Характеристика значения епiфiзу i секретуючих ним бiологiчно активних речовин в циркадних коливаннях систем органiзму

ЗМІСТ

Стор.

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ……………………………………………...          2

ВСТУП………………………………………………………………...          4 

РОЗДІЛ 1. Різноманіття і комплексність ефектів мелатоніну

в організмі……………………………………………………………..         6                                                                                                                                 

1.1. Гістологія епіфіза…………………………………………………         6

1.2 Особливості  іннервації  та кровопостачання  епіфізу…………...         9

1.2.1. Функціональна активність епіфіза відповідно до

циркадної ритміки……………………………………………………..       12

1.3 Мелатонін  як хімічний еквівалент темряви……………………...       14

1.3.1. Аденозин  як вірогідний хімічний еквівалент  світла…...       17

1.4   Функціональна  організація фотоперіодичної системи 

головного мозку………………………………………………………..        17

РОЗДІЛ 2. Структура фотоперіодичної системи головного

 мозку. Взаємозвязок хроноперіодичних та імуностимулюючих

властивостей  епіфізу……………………………………………………       22

2.1 Шляхи проведення фотоперіодичної інформації…………………       22

2.2 Механізми  участі шишкоподібної залозі в забезпеченні

циркадіанної  ритмічності фізіологічних функцій  різних систем

організму………………………………………………………………….      23 

2.3 Роль супрахіазматичних ядер в хроноперіодичній системі……….      25

2.4 Ефекти мелатоніну в нейросекреторних ядрах гіпоталамусу……..      27

2.5 Вплив мелатоніну  на стан системи антиоксидантного  захисту…...      29

 

ПІДСУМКИ………………………………………………………………..     32 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………….     33 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Положення про ритм, як універсальну властивість всього живого, стало сьогодні незаперечним постулатом. Адже функціонування усіх органів та систем має періодичний характер змін, що регулюється ендо- чи екзогенними чинниками. Важливою властивістю біоритмів є їх ендогенне та генетичне походження, тобто, змінюючи зовнішні умови, біохімічні та фізіологічні процеси змінюються мало [1]. Але достатня сила та тривалість дії екзогенного чинника може призвести до дисбалансу в організмі. Поміж інших параметрів зовнішнього середовища, фотоперіод – найстабільніший синхронізуючий чинник для гомойотермних тварин, у тому числі для людини [2]. Подовження світлового періоду доби викликає десинхронізацію низки фізіологічних параметрів.

Ритмічні коливання - невід'ємна і фундаментальна властивість живої матерії. Характеризуючи окремі білкові молекули чи високоорганізовані істоти, цілісне розуміння їх діяльності неможливе без врахування фактора часу. У людини вивчено понад 900 фізіологічних функцій клітин, органів і систем організму, яким властива добова активність [2].

Нейрофункціональна  система, сприймаюча фотоперіод - фотоперіодична ланка головного мозку - як частина  хроноперіодичної системи організму  залучена в сприйняття та передачу ззовні до периферичних тканин інформацію про основний часозадавач - фотоперіод. Така роль фотоперіодичної системи дозволяє їй не тільки синхронізувати хроноритми соматичних і вісцеральних функцій, але і, імовірно, здійснювати координацію та модуляцію механізмів адаптації організму до впливу різних чинників [3].

Маловивченим  є закономірності хронобіологічної регуляції функцій багатьох систем організму  відповідно до змін добового циклу. З'ясування цього питання  має важливе не тільки теоретичне, а і практичне значення, оскільки дозволить удосконалити методи діагностики, профілактики і лікування патологій з урахування залежності особливостей її виникнення та перебігу від фаз доби.

Враховуючи  зміни функціонального стану  шишкоподібної залози, зокрема з  віком, доцільними є подальші дослідження  мелатоніну як нейропротекторного засобу, в першу чергу, при нейродегенеративних захворюваннях [2,3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 1

Різноманіття і комплексність ефектів мелатоніну в організмі 

 

Епіфіз є  нейроендокринним органом і виявлений  у всіх хребетних [4].

Не дивно, що цей орган  з давніх – давен називають «третім оком». Адже, анатомічно знаходячись у базальних відділах головного мозку, він здатен реагувати на екзогенні подразники (наприклад, рівень освітлення), виділяти гормон мелатонін, підтримувати сталість біологічних ритмів. Поряд із цим, даний гормон виступає як прямий та опосередкований потужний біоантиоксидант організму [1].

Епіфіз виконує  центральну роль в загальній тимчасовій динаміці фізіологічних процесів, перетворюючи фотоперіодичні ефекти в нейроендокрінні і, тим самим, забезпечуючи синхронізацію біоритмів в організмі, бере участь в регуляції поведінки, локомоторній активності, репродуктивних функціях, емоційних проявів, зростанні і розвитку.

У птахів і ссавців  епіфіз грає роль нейроендокринного  перетворювача, що відповідає на нервові імпульси виробленням гормонів [5].

 

 

1.1  Гістологія епіфізу

 

Епіфіз –  це додаток головного мозку, який являє собою щільне утворення, зовнішня поверхня якого вкрита м'якою і павутинною оболонками та характеризується широкою гліальною бар'єрною зоною [6]. Від ніжної капсули в його товщу відходять неправильної форми сполучнотканинні балки і перетинки, які поділяють орган на частки. По міжчасткових перетинках розгалужуються кровоносні судини і нервові волокна. У шишкоподібному тілі розрізняють паренхіму і сполучнотканинну строму.

Сполучнотканнина  строма епіфіза утворена еластичними  та аргірофільними волокнами, а також  гістіоцитами, лімфоцитами і фібробластами. У стромі шишкоподібного тіла дітей  старших за 10 років добре помітні пігментовані клітини (хроматофори), багаті на ліпофусцин [6]. За будовою розрізняють декілька типів строми: целюлярний, ретикулярний, альвеолярний і трабекулярний.

Паренхіма епіфіза  представлена головним чином фоторецепторними клітинами (пінеалоцитами), здатними деполяризуватися у відповідь на світловий подразник, і нейронами, які сприймають електричний стимул і передають його до ЦНС. У трубчастих пінеальних органах плазунів, а також в епіфізі птахів в альвеолярних структурах [7] поряд із типовими фоторецепторними клітинами виявлені особливі рудиментарні фоторецепторні клітини, у тілі та відростках яких є секреторні гранули.

 У філогенезі відбувалася трансформація шишкоподібного тіла з органа фоторецепції в ендокринний орган.

Гліальні клітини, які оточують пінеалоцити і капіляри, мають більш темний цитоплазматичний матрикс [7, 8]. Вони мають приблизно трикутну форму. Відрізняються вони від пінеалоцитів і будовою ядра, яке є щільним і містить значну кількість конденсованого хроматину. Часто дві-три нейрогліальні клітини лежать одна біля одної [6]. Відростки нейрогліальних клітин переважно закінчуються булавоподібними потовщеннями на пінеалоцитах та на інших гліальних клітинах, а також на клітинах периваскулярних утворень. Іноді ці закінчення містять глікоген [6].

У паренхімі  епіфіза трапляються також тучні  клітини і макрофаги. В епіфізах курей тучні клітини виявлені біля кровоносних судин. Ці характерні клітинні елементи містять, як відомо, гепарин і гістамін, завдяки чому сприяють виділенню гормональних речовин із відростків пінеалоцитів у кров [7, 9].

В залозі знаходиться  два типа клітин: пінеалоцити ( біля 95% клітин, великі, світлі клітини) і  астроцити ( гліальні клітини, темні, овальні  ядра). Клітини епіфіза – пінеалоцити  у всіх часточках, росподіляються здебільш по центру, це секретуючи клітини. Вони  мають велике овальне пузиревидне з крупними ядерцями ядро, рибосоми і мітохондрії, добре розвинутий ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі, лізосоми і ліпідні краплини, взагалі всі внутрішньоклітинні компоненти, властиві нейросекреторним клітинам [10]. Від тіла пінеалоцита відходять довгі відростки, що галузяться подібно до дендритів, які переплітаються з відростками гліальних клітин. Відростки булавовидно розширюючись, ідуть до капілярів і контактують з ними. Багаточисленні довгі відростки пінеалоцитів закінчуються розширенням на капілярах і серед клітин епендими. В кінцевих відділах частини відростків присутні незрозумілого призначення структури – щільні трубчасті елементи, оточені синаптичними сфероїдами. В цитоплазмі цих булавовидних розширень є осміофільні гранули, вакуолі і мітохондрії [10]. Вони мають великі везикули, дольчаті ядра з вп′ячуваннями цитоплазми.

Клітини різних типів неоднаково представлені у  корковій і медулярній частинах епіфіза. Зокрема, пінеалоцити кіркової області містять більше HIOMT і часто мають довші відростки, ніж клітини медулярної області [11].

Таким чином, пінеалоцити  являють собою клітини, ультраструктура  яких свідчить про процеси білкового  синтезу, що активно відбуваються в них. Близькість відростків цих клітин до капілярів дозволяє припустити, що головним способом виведення секреторних продуктів є надходження їх у кровоносну систему [12].

В якості морфологічних  показників активності пінеальної секреції і її залишкових проявів розглядають об'єм ядер і ядерець пінеалоцитів, питомий об'єм гранулярної ендоплазматичної сітки (ГЕС), комплексу Гольджі, мітохондрій, довжину синаптичних стрічок (СС), вміст агранулярних світлих везикул, гранулярних везикул з щільною серцевиною, оточеною світлим обідком, з флокулентним матеріалом везикул, осміофільних включень і кальцифікатів [13].

 

 

1.2  Особливості іннервації  та кровопостачання епіфізу

 

Епіфіз ссавців  має багату інервацію. Раніше вважали, що він одержує винятково симпатичну іннервацію — від краніальних шийних гангліїв. Ці волокна входять в епіфіз у складі пінеального нерва, частина ж їх виходить разом із судинами з м'якої мозкової оболонки [14]. Терміналі симпатичних волокон усередині залози розташовуються в основному перикапілярно, але невелика їхня кількість закінчується поблизу пінеалоцитів [7] .

Таким чином, при  зменшенні фотоперіоду трофічний  вплив зі сторони симпатичної  нервової системи збільшується, що може допомагати адаптації організму  підчас несприятливого періоду року. Цей висновок збігається з приведеними вище даними про те, що електростимуляція зорових нервів знижує активність шийних симпатичних волокон [15]. Постає питання: на якому рівні проведення фотоінформації збуджуючі рецептори сітківки світловий сигнал переходить в гальмуючий відносно симпатичної нервової системи, активність якої зростає в темноті, коли по ретиногіпоталамічному і генікулоталамічного шляхів збудження не проходить.

Можна припустити, що такий механізм переходу збуджуючого  світлового сигналу в гальмуючий існує на рівні супрахіазматичних ядер, оскільки щури при дії спалаху світла на сітківку або при прямій електричній стимуляції зорового тракту збільшується імпульсивна активність тільки 50% нейронів цих ядер, 23% нейронів гальмуються, а остання частина – не змінюється [16]. Отже, можна припустити, що при дії світла ті нейрони супрахіазматичних ядер, які передають інформацію про освітленість на симпатичну нервову систему, гальмуються, а в темряві – розгальмовуються і посилають уже збуджуючі імпульси на симпатичні нейрони. Але необхідно підкреслити, що загальна активність супрахіазматичних ядер у всіх досліджуваних групах ссавців – від сумчастих до приматів – збільшена на протязі суб’єктивного дня, так як в світловий період доби, і зменшена на протязі суб’єктивної ночі, так як в темновий період доби, не дивлячись на те, «денний» це ссавець чи «нічний» [17]. Тому не виключено, що така інверсія збуджуючих імпульсів в гальмуючі протікає на інших рівнях передачі фотоперіодичної інформації – на рівні паравентрикулярного гіпоталамічного ядра, ретрохіазматичної частини гіпоталамуса, інтермедіолатеральних нейронів спинного мозку, симпатичних або парасимпатичних гангліїв.

Постгангліонарні  норадреноргічні симпатичні нервові  волокна в першу чергу від  верхніх шийних гангліїв [18], проходять вздовж мозочка, створюючи колбовидний нерв і проникає на поверхню і глибоку частину шишковидного тіла [19]. Симпатична іннервація шишковидного тіла ссавців вперше була доведена ще С. Рамом-Кахалом [20] у мишей, а пізніше підтверджена у інших тварин і людини [21]. В шишковидному тілі вся маса терміналів норадренергічних волокон закінчується в навколосудинних проміжках поблизу відростків пінеалоцитів (ендокринних одиниць залоз) або на їх перикаріонах [21, 22].

За рахунок  симпатичної іннервації у ссавців [23] здійснюється зв'язок між органом зору й епіфізом. Світлова інформація, що сприймається рецепторами сітківки ока, передається через колатералі оптичного тракту до нейронів супрахіазматичних ядер гіпоталамуса, потім через ланцюжок інтернейронів – до спінальних прегангліонарних нейронів крайніх шийних гангліїв (КШГ), які спрямовують терміналі в епіфіз. Доведено, що електрична стимуляція симпатичного стовбура чи КШГ посилюють продукцію мелатоніну епіфізом [24]. Блокування симпатичних входів у епіфіз або двостороннє видалення КШГ однозначно зумовлюють зниження нічної секреторної [25] та електричної [26] активності епіфіза. Хоча вважають, що світло пригнічує секреторну активність епіфіза [27], лише частина пінеалоцитів знижує частоту розрядів на світлову стимуляцію сітківки і підвищує частоту в темряві [28]. Є популяції пінеалоцитів, які реагують на світло протилежно [27, 28].

Особливо важливою ланкою в цьому складному процесі, що забезпечує трансформацію сенсорного стимулу в гуморальну відповідь, є супрахіазматичне ядро гіпоталамуса, яке, найімовірніше, бере участь у генерації  добового ритму функціональної активності епіфіза [29]. Так, руйнування або видалення цього ядра призводить до порушення добового циклу секреції мелатоніну [29] та до порушення фотоперіодичних відповідей репродуктивної системи [30]. Це ядро знаходиться в передньому гіпоталамусі поблизу зорової хіазми між дорсальним супраоптичним перехрестом і вентральним бічним колінчастим тілом [30]. За іншими даними, такий аналог у птахів виявлено в латеральному гіпоталамусі  [31].

 Крім того, фотосенсорні стимули можуть  потрапляти в епіфіз і через  прямі входи в нього нейронів інших ядер гіпоталамуса – паравентрикулярних і вентромедіальних [25, 32].

Крім симпатичної  іннервації, з КШГ до епіфіза йдуть  нервові волокна також із різних структур ЦНС. При електричній стимуляції деяких відділів центральної нервової системи (ЦНС) (габенул, паравентрикулярного ядра, таламічних ядер, зорового тракту та ін.) в епіфізі реєструються викликані потенціали [33].