Структурно-функциональные особенности роста и становления коры надпочечных желез потомства в условиях внутриутробного и раннего постнатального воздействия пестицидов

Аннотация

В работе изучена структурные и функциональные особенности постнатального роста и становления коры надпочечных желез у потомства в условиях воздействия пестицидов через организм матери. Выявлено, что хроническая интоксикация материнского организма существенно снижает темпы роста и становления коры надпочечников в постнатальном онтогенезе.Воздействие пестицидов нового поколения (цигалотрина и фипронила) через организм матери приводит к структурно-функциональным нарушениям становления гипофизарно-адреналовой системы потомства.Повышение концентрации кортизола является ответной реакцией на стресс, вызванный токсическим воздействием, и она обусловлена усилением выработки адренокортикотропного гормона (АКТГ) гипофиза и функциональным напряжением клеток коры надпочечников потомства.

Ключевые слова: пестициды, кора надпочечников, гипофизарно-адреналовая система, постнатальный онтогенез.

Введение. К настоящему времени известна большая группа химикатов, оказывающих токсическое действие преимущественно на эндокринную систему, прежде всего, на гипоталамо-гипофизарно- тироидно-адреналовую ось. Эти вещества, обозначенные как «эндокрин-разрушающиехимикаты окружающей среды» (ЭРХОС, англ. environmentalendocrine-disruptingchemicals), неблагоприятно влияют на различные этапы синтеза, транспорта и функции гормонов [1]. К ним относятся и ряд пестицидов, в том числе и последнихпоколений, которые тем или иным путем попадают в организм и вызывают в нем определенный гормональный дисбаланс. Клиническими и экспериментальными исследованиямидоказана несомненная роль ЭРХОС в патогенезе ряда заболеваний (ожирение, атеросклероз, гипертоническая и ишемическая болезни, нарушения фертильности и другие), которые связаны с нарушением метаболизма и гормонального гомеостаза[2,3,4]. Известно ряд веществ, которые избирательно оказывают неблагоприятное влияние на кору надпочечников, нарушая процесс стероидогенеза и тем самым вызывая глубокие изменения различных звеньев метаболизма [5,6,7,8,9]. Вместе с тем, большинство исследований о механизмах влияния токсических химических факторов на эндокринную систему проведено у половозрелых особях экспериментальных животных, а особенности реакции растущего организма в условиях токсического воздействия остаются малоизученными. Лишь вединичных работах указано, что подобныеЭРХОСвещества оказывают более выраженное патогенное воздействие в детском и юношеском возрасте, нарушая рост и становление организма в постнатальном периоде [10,11,12,13,14].Исследованиями нашей лаборатории ранее показано, что хроническая интоксикация материнского организма пестицидами оказывает неблагоприятное влияние на рост и становление щитовидной железы потомства[15,16]. Исходя из этого, представляет несомненный научно-практический интерес изучение структурно-функциональных особенностей становления гипофизарно-адреналовой системы в условиях внутриутробного и раннего постнатального воздействия пестицидов. К сожалению, подобные исследования практически не проводились. В связи с этим мы в настоящей работе исследовали структурные и функциональные особенности постнатального роста и становления коры надпочечных железу потомства в условиях воздействия пестицидов через организм матери.

Материалы и методы. Опыты проводились на нерожавших, белых половозрелых крысах- самках, которые были подразделены на 3 группы по 30 животных в каждой. Две группы животных в течение30 дней ежедневно peros получали соответственно пестициды цигалотрин или фипронил. Третья группа, получавшая толькоаналогичный объем стерильного физиологического раствора, служила контролем. На следующие сутки самки были подсажены к здоровым самцам.Введение пестицидов продолжалось непрерывно во время беременности и вплоть до окончания периода лактации.Потомство, полученное от опытных и контрольных самок, исследовали в динамике на 1,3,7,14, 21, 30 и 90 сутки послерождения.Надпочечную железу (Нп) изучали с помощью морфологических и электронномикроскопических методов[15,16]. При этом основное внимание уделено коре надпочечников– как главному источнику стероидных гормонов. Кроме того, определяли уровень кортизола (К) и адренокортикотропного гормона (АКТГ) гипофиза.Все цифровые данные статистически обработаны с использованием пакетакомпьютерных программ с вычислением критериев Стьюдента, достоверными считались различия, удовлетворяющие P<0,05.

Результаты и обсуждение. У новорожденных крысят контрольной группы после рождения надпочечники небольших размеров, четко разграничены от почечной ткани тонкой соединительнотканной капсулой. На 3 сутки после рождения микроскопически достаточно отчетливо выделить кору и мозговое вещество органа. В коре надпочечников хорошо различается клубочковая зона, имеющая характерную локализацию клеток. Пучковая и сетчатая зоны еще окончательно не сформированы и представлены в виде диффузных скоплений клеток без определенной ориентации. Границы между этими зонами практически не определяются. В дальнейшем, на 7-14 сутки после рождения в коре надпочечников четко выделяются все три зоны, Это сопровождалось прогрессирующим увеличением объемной доли пучковой зоны, которая к 21-30 суткам после рождения составляла почти половины всей коры. В ультраструктурном плане клетки коры надпочечников на 3-7 сутки после рождения в целом характеризовались относительно низкой степенью дифференцировки. На 14-21 сутки наблюдалась выраженная дифференцировка клеток коры. Клетки пучковой зоны характеризовались наличием крупного ядра (Я), нередко содержащее ядрышко. В цитоплазме выявлялись многочисленные липидные капли (Лк). Некоторые клетки содержали хорошо развитый комплекс Гольджи, расположенный над ядром. В цитоплазме клеток наблюдались многочисленные и довольно крупные митохондрии (рис.1). Митохондрии в основном содержали плотно упакованныекристытрубчато-везикулярного типа, среди которых значительно реже обнаруживались пластинчатые кристы. Основная часть клеток клубочковой зоны отличалась малыми размерами и значительно меньшим содержанием липидных включений и органелл.Клетки сетчатой зоны характеризовались гетерогенной ультраструктурой – одни клетки характеризовались наличием многочисленных липидных капель и митохондрий, другие же практически не содержали липидов и были бедны цитоплазматическими органеллами.

У животных опытных групп формирование структурных зон коры надпочечников и дифференцировка их клеток,в отличие от контроля, происходило значительно медленнее. При этом к 14 суткам относительно четко разграничена была лишь клубочковая зона, а пучковая и сетчатая зоны не имели четких границ. Лишь к 21-30 суткам у опытных животных удавалось различить все три зоны коры. Электронно-микроскопические исследования клеток пучковой зоны в эти сроки показали значительное замедление темпов дифференцировки клеток. Клетки данной зоны характеризовались выраженной ультраструктурной гетерогенностью. Наряду с клетками, содержащими крупное ядро с ядрышками, встречались клетки с уплотненными ядрами небольших размеров. Развитый комплекс Гольджи с характерными цистернами и везикулярными структурами обнаруживался в единичных клетках. Большинство клеток содержало лишь небольшое количество липидных включений, что сочеталось с выраженным уменьшением числа и размеров митохондрий, а также редукцией профилей гладкой эндоплазматической сети. Во многих клетках обнаруживались крупные светлые вакуоли, которые равномерно распределялись по всей цитоплазме. Следует также отметить, что у опытных животных значительно чаще встречались деструктивные клетки с теми или иными признаками лизиса цитоплазматических органелл (рис.2).

Известно, что клетки пучковой и сетчатой зоны являются основными продуцентами стероидных гормонов, исходным сырьем для которых является холестерол липидных включений клеток [5]. Механизм биосинтеза стероидных гормонов (стероидогенез) достаточно хорошо изучен. В этом процессе активно участвуют митохондрии с трубчатыми и везикулярными кристами, компоненты комплекса Гольджи и гладкой эндоплазматической сети [7]. Показано, что редукция цитоплазматических органелл в совокупности со снижением числа липидных включений указывает на замедление или нарушение процесса стероидогенеза[8]. Полученные нами данные также свидетельствуют, что внутриутробное и раннее постнатальное воздействие пестицидов приводит к функциональному напряжению органелл. Кроме того, значительно увеличивалась частота клеток с деструктивными изменениями цитоплазмы. Эти данные в целом можно считать ультраструктурными проявлениями нарушений постнатальной дифференцировкиклеток коры надпочечников и их функциональной напряженности. Морфологические данные в целом нашли свое подтверждение при исследовании уровня кортизола в динамике постнатального онтогенеза. Выявлено, что воздействие пестицидами сопровождается достоверным повышением концентрации кортизола, причем наибольший пик кортизола отмечается на 21 сутки после рождения (рис. 3).

Такая же динамика наблюдалась при определении концентрации адренокортикотропного гормона (АКТГ) у потомства (рис. 4).

Таким образом, внутриутробное и раннее постнатальное воздействие приводит к существенным структурно-функциональным изменениям процесса становления гипофизарно-адреналовой системы потомства.Механизм этих изменений не до конца ясен, не исключено, что изменения в коре надпочечников обусловлены нарушением регуляторных факторов в гипоталамо-гипофизарно- адреналовой оси в условиях хронической интоксикации [1,5,7].

Выводы:

1. Воздействие пестицидов нового поколения (цигалотрина и фипронила) через организм матери приводит к структурно-функциональным нарушениям становления гипофизарно-адреналовой системы потомства. При этом значительно замедляютсятемпы роста и формирования структурнофункциональных зон коры надпочечников, особенно, пучковой и сетчатой зон.
2. Выявленные субмикроскопические изменения клеток пучковой зоны, указывают на функциональную напряженность клеток стероидогенеза.
3. Повышение концентрации кортизола является ответной реакцией на стресс, вызванный токсическим воздействием, и она обусловлена усилением выработки адренокортикотропного гормона (АКТГ) гипофиза и функциональным напряжением клеток коры надпочечников потомства.
4. Все это обусловливает необходимость тщательного мониторинга функции коры надпочечников у беременных женщин и новорожденных в условиях повышенного риска загрязнения окружающей среды пестицидами.

Литература

1. Gore A.C. Endocrine-Disrupting Chemicals // JAMA Intern Med. -2016 Nov 1;176(11):1705-1706. doi: 10.1001
2. Rehman S. Endocrine disrupting chemicals and impact on male reproductive health / Z.Usman, S.Rehman, M.AlDraihem, N.Rehman, I.Rehman, G.Ahmad. Transl. Androl. Urol. -2018 Jun; 7(3):490- 503. doi: 10.21037
3. Scarano WR, Cell junctions in the prostate: an overview about the effects ofEndocrine Disrupting Chemicals (EDCS) in different experimental models.C.F.Pinho, L.Pissinatti, B.F.Gonçalves, L.O.Mendes, S.GP.Campos // ReprodToxicol. -2018 Oct;81:147-154. doi: 10.1016
4. Bell M.R. Sex differences in effects of gestational polychlorinated biphenyl exposure on hypothalamic neuroimmune and neuromodulator systems in neonatal rats / A.Dryden, R.Will, A.C.Gore // ToxicolApplPharmacol. -2018 Jun 5;353:55-66. doi: 10.1016
5. Harvey PW. Toxic responses of the adrenal cortex. In: Charlene A.McQueen, Comprehensive Toxicology. 2010. –Vol. 11. – P. 265-289.
6. Nascimento S. Exposure to environment chemicals and its possible role in endocrine disruption of children from a rural area / G.Göethel, B.Gauer, E.Sauer, J.Nardi, L.Cestonaro, D.Correia, C.Peruzzi, L.Mota, R.V.Machry, T.W. Furlanetto, T.Saint' Pierre, A.Gioda, M.D. Arbo, S.C.Garcia // Environ Res. -2018 Nov; 167:488-498. doi: 10.1016
7. Harvey P.W. Adrenocortical endocrine disruption // J Steroid BiochemMol Biol. -2016 Jan;155(Pt B):199-206. doi: 10.1016
8. Matysiak W., Jodlowska-Jedrych B. Does administration of non-steroidal anti-inflammatory drug determine morphological changes in adrenal cortex: ultrastructuralstudies.Protoplasma. 2010. – Vol. 246. – P. 109–118.
9. Krishnan K. Effects of the Endocrine-Disrupting Chemicals, Vinclozolin and Polychlorinated Biphenyls, on Physiological and Sociosexual Phenotypes in F2 Generation Sprague-Dawley Rats / N.Mittal, L.M.Thompson, M.Rodriguez-Santiago, C.L.Duvauchelle, D.CrewsA.C.Gore // Environ Health Perspect. -2018 Sep;126 (9):97005. doi: 10.1289
10. Ozen S, Darcan S. Effects of environmental endocrine disruptors on pubertal development. J Clin Res PediatrEndocrinol. 2011. – Vol. 1. – P.1-6.
11. Wei P. Transgenerational thyroid endocrine disruption induced by bisphenol S affects the early development of zebrafish offspring /F.Zhao, X.Zhang, W.Liu, G.Jiang, H.Wang, S.Ru // Environ Pollut. -2018 Sep 15; 243(Pt B):800-808. doi: 10.1016
12. Buck Louis G.M. Endocrine disruptors and neonatal anthropometry, NICHD Fetal Growth Studies - Singletons // S.Zhai, M.M.Smarr, J.Grewal, C. Zhang, K.L.Grantz, S.N.Hinkle, R.Sundaram, S.Lee, M.Honda, J.Oh, K.Kannan // Environ Int. -2018 Oct;119:515-526. doi: 10.1016
13. Reilly M.P. Application of a novel social choice paradigm to assess effects of prenatal endocrine- disrupting chemical exposure in rats (Rattusnorvegicus) / C.D.Weeks, D.Crews, A.C.Gore // J Comp Psychol. -2018 Aug;132(3):253-267. doi: 10.1037
14. Hernandez M.E. Endocrine disruptors: Chemical contaminants - a toxic mixture for neurodevelopment / A.C.Gore // Nat Rev Endocrinol. -2017 Jun;13(6):322-323. doi: 10.1038
15. Зокирова Н.Б.,Тухтаев К.Р., Морфометрические и ультраструктурные особенности роста и становления щитовидной железы у потомства в условиях хронической интоксикации организма матери. // Бюллетень ассоциации врачей Узбекистана. – 2011. - №4. – С. 52-54.
16. Зокирова Н.Б.,Тухтаев К.Р. Постнатальный рост и становление щитовидной железы в условиях хронической интоксикации пестицидами // Врач-аспирант. – 2011. - №5.4 (48). – С. 565-569.