Морфофункциональная характеристика тимуса и селезенки при пищевой депривации и информационной нагрузке у мышей линии BALB/c

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТИМУСА И СЕЛЕЗЕНКИ ПРИ ПИЩЕВОЙ ДЕПРИВАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКЕ У МЫШЕЙ ЛИНИИ BALB/c

М.В. Кондашевская1, М.Е. Диатроптов1, М.А. Диатроптова1, К.А. Никольская2, В.В.Серкова2

1. ФГБУ «НИИ морфологии человека» РАМН, Москва;

2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра сравнительной физиологии высшей нервной деятельности человека и животных, Москва

Кондашевская М.В., Диатроптов М.Е., Диатроптова М.А., Никольская К.А., Серкова В.В. Морфофункциональная характеристика тимуса и селезенки при пищевой депривации и информационной нагрузке у мышей линии BALB/c / // Клиническая и экспериментальная морфология 2013 № 1 (5). С. 39-44.

Клиническая и экспериментальная морфология 2013 № 1 (5). С. 39-44

УДК: 612.8; 591.1:577.27:611.018

В работе представлен анализ состояния функциональных зон тимуса и селезенки у мышей-самцов линии BALB/c при обычном пищевом режиме, периодической пищевой депривации (24ч в течение 30 сут) и информационной нагрузке (30 сут), сопровождающей выработку пищевого поведения (на фоне пищевой депривации 24 ч) в многоальтернативном лабиринте (обучение). При пищевой депривации и информационной нагрузке обнаружены морфофункциональные признаки активации тимуса и селезенки. Выявленные щадящие способы активации иммунной системы, могут быть использованы для восстановления утраченных когнитивных и поведенческих функций, особенно у возрастных пациентов.

Ключевые слова: пищевая депривация, информационная нагрузка, тимус, селезенка, иммунная система

иммунный тимус селезенка пищевой

Относительно недавно было показано, что состояние иммунной системы играет важную роль в проявлении когнитивных возможностей у животных и человека. Y. Ziv и соавт. обнаружили, что необходимый компонент при обучении - активация нейрогенеза в гиппокампе, форсируется при рекрутировании Т-лимфоцитов, тогда как нейрогенез значительно снижен у иммунодефицитных мышей [15]. N. Ron-Harel и соавт. наблюдали улучшение пространственной памяти у мышей при стимуляции пролиферации лимфоцитов, сопровождающейся увеличением репертуара Т-лимфоцитов и, напротив, ухудшение пространственной памяти - при воздействии факторов, вызывающих инволюцию тимуса [13].

Проблема поиска условий, приводящих к активации иммунной системы, занимает особое место в современной медицине. С этой целью часть исследователей разрабатывает лекарственные препараты, обладающие направленным действием на определенные звенья реакции иммунной системы [14], тогда как другие занимаются поиском профилактических мер и лечебных воздействий. Среди последних особое место в настоящее время занимает ограничение калорийности и количества пищи, лечебное голодание. Пищевая депривация (принудительное голодание) широко используется для создания мотивационного состояния при вовлечении животных в когнитивный процесс, сопровождающийся информационной нагрузкой. При этом одни исследователи не обнаруживают изменений состояния иммунной системы [10], тогда как другие отмечают ее активацию [11, 13]. В связи с отсутствием однозначных данных, изучение влияния информационной нагрузки на функциональное состояние иммунной системы, является актуальным.

Цель работы - изучить морфофункциональное состояние органов иммунной системы - селезенки и тимуса при информационной нагрузке у мышей-самцов линии BALB/c.

Материалы и методы

Эксперименты выполнены на 30 мышах-самцах линии BALB/c (масса тела 20-22 г, питомник «Столбовая»), которых содержали по 10 особей в отдельных клетках. В помещении поддерживался фотопериод, имитирующий естественный для Москвы световой день, и постоянная температура +240С. Исследования выполнены в период январь-февраль. При работе с экспериментальными животными руководствовались приказом Минздравсоцразвития России от 23 августа 2010 г. № 708н.

Были сформированы 3 группы мышей линии BALB/c: 1-я группа (1-й пассивный контроль, n=10) - животных содержали при свободном доступе к пище; 2-я группа (2-й контроль, n=10) - мышей подвергали периодической пищевой депривации (24 ч, через сут) в течение 30 сут; 3-я группа (опытная, n=10) - животных, подвергали информационной нагрузке в течение 30 сут.

В качестве информационной нагрузки животным предъявляли сложную пищедобывательную задачу в многоальтернативном лабиринте (обучение), алгоритм решения которой представлял собой 4-звенную последовательность оперантных действий. При индивидуальном помещении в свободное поле животное должно было самопроизвольно войти в лабиринт посетить одну или две подкрепляемые кормушки из четырех имеющихся (2 ложные) самопроизвольно выйти в свободное поле через один из двух выходов для того, чтобы вновь, войдя в лабиринт, иметь возможность получить подкрепление в тех же кормушках. Подробное описание поведенческой модели имеется в ряде публикаций [5, 6, 7, 8]. Информационная нагрузка осуществлялась на фоне пищевой депривации в течение 24 ч - в те же дни, что и у животных 2-й группы, длительность опыта составляла 13 мин.

После завершения эксперимента животных выводили из эксперимента передозировкой диэтилового эфира сразу после окончанию обучения в многоальтернативном лабиринте. Тимус и селезенку фиксировали в растворе Буэна в течение 24 ч. Фиксированный материал проводили по спиртам восходящей концентрации (70є, 80є, 96є, 100є) и хлороформу, заливали в парафин. Морфометрическое исследование тимуса и селезенки проводили в гистологических препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином. Объемную плотность функциональных зон тимуса и селезенки оценивали под световым микроскопом методом точечного счета с помощью стандартной сетки, вмонтированной в окуляр микроскопа при ув. 200 [1].

Регистрацию и первичный анализ данных осуществляли с помощью компьютерной программы Labyrinth - авторы программы А.И. Осипов и К.А. Никольская [8]. Для статистической обработки использовали пакет прикладных программ STATISTICA 6.1. Достоверность различий между выборками оценивали по U-критерию Манн-Уитни. Различия считали статистически значимыми при p<0.05.

Результаты исследования

При гистологическом исследовании тимуса мышей BALВ/c, содержавшихся при свободном доступе к пище и воде (1-я группа - пассивный контроль), установлено, что этот орган имел нормальное гистологическое строение, без каких-либо особенностей. Границы между корковым и мозговым слоями были четкими, в мозговом слое определялись единичные тимусные тельца, образованные скоплениями из 4-8-и ретикулярных эпителиоцитов. Субкапсулярная зона, была представлена 6-8-ю рядами лимфобластов (рис. 1А). Морфометрическое исследование выявило, что наибольшую площадь гистологического среза тимуса занимал корковый слой, показатель объемной плотности мозгового слоя был почти в 2 раза меньше (табл.).

Результаты световой микроскопии показали, что у мышей BalВ/c, содержавшихся в режиме периодической пищевой депривации (2-й контроль), на фоне незначительного уменьшения коркового слоя наблюдалась тенденция к увеличению мозгового слоя и толщины субкапсулярной зоны, представленной 8-12-ю рядами лимфобластов (рис. 1Б, табл.). Так же, как и в 1-й группе контроля, в мозговом слое определялись единичные тимусные тельца, образованные скоплениями из 4-8-и ретикулярных эпителиоцитов. При морфометрическом исследовании тимуса у мышей этой группы, отмечено достоверное, по сравнению с 1-й группой пассивного контроля, увеличение (на 39.34%) толщины субкапсулярной зоны (рис. 1Б, табл.).

Информационная нагрузка на фоне пищевой депривации усилила реакцию тимуса, обнаруженную у 2-й группы контроля. В результате, корковый и мозговой слои оказались приблизительно равны, еще больше увеличилась субкапсулярная зона тимуса, в которой можно было различить 14-20 рядов лимфобластов (рис. 1В, табл.). Увеличения числа и размеров тимусных телец в мозговом слое не отмечено. Морфометрическое исследование выявило, что у этой группы мышей наименьший из всех экспериментальных групп показатель отношения коркового слоя к мозговому слою и наибольший показатель толщины субкапсулярной зоны (рис. 1В, табл.). Показатель толщины субкапсулярной зоны достоверно отличался от показателей обеих групп контроля, тогда как показатель отношения коркового слоя к мозговому слою достоверно отличался (уменьшался на 41.79%) лишь от значений показателя 1-го пассивного контроля (табл.).

Ни у одной группы мышей не выявлено в корковом слое тимуса картины «звездного неба», возникающей в результате индукции апоптоза Т-лимфоцитов и, соответственно, увеличения количества активированных макрофагов, фагоцитирующих окружающие лимфоциты [2, 4].

Селезенка интактных животных 1-го пассивного контроля имела нормальное гистологическое строение. Отмечено преобладание красной пульпы, которая составляла 52-57% от объема органа (рис. 2А, табл.). По сравнению с этой группой, ни у одной экспериментальной группы не отмечено достоверных различий по объемной плотности зоны периартериальных лимфоидных муфт (ПАЛМ).

У мышей, подвергавшихся периодической пищевой депривации (2-й контроль), по сравнению с группой интактных животных, получавших пищу ad libitum (1-й пассивный контроль), наблюдалось достоверное увеличение (в 1.5 раза) соотношения белой и красной пульпы селезенки за счет увеличения объемной плотности лимфоидных фолликулов (в 2.5 раза) (рис. 2Б, табл.).

У мышей, подвергавшихся информационной нагрузке, показатель соотношения белой и красной пульпы селезенки был практически сходен с таковым у интактных животных (1-й пассивный контроль), несмотря на периодическую пищевую депривацию во время обучения (табл.). В тоже время этот показатель оказался достоверно меньше (в 1.4 раза), чем у группы животных, подвергавшихся периодической пищевой депривации (2-й контроль) (рис. 2В, табл.). Показатель объемной плотности лимфоидных фолликулов отличался лишь от показателя группы 1-го пассивного контроля - он был почти в 2 раза больше (рис. 2В, табл.).

Обсуждение

В настоящем исследовании установлено, что предъявляемые условия эксперимента - пищевая депривация и воздействие информационной нагрузки приводят к неспецифическим физиологическим реакциям со стороны таких важных органов лимфопоэза и иммуногенеза, как тимус и селезенка. Наиболее чувствительной к действию исследуемых факторов оказалась субкапсулярная зона тимуса, представляющая собой несколько слоев лимфобластов - малодифференцированных предшественников всех популяций тимоцитов. Неспецифическими адаптивными реакциями отвечали корковое и мозговое вещество тимуса, в первом из которых осуществляется созревание и дифференцировка Т-лимфоцитов, а во втором содержатся зрелые Т-лимфоциты [9]. Реакция тимуса на достаточно длительные воздействия (30 суток), применяемые в нашем эксперименте, была физиологической, так как не наблюдалось инволютивных изменений тимуса - увеличения числа и размеров тимусных телец в мозговом слое, картины «звездного неба» в корковом веществе [2, 4]. Зарегистрированные нами изменения функциональных зон тимуса, в частности, расширение субкапсулярной зоны, расцениваются Т.Е. Ивановской и соавт., как усиление функции органа [3]. Активацией функции селезенки можно объяснить реакцию со стороны белой пульпы - увеличение лимфатических фолликулов, являющихся В-зависимой зоной.

Расширение субкапсулярной зоны в сочетании с уменьшением отношения корково-мозгового вещества, свидетельствуют об интенсификации пролиферации, ускорении дифференцировки и активации рекрутирования Т-лимфоцитов [4]. Имеются сведения, что интенсификация пролиферации и усиление эмиграции Т-лимфоцитов из тимуса в органы-мишени способствует поддержанию, а также восстановлению утраченной с возрастом пространственной памяти [13, 15]. Одним из возможных механизмов, участвующих в этих процессах, является форсирование, при рекрутировании Т-лимфоцитов, активации нейрогенеза в гиппокампе [15].

В проведенных нами ранее экспериментах на крысах, при изучении влияния информационной нагрузки на органы иммунной системы, были отмечены сходные изменения функциональных зон тимуса и селезенки, однако в этих опытах не предусматривалось формирование группы контроля, подвергающейся пищевой депривации [5, 6].

Таким образом, обнаруженные в настоящем исследовании щадящие способы активации иммунной системы - пищевая депривация и информационная нагрузка в виде обучения, могут быть использованы для улучшения или восстановления утраченных когнитивных и поведенческих функций, особенно у возрастных пациентов.

Литература

1. Автандилов Г.Г. Основы количественной патологической анатомии /Г.Г. Автандилов. - М.: Медицина, 2002. - 240 с.

2. Зайратьянц О.В., Бершанская А.М. Строение и развитие вилочковой железы /О.В. Зайратьянц, А.М. Бершанская В кн. Харченко В.Г. и др. Болезни вилочковой железы. - М.: «Триада-Х», 1998. - С. 6-46.

3. Ивановская Т.Е., Зайратьянц О.В., Леонова Л.В., Волощук И.Н. Патология тимуса у детей /Т.Е. Ивановская, О.В. Зайратьянц, Л.В. Леонова, И.Н. Волощук. - Санкт-Петербург.: СОТИС, 1996. - 271 с.

4. Кветной И.М., Ярилин А.А., Полякова В.О., Князькин И.В. Нейроэндокринология тимуса / И.М. Кветной, А.А. Ярилин, В.О. Полякова, И.В. Князькин. - Санкт-Петербург, 2005. - 157 с.5. Кондашевская М.В. Морфофункциональные и психофизиологические эффекты высокомолекулярного гепарина: автореф. дис. д-ра биол. наук /М.В. Кондашевская. - М., 2006. - 47 с.

6. Кондашевская М.В. Гепарин - новая парадигма эффектов действия. /М.В. Кондашевская. - М.: Студия МДВ, 2011. - 276 с.

7. Никольская К.А., Кондашевская М.В. Психостимулирующие эффекты высокомолекулярного гепарина при внутрибрюшинном введении крысам линии Вистар /К.А. Никольская, М.В. Кондашевская // Журн. высш. нервн. деятельности. - 2001. - Т. 51, № 2. - С. 63-69.

8. Никольская К.А., Савоненко А.В., Осипов А.И. и др. Информационная роль инстинкта при организации целенаправленного поведения /К.А. Никольская, А.В. Савоненко, И.А. Осипов и др. // Успехи совр. биол. - 1995. - Т. 115, № 4. - С. 390-396.

9. Яглов В.В., Яглова Н.В. Основы частной гистологии /В.В. Яглов, Н.В. Яглова -- М.: КолосС, 2011. - 431 с.

10. Carney E.W., Zablotny C.L., Marty M.S. The effects of feed restriction during in utero and postnatal development in rats / E.W. Carney, C.L. Zablotny, M.S. Marty // Toxicol. Sci. - 2004. - V. 82. N. 1. P. 237-249.

11. Fernandes G., Venkatraman J.T., Turturro A. Effect of food restriction on life span and immune functions in long-lived Fischer-344 x Brown Norway F1 rats / G. Fernandes, J.T. Venkatraman, A. Turturro // J. Clin. Immunol. 1997. V. 17. N. 1. P. 85-95.

12. Ramon S., Gao F., Serhan C.N., Phipps R.P. Specialized proresolving mediators enhance human B cell differentiation to antibody-secreting cells / S. Ramon, F. Gao, C.N. Serhan, R.P. Phipps // J. Immunol. 2012. V. 189. N. 2. P. 1036-1042.

13. Ron-Harel N., Segev Y., Lewitus G.M. et al. Age-dependent spatial memory loss can be partially restored by immune activation / N. Ron-Harel, Y. Segev, G.M. Lewitus et al. // Rejuvenation Res. 2008. V. 11. N. 5. P. 903-913.

14. Zhang S.L., Yuan Q.X., Cheng J., Zeng F.H. Immunomodulatory effects of Opuntia dillenii polysaccharides on specific immune function of mice / S.L. Zhang, Q.X. Yuan, J. Cheng, F.H. Zeng // Zhong Yao Cai. 2012. V. 35. N. 1. P. 98-102.

15. Ziv Y., Ron N., Butovsky O., et al. Immune cells contribute to the maintenance of neurogenesis and spatial learning abilities in adulthood / Y. Ziv, N. Ron, O. Butovsky, et al. // Nat. Neurosci. 2006. V. 9. N. 2. P. 268-275.

Информация об авторах

Кондашевская М.В. - докт. биол. наук, доцент, руководитель группы функциональной морфологии стресса ФГБУ НИИ морфологии человека» РАМН.

E-mail: mariluka@mail.ru

Диатроптов М.Е. - канд. мед. Наук старший научный сотрудник группы функциональной морфологии стресса ФГБУ НИИ морфологии человека» РАМН.

E-mail: mariluka@mail.ru

Диатроптова М.А. - младший научный сотрудник ЦПАЛ ФГБУ НИИ морфологии человека» РАМН. E-mail: mariluka@mail.ru

Никольская К.А. - докт. биол. наук, ведущий научный сотрудник каф. высшей нервной деятельности Биологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: mariluka@mail.ru

Серкова В.В. - младший научный сотрудник, аспирант кафедры сравнительной физиологии высшей нервной деятельности человека и животных Биологического факультета Московсковского государственного университета им. М.В. Ломоносова E-mail: mariluka@mail.ru

По поводу статьи просьба обращаться к Марине Владиславовне Кондашевской

Тел. 8-916-624-26-35 E-mail: mariluka@mail.ru

Размещено на Allbest.ru