Клеточные реакции и система антиоксидантной защиты при длительной гипокинезии

Современные здоровьесберегающие технологии №03 2016 - Клеточные реакции и система антиоксидантной защиты при длительной гипокинезии

Номера страниц в выпуске:131-140
Для цитированияСкрыть список
С.Л. Попель1, З.В. Дума1, О.В. Баскевич1, Н.И. Полянская2. Клеточные реакции и система антиоксидантной защиты при длительной гипокинезии. Современные здоровьесберегающие технологии. 2016; 03: 131-140
Постановка проблемы. При низкой двигательной активности и длительной гипокинезии (ДГК) развивается внутритканевая гипоксия, которая проявляется глубокими биохимическими нарушениями и уменьшением количества дезинтоксикантов, что приводит к активации процессов цитолиза [2, 4]. Особенно чувствительными клетками к гипоксии являются эритроциты и поверхностные эпителиоциты слизистых оболочек в разных органах. При анализе состояния эпителиоцитов оценка ограничивается установлением индекса гистологической активности воспалительного процесса по Knodell и оценкой некрозовоспалительной активности (система METAVIR) цитологического и биопсийного материала [3]. В то же время существует очень мало данных про объективную оценку состояния букальних эпителиоцитов, полученных с помощью доказательных морфометрических методов. В частности в последние годы сделанная попытка определить площадь цитоплазмы и ядер эпителиоцитов и дать надлежащую оценку этому показателю при разных состояниях организма [7, 13-15].
По мнению Т.М. Нарымбетова и соавт. [2] и В.М. Кардозу и соавт. [4], наличие цитолитических процессов при ДГК налагает отпечаток на состояние клеточных мембран, особенно эритроцитов [1, 5, 8]. В то же время при ДГК происходит активация процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и снижения функций системы антиоксидантной защиты (АОЗ) [1, 9, 11].
Цель работы: дать морфологическую и морфометричну характеристику эпителиоцитов и эритроцитов на фоне определения состояния перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы защиты при длительной гипокинезии.
Материалы и методы. У 55 крыс после ДГК проведен цитологический и морфометрический анализ буккальных эпителиоцитов. Цитологические препараты окрашены по Романовскому-Гимза, подлежали морфометрическому исследованию с помощью анализатора изображений на базе программного обеспечения UTHSCSA Image Tool® [3]. Определяли такие показатели эпителиоцитов, как площадь профиля ядра и соотношения между площадью профиля ядра и площадью профиля эпителиоцита, коэффициент формы эпителиоцита и его ядра [9]. Для каждого случая были сделаны измерения 100 одноядерных эпителиоцитов.
На мазках крови окрашенных по Романовскому-Гимза измеряли не меньше, чем 300 эритроцитов.
Препараты крови для сканирующей электронной микроскопии готовили по общепринятой методике [5, 10]. Разные метрические формы эритроцитов выявляли с помощью сканирующего электронного микроскопа “JEOL” (Япония). Морфо-функциональное состояние эритроцитов у этих же животных оценивали по их морфометрическим показателям – площадь и периметр профиля эритроцита, коэффициент формы [8].
Состояние процессов ПОЛ оценивали по количеству малонового диальдегида. Об системе АОЗ судили по активности каталазы, количеству трансферрина и церулоплазмина [9, 11]. Количество железа в плазме крови определяли по методике Г.А. Бабенко (1968).
У животных был определен фенотип лимфоцитов периферической крови по методу идентификации дифференцированных антигенов в тесте имунофлюоресценции с применением моноклональных антител, которые принадлежат к кластеру дифференциации CD95+(Fas/CD95) – апоптозу лимфоцитов [9, 16].
Для оценки степени достоверности результатов исследования применили вариационно-статистический метод анализа полученных результатов с помощью программы Microsoft Excel. Статистическую обработку проводили с помощью пакета “STATISTICA for Windows®”.
Результаты и их обсуждения. На цитологических препаратах выявили деструктивные изменения буккальных эпителиоцитов (рис.1).
2016-08-31_17-41_PDF(3).jpg

Во многих эпителиоцитах выявлено признаки гидропической дистрофии. На микропрепаратах встречаются одиночные эпителиоциты, ядро которых содержит конденсированный хроматин и имеет маргинальное расположение. Целостность ядерной оболочки не нарушена. Цитоплазма в таких эпителиоцитах уплотнённая.
Выявляется нарушение формы клеток и их ядер, что характерно для первой стадии апоптоза. В некоторых эпителиоцитах определяются большие ацидофильные гранулы. Наличие последних, наряду с изменениями формы клетки и их ядер, свидетельствуют об апоптозе, поскольку при некрозе в мембранах ядра и клеточной оболочке происходят деструктивные изменения [6, 16]. Морфометрическое исследование показало, что площадь ядер эпителиоцитов уменьшается незначительно (только на 3,1%), а площадь их профилей уменьшается на 21,5% (р<0,05), что свидетельствует об активной десквамации более глубоких слоев буккального эпителия.
После ДГК количество эпителиоцитов с деформированными контурами увеличивается на 36,7%, о чем свидетельствуют колебания показателя формы клеток от 1,14 до 1,40. При этом 17,5% клеток деформированы в значительной степени, а их коэффициент формы составляет 1,45-2,00. Таких клеток в норме вовсе не выявляется, а показатель коэффициента формы не преувеличивает 1,20. Форма ядра также выявляет значительную степень деформации, что проявляется увеличением коэффициента их формы до 1,51 (в норме – не более 1,20).
Морфометрическое исследования эпителиоцитов позволяет устранить влияние субъективного фактора, что подтверждается результатами исследований других авторов [3, 6, 9]. Динамика морфометрических изменений площади эпителиоцитов и их ядер в наших исследованиях совпадает с результатами других авторов [7, 13-15], которые определяли морфологическую характеристику буккальных эпителиоцитов при других состояниях организма.
В то же время при определении состояния процессов ПОЛ та АОЗ показано, что при ДГК концентрация малонового диальдегида повышается на 66,4% (р<0,05), а содержание каталазы на 7,9% (р<0,05). Изменения этих двох показателей свидетельствуют о нарушении процессов ПОЛ в сторону повышенного образования свободных радикалов. ДГК сопровождается значительным уменшением содержания церулоплазмина и трансферрина – соответственно в 2,8 і 1,1 раза (р<0,05), що свидетельствует об ухудшении состояния АОЗ. Вместе с этим в крови выявляется увеличение количества железа и ферритина – соответственно на 8,7% і 7,6% (р<0,05). По мнению Ю.Т. Cалыга и соавт. [11] и В.З. Сикора и соавт. [12] дисбаланс между концентрацией антиоксидантных ферментов и макро-микроэлементным составом плазмы крови отвечает за активность деструктивных процессов при ДГК, поскольку повышается индукция процессов ПОЛ на фоне ослаблениня АОЗ. Такие факторы, в первую очередь, имеют системное влияние на клеточные мембраны, которые теряют стойкость к воздействию свободных радикалов и становятся более чувствительными к окислительному стрессу.
Путем стереометрического анализа периферической крови у животных КГ обнаружено, что среди всей популяции эритроцитов доля дискоцитов в среднем составляет 87,3±1,11%, эхиноцитов – 2,5±0,03%, мишеневидных – 1,1±0,01% и дегенеративных форм – 7,1±0,05%.
Известно, что эритроциты периферической крови под влиянием патогенных факторов способны изменять свою форму [1, 5, 8, 10]. Дискоциты могут принимать вид эхиноцитов, мишенеобразных и дегенеративно-измененных форм (рис. 2).
2016-08-31_17-41_PDF(4).jpg

При ДГК доля дискоцитов уменьшается на 30,4%, при этом наблюдается увеличение числа эхиноцитов (на 12,3%), мишеневидных (на 3,7%) и дегенеративных (на 19,4%) форм (p<0,05).
Известно, что деформируемость эритроцитов, а также снижение стойкости эритроцита к осмотическому гемолизу связана с изменениями структурных компонентов цитоскелета мембраны. По-видимому изменения АОЗ и активация ПОЛ приводит к утрате сферическими эритроцитами способности к деформации, что связано с уплотнением цитоскелета вследствие агрегации спектрина и гемоглобина [9]. В усилении последного фактора существенная роль принадлежит продуктам распада миоглобина скелетных мышц, которые в больших количествах образуются при ДГК вследствии атрофии мышечных волокон [17].
При этом следует полагать, что в деформируемости эритроцита и поддержании формы эпителиоцитов играет роль не только белковый скелет, но и мембранные липиды (фосфолипиды, холестерин). Эти вещества, в первую очередь включаются в процессы ПОЛ, что и определяет изменения морфометрических показателей, а также потерю текучести и проницаемости клеточной мембраны для других веществ [12].
Эти преобразования сопровождаются изменением плотности белково-липидных комплексов клеточной мембраны [8, 10, 12]. Поэтому площадь и периметр эритроцитов при ДГК уменшается и они деформуются. Ограничение двигательной активности ведёт к уменьшению площади эритроцитов до 40,1±0,43 мкм2 (в норме – 47,4±0,32 мкм2, р<0,05). При этом прослеживается морфометрическое перераспределение эритроцитов – превалируют клетки с площадью от 35 до 55 мкм2, а периметр эритроцитов уменьшается до 23,9±0,37 мкм. При этом большинство эритроцитов имеют периметр от 22 до 25 мкм, тогда как в норме он составляет от 22 до 30 мкм.
Наибольшими отклонениями отличается показатель коэффициента формы эритроцитов. В середнем он увеличивается на 16,1±1,21% (р<0,05). Принимая во внимание, что эритроциты в сканирующем электронном микроскопе имеют вид дискоцита з небольшими отклонениями от круглой формы, что отражено в этом показателе, то результаты полученные нами, свидетельсвуют о значительных изменениях формы эритроцитов. Пик гистограммы распределения эритроцитов по показателю формы при ДГК находится в границах 1,11-1,16, т.е. 57,9% всех эритроцитов (в норме только 9,56%). В норме эритроциты имеют показатель от 0,95 до 1,05 (98,5%).
Проведённый корреляционный анализ указывает на тесную прямую и обратную взаимосвязь (r= 0,83- –0,76) между усилением свободнорадикальных реакций, ослаблением антиоксидантной защиты и изменениями морфометрических показателей буккальных эпителиоцитов и эритроцитарного спектра крови. Это было показано в более ранних исследованиях при изучении функции эритроцитов у больных с различной патологией [1, 5, 8, 10, 12].
В последние годы при ДГК большое внимание уделяется апоптозу клеток иммунной системы [16]. При ДГК уровень CD95+лимфоцитов резко увеличивается и составляет в среднем 7,0±0,20 (в КГ составляет 2,17±0,11, р<0,05), что свидетельствует о наличии у таких животных Fas-зависимого апоптоза. Показано, что механизмы, которые приводят к гиперэкспрессии Fas и возникновению повышенного уровня апоптоза связаны с развитием внутриклеточного оксидативного стресса и индукцией внутриклеточного монооксигенирования [11].
Выводы
1. В динамике развития ДГК выявляются морфологические изменения буккальных эпителиоцитов, которые подтверждаются морфометрическими показателями и являются отражением общебиологической реакции организма на воздействие повреждающего фактора. Нарушение коэффициента формы ядра и цитоплазмы буккальных эпителиоцитов, а также уменьшение площади эритроцитов свидетельствуют об их глубокой морфологической перестройке, связаной с активацией апоптозных проявлений, процессов ПОЛ и угнетением функциональной способности АОЗ.
2. При ДГК происходит сочетанная однотипная структурная перестройка эритроцитов и буккальных эпителиоцитов, в основе которой лежат определённые морфометрические изменения свидетельствующих о схожести механизмов нарушения клеточных мембран.
3. Происходящие изменения структуры буккальных эпителиоцитов и эритроцитов на фоне резкого увеличения уровня CD95+лимфоцитов является доказательствами системной реакции апоптоза в изученных клетках при ДГК.
4. Изучение особенностей ДГК, предложенные подходы с применением морфометрических методов в исследовании эпителиоцитов и эритроцитов с определением состояния процессов ПОЛ и АОЗ, является объективным и существенным дополнением для выявления признаков гипокинетической болезни, что может лежать в основе назначения патогенетически обоснованных реабилитационных мероприятий в постгипокинетическом восстановительном периоде. В совокупности эти отклонения можно трактовать как уменьшение функциональных резервов организма.
5. Увеличение содержания патологических форм эритроцитов и структурная перестройка буккальных эпителиоцитов при ДГК коррелирует с изменениями показателей процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы, что позволяет рассматривать их как интегральный критерий не только тяжести нарушений кислородного обеспечения при ДГК, но и прооксидантно-антиоксидантных резервов организма в целом.
Перспективы дальнейших исследований продиктованы целесообразностью изучения динамики изменений соотношения между площадью профиля ядра и площадью профиля эндотелиальных клеток в гемокапиллярах скелетных мышц при ДГК.

CELLULAR REACTIONS AND SYSTEM OF ANTIOXYDATION DEFENCE AT LONGTERM HIPOKINEZIA
S.L. Popel’1, Z.V. Duma1, O.V. Baskevich1, N.I. Poljanskaya2
Vasil Stefanyk Precarpathian national university1
Ivano-Frankivsk national medicine university2

Abstract. The purpose of work was to give morphological and morphometric characteristic of the epіtheliocytes and the blood erytrocytes against а background to determine the state of lipid peroxidation and antioxidant system of protection in case hipokinezia. Morphological and morphometric liver parameters were measured at the icteris in 55 animals (control – 5 animals). It was found that in animals with hipokinezia square of epitheliocytes, square of their nuclei have been decreased, their relationship change for the better of cytoplasm. The epitheliocytes and their nuclei have been deformed. The modifications of morphological and morphometric characteristic of the epitheliocytes and the blood erytrocytes have been determined, drastic increase of the level CD95+ lymphocytes is evidence of the system reaction of apoptosis of the cells were studied in case hipokinezia. In same animals with hipokinezia there were determined changes of area, perimeter and deformity of erythrocytes both on the basis of free radical reactions disorder and antioxidate protection system disorders; it induces us to quest their pathogenetically substantiated reabilitation programs.
Key words: hipokinezia, epitheliocytes, antioxidation protection, erythrocytes, apoptosis.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Попель Сергей Любомирович – кандидат медицинских наук, доцент кафедры теории и методики физической культуры и спорта, Прикарпатский национальный университет им. В. Стефаныка, г. Ивано-Франковск, Украина. E-mail: serg_popel@mail.ru
Popel’ Serg Lyubomirovich – candidat of medical sciences, ass. professor of chair of theory and methodical physical culture and sports of Vasil Stefanik Precarpathian national university. E-mail: serg_popel@mail.ru

Дума Зеновий Васильевич – доктор медицинских наук, зав. кафедрой физической реабилитации, Прикарпатский национальный университет им. В. Стефаныка, г. Ивано-Франковск, Украина. E-mail: serg_popel@mail.ru
Duma ZenviyVasilievich – doctor of medical sciences, professor of chair of physical rheabilitation of Vasil Stefanik Precarpathian national university. E-mail: serg_popel@mail.ru

Баскевич Олег Владимирович – кандидат медицинских наук, доцент кафедры физической реабилитации, Прикарпатский национальный университет им. В. Стефаныка, г. Ивано-Франковск, Украина. E-mail: serg_popel@mail.ru
Baskevich Oleg Vladimirovich – candidat of medical sciences, ass. professor of chair of physical rheabilitation of Vasil Stefanik Precarpathian national university. E-mail: serg_popel@mail.ru

Барыла Надежда Ивановна – ассистент кафедры внутренней медицины № 2, Ивано-Франковский национальный медицинский университет2, г. Ивано-Франковск, Украина. E-mail: serg_popel@mail.ru
Polanskaya Nadegda Ivanovna – ass. of chair of internal medicine № 2 of Ivano-Frankivsk medical national university, Ivano-Frankovsk, Ukraine. E-mail: serg_popel@mail.ru
Список исп. литературыСкрыть список
1. Байбеков И.М. Форма эритроцитов как критерий адаптации форменных элементов
крови при коррекции еѐ сдвигов во время искусственного кровообращения / И.М. Байбеков,
Н.А. Стрижков, А.Г. Эрстекис // Морфология. – 2008. – Т. 133, № 2. – С. 15.
2. Гипокинезия и гиперкинезия как факторы риска в экстремальных условиях / Т.М. На-
рымбетова, К.С. Орманбаев, Б.У. Байзакова [и др.] // Advanc. Curr. Nat. Scien. – 2011. – № 5. – С.
64–66.
3. Использование компьютерного image-анализа для дифференциальной диагностики ге-
патоцеллюлярной карциномы и гиперплазии гепатоцитов / Пименова Е.Л., Богатырев В.Н., Чис-
тякова О.В. [и др.] // Клин. и лаб. диагностика. – 2002. – № 8. – С. 35–37.
138
4. Кардозу В.М. Гиподинамия – болезнь цивилизации / В.М. Кардозу, Д.М. Фернандеш,
А.Е. Бакытжанова // Bull. Med. Int. Conf. – 2014. – C. 704.
5. Козинец Г.И. Конфигурация и поверхность клеток крови в норме и патологии / Г.И.
Козинец, З.Г. Шишканова, Ю.К. Новодержкина – Москва: Триада-фарм, 2004. – 171 с.
6. Кузнецов В.И. Структурные и функциональные характеристики биомембран / В.И.
Кузнецов, Н.Д. Ющук, В.В. Моррисон // РЖГГК. – 2004. – № 4. – С. 49–52.
7. Лещак О.М. Реакція буккального епітелію на стандартне фізичне навантаження в дітей
8-10 років, які перебувають у дитячому оздоровчому закладі / О.М. Лещак, С.Л. Попель //
Вісник Прикарпатського університету. Серія: Фізична культура. – 2012. – № 15. – С. 44–52.
8. Луценко М.Т. Компьютерный анализ строения мембран эритроцитов различных форм /
М.Т. Луценко // Морфология. – 2009. – Т. 136, № 6. – С. 82–84.
9. Монастирська О.С. Клінічні лабораторні дослідження / О.С. Монастирська. – Вінниця:
Нова книга, 2007. – С. 14–35.
10. Новицкий В.В. Физиология и патофизиология эритроцита / В.В. Новицкий, Н.В. Ря-
занцева, Е.А. Степовая / Томск: Изд-во Томского ун-та. – 2004. – 200 с.
11. Салига Ю.Т. До вивчення деяких параметрів системи антиоксидантного захисту та
перекисного окиснення ліпідів у крові щурів за токсичної дії хлорпірифосу / Ю.Т. Салига, В.П.
Росаловський // Український морфологічний альманах. – 2012. – Т. 10, № 3. – С. 94–95.
12. Сікора В.З. Структурно-функціональна характеристика крові щурів старечого віку в
умовах дії солей важких металів / В.З. Сікора, О.О. Приходько // Український морфологічний
альманах. – 2010. – Т. 8, № 2. – С. 191–193.
13. Файчак Р.І. Вплив психоемоційного стресу на морфологічні властивості буккального
епітелію / Р.І. Файчак, С.Л. Попель, Б.М. Мицкан // Вісник наукових досліджень. – 2006. – №3. –
С. 10–12.
14. Цитогенетичні маркери соматичного здоров’я школярів / С.Л. Попель, В.А. Левиць-
кий, Д.М. Лизин [та ін.] // Український медичний альманах. – 2007. – Т. 10, №3 (Додаток). – С.
50–56.
15. Цитологічні ефекти фізичного навантаження у студентів з різним рівнем тренованості
/ С.Л. Попель, В. Случик, Р. Файчак [та ін.] // Вісник Прикарпатського університету. Серія:
Фізична культура. – 2011. – № 14. – С.23–28.
16. Явища апоптозу нервових елементів простої рефлекторної дуги і плаценти при ком-
плексному лікуванні пієлонефриту та гестозу вагітних / В.А. Левицький, І.В. Левицький, Л.М.
Заєць [та ін.] // Буковинський медичний вісник. – Чернівці, 2001. – Т.5, № 3-4. – С.65–67.
139
17. Popel’ S. Hysto-Ultrastruction Changes of Skeletal Muscle after Hypokineza and Midle
аerobic Power Physical Loading / S. Popel’, B.M. Mytckan // ―Kinesiology and Exercise Sciences‖
11th Annual International Conference, Conference Athens Greece 13-16 July 2015. – P. 25–26.
В избранное 0
Количество просмотров: 172
Предыдущая статьяПрофилактика травм поясничного отдела позвоночника в спортивных танцах средствами физической реабилитации
Следующая статьяФинансирование программ по физической культуре и спорту