Регенеративные процессы в клетках Сертоли и Лейдига у крыс при сочетанном применении питьевой минеральной воды и магнитного поля в условиях стресса

В регуляции процессов сперматогенеза важную роль играют клетки Сертоли (сустентоциты) и Лейдига (интерстициальные клетки, эндокриноциты). Клетки Сертоли выполняют трофическую и опорную функции, фагоцитируют поврежденные герминативные клетки, продуцируют белки, обеспечивают реализацию различных гормональных воздействий. Важнейшей функцией клеток Лейдига является биосинтез тестостерона, который стимулирует мейотическое деление и контролирует все стадии сперматогенеза. Эти клетки входят в состав гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы [1], находятся под регулирующим влиянием нейрогормональных стимулов и сами в свою очередь регулируют процессы сперматогенеза. В экспериментальных исследованиях показано, что острый иммобилизационный стресс вызывает негативные эмоциональные реакции, нарушения кровообращения с развитием застойной гипоксии, оказывает разрушительное действие на интегративные функциональные системы, ультраструктуру и функцию клеток семенников [1-4]. Поэтому необходимо проводить разработку новых способов адаптогенного воздействия лечебных физических факторов на организм с целью стимуляции регенеративных, компенсаторно-восстановительных процессов и повышения его устойчивости к патогенным стресс-воздействиям [5, 6]. В этом плане хороший эффект был выявлен при сочетанном действии натуральной питьевой минеральной воды (МВ) и искусственного физического фактора - магнитного поля (МП), которые способствовали активации процессов сперматогенеза после действия иммобилизационного стресса [6]. Это проявлялось, в частности, в улучшении процессов дифференцировки половых клеток и увеличении их численности. Возможно, что реализация такого эффекта в той или иной степени была связана с функциональной активностью клеток Сертоли и Лейдига.

Цель работы - выявить ультраструктурные нарушения в клетках Сертоли и Лейдига в условиях иммобилизационного стресса и изучить характер развития внутриклеточных регенеративных реакций при сочетанном применении питьевой МВ и МП.

Эксперименты проведены на 23 белых беспородных крысах-самцах массой 180-220 г. Работа с животными проводилась в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР №755 от 12 августа 1977 г.). Животные содержались в обычных условиях вивария и свободного доступа к воде и пище. В 1-й опытной группе крысы получали питьевую сульфатную магниево-кальциевую МВ (концентрация сульфата 1,93 мг/л, минерализация 3,05 г/л ) в сочетании с процедурами МП. Во 2-й опытной группе (группа сравнения) крысы получали ту же питьевую сульфатную магниево-кальциевую МВ, что и в 1-й группе, но вместо МП проводили мнимые процедуры (не включали аппарат). В 3-й группе (контрольной) животные получали только водопроводную воду. 4-ю группу составляли интактные крысы, которые никаким воздействиям не подвергались. МВ и водопроводную воду крысам вводили внутрижелудочно 1 раз в день по 3 мл через иглу с оливой на конце, всего 12 процедур. Курс воздействий МП (10 процедур) проводили на поясничную область от аппарата ЭДМА с магнитной индукцией 35 мТл в течение 2 мин. Крыс опытных и контрольной групп подвергали двукратному воздействию иммобилизационного стресса путем их привязывания к станку в положении на спине в течение 6 ч. Курс лечебно-профилактических процедур начинали проводить на следующий день после первого стресс-воздействия, повторную иммобилизацию осуществляли за 6 дней до окончания эксперимента. Общая продолжительность эксперимента составляла 16 сут. Животных умерщвляли методом краниоцервикальной дислокации на следующий день после окончания процедур. Для электронно-микроскопических исследований семенники фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере (рН 7,4), постфиксировали в 1% ОsО4. После обезвоживания в серии спиртов и ацетона образцы заключали в смесь эпон-аралдит. На ультратоме Reichert (Австрия ) получали ультратонкие срезы. Исследования образцов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss SMT Nano Texnology system Division, которая включает в себя как режим трансмиссионного исследования, так и математическую обработку внутриклеточных структур. Для статистической обработки использовали критерий Стьюдента.

У животных контрольной группы после действия двукратного стресса в клетках Сертоли и Лейдига выявлялись существенные нарушения со стороны различных ультраструктур. В клетках Сертоли обнаруживались явления локального отека, выраженность которого иногда была весьма значительной. Нарушалась структура белоксинтезирующих органелл в виде укорочения мембран, расширения просветов гранулярной эндоплазматической сети, лизиса прикрепленных и свободных рибосом и полисом. Местами цистерны эндоплазматической сети были значительно расширены (рис. 1, а).

Рисунок 1. Ультраструктурная характеристика клеток Сертоли и Лейдига при действии иммобилизационного стресса (контроль). а - клетка Сертоли. Расширение просветов эндоплазматической сети ( ЭС) и межклеточных пространств (МП); б - клетка Сертоли. Миелиноподобная структура, образовавшаяся из митохондрии; в - клетка Лейдига. Локальные нарушения внутриклеточных структур. Митохондрии с гранулами кальция и в стадии деления (стрелки). ×18 000.

Число митохондрий (Мх) проявляло слабую тенденцию к повышению, по размерам они становились более мелкими, их средняя и суммарная площади снижались практически в 2 раза (р<0,01 ) (см. таблицу), что указывало на выраженное ослабление биоэнергетики в этих клетках.

Выявлялись деструктивные формы Мх, в том числе в виде миелиноподобных структур (см. рис. 1, б), что может быть связано с усилением перекисного окисления липидов в их мембранах. В клетках Лейдига обнаруживались как деструктивные, так и делящиеся Мх. В некоторых из них выявлялись гранулы кальция, что является следствием повышенной проницаемости мембран. Иногда определялись крупные по размерам очаговые деструкции органелл, в которых нарушения конфигурации и целостности мембран были особенно выражены (см. рис. 1, в). Выявленные сдвиги в клетках Сертоли и Лейдига у животных контрольной группы свидетельствовали о нарушениях внутриклеточной регенерации и слабом проявлении адаптационных реакций в условиях иммобилизационного стресса.

Среди крыс опытных групп более выраженное развитие процессов внутриклеточной регенерации и соответственно снижение уровня явлений деструкции отмечено при сочетанном применении МВ и МП. В клетках Сертоли эти процессы выражались в основном со стороны Мх и в меньшей степени со стороны белоксинтезирующих структур.

Характерным являлось увеличение суммарной площади Мх (на 83,6%, р<0,01) по сравнению с контролем и на 86,2% по сравнению с МВ (см. таблицу). Этот эффект был обусловлен увеличением как численности Мх, так и их размеров (средней площади) (рис. 2, а), что характерно для активации соответственно, органоидной и внутриорганоидной форм регенерации [7].

Рисунок 2. Ультраструктурная характеристика клеток Сертоли и Лейдига при сочетанном применении МВ и МП в условиях иммобилизационного стресса. а - клетка Сертоли. Увеличение размеров митохондрий, расширение внутрикристных просветов. Видны тесные контакты крупных митохондрий с мембранами гранулярной эндоплазматической сети (стрелки). Повышенное содержание рибосом и полисом; б - клетка Сертоли. Активация первичных лизосом; в - молодая клетка Лейдига. Зона гиперплазированной гранулярной эндоплазматической сети. ×18 000. со - собственная оболочка семенного канальца; мп - межклеточное пространство; эс - эндоплазматическая сеть; мх - митохондрии; р - рибосомы; л - лизосомы; гэс - гранулярная эндоплазматическая сеть.

Подобного усиления регенеративных процессов в других группах не происходило: в контроле резко снижались размеры Мх на фоне тенденции к повышению их числа, а при действии МВ, наоборот, возрастала средняя площадь, но число Мх уменьшалось по сравнению с контролем (см. таблицу). Следовательно, усиление интенсивности внутриорганоидной регенерации Мх является характерной особенностью действия использованных физических факторов. Такой механизм регенерации позволяет увеличить прирост массы Мх в уже функционирующих органеллах, что дает возможность организму ускорить биоэнергетическое обеспечение клеток Сертоли. Кроме того, наблюдаемое увеличение размеров Мх усиливало биоэнергетику клетки, так как в крупных Мх эффективнее осуществляется синтез АТФ по сравнению с мелкими дискретными Мх [8]. Активация процессов регенерации, хотя и менее выраженная, отмечалась также и со стороны белоксинтезирующих структур. В части клеток Сертоли наблюдались явления гиперплазии свободных рибосом и гранулярной эндоплазматической сети: возрастала их численность, удлинялись цистерны с прикрепленными рибосомами, отмечался более тесный их контакт с Мх (см. рис. 2, а). На этом фоне сдвигов повышалась активность лизосомального аппарата, которая проявлялась в увеличении числа первичных лизосом (см. рис. 2, б). Эти органеллы принимают участие в адаптационно-защитных реакциях клетки, и их появление (у контрольных животных они обнаруживались в единичном числе) свидетельствовало, в частности, об энергетических возможностях клеток Сертоли осуществить их биосинтез. Следовательно, в результате активации внутриклеточной регенерации под влиянием МВ и МП в клетках Сертоли происходил прирост массы различных ультраструктур, что повышало резервные возможности этих клеток. При действии только МВ эти сдвиги проявлялись слабее, что было связано, видимо, с их более низким уровнем биоэнергетики.

Анализ клеток Лейдига показал, что после действия МВ и МП их число снижалось по сравнению с контролем (11,4±0,3; контроль - 12,35±0,27, р<0,05), однако при этом обнаруживались молодые формы этих клеток с хорошо развитыми мембранами гранулярной эндоплазматической сети (см. рис. 2, в). Другой особенностью эндокриноцитов являлось фактически отсутствие выраженных локальных деструктивных явлений, характерных для контроля. В части клеток происходило расширение просветов канальцев гладкой эндоплазматической сети, которое также обнаруживалось и у животных контрольной группы. Содержание Мх обычно было высоким, находясь в контакте с расширенными канальцами эндоплазматической сети, Мх становились крупнее, а их матрикс просветлялся. Выявляемые нарушения в этих клетках в основном касались тонкой структуры Мх, реже наблюдалась деструкция отдельных Мх. При влиянии только МВ процессы внутриклеточной регенерации в клетках Лейдига были менее выражены, чем при сочетанном действии МВ и МП.

Таким образом, результаты исследования показали, что сочетанное применение МВ и МП после действия иммобилизационного стресса оказало более выраженное влияние на развитие процессов регенерации в клетках Сертоли и Лейдига по сравнению с контролем и действием МВ. Характерные признаки стимуляции регенеративных реакций особенно демонстративно проявлялись в клетках Сертоли в виде усиления внутриклеточной регенерации Мх - органоидной и внутриорганоидной форм, что повышало биоэнергетический потенциал клеток и создавало основу для дальнейшего развития биосинтетических процессов с формированием новых органелл, требующих энергозатрат. На это указывали данные об усилении регенеративных процессов со стороны белоксинтезирующих органелл, а также лизосом. Можно полагать, что усиление внутриклеточных регенеративных процессов при сочетанном применении МВ и МП связано с их антиоксидантным и мембраностабилизирующим действием на различные функциональные системы и механизмы регуляции гомеостаза. Реализация выявленных эффектов в большей мере, по-видимому, осуществлялась через активацию гонадотропных гормонов гипофиза, непосредственно контролирующих функциональную деятельность клеток Сертоли и Лейдига [1]. Полученные данные раскрывают некоторые механизмы более высокой эффективности сочетанного действия МВ и МП на процессы внутриклеточной регенерации в условиях стресса по сравнению с применением монофактора - МВ.