Ультраструктурные проявления регенеративных процессов в клетках Сертоли при действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения в условиях стресса у крыс

В ранее проведенном исследовании было показано, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение (НИЭМИ) сверхвысокой частоты оказывает антиоксидантное и иммуномодулирующее действие в условиях острого иммобилизационного стресса [1]. Однако влияние этого фактора на организм, особенно на органы репродуктивной системы, остается еще малоисследованным. Для выявления и уточнения механизма действия НИЭМИ необходимо проведение экспериментальных исследований на субклеточном уровне, что даст возможность оценить характер развития внутриклеточных регенеративных процессов в условиях стресса. В этом плане особый интерес представляют изменения со стороны специфических ультраструктур - энергопродуцирующих и белоксинтезирующих органелл, во многом определяющих адаптационный потенциал клетки. В семенниках такой анализ целесообразно провести на клетках Сертоли (сустентоцитах), которые выполняют широкие и разнообразные функции в регуляции процессов сперматогенеза. В частности, эти клетки обеспечивают реализацию многих гормональных воздействий на семенники и осуществляют синтез специфических белков [2].

Цель данной работы - выявить ультраструктурные проявления регенеративных процессов в клетках Сертоли у крыс при иммобилизационном стрессе и при действии НИЭМИ.

Исследования были проведены на 27 белых нелинейных крысах-самцах массой 180-220 г. Работа с животными проводилась в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите животных, используемых для экспериментальных целей (Страсбург, 1986). Крысы были разделены на 5 групп:

1-я группа (опытная) - предварительное применение НИЭМИ (первичная профилактика) с последующим воздействием иммобилизационного стресса; 2-я группа (контроль к 1-й группе) - применение ложных процедур НИЭМИ (без включения аппарата) и воздействие иммобилизационного стресса; 3-я группа (опытная) - воздействие иммобилизационного стресса с последующим применением НИЭМИ (лечебно-профилактическое применение); 4-я группа (контроль к 3-й группе) - воздействие иммобилизационного стресса и ложных процедур НИ ЭМИ; 5-я группа (интактная) - животные никаким воздействиям не подвергались.

Иммобилизационный стресс осуществляли по методике Г. Селье однократным привязыванием крыс в течение 6 ч в положении на спине. Процедуры НИЭМИ проводили от аппарата Акватон-2 (ООО "Телемак", Саратов), плотность потока мощности меньше 1 мкВт/см², частота около 1000 МГц. Всего на курс 8 процедур, время воздействия 2 мин. Животные облучались с расстояния 2-3 см от поверхности кожи поясничной области. Забой животных проводили через 1 день после действия стресса при первичной профилактике и через 9 дней при лечебно-профилактическом применении НИЭМИ. Для электронно-микроскопических исследований семенники фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере (рН 7,4), постфиксировали в 1% ОsO4. После обезвоживания в серии спиртов и ацетона образцы заключали в смесь эпон-аралдит. На ультратоме Reichert (Австрия ) получали ультратонкие срезы. Исследование образцов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss SMT Nano Texnology system Divizion, которая включает в себя как режим трансмиссионного исследования, так и математическую обработку внутриклеточных структур. На ультраструктурном уровне проводили морфометрический анализ митохондрий (Мх) в клетках Сертоли (количество, средняя и суммарная площади), а также подсчитывали число клеток Сертоли с различным уровнем содержания белоксинтезирующих органелл - гранулярной эндоплазматической сети, рибосом и полисом. Для статистической обработки полученных данных использовали критерий Стьюдента.

У животных контрольной группы через 1 сут после воздействия стресса в клетках Сертоли наблюдались явления межклеточного и, реже, внутриклеточного отеков, деструкция митохондрий (Мх), фрагментация гранулярной эндоплазматической сети с выраженным снижением числа прикрепленных и свободных рибосом (рис. 1, а).

К 9-м суткам после действия стресса ультраструктурные признаки постстрессорных нарушений в целом сохранялись, а по ряду показателей становились более выраженными. В частности, местами усиливался межклеточный и особенно внутриклеточный отек, чаще обнаруживались дегенеративные формы Мх в виде миелиноподобных структур, в отдельных клетках выявлялись расширенные цистерны эндоплазматической сети, которые, сливаясь между собой, образовывали крупные полости. Выявленные ультраструктурные нарушения свидетельствовали об ослаблении биоэнергетических и белоксинтезирующих процессов, развитии дезадаптационных расстройств и снижении резервных возможностей клеток Сертоли. По-видимому, эти сдвиги в той или иной степени были связаны с повышенной проницаемостью собственной оболочки извитых семенных канальцев [3, 4]. Вместе с тем наряду с повреждениями ультраструктур обнаруживались также и признаки внутриклеточной регенерации, которые более четко проявлялись со стороны митохондриального аппарата. При этом уже через 1 сут после стресса возрастало количество Мх (p<0,01), однако в связи с резким снижением их размеров (почти в 3 раза, p<0,01), суммарная площадь Мх уменьшалась на 44,3% по сравнению с таковой у интактных животных (p<0,01) (см. таблицу).

Практически та же закономерность в реакциях Мх сохранялась и к 9-м суткам эксперимента. Следовательно, после действия стресса прирост новообразованных мелких Мх в клетках Сертоли у животных контрольных групп не обеспечивал необходимого уровня биоэнергетических процессов для развития полноценных адаптационно-компенсаторных реакций, направленных на восстановление возникших нарушений.

Применение НИЭМИ в условиях первичной профилактики и при лечебно-профилактическом воздействии способствовало снижению выраженности ультраструктурных нарушений в клетках Сертоли и повышению активности внутриклеточной регенерации, которая развивалась на фоне отчетливого улучшения процессов микроциркуляции [1]. Наиболее выраженные сдвиги отмечались со стороны митохондриального компартмента, гранулярной и агранулярной эндоплазматической сети и рибосом. При этом часто обнаруживались тесные контакты между Мх и гранулярной эндоплазматической сетью (см. рис. 1, б),

что указывало на взаимодействие этих органелл и развитие внутриклеточных интегративных процессов, нарушенных действием стресса. Характерной особенностью Мх являлось увеличение их средней площади: при первичной профилактике прирост массы Мх повышался на 147,4%, (p<0,01). Такое увеличение размеров Мх, несмотря на снижение числа Мх по сравнению с контролем, приводило к существенному возрастанию суммарной площади этих органелл (на 80,7%; p<0,01), достигая уровня интактных животных. Тот же характер сдвигов, но менее выраженный отмечался при лечебно-профилактическом использовании НИЭМИ (см. таблицу

, рис. 2

). Наблюдаемая реорганизация митохондриального компартмента могла быть как следствием внутриорганоидной регенерации, так и результатом слияния Мх. Деструктивные процессы со стороны Мх встречались реже, чем в контроле, что, видимо, связано с антиоксидантным и мембраностабилизирующим действием НИЭМИ. Выявленный механизм укрупнения Мх и достоверного увеличения их суммарной площади, отражает, по-видимому, более высокий уровень энергетического обеспечения клеток Сертоли по сравнению с контролем, что создает условия для активации пластических процессов. Это положение было подтверждено при анализе состояния белоксинтезирующих органелл. Установлено, что по сравнению с контролем увеличивалось число клеток Сертоли с высоким содержанием свободных рибосом и полисом, особенно в условиях первичной профилактики: (контроль - 5,9%, опыт - 23,5%, интактные животные - 46,7%; см. рис. 1, в

). Возрастало также число клеток с новообразованными удлиненными профилями гранулярной эндоплазматической сети, что является важной регенераторной реакцией для обеспечения внутриклеточных процессов адаптации и компенсации. Этот показатель в большей степени был выражен при лечебно-профилактическом применении НИЭМИ, при котором число клеток с высоким содержанием гранулярной эндоплазматической сети достигало 45,1% (контроль 31,3%). Эти сдвиги указывали на активацию процессов регенерации со стороны белоксинтезирующих органелл. Явления гиперплазии проявлялись также в ядрах клеток Сертоли, о чем свидетельствовало увеличение их диаметра: первичная профилактика - контроль 8,42±0,19, опыт 9,05±0,18, p=0,05; лечебно-профилактическое воздействие - контроль 8,30±0,14, опыт 9,28±0,34, p<0,05; интактные животные - 8,89±0,38. Ядерная оболочка часто имела извилистую форму, что обычно наблюдается при усилении функциональной активности ядра.

Таким образом, проведенное исследование показало, что применение НИЭМИ в режимах первичной профилактики и лечебно-профилактического воздействия в условиях острого иммобилизационного стресса вызывало усиление регенеративных процессов и снижение уровня ультраструктурных нарушений в клетках Сертоли. Можно полагать, что активация процессов внутриклеточной регенерации под влиянием НИЭМИ, была, по-видимому, тесно связана с конформационными сдвигами в биомембранах разных клеток, в том числе и в клетках Сертоли, что обеспечивало развитие антиоксидантного и биостимулирующего эффектов [5]. Кроме того, весьма важную роль в активации внутриклеточных процессов регенерации играли также нейроэндокринные механизмы регуляции, в том числе система гипофиз-семенные канальцы, в которой клетки Сертоли являлись мишенью для гипофизарного фолликулостимулирующего гормона, контролирующего их функциональную деятельность [2]. Следовательно, именно взаимодействие как местных, так и общих механизмов регуляции под влиянием НИЭМИ приводит к усилению развития регенеративных процессов и ослаблению дезадаптационных постстрессорных нарушений в клетках Сертоли. Выявленные эффекты позволяют предположить перспективность дальнейшего изучения механизмов действия НИЭМИ с целью повышения устойчивости организма и его репродуктивной системы к различным экстремальным факторам.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

Концепция и дизайн, написание текста, редактирование: Ю.К.

Сбор и обработка материала: М.Г., Л.Н., Л.М.

Статистическая обработка данных: М.Г., Л.Н.