Морфологічні особливості ядер гіпоталамуса за умов норми, впливу глутамату натрію та його відміни (експериментальне дослідження)

Ващенюк М. І. Морфологічні особливості ядер гіпоталамуса за умов норми, впливу глутамату натрію та його відміни (експериментальне дослідження). – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 222 – Медицина (22 – Охорона здоров’я). – Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького Міністерства
охорони здоров’я України, Львів, 2025.
Дисертаційна робота присвячена встановленню особливостей змін структурної організації ядер гіпоталамуса білих щурів-самців лінії Вістар за умов впливу глутамату натрію та після його відміни. Вперше проведено комплексне морфологічне дослідження ядер гіпоталамуса білого щура-самця репродуктивного віку за умов тривалої дії глутамату натрію та після його відміни. Дослідження проведено на 90 білих щурах-самцях репродуктивного віку з початковою масою 218-260 г, що були поділені на експериментальну і контрольну групи. Використано гістологічні, морфометричні, статистичні та електронно-мікроскопічні методи дослідження. Вперше отримано дані щодо морфологічних змін ядер гіпоталамуса в різні терміни (після 6, 8 та 10 тижнів введення, а також через 2 тижні після відміни з попереднім шести-, восьми- та десятитижневим впливом) перорального введення глутамату натрію. Отримано нові морфометричні дані щодо структурних компонентів ядер гіпоталамуса, а саме: повздовжній і поперечний діаметри ядра та перикаріону пірамідного та овального нейронів, а також їхній об’єм в динаміці десятитижневого введення глутамату натрію, а також через 2 тижні після його відміни з попереднім шести-, восьми- та десятитижневим введенням.
Вперше досліджено, що дія глутамату натрію на організм упродовж шести тижнів викликає помірні зміни структурної організації ядер гіпоталамуса, відмічали помірне зменшення інтенсивності забарвлення перикаріону та ядра з ядерцем овальних нейронів, кількість хроматофільної субстанції зменшувалася.
З’являлися ущільнення мікроглії. При морфометричному дослідженні виявлено достовірне зменшення поздовжнього діаметру ядра пірамідного нейрона на 9% (р=0,01); збільшення поздовжнього діаметру на 9,3% (p<0,01), поперечного діаметру на 9,6% (p=0,01) та об’єму овального нейрона на 31% (p<0,01) у порівнянні із контрольною групою. За двотижневої відміни після шеститижневого введення глутамату натрію відмічали достовірні зміни параметрів овального нейрона у порівнянні із контрольною групою: поздовжній
d перикаріону більший на 7,88% (р<0,05), поперечний d перикаріону менший на 9,96% (р=0,01), поздовжній d ядра більший на 13,36% (р=0,01). На ультрамікроскопічному рівні досліджено, що після 6 тижнів введення глутамату натрію для ядер овального нейрона характерне зростання вмісту електронно- щільного гетерохроматину, каріолема на деяких ділянках нечітко контурована, перинуклеарний простір локально розширений, для мітохондрій характерне просвітлення матриксу та редукція крист, зростає число везикул. За двотижневої відміни після 6 тижнів введення глутамату натрію зворотніх змін не спостерігали.
Після 8 тижнів введення глутамату натрію знижувалася інтенсивність забарвлення мікроглії, перикаріонів та ядер як пірамідних, так і овальних нейронів, контури клітин заокруглені, відмічали зміщення до периферії ядерець, у частині клітин – їх відсутність, також характерним були випадки зміни форми ядра (каріолізис), з’являється ще більше ущільнення мікроглії та розшарування колагенових волокон. За двотижневої відміни після 8 тижнів введення глутамату натрію спостерігаємо менш виразне розшарування колагенових волокон. При оцінці морфометричних параметрів ядер гіпоталамуса білого щура-самця через 8 тижнів впливу глутамату натрію у порівнянні із контрольною групою відмічали, що усі морфометричні показники пірамідного та овального нейрона достовірно збільшуються. За двотижневої відміни після восьмитижневого
введення глутамату натрію відмічали достовірне збільшення параметрів овального нейрона у порівнянні із контрольною групою: поздовжній d перикаріону – на 19,85% (р<0,001), поперечний d перикаріону – на 17,21% (р<0,001), об’єм перикаріону – на 63,28% (р<0,001), поздовжній d ядра – на 19,64% (р<0,001), поперечний d ядра – на 13,34% (р<0,01), об’єм ядра – на 52,8% (р<0,001). Після 8 тижнів введення глутамату натрію на ультрамікроскопічному рівні нейроплазма більшості пірамідних клітин підвищеної осміофілії, канальці ендоплазматичної сітки непротяжні, вакуолізовані. Диктіосоми комплексу Гольджі утворені поодинокими цистернами та деформованими вакуолями і мікропухирцями. Мітохондрії нечисельні з редукованими кристами та подекуди пошкодженою зовнішньою мембраною. Збільшується кількість первинних і вторинних лізосом, визначаються осміофільні грудки ліпофусцину. Каріолема нечітка, розмита, пошкоджена цілісність її мембран, ядерні пори поодинокі. В каріоплазмі зростає кількість гетерохроматину. Ядерця переважно не визначаються. Міжклітинні контакти погано контурувалися. Периваскулярний
набряк відсутній. Після 10 тижнів введення глутамату натрію домінували нейрони в стані набряку, спостерігали поодиноку загибель нейронів, які фагоцитувалися гліальними елементами (нейронофагія), кількість хроматофільної субстанції значно зменшена, мікроглія ущільнена, аксони стоншувалися. За двотижневої відміни після 10 тижнів введення оборотних змін не виявлено. При оцінці морфометричних параметрів компонентів ядер гіпоталамуса білого щура-самця через 10 тижнів впливу глутамату натрію у порівнянні із контрольною групою відмічали, що усі морфометричні показники пірамідного та овального нейронів достовірно збільшені. За двотижневої відміни після десятитижневого введення глутамату натрію також відмічали достовірне збільшення усіх параметрів пірамідного та овального нейронів у порівнянні із
контрольною групою. Через 10 тижнів введення глутамату натрію на ультрамікроскопічному рівні виявляли гемокапіляри із деструктивно зміненою стінкою переважно внаслідок периваскулярного набряку та вузькими
просвітами. Ядра ендотеліоцитів овальної форми, в яких практично повністю переважав неактивний гетерохроматин. Канальці ендоплазматичної сітки розширені, інші органели поодинокі, деструктуризовані. За двотижневої відміни після десятитижневого введення глутамату натрію спостерігали відновлення часткове структури ядер, в яких переважав гетерохроматин, однак еухроматин займав значну площу в центрі ядра. Каріолема мала нечіткі мембрани. Просвіт капілярів вузький, підвищеної осміофілії, погано контурувався. Базальна мембрана переважно підвищеної електронної щільності, проте без ознак набряку та розпушення. Навколо капілярів визначали периваскулярний набряк. Дослідження структурних змін ядер гіпоталамуса білого щура-самця за умов дії глутамату натрію в динаміці та після його відміни має суттєве практичне
значення для встановлення характеру, вираженості та зворотності його ушкоджуючої дії на структури гіпоталамуса, а також для розуміння ролі глутамату натрію в патогенезі морфологічних змін, які служать підґрунтям розвитку нейро-ендокринних порушень. Ці аспекти становлять інтерес для морфологів, неврологів, ендокринологів, терапевтів і дієтологів. Отримані результати є морфологічною основою для розробки нових методів профілактики та лікування патологічних станів, пов’язаних із порушеннями структурної організції ядер гіпоталамуса, що виникають на тлі споживання глутамату натрію у пацієнтів із надлишковою масою тіла, порушеннями ліпідного обміну та супутніми патологічними станами. Отже, у проведеному анатомічному дослідженні вирішена актуальна проблема сучасної морфології – встановлення особливостей структурної організації ядер гіпоталамуса у білих щурів-самців під впливом глутамату
натрію та за умов його відміни, що є підґрунтям для розробки профілактичних, діагностичних та лікувальних заходів у пацієнтів з ознаками метаболічних порушень на тлі тривалого споживання вказаної харчової добавки.

Ключові слова: нервова система, гіпоталамус, ядра, сірий горб, глутамат натрію, ожиріння, харчові добавки, нейротоксичність, білий щур, експеримент.

ABSTRACT
Vashcheniuk M. I. Morphological features of the hypothalamic nuclei under normal conditions, the influence of monosodium glutamate and its withdrawal (experimental study). – Qualification research paper. Manuscript copyright. A thesis for a PhD specialty 222 – Medicine (22 – Health care). – Danylo Halytskiy Lviv National Medical University Ministry of Healthcare of Ukraine, Lviv, 2025.
The thesis paper studies the peculiarities of changes in the structural organization of the hypothalamic nuclei in male Wistar rats under the influence of monomonosodium glutamate and its withdrawal in experimental setting.
For the first time, a comprehensive morphological study of the hypothalamic nuclei in male white rats (reproductive age) was conducted under prolonged monosodium glutamate action and after its withdrawal. The study was performed on 90 male rats of reproductive age with an initial weight of 218-260 g, divided into
experimental and control groups. Histological, morphometric, statistical and electron-microscopic methods were used. For the first time, morphometric data on structural changes in the hypothalamic nuclei at different time points (after 6, 8, and 10 weeks of administration, as well as 2 weeks after withdrawal following six-, eight-, and ten-week exposure) of oral monosodium glutamate administration were obtained. New morphometric data regarding the structural components of the hypothalamic nuclei were obtained, including the longitudinal and transverse diameters of the nucleus and perikaryon of pyramidal and oval neurons, as well as their volume during the dynamics of ten weeks of monosodium glutamate administration and 2 weeks after its withdrawal with previous six-, eight-, and tenweek exposure. For the first time, it was investigated that the action of monosodium glutamate on the organism over six weeks causes moderate changes in the structural organization of the hypothalamic nuclei, with a noted moderate decrease in the intensity of staining of the perikaryon and nucleus with nucleolus of oval neurons, a decrease in the amount of chromophilic substance and the appearance of microglial condensation. Morphometric analysis revealed a significant decrease in the longitudinal diameter of the pyramidal neuron's nucleus by 9% (p=0.01); an increase in the longitudinal diameter by 9.3% (p<0.01), transverse diameter by 9.6% (p=0.01), and volume of the oval neuron by 31% (p<0.01) compared to the control
group. Two weeks after withdrawal following six weeks of monosodium glutamate administration, significant changes in the parameters of the oval neuron were noted compared to the control group: the longitudinal diameter of the perikaryon increased by 7.88% (p<0.05), the transverse diameter of the perikaryon decreased by 9.96% (p=0.01), and the longitudinal diameter of the nucleus increased by 13.36% (p=0.01). At the ultra-microscopic level after 6 weeks of monosodium glutamate administration, the nuclei of oval neurons exhibited an increase of electron-dense heterochromatin content, the nuclear membrane was poorly contoured in some areas,
the perinuclear space was locally expanded, and mitochondria exhibited matrix lucency and reduced cristae, with an increase in the number of vesicles. After two weeks of withdrawal following six weeks of monosodium glutamate administration, no reversibility of changes was observed. After 8 weeks of monosodium glutamate administration, the intensity of staining of microglia, perikarya, and nuclei of both pyramidal and oval neurons
decreased, cell contours became rounded, nucleoli shifted to the periphery (in some cells were absent). Additionally, cases of nuclear shape change (karyolysis) were noted, with further microglial condensation and splitting of collagen fibers. After two weeks of withdrawal following 8 weeks of monosodium glutamate
administration, less pronounced splitting of collagen fibers was observed. Morphometric evaluation of hypothalamic nuclei parameters after 8 weeks of monosodium glutamate influence compared to the control group indicated that all morphometric parameters of pyramidal and oval neurons significantly increased. Two weeks after withdrawal following eight weeks of monosodium glutamate administration, a significant increase in the parameters of the oval neuron was noted compared to the control group: the longitudinal diameter of the perikaryon increased by 19.85% (p<0.001), the transverse diameter of the perikaryon by 17.21% (p<0.001), the volume of the perikaryon by 63.28% (p<0.001), the longitudinal diameter of the nucleus by 19.64% (p<0.001), the transverse diameter of the nucleus by 13.34% (p<0.01), and the volume of the nucleus by 52.8% (p<0.001). After 8
weeks of monosodium glutamate administration, at the ultrastructural level, the neuroplasm of most pyramidal cells showed increased osmiophilia, with short, vacuolated endoplasmic reticulum tubules. The dictyosomes of the Golgi complex were formed by isolated cisternae and deformed vacuoles and microvesicles. Mitochondria were scarce, with reduced cristae and occasionally damaged outer membranes. The number of primary and secondary lysosomes increased, with osmiophilic granules of lipofuscin identified. The nuclear envelope appeared unclear
and blurred, with damage to the integrity of its membranes, and nuclear pores were sparse. The amount of heterochromatin in the karyoplasm increased. Nucleoli were predominantly not identifiable. Intercellular contacts were poorly defined. Perivascular edema was absent. After 10 weeks of monosodium glutamate administration, neurons in a state of edema dominated; isolated neuronal deaths were observed, which were phagocytized by glial elements (neurophagia). The amount of chromatin substance significantly decreased, microglia were condensed, and axons were thinned. Following a two-week withdrawal after 10 weeks of administration, reversible changes were not detected. When evaluating the morphometric parameters of the hypothalamic nuclei of white rats after 10 weeks of monosodium glutamate exposure compared to the control group, it was noted that all morphometric indicators of pyramidal and oval neurons were significantly increased. During the two-week withdrawal after ten weeks of monosodium glutamate administration, a significant increase in all parameters of pyramidal and oval neurons was also observed compared to the control group. After 10 weeks of monosodium glutamate
administration at the ultrastructural level, hemocapillaries with destructively altered walls were primarily noted, mainly due to perivascular edema, and with narrow lumens. The nuclei of oval-shaped cells predominantly contained inactive heterochromatin. Endoplasmic reticulum tubules were dilated, and other organelles were sparse and destructured. The lumens of hemocapillaries were narrow, containing blood formal elements. Following the two-week withdrawal after ten weeks of monosodium glutamate administration, partial recovery of the nuclear
structure was observed, where heterochromatin predominated; however, euchromatin occupied a significant area in the center of the nucleus. The karyolemma had unclear membranes. The capillary lumen was narrow, exhibiting
increased osmiophilia and poorly defined contours. The basal membrane was predominantly of increased electron density, but without signs of edema or loosening. Perivascular edema was identified around the capillaries.
The study of structural changes in the hypothalamic nuclei of white rats under the influence of monosodium glutamate in dynamics and after its withdrawal has significant practical relevance for establishing the nature, severity, and reversibility of its damaging effects on the structures of the hypothalamus, as well as for understanding the role of monosodium glutamate in the pathogenesis of morphological changes that serve as a basis for the development of neuroendocrine disorders. These aspects are important for morphologists, neurologists, endocrinologists, therapists, and dietitians. The results provide a morphological basis for the development of new methods for the prevention and treatment of pathological conditions associated with disturbances in the structural organization of hypothalamic nuclei that occur in the context of monosodium glutamate consumption in patients with excess body weight, lipid metabolism disorders, and accompanying pathological conditions. Therefore, a relevant problem of the contemporary morphology was solved in
our anatomic study, i.e. determination of features of the structural organization of the hypothalamic nuclei in male Wistar rats under the influence of monosodium glutamate and during its withdrawal. This is the basis for development of preventive, diagnostic and treatment approaches in patiens with metabolic disorders against the
background of prolonged consumption of this food additive.

Keywords: nervous system, hypothalamus, nuclei, tuber cinereum, monomonosodium glutamate, obesity, food additives, neurotoxicity, white rat, experiment, morphometry, microscopic changes.