Роль окситоцина в регуляции функции поджелудочной железы у животных с сахарным диабетом, корригируемым интервальными гипоксическими тренировками

Крупноклеточная окситоцинсинтезируюгцая система гипоталамуса представлена скоплением нейросекреторных клеток в супраоптическом ядре (СОЯ), а также в переднем (ПК) и заднемедиальном крупноклеточных (ЗМК) субъядрах паравентрикулярного ядра (ПВЯ) гипоталамуса [21, 22]. Однако эфферентные проекции этих структур, синтезирующих один и тот же гормон, различаются: аксоны окситоцинсинтезирующих нейронов СОЯ направляются преимущественно во внутреннюю зону срединного возвышения и далее в заднюю долю гипофиза, поступая в дальнейшем в системный кровоток; аксоны аналогичных нейронов субъядер ПВЯ направляются в наружную зону срединного возвышения, принимая участие в контроле аденогипофизарного гормонопоэза [1, 21, 22]. Таким образом, данные нейроанатомиче- ских исследований предполагают многообразие функций, выполняемых одним и тем же гормоном, но синтезирующимся в различных отделах гипоталамуса.

В последние годы появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что для окситоцина характерно значительно большее количество эффектов, чем хорошо известное его классическое влияние на мускулатуру матки и процессы лактации, тем более что этот гормон в физиологических условиях синтезируется у животных обоего пола. Е. Wiedmaier [24] отмечает, что в условиях стресса или патологии роль окситоцина может значительно возрастать и на первый план могут выступать другие его эффекты, связанные с включением этого гормона в процессы регуляции деятельности эндокринных желез и метаболизма, например эндокринной функции поджелудочной железы и углеводного и жирового обмена. Таким образом, речь идет о значительном расширении представлений о функциях окситоцина.

Учитывая вышесказанное, целью настоящего исследования было изучение состояния крупноклеточной окситоцинсинтезирующей системы гипоталамуса у животных с экспериментальным сахарным диабетом, корригируемым с помощью интервальных гипоксических тренировок.

Материалы и методы

Исследования проведены на крысах Вистар массой 200—230 г раздельно на самцах и самках в осенне-зимний период. Животные находились в условиях естественной освещенности на стандартном рационе питания в условиях свободного доступа к пище и были разделены на 5 экспериментальных групп: 1-я — контроль; 2-я — животные, подвергающиеся гипоксическим тренировкам на протяжении 3 нед; 3-я — животные с экспериментальным сахарным диабетом продолжительностью 2 нед; 4-я — животные с экспериментальным сахарным диабетом продолжительностью 5 нед; 5-я — животные с сахарным диабетом, которых с 15-го дня течения заболевания подвергали гипоксическим тренировкам на протяжении 3 нед. Сахарный диабет (легкое течение) моделировали при помощи стрептозотоцина по описанной нами ранее методике [1]. Гипоксические тренировки осуществляли в барокамере ежедневно в течение 6 ч, при этом рС>2 в 1-й день соответствовало "высоте" 1 км, во 2-й — 2 км, в 3-й — 3 км, в 4-й — 4 км, в 5-й — 5 км, в 6-й день и далее до конца исследования — 6 км [4].

Идентификацию окситоцинсинтезирующих нейронов в гипоталамусе и иммунореактивных волокон в срединном возвышении осуществляли с помощью антисыворотки против этого гормона производства фирмы ("Amersham", Англия) методом непрямой иммунофлюоресценции, используя в качестве вторичных антител козьи IgG против кролика, конъюгированные с FITC ("Amersham", Англия). Иммуноцитохимические исследования проводили на серийных срезах гипоталамуса толщиной 12 мкм, включающих СОЯ и ПВЯ. О состоянии синтетической и секреторной функции окситоцинсинтезирующих нейронов судили по содержанию в них окситоцина, а также по его концентрации в срединном возвышении гипоталамуса. Содержание окситоцина в нейронах СОЯ и ПВЯ, прямо пропорциональное интенсивности флюоресценции, определяли, используя компьютерную цитофотометрическую систему на базе цитофлюо- риметра ЛЮМАМ-И2 (ЛОМО, Россия) с помощью зонда площадью 125 мкм². Предварительно определяли интенсивность неспецифической флюоресценции. Для исключения методических артефактов изучали по 2 соседних серийных среза с трехкратным измерением концентрации гормона. Концентрацию окситоцина в срединном возвышении гипоталамуса определяли с помощью зонда площадью 125 мкм² по ходу иммунореактивных терминалей и выражали в условных микроединицах (усл. мкЕ).

Проводили также морфометрические исследования нейронов ПК и ЗМК ПВЯ (объемы клеток и их ядрышек), позволяющие косвенно судить об их функциональной активности. Морфометрические исследования проводили на срезах гипоталамуса толщиной 4 мкм, окрашенных для выявления нуклеиновых кислот галлоцианинхромовыми квасцами по Эйнарсону, содержание которых в ядрышках выражали в усл. мкЕ. Для проведения этой части исследований использовали систему компьютерного анализа изображения VIDAS-386 ("Zeiss-Kontron Elektronik", Германия), связанную с помощью высокочувствительной телекамеры COHU-4722 (США) с микроскопом AXIOSKOP ("Zeiss", Германия). С использованием этой же системы проводили изучение препаратов в спектре флюоресценции.

Результаты исследований подвергали стандартной статистической обработке с использованием /-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

В наших предыдущих исследованиях [2—4] показано, что интервальные гипоксические тренировки на протяжении 3 нед вызывали усиление биосинтеза инсулина, стимулировали процесс новообразования р-клеток, достоверно снижали концентрацию глюкозы в крови, несмотря на активацию секреции глюкагона а-клетками. В этих условиях в крупноклеточных окситоцинсинтезирующих нейронах СОЯ и ПВЯ достоверно увеличивались содержание окситоцина (табл. 1), содержание нуклеиновых кислот в ядрышках нейронов ПК ПВЯ и ЗМК ПВЯ (табл. 2), концентрация окситоцина в срединном возвышении гипоталамуса. Эти данные свидетельствовали об усилении процессов синтеза и секреции окситоцина в условиях гипоксических тренировок. Для сравнения можно отметить, что морфофункциональная активность крупноклеточных вазопрессинсинтези- рующих нейронов снижалась, о чем свидетельствовало уменьшение объемов ядрышек и концентрации вазопрессина в крови [2].

Развитие экспериментального диабета у крыс в условиях сохраненной остаточной секреции инсулина характеризовалось гипергликемией, нарушением теста толерантности к глюкозе, деструкцией р-клеток с уменьшением содержания в них инсулина, увеличением содержания глюкагона в ct-клетках и соматостатина в А-клетках с соответствующими изменениями концентрации этих гормонов в периферической крови, т. е. наблюдались все признаки, характерные для сахарного диабета [2—4]. У животных с длительностью заболевания 2 нед содержание окситоцина в нейронах СОЯ и ПВЯ и его концентрация в срединном возвышении гипоталамуса достоверно уменьшались (см. табл. 1). В это же время отмечалось достовер-

Табл и ца 1

Содержание иммунореактивного окситоцина (в усл. мкЕ) в нейронах СОЯ, ПВЯ и срединном возвышении гипоталамуса крыс в экспериментальных группах (М ± т)

Примечание. Здесь и в табл. 2: * — р < 0,05; ** — р < 0,01; **♦ — р < 0,001.

Морфофункциональное состояние нейронов ПК и ЗМК ПВЯ крыс в экспериментальных группах (М ± т)

Примечание. В числителе — объемы ядрышек нейронов (в мкм³), в знаменателе — содержание нуклеиновых кислот (в усл. мкЕ).

ное увеличение объемов ядрышек и содержания в них нуклеиновых кислот в нейронах ПК и ЗМК ПВЯ (см. табл. 2). У животных с диабетом продолжительностью 5 нед содержание окситоцина в нейронах ПВЯ достоверно возрастало по сравнению как с контролем, так и с 2-недельным сроком заболевания (см. табл. 1); при этом наблюдалось увеличение объемов ядрышек нейронов и содержания в них нуклеиновых кислот в обоих окситоцинсинтезирующих субъядрах ПВЯ (см. табл. 2). В нейронах СОЯ достоверное повышение содержания окситоцина отмечалось только по сравнению с 2-недельным сроком течения диабета. Описанные изменения происходили на фоне достоверного увеличения концентрации окситоцина в срединном возвышении гипоталамуса. Таким образом, при сахарном диабете происходило повышение функциональной активности окситоцинсинтезирующей системы ПВЯ и СОЯ, причем в большей степени, чем при интервальных гипоксических тренировках интактных животных.

Ранее нами показано [2—4], что 3-недельные гипоксические тренировки животных с сахарным диабетом (с 15-го дня зоболевания) оказывали положительное воздействие на течение заболевания, что проявлялось торможением процесса деструкции р-клеток, восстановлением уровня инсулина в крови до 80% от исходного уровня, снижением гликемии и секреции контринсулярных гормонов глюкагона и глюкокортикоидов. На этом фоне в нейронах СОЯ, ПВЯ и в срединном возвышении гипоталамуса увеличивалось содержание окситоцина, при этом уровень гормона был наиболее высоким по сравнению с предыдущими сериями экспериментов (см. табл. 1). Объемы ядрышек нейронов ПК ПВЯ уменьшались до уровня контроля, а ЗМК ПВЯ оставались достоверно увеличенными (см. табл. 2), что в совокупности с данными иммуноцитохимических исследований свидетельствовало о высоком уровне синтетической и секреторной активности окситоцинсинтезирующих нейронов.

Таким образом, проведенные исследования показали изменение функциональной активности окситоцинсинтезирующей системы гипоталамуса в зависимости от состояния эндокринной функции поджелудочной железы. Анализ данных литературы с учетом полученных экспериментальных данных позволяет предположить несколько механизмов возможного участия окситоцинсинтезирующей системы гипоталамуса в регуляции эндокринной функции поджелудочной железы.

Так, в условиях гипогликемии, наблюдаемой при гипоксических тренировках интактных животных, могут преобладать периферические эффекты окситоцина, связанные со стимуляцией секреции глюкагона а-клетками поджелудочной железы [11, 20], процессов гликогенолиза и глюконеогенеза в печени [14, 20] и направленные на адекватное снабжение тканей организма энергетическими субстратами, в том числе глюкозой. С этим хорошо согласуются данные о стимуляции синтетических и секреторных процессов в оксито- цинергических нейронах ПВЯ при гипогликемии, вызванной введением инсулина [13].

Вместе стем окситоцин обладает способностью давать инсулиноподобный эффект, способствуя усилению поступления глюкозы в адипозо- циты [14, 17]. Установлены прямое стимулирующее влияние окситоцина на функцию [3-клеток островков Лангерганса [11] и опосредуемая пролактином [16] активация пролиферации [3-клеток [9]. Эти периферические эффекты окситоцина, по-видимому, зависят от уровня его секреции, максимум которой наблюдается при гипоксических тренировках животных с диабетом. Однако эффективность инсулинотропных эффектов окситоцина зависит от концентрации контринсулярных гормонов АКТГ и кортикостероидов [25], уровень которых достоверно повышается при сахарном диабете [2]. Кроме того, при сахарном диабете окситоцин усиливает синтез и секрецию гормонов гипофизарно-надпочечниковой системы [25]. На этом фоне будут усиливаться контринсулярные эффекты кортикостероидов и ослабляться инсулинотропное действие окситоцина. В то же время гипоксические тренировки животных с диабетом нормализуют концентрацию гормонов гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной оси [2]. В последнем случае контринсулярные эффекты кортикостероидов будут менее существенны, а инсулинотропные эффекты окситоцина, по- видимому, более выражены.

Помимо периферических, следует учесть возможность реализации центральных эффектов окситоцина. Так, окситоцин самостоятельно [7] и совместно с синтезирующимся в тех же крупно-  клеточных гипоталамических нейронах холецистокинином [23] является мощным регулятором потребления пищи и дает анорексический эффект. Его реализация возможна благодаря эфферентным проекциям окситоцинсинтезирующих нейронов ПВЯ к нейронам вентромедиального ядра гипоталамуса [21, 22], которые к тому же имеют наивысшую среди гипоталамических нейронов плотность рецепторов к окситоцину [18]. Однако дегенеративные изменения в нейронах вентромедиального ядра, наблюдаемые исключительно у животных с сахарным диабетом без гипоксических тренировок [5, 12], делают невозможной реализацию центральных анорексических эффектов окситоцина. В условиях снижения функциональной активности вентромедиального ядра [5] возможна реализация другого механизма активирующего влияния окситоцина на процессы синтеза и секреции инсулина, который связан с его центральной стимуляцией нейронов дорсального моторного ядра блуждающего нерва [10, 19], иннервирующего поджелудочную железу [8]. Нами показано, что при диабете у крыс наблюдается гипертрофия нейронов дорсального моторного ядра блуждающего нерва, которая в большей степени выражена на фоне гипоксических тренировок животных с диабетом.

Таким образом, активация крупноклеточной окситоцинсинтезирующей системы гипоталамуса, наблюдаемая при интервальных гипоксических тренировках интактных крыс и животных с диабетом, приводит к реализации целого комплекса центральных и периферических эффектов окситоцина, которые могут осуществляться путем непосредственного влияния этого гормона на метаболизм углеводов и жиров в печени и жировой ткани, на функциональное состояние эндокринных желез, а также реализовываться нервно-проводниковым путем через изменение функциональной активности дорсального моторного ядра блуждающего нерва и вентромедиального ядра гипоталамуса. Исходя из сказанного, вполне понятен значительно возросший в последние годы интерес исследователей к "неклассическим" эффектам окситоцина [1, 7, 15], что закономерно предполагает продолжение экспериментального изучения настоящей проблемы.

Выводы

1. Оценка состояния синтетической и секреторной функции крупноклеточной окситоцинсинтезирующей системы гипоталамуса должна производиться комплексно с использованием иммуноцитохимических и морфометрических методов исследования нейронов ПВЯ, СОЯ и срединного возвышения гипоталамуса с обязательным количественным определением содержания окситоцина в этих структурах.
2. Установлена взаимосвязь состояния эндокринной функции поджелудочной железы и крупноклеточной окситоцинсинтезирующей системы гипоталамуса, которая свидетельствует об участии окситоцина в регуляции состояния р- и а-клеток поджелудочной железы при экспериментальной патологии.