УМОВАХ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН01 М0ДЕЛ1 Г1П0КС11 Похилько B.I., Розова К.В.*
Вищий державний навчальний заклад Украши «Украшська медична стоматолопчна академ1я», 1нститут ф1зюлогй' ¡м. О.О.Богомольця HAH Украши
У po6omi проведене досл{дження морфофункщоналъних змт Mimoxondpiü нейроцит1в стовбура мозку щурят в умовах експерименталъног мoделi гтоксп. Проведене дoслiдження виявило досто-eipHe збшъшення вiдсomка пошкоджених мimoxoндpiй у нейроцитах щурят, якг перенесли пoмi-рну гтокЫю стосовно ттактних тварин. У тварин, як перенесли тяжку гтокст, навпаки, вiдбуваemъся дoсmoвipнe зменшення кiлъкoсmi мтохондрш на mлi piзкoгo вipoгiднoгo зростання пошкоджених органел вiднoснo ттактних щурят.
Ключов1 слова: щур1, ппокст,нейроцити, мггохондрп.
Вступ
Перинатальна ппошя е одыею ¡з складових, пускових механ1зм1в в ланцюгу патолопчних реа-кцш, як1 приводять до широкого спектра нейросо-матичних вщхилень у новонароджених та д1тей [4]. Згщно з сучасними уявленнями саме при ппо-ксичних станах настае цта низка порушень енер-гетичного обмшу. Осктьки в норм1 основний ене-ргетичний обмш проходить на мембранах м1тохо-ндрш в ход1 кп1тинного дихання та окислювально-го фосфорилювання, саме «м1тохондр1альна ди-сфункц1я», змша проникносп Тх мембран (форму-вання специф1чного комплексу м1тохондр1альних пор й ¡нщшвання м1топтоза) при ппоксичних станах вщ1грае велику роль в порушены та декомпе-нсацй енергозабезпечення кп1тини [1,7]. Розвиток м1тохондр1альноТ дисфункцй призводить до зво-ротнього захоплення мед1атор1в (катехоламш1в, дофамша, серотонша) та швидкого зниження енергетичних запаав нейрональноТ кп1тини. Вщ-кривання пор проходить за рахунок окисления т1 -ольних груп цистешзалежних дтянок бтш внут-р1шньоТ мембрани м1тохондрш (АТФ/АДФ-антипортер), яке перетворюе його в проникний неспециф1чний канал - пору. Вщкривання пор перетворюе м1тохондр1ю ¡з «електорстанцш» в «топку» субстрат1в окисления без утворення АТФ [1].
Нервова тканина у новонароджених мае най-бтьш висою енергетичы потреби й виражену чу-тливють до IX змш [5,9]. Тому при тяжких перина-тальних ураженнях кшькюш та ямсы характеристики м1тохондрш взаемообумовлеы й взаемо-пов'язаы, тобто наростання числа м1тохондрш в орган1зм1 мае компенсувати якюн1 порушення кпн тинного енергообмшу [12].
В зв'язку з цим дослщження змш мембран м1то-хондрш в умовах ппоксичного ураження р1зного ступеня тяжкосп та корекц1я патолопчних змш при даних станах е актуальною проблемою як серед морфолопв, так \ кпшщиспв.
Мета роботи: дослщити морфофункциональ-ний стан м1тохондрш нейроцит1в стовбура мозку щурят в умовах експериментальноТ модел1 ппо-ксй.
Матер1али й методи
Для досягнення мети була вщтворена експе-риментальна модель rinoKcii за методикою, ада-птованою у вщдш1 вивчення ппоксичних сташв 1нституту ф1зюлогй ¡м. О.О. Богомольця НАН Украши. Критер1ем тяжкосп токсичного стану оргашзму обрано напруження кисню в артер1а-льнш KpoBi (Ра02). При Ра02 ^ 75 мм рт.ст. спо-стер1гаеться ппоксичний стан пом1рного ступеня, при Ра02 < 50 мм рт.ст. розвиваеться ппоксич-ний стан тяжкого ступеня з вираженою вторин-ною тканинною ппошею [3]. Пом1рну ппошю створювали шляхом розм1щення щур1в з 15-17-го дня BariTHOCTi, щоденно до полопв, по 2-i го-дини в герметичнш камер1 з постшним током га-зово'1 сумЫ 02+N2, яка мютила 12% кисню, та поглинанням вуглекислого газу. Тяжку ппошю створювали в1дпов1дно при застосуванш сумЫ 02+N2, яка мютила 7% кисню. Тварини утриму-вались з 12-годинним осв1тленням (з 8-1 по 20-у год. св1тло, з 20-1 по 8-у год. темрява). Електро-нно MiKpocKoni4Hi дослщження проводили за до-помогою MiKpocKoniB GEM -100 CX та TEM-120C. Для дослщження морфофункцюнального стану м1тохондрш нейроцит1в брали щентичш шматоч-ки тканини стовбура мозку щурят вщ тварин, як1 зазнавали дм rinoKcii. Ф1ксац1ю матер1алу здшс-нювали за загальноприйнятою методикою. 1ден-тифкацш процеав, що вивчались, зокрема пщ-рахування ктькосп м1тохондрш, вщсоток пошкоджених м1тохондрш, д1аметр та суму поверхонь м1тохондр1й, здшснювали за морфометричними методиками [10] та за програмою UTHSCSA Image Tool - Version 3.0 ( Texas, США).
Дослщження було проведено на 9 щурах (са-мицО та IX 20 щурятах з масою 30-35 г. Тварини були розпод1лен1 на пор1вняльну та дослщну групи. Пор1вняльну групу склали ¡нтактш тварини (n=8). Досл1дна група у свою чергу була розпод1-лена на дв1 п1дгрупи: щурята, як1 зазнали дй' по-MipHOi rinoKcii - II п1дгрупа (n=6) та III пщгрупа -тварини, як1 зазнали дй' тяжкоТ rinoKcii (n=6). Ме-тодолог1я проведения експерименту представлена на рис.1.
* Стаття е фрагментом науково-досл1дноГ роботи 1нституту nediampi'i, акушерства та г1некологП' АМН УкраГни «Роз-робити технологи' п/двищення ефективностi диагностики, профтактики та лжування ЦМВ iнфекцп та герпесу II типу у новонароджених eid шфкованих Mamepie» (державнийреестрацшний №V 01.05.Y000308)
BtCHHK Украгнсъког медичног стожатологЬчног академш
Рис. 1. Методолопя проведения експерименту
Результати та 1х обговорення
Отримаы результати виявили в1рогщно бтьший д1аметр м1тохондрш у щурят II та III пщгрупи пор1в-няно з цим показником у ¡нтактних тварин (табл.1), що може бути обумовлено двома основними причинами: набуханиям органел та змшами Тх енергетичного стану [8].
Таблиця 1
Юлькюний склад м1тохондрЮ, Тх диаметр, сума поверхонь в одиниц/' об'ему нейроцит1в щурят та Тх в!дсоткове ураження в
умовах експериментально'Тмодел! г'токсп
Досл1дн1 групи KinbKiCTb MiTOXOHfl-prn од/мкм2 (M+m) Питома вага ушко-джених м1тохондрш (%) Диметр MiToxoHfl-р1й -d, мкм Сума поверхонь м1тохондр1й в одиниц! об'ему - Sitot, мкм
1 niflrpyna - ¡нтактн1 тварини (n=8) 14, 5± 0,5 2,1 0,20±0,02 3,9±0,3
II niflrpyna тварини, як1 зазнали flii noMipHoi rinoKcii(n=6) 13,6 ±0,8** 6,4 * ** 0,34±0,04* 4,8±0,5*
III niflrpyna - тварини, яи зазнали flii тяжкоТ rinoKCii (n=6) 8,0±0,6* 17,0* 0,41±0,02* 3,2±0,2*
* р<0,05 в1дносно показниюв у щурщ I глдгрупи
**р<0,05 вщносно показниив у щурш III п1дгрупи
Л1тературн1 джерела св1дчать, що набухання органел може здшснюватися як за рахунок змш проникност1 м1тохондр1альних мембран, так i за-вдяки конформац1йним (або ¡ншим структурним) перебудовам, що призводить до вщповщних зм1н енергетичного метабол1зму, а саме актива-цп синтезу АТФ, чи гл1кол1зу. При цьому слщ вказати на таку особлив1сть. Якщо у тварин II п1дгрупи збтьшення максимального д1аметру Mi-тохондр1й складало у середньому 70%, що мож-на розглядати одним з показниш переходу органел у енергезований стан, то у щурят III пщгрупи дослщжуваний параметр змшювався б1льш, н1жу 2 рази. Так1 зм1ни, що прийнято вва-жати незворотн1м набуханням, tIcho пов'язан1 ¡з загибеллю м1тохондр1й та ix деструкц1ею [2].
Змши суми поверхонь м1тохондр1й мають pi3-носпрямований характер, зокрема у тварин при
пом1рнш rinoKCii даний показник достов1рно 6i-льший, шж у щурят ¡нтактноТ п1дгрупи (4,8±0,5 мкм2 проти 3,9±0,3 мкм2, р<0,05), тод1 як у тварин, що зазнали дм тяжко'1 rinoKCii' (III пщгрупа), -достов1рно менший (р<0,05). Сл1д звернути увагу на той факт, що в нейроцитах щурят, як1 перенесли тяжку ппошю (III п1дгрупа) зменшення за-гальноТ к1лькост1 м1тохондр1й досягае 1,8 рази (табл1.), а зменшення суми Тх поверхонь вщбу-ваеться лише на 18%, тобто можна припустити, що окр1м загальноТ зм1ни ктькосп органел, пе-реважна 61льш1сть останшх знаходилася саме в стан1 незворотного набухання та не здатна була виконувати своТ енергозабезпечуюч1 функц1Т. У тварин же II пщгрупи сшввщношення ктькосп м1тохондр1й, Тх д1аметру та суми поверхонь мають бтьш оптимальний характер, а саме - пом1-рне зростання д1аметр1в при практично стабть-
Актуальн проблеми сучасно! медицини
нш кшькосп (табл.1.).
Ми вважаемо, що саме зменшення суми пове-рхонь мпюхондрш в одиниц1 об'ему у щурят III пщгрупи може розглядатись як свщчення б1льш тяжких та незворотних зм1н в структур! mItoxoh-др1ального апарату нейроцит1в та в1дпов1дно по-рушення енергетичного метабол1зму.
Досл1дження показало, що у щурят, як1 зазнали дм тяжкоТ rinoKcii, вщбуваеться достов1рне зменшення к1лькост1 м1тохондр1й пор1вняно з тваринами ¡нтактноТ групи 8,0±0,6 од/мкм2 проти 14, 5± 0,5 од/мкм2 (р<0,05). При цьому у щур1в II п1дгрупи при електроннш м1кроскоп1| вщм1чаеть-ся велика ктькють везикулярних м1тохондрш на тл1 зруйнованих форм (рис. 2.). Так, проведене досл1дження виявило достов1рно б1льшу р1зницю в1дсотка пошкоджених м1тохондр1й у тварин III п1дгрупи у пор1внянн1 3i щурятами II п1дгрупи 17,0% проти 6,4% (р<0,05). Наявн1сть м1тохонд-рш з тубуло-везикулярними кристами прийнято розглядати як св1дчення високоТ активност1 син-тетичних процеав в кл1тинах [11].
Рис. 2. Везикулярж м^охондрп на Tni зруйнованих форм при пом1рнш rinoKcii. vMX - везикулярж форми мтохондрм. 36. 9600.
У щурят III пщгрупи констатована в1рог1дно 6i-льша к1льк1сть м1тохондр1й в стадЛ руйнування пор1вняно з тваринами II та ¡нтактноТ п1дгруп, в1дпов1дно 17,0 % проти 6,4% у тварин II пщгрупи (р<0,05) та 2,1% у щурят I пщгрупи (р<0,05). При цьому в ушкоджених м1тохондр1ях тварин III пщгрупи вщм1чаеться деструкц1я та дискомп-лексац1я крист, руйнування внутр1шньоТ та/або зовшшньоТ м1тохондр1альних мембран, часто у органели збережена т1льки оболонка завдяки ri-дрол1зу залишк1в м1тохондрш, або подекуди мае м1сце IX ¡нкапсуляц1я (рис.3). Остання стад1я змш е одним з можливих шлях1в запуску апоптотич-ноТ програми в кл1тин1 [11].
Наше досл1дження показало, що пщ д1ею rinoKcii у тварин також йде мозаТчне руйнування Mi-елшу, яке найбтьш виражене при тяжкш rinoKcii i викликае деструкцш з елементами набряку (рис.4.). Даш зм1ни можуть бути пусковими у розвитку судом [6].
Рис.3. Pi3Hi стадп деструкцп мтохондрм при тяжш rinoKcii. MX - м1тохондрГ|, dMX - деструкцт м1тохондрш, ¡MX -¡нкапсуляц1я MiTOXOHflpii. 36. 6400.
Наше дослщження показало, що пщ д1ею rinoKcii у тварин також йде мозаТчне руйнування Mi-елшу, яке найбтьш виражене при тяжкш rinoKcii i викликае деструкцш з елементами набряку (рис.4.). flaHi змши можуть бути пусковими у розвитку судо^б].
Рис. 4. МозаТчне руйнування MieniHy при тяжкш rinoKcii'. Е -набряк, D - деструкцт. 36. 8000.
При електронном1кроскоп1чних дослщженнях нами виявлено наявнють «структурного дистре-су» м1тохондрш в кл^инах мозку у щурят III пщгрупи: на тл1 практично'! вщсутносп юних форм м1тохондрш спостер1галися yci стади загибел1 Mi-тохондрш - Bifl набряку до повного розчинення, -що пщтверджуе незворотнють саме структурних змшдоопщж^ваних органел (рис.5.).
ШШ
Рис. 5. «Структурний дистрес» мтохондрм нейроцитщ щурят на фож тяжко!' ппоксм. MX - MiTOXOHflpii, dMX - деструкцт мтохондрш, rMX - розчинення мтохондрш. 36. 6400.
BÎCHHK Украгнсъког медичног' cm оматолог in ног' академИ'
Висновки 3.
1. У щурят, як1 зазнали дм' n0MipH0ï rinoKciï 4 до народження при експериментальному дослщжены, спостер1гаеться достов1рне збтьшення BiflcoTKa пошкоджених mîto-хондрш у нейроцитах стовбура мозку 5.
в1дносно даного показника в ¡нтактних тварин.
2. В умовах створення експериментально'Г модел1 тяжко'1' rinoKciï у щурят вщбува-еться достов1рне зменшення ктькосп Mi-тохондрш на тл1 р1зкого BiporiflHoro зрос-тання пошкоджених органел пор1вняно з тваринами ¡нтактно'Г групи.
3. Даш отриманого експериментального дослщження дають можливють розроби-ти HOBi пщходи при застосуванш виновно'! Tepaniï новонароджених, ям перенесли перинатальну асфкаю.
Л1тература
1. Беленичев И.Ф. Митохондриальная дисфункция при церебральной патологии. Нейропротекция цереброкури-ном/ И.Ф. Беленичев, Ю.М. Колесник, C.B. Павлов [и др..] // Международный неврологический журнал. - 2008. - №4(20). -С. 20-26.
2. Вельтищев Ю.Е. Место и значение нарушения бюенер-гетики организма в патологи детского возроста. Клинические и патогенетические проблемы нарушений клеточной енергетики (митохондриальная патология). - М., 1999. - С.3-4.
Вторичная тканевая гипоксия / Под ред. А.З.Колчинской. - К.: Наукова думка, 1983. - 254 с. Гончарова О.В. Современные биохимические критерии д1агностики перинатальных гипоксических поражений ЦНС у новорожденных детей/ О.В. Гончарова, М.И. Баканов, А.Г. Муталов [и др..]// Российский педиатрический журнал.-2007.-№4.-С. 13-18.
Краснопольская К.Д. Наследственные митохондриаль-ные болезни: методические подходы к диагностике и лечению: Информ. письмо // Бюл. об-ва мед. генетиков.-1997.-№1.- С.9-18.
6. Мартынюк Ю.В. К вопросу об эффективности медикаментозной терапии перинатальных поражений нервной системы у дерей в раннем восстановительном периоде //Матерели науково-пратичноТ школи-семшару «Сучасы принципи ¡нтенсивноТ Tepanii та виходжування новонароджених». -2005.- Судак.- С. 29-34.
7. Нагорная Н.В. Энергетический обмен клетки в норме и патологии. Возможности его оценки/ Н.В. Нагорная, H.A. Четверик, A.A. Федорова, Я.В. Куриленко // Здоровье ре-бенка.-2008.-№5(14). -С. 69-71.
8. Судакова Ю.В., Бакеева Л.Е., Цыпленкова В.Г. Энергозависимые изменения ультраструктуры митохондрий ка-рдиомиоцитов человека при алкогольном поражении сердца // Архив патологии. - 1999. - № 2. - С.15-20.
9. Сухоруков B.C. Митохондриальная природа миокардио-патий у детей/ B.C. Сухоруков, А.И. Клембовский , В.В. Невструева //Арх. патол.-1997;59:12-18.
10. Ташке К. Введение в количественную цито-гистологическую морфологию. Изд-во академии социалистической республики Румынии, 1980. - С.78-80.
11. Karbowski M., Youle R.J. Dynamics of mitochondrial morphology in healthy cells and during apoptosis // Cell Death and Differentiation. - 2003. - N 10. - P. 870-880.
12. Schapira A.M. Mitohondrial disorders // Biochim Biophys Acta. - 1999. - V. 1410. - P. 99-102.
Реферат
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ МЕМБРАН МИТОХОНДРИЙ НЕЙРОЦИТОВ У КРЫСЯТ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ГИПОКСИИ Похилько В.И., Розовая К.В.
Ключевые слова: крысы , гипоксия, нейроциты, митохондрии.
В работе проведено исследование морфофункциональных изменений митохондрий нейроцитов ствола мозга у крысят в уело -виях экспериментальной модели гипоксии. Проведенное исследование выявило достоверное увеличение процента поврежденных митохондрий у нейроцитах крысят, которые перенесли умеренную гипоксию относительно животных интактной группы. У крысят, которые перенесли тяжелую гипоксию, происходит достоверное уменьшение количества митохондрий на фоне вероятного увеличения поврежденных органелл относительно интактных животных.
MORPHOLOGICAL CHANGES IN NEUROCYTE MITOCHONDRIAL MEMBRANES IN INFANT RATS UNDER EXPERIMENTAL
HYPOXIA MODELING
Pokhylko V.I., Rosova K.V.
Key words: rats, hypoxia, neurocytes, mitochondria
The paper represents the investigation of morphofunctional changes of brain steam neurocyte mitochondria in infant rats under hypoxia modeling. The investigation has shown the reliable increasing of damaged mitochondria percentage in neurocytes of infant rats experienced moderate hypoxia in comparison with the intact animals. The infant rats which had experienced severe hypoxia showed the reliable decreasing in mitochondria against the background of likely increasing in damaged organelles relative to the intact animals.
