Морфологические изменения сенсомоторной коры крыс при различных режимах -облучения
На правах рукописи
Сгибнева Наталья Викторовна
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СЕНСОМОТОРНОЙ КОРЫ
КРЫС ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ -ОБЛУЧЕНИЯ
03.01.01 – радиобиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва – 2013
1
Работа выполнена в Научно-исследовательском центре авиакосмической медицины и военной эргономики МО РФ и Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко»
Министерства здравоохранения РФ
Научный руководитель: к.м.н., доцент, начальник отдела радиобиологии Научно-исследовательского испытательного центра авиакосмической медицины и военной эргономики 4 ЦНИИ МО РФ, Роман Владимирович Афанасьев Консультант: д.м.н., проф. каф. медико-биологических дисциплин Воронежского государственного института физической культуры, Владимир Петрович Федоров
Официальные оппоненты:
1. д.м.н., проф. заведующий лабораторией ФГБУ ГНЦ РФ «Федерального медицинского биофизического центра им. А.И.
Бурназяна» Федерального медико-биологического агентства Иванов Александр Александрович 2. д.б.н., вед. науч. сотр. ФГБУН ГНЦ РФ Института медико биологических проблем РАН Шафиркин Александр Венецианович
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина»
Защита диссертации состоится «25» апреля 2013 года в 15.00 ч на заседании диссертационного совета Д 501.001.65 при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Биологический факультет МГУ, аудитория 389.
С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в течение месяца до защиты в отделе диссертаций по адресу: Фундаментальная библиотека МГУ, сектор А, этаж 8, комн. 812. Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: Веселовой Т.В. Биолог. фак. МГУ им. М.В. Ломоносова, Ленинские горы, Москва, 119991, Факс: +7 (495) 939-11-15 (пожалуйста, посылайте и бумажный вариант).
Автореферат диссертации разослан « » марта 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, д.б.н. Веселова Т.В.
Актуальность проблемы. Роль источников ионизирующих излучений в различных отраслях национальной экономики постоянно возрастает.
Пренебрежение правилами радиационной безопасности, различные технологические ошибки, утрата контроля и недостаточная защищенность ядерных энергетических установок к внешним воздействиям приводят к необоснованному переоблучению персонала и населения. Так, аварии на Чернобыльской АЭС и АЭС «Фукусима-1» вызвали значительное радиоактивное загрязнение радионуклидами объектов окружающей среды, высокие дозы облучения получили лица, относящиеся к категории ликвидаторов аварии. Риск подобного радиационного воздействия характерен и для лиц опасных профессий, в частности: врачей рентгенологов, хирургов, проводящих оперативные вмешательства под рентгеновским контролем, гаммадефектоскопистов, космонавтов, совершающих длительные межпланетные полеты и др. Наиболее изученными в данном аспекте являются последствия ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, проявившиеся серьезными нарушениями психофизиологического статуса ликвидаторов и занимающие значительное место в структуре заболеваемости (Торубаров Ф.С., 1989;
Гуськова А.К. 1989;
Пелевина И.И. с соавт., 1993;
Головенко С.В., 1994;
Гофман Дж., 1994;
Ушаков И.Б. с соавт, 2001). По данным Никифорова А.М. с соавт. (2002) из 4804 обследованных ликвидаторов 84,3% имеет отклонения в нервно-психической сфере и признаки психической дезадаптации. Однако единого мнения о патогенезе заболеваний нервной системы у исследователей нет и не всегда возможно отличить истинную патологию от проявлений радиофобии, психоэмоционального стресса и ложных рентных установок (Гуськова А.К., 2001, Холодова Н.Б., 2008). В тоже время нейропсихические заболевания у участников ликвидации последствий аварий являются одной из ведущих причин инвалидизации, поэтому установление морфологического субстрата патологического процесса представляется актуальным. Выявить радиочувствительные структуры в ЦНС и их дозо-временные зависимости возможно только в экспериментах на животных, когда возможно исключить практически все посторонние факторы, оставив лишь радиационный, а также использовать методики неприемлемые для человека с последующей экстраполяцией на него полученных данных (Даренская Н.Г. с соавт., 2004;
Иванов И.В., 2009).
В тоже время некоторые исследователи считают опасность влияния доз не вызывающих детерминированные последствия на организм преувеличенной (Ильин Л.А., 1994;
Ярмоненко С.П., 1996;
Рябухин И.С., 2000;
Цыб А.Ф., 2003 и др.). В литературе также имеются данные о стимулирующем и адаптивном их влиянии (радиационный гормезис), подразумевающем положительное влияние на организм (Кузин А.М., 1987;
Василенко И.Я., 1991;
Керим-Маркус И.Б., 1997;
Булдаков Л.А., 2005 и др.). Современный взгляд на проблему допорогового воздействия ионизирующего облучения учитывает принцип системного ответа клетки на повреждение радиационных мишеней (принцип регуляции клеточного гомеостаза) (Ю.Б. Кудряшов, 2001).
Для определения роли радиационного фактора в индукции заболеваний нервной системы, приводящей к изменению психоэмоциональной сферы значительный интерес представляют изменения в сенсомоторной (СМ) коре полушарий большого мозга, играющей ведущую роль в регуляции моторики и контроле сложных психофизиологических процессов, таких как формирование внимания, восприятия, памяти и эмоционально-мотивационных реакций, а также в организации сложных форм поведения и дееспособности. Между тем ее структурная перестройка в условиях радиационного воздействия остается в настоящее время практически не изученной. Данные, полученные в ходе таких исследований необходимы для радиационно-гигиенического нормирования дозовой нагрузки участников ликвидации радиационных аварий.
Цель исследования. Выявить морфологические изменения в сенсомоторной коре больших полушарий головного мозга крыс при различных режимах облучения -фотонами в дозе 50 сЗв.
Задачи исследования 1. Провести анализ морфологических изменений в СМ коре в зависимости от режимов облучения (однократное, фракционированное).
2. Провести анализ морфологических изменений в СМ коре в зависимости от действия различных мощностей доз облучения (50 и 660 сГр/ч).
3. Провести сравнительный анализ нейроморфологических изменений контрольной и облученной групп, для исключения возрастных изменений.
Использовать выявленные изменения для прогноза развития 4.
нейроморфологических эффектов в нервной системе на полную продолжительность жизни облученных животных.
Новизна исследования. Впервые проведено изучение состояния структурных элементов СМ коры крыс при облучении в различных режимах фотонами во второй половине постнатального онтогенеза.
Показано, что структурные элементы сенсомоторной коры реагируют на различные режимы облучения в дозе 50 сЗв неспецифическими реактивными деструктивными и компенсаторно-приспособительными (пограничными), изменениями, которые в большинстве случаев обратимы.
Впервые проведено математическое моделирование нейроморфологических эффектов СМ коры после облучения в дозах не вызывающих детерминированных эффектов и представлен прогноз развития патологии ЦНС на всю продолжительность жизни животных.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты исследования являются определенным вкладом в понимание биологических эффектов действия -излучения в дозах не вызывающих детерминированных эффектов на ЦНС.
Полученные результаты могут быть использованы при моделировании постлучевых поражений ЦНС, служить исходной точкой нормирования дозовой нагрузки для лиц опасных профессий, работающих с источниками ионизирующего излучения.
Полученные сведения о структурной перестройке сенсомоторной коры в условиях облучения могут использоваться при обосновании предельно допустимых уровней облучения. Представляется, что наиболее перспективное использование полученных результатов возможно при планировании лучевой нагрузки лиц опасных профессий, по роду своей деятельности связанных с ионизирующим излучением.
Данные полученные в работе, использованы при подготовке отчета о НИР и реализованы в методических рекомендациях при участии автора:
Положения, выносимые на защиту 1. Облучение в дозах не вызывающих детерминированных эффектов вызывает в сенсомоторной коре ряд изменений, которые в большинстве случаев обратимы и не выходят за пределы функциональной возрастной нормы.
2. Выявленные изменения различных структур сенсомоторной коры отличаются полиморфизмом и гетерохронностью.
3. Сравнительный анализ однократного и фракционированного облучения с одной поглощенной дозой не выявил между ними существенных различий, а наблюдаемые эффекты зависят от рассматриваемого показателя.
Апробация диссертации. Материалы и основные положения диссертации доложены и обсуждены на: Всероссийской конференции с международным участием «Структурно-функциональные, нейрохимические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» (Москва 2007);
Российской научной конференции проблемы токсикологии и «Медико-биологические радиологии» (Санкт-Петербург, 2008);
Всероссийской конференции «Боевой стресс. Медико-психологическая реабилитация лиц опасных профессий» (Москва, Международной научной конференции, посвященной 2008);
50-летию радиоэкологических исследований в Республике Коми «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды»
(Сыктывкар, 2009);
VI съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2010);
Всероссийской конференции с международным участием «Современные направления исследований функциональной межполушарной асимметрии»
(Москва, 2010);
VIII Всероссийской конференции по патологии клетки, (Москва, 2010), расширенном заседании отдела радиобиологии НИИЦ АКМ и ВЭ 4 ЦНИИ МО РФ (Москва, апрель 2012 г., протокол № 4/2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературных источников. Материал изложен на 168 страницах машинописного текста. Работа иллюстрирована 81 рисунком и 22 таблицами. Список литературы насчитывает источника, из них 216 отечественных и 37 зарубежных.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В основу планирования эксперимента положены данные о лучевой нагрузке у военнослужащих-ликвидаторов аварии на ЧАЭС и состоянии их здоровья в ранние и отдаленные сроки пострадиационного периода. Исследование выполнено на 300 половозрелых беспородных крысах-самцах массой 210±10 г, в возрасте месяца. Облучение проводилось -фотонами 60Co с энергией 1,2 МэВ однократно и фракционировано (в течение рабочей недели) в дозе 50 сЗв, мощность дозы облучения находилась в диапазоне от 50 до 660 сГр/ч. Материал забирали через 100 мин, 5 ч, 1, 3, 7, 14 сут., 1, 6, 12 и 18 мес. пострадиационного периода. Эти сроки практически обоснованы и являются экстраполяцией сроков жизни животных на продолжительность жизни человека. Таким образом, в эксперименте смоделирован отбор материала в сроки соответствующие профессиональному долголетию летного состава, принимавшего участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС и предельного возраста их пребывания на военной службе. Экспериментальные животные были объединены в 50 групп по 6 крыс.
Протокол эксперимента в разделах выбора, содержания животных и выведения их из опыта был составлен в соответствии с принципами биоэтики и правилами лабораторной практики, (2003). Каждому режиму облучения соответствовала группа животных с мнимым облучением. Материалом для изучения служили III и V слои СМ коры (поле FPa) полушарий большого мозга. При заборе участков мозга использовали цитоархитектонические карты (Светухина В.М., 1962;
Чиженкова Р.А., 1986), а также описанные нами ориентиры (восходящая ветвь средней мозговой артерии, расположенная на верхнелатеральной поверхности полушария лиссенцефального мозга крыс) (Федоров В.П., Сгибнева Н.В., 2010). Кусочки мозга фиксировали в фиксаторах Карнуа и 10%-ом формалине, с последующей заливкой в парафин. Обзорные срезы окрашивали гематоксилин-эозином. Более детальную характеристику состояния нервных и глиальных клеток получали при окрашивании препаратов по методу Ниссля. На этих препаратах проводили подсчет нейронов с различными типовыми формами морфологической изменчивости (Федоров В.П.
2003;
Ушаков И.Б. с соавт., 2007). Подсчитывали количество нервных и глиальных клеток на единице площади, а среди нейроглии определяли процент сателлитной глии. Измеряли площадь сечения нервных клеток, их цитоплазмы, ядра, ядрышка с последующим вычислением соответствующих индексов. В плане определения выраженности изменений нейронов подсчитывали нервно-клеточный индекс (Шефер В.Ф., 1980). Содержание общего белка выявляли по Бонхегу. Нуклеиновые кислоты (РНК в цитоплазме и ядрышке, ДНК в ядре нейронов) выявляли по Brachet J.L. (1942) и Shea S.K. (1970) с соответствующим контролем РНК- и ДНКазой.
Дегидрогеназы (СДГ, ЛДГ, Г-6-ФДГ) выявляли на комбинированных криостатных срезах (Петрухин В.Г., Гайдамакин Н.А., 1971). Для выявления ЩФ использовали реакцию азосочетания с -нафтилфосфатом и прочным синим РР. Морфометрию и оценку содержания продукта реакции в гистохимических препаратах по величине их оптической плотности в виде значений яркости проводили с помощью компьютерного комплекса анализаторов изображений на базе Leica DMR с использованием компьютерной программы «Image J» 36 b Wayne Rosband National Institutes of Health, USA. Оценка активности ЩФ осуществлялась стереологическим методом точечного счета. (Автандилов Г.Г., 1990). Объем материала, необходимого для исследования определяли методом аккумулированных средних. Полученные данные обрабатывали статистически с последующим математическим моделированием. Описательная статистика включала расчеты математического ожидания, стандартной ошибки, эксцесса, ассиметрии, минимального и максимального значения ряда данных (Жижин К.С., 2007;
Автандилов Г.Г., 2007 и др.). Корреляционный анализ позволил выявить глубину связей между морфологическими эквивалентами функций и определить целостность ответа нейронов на воздействие. Регрессионный анализ позволил установить множественные нелинейные связи между параметрами ионизирующего излучения и морфологическими критериями, и на основании этого построить математическую модель степени участия выбранного диапазона доз в формировании нейроморфологических эффектов. Результаты регрессионного анализа в дальнейшем использованы для предсказания поведения изучаемых показателей в те дозо-временные интервалы, которые выходят за пределы исследования. Для сравнительной оценки нейроморфологических эффектов при однократном и фракционированном воздействии использовали однофакторный дисперсионный анализ. Все расчеты проводились на ПЭВМ с процессором Intel Core 17 с помощью программ Statistica 6.1, MS Excel 2007 и MathCad 14.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Морфологические изменения в сенсомоторной коре наблюдали в течение всего пострадиационного периода, что потребовало наличие адекватного возрастного контроля животных. Показано, что большинство нейронов интактных животных во второй половине постнатального онтогенеза имеет структурную организацию, соответствующую классическому представлению о строении нервных и глиальных клеток. Заметной перестройки нейрон-глиальных контактов с возрастом мы не отметили. Изменения нервных клеток объединены в три группы:
реактивные по гипо- и гиперхромному типу, а их крайние варианты – пограничные, которые при определенных условиях могут быть обратимы или перейти в альтеративные изменения. Второй вид (альтеративные) – является необратимым, сюда относятся клетки в состоянии коагуляционного или колликвационного некроза – пикноморфные и клеточные тени. Третий вид относится к компенсаторно-приспособительным изменениям.
В таблицах 1 и 2 представлена структурно-функциональная характеристика исследуемых слоев СМ коры контрольных животных. Видно, что с возрастом происходило уменьшение количества нервных и увеличение количества глиальных клеток на единице площади коры. К концу сроков исследования отмечалось некоторое снижение содержания общего белка в нейронах. Наибольшие изменения тинкториальных свойств нейронов отмечались в III по сравнению с V слоем коры, кроме того в III слое к окончанию наблюдения увеличивалось количество нейронов с деструктивными изменениями. Подтверждением этого является снижение показателя НК индекса, который является объективным критерием процесса гибели нейронов (Шефер В.Ф., 1980).
Таблица 1. Морфологические показатели III слоя СМ коры интактных крыс на протяжении сроков наблюдения № Показатели 100 мин 1 сут 1 мес. 6 мес. 12 мес. 18 мес.
нейроны на ед- 33,2± 31,8± 31,8± 30,5± 26,3± 26,8± 1.
це площади 1,4 0,3 0,5 2,5 0,8 2, 62,2± 58,3± 53,2± 41,6± 43,0± 35,0± НН 2.
4,0 0,7 1,0 1,9 2,8 3, 16,2± 12,6± 20,3± 32,0± 27,0± 37,8± ГхН 3.
1,1 0,9 3,2 1,7 3,8 2, 19,3± 18,1± 19,1± 15,3± 11,4± 11,8± ГрН 4.
1,1 0,4 0,5 0,5 2,5 2, 11,8± КТ 5. 2,1±0,4 4,3±0,2 7,8±0,9 9,3±1,7 7,4±0, 0, ПмН 6. 2,1±0,4 1,0±0,2 1,3±0,3 2,6±0,2 6,3±0,4 8,4±2, 11,2± НК индекс 7. 8,9±1,6 7,0±1,5 8,7±0,3 5,8±0,2 5,5±0, 2, 11,8± 10,3± 14,6± 22,5± 19,3± 25,4± общая глия 8.
1,5 0,5 0,1 1,1 2,4 0, сателлитная 8,6± 11,5± 11,9± 9. 4,8±0,8 5,0±0,5 6,6±3, глия,03 0,3 0, активность 1,2± 1,0± 1,1± 10. 1,2±0,2 1,0±0,1 1,1±0, СДГ 0,05 0,06 0, активность 1,8± 11. 2,6±0,4 3,6±0,1 1,1±0,5 1,1±0,2 1,2±0, ЛДГ 0, активность 1,1± 1,1± 1,1± 1,1± 1,0± 12. 1,1±0, Г-6-ФДГ 0,06 0,06 0,04 0,08 0, 41,8± 39,7± 38,6± 54,7± 39,6± 46,4± 13. активность ЩФ 2,1 1,6 5,1 5,2 2,7 2, 1, 7, 8, 13 – абс. знач.;
2, 3, 4, 5, 6 – % от общего количества нейронов на единице площади;
9 - % от общего количества нейроглии на единице площади;
10, 11, 12, 13 – е. э.
Активность ферментов энергетического обмена – СДГ и Г-6-ФДГ и на протяжении второй половины постнатального онтогенеза у животных биологического контроля не изменялась. Активность ЛДГ к концу срока наблюдения не значительно снижалась. Активность ЩФ на протяжении сроков наблюдения имела волнообразные изменения: через 6 мес. повышалась, после чего приближалась к исходным значениям.
На протяжении сроков наблюдения отмечалось уменьшение морфометрических показателей нейронов, а также снижение содержания РНК в цитоплазме. Содержание ДНК в ядрах и РНК ядрышках было связано с изменениями морфометрическими показателей.
Таблица – 2. Морфологические показатели V слоя СМ коры интактных крыс на протяжении сроков наблюдения № Показатели 100 мин 1 сут 1 мес. 6 мес. 12 мес. 18 мес.
32,7± 27,0± 24,8± 27,0± НН 1. 35,8±2,5 32,2±3, 3,0 2,6 5,2 4, 25,0± 30,0± 34,6± 36,4± ГхН 2. 28,7±3,0 30,7±3, 3,5 3,0 3,1 6, 23,6± 25,4± 23,2± 25,1± ГрН 3. 21,0±3,9 19,0±4, 2,6 1,7 2,3 4, 17,2± 16,0±2, 15,2± КТ 4. 16,1±1,5 14,8±2,2 8,3±0, 1,3 8 2, ПмН 5. 1,7±1,9 3,0±0,6 1,3±0,5 1,8±1,3 2,8±1,0 2,6±1, площадь 8234,1± 7843,8± 6941,6± 6801± 5213,6± 6963± 6.
нейрона 115,7 98,1 103,5 213,0 199,4 106, площадь 5045,1± 4417,4± 3637,1± 3931,4± 2924,2± 3628,0± 7.
цитоплазмы 345,8 352,8 88,2 227,8 113,5 149, площадь 3789,0± 3426,3± 3304,6± 2869,5± 2289,0± 3335,8± 8.
ядра 123 65,8 157,1 190,0 80,1 145, площадь 115,6± 125,2± 220,4± 220,1± 181,4± 107,0± 9.
ядрышка 11,6 10,7 11,3 8,0 4,2 3, 0,91±0, 0,73± 0,78±0, 0,92±0, 10. ЯЦ индекс 0,75±0,06 0,78±0, 03 0,1 05 0,031± 0,037± 0,067± 0,077± 0,078± 0,032± 11. ЯЯ индекс 0,006 0,002 0,004 0,01 0,005 0, РНК 1,1±0,0 1,16± 1,5± 12. 1,5±0,1 1,6±0,1 1,4±0, цитоплазмы 3 0,1 0, 1,7±0, 13. ДНК ядра 1,7±0,1 1,5±0,1 1,1±0,1 1,2±0,1 1,5±0, РНК 1,2± 1,7± 14. 1,7±0,05 1,7±0,1 1,2±0,1 1,8±0, ядрышка 0,03 0, суммарный 1,2±0,0 1,1±0, 15. 2,7±0,2 2,6±0,04 2,8±0,1 3,2±0, белок 2 1, 2, 3, 4, 5 - % от общего количества нейронов на единице площади;
6, 7, 8, 9 - мкм2;
10, 11 – абсолютные значения;
12, 13, 14, 15 – е. э.
Однократное облучение (доза 50 сЗв, мощность дозы 50 сГр/ч). После облучения в основном наблюдались изменения соотношений нейронов, измененных по гипо- и гиперхромному типам (Табл. 3, 4). Встречались также пикноморфные клетки и клеточные тени. Процентное соотношение нормальных и деструктивно измененных клеток увеличивалось в начале и в конце наблюдения.
Снижение количества нормохромных нейронов происходило за счет увеличения количества гипохромных нейронов. Наибольшая лабильность изменений отмечалась в III слое коры по сравнению с V. В различные сроки пострадиационного периода изменения касались только части нервных клеток, основная же масса нейронов не имела каких-либо значимых морфологических изменений. После незначительного увеличения НК индекса в первые сутки после облучения, его значения снижались через 1 мес. пострадиационного периода. В течение последующих 12 мес. показатели увеличивались, но к концу срока исследования они становились ниже возрастного контроля. Оценка нервно клеточного индекса, несмотря на его значительную информативность в нейроморфологических работах практически не используется. В доступной печати представлена одна лишь работа (Маслов Н.В., 2012), в которой показано, что через сутки и 6 мес. пострадиационного периода после облучения низкими дозами НК индекс в III и IV слоях теменной коры был выше, чем в контроле. Cразу после облучения площадь сечения нейронов увеличивалась. До 14 сут наблюдения отмечалось уменьшение показателей, а в последующие сроки пострадиационного периода площадь нейронов была больше контроля. Содержание белка в нейронах в ранние сроки после облучения повышалось, через 6 мес. уменьшалось, а в последующие сроки находилось ниже уровня возрастного контроля. Площадь цитоплазмы нейронов в пострадиационном периоде имела фазные изменения, прослеживающиеся до 6 мес., впоследствии ее размеры уменьшались и оставались ниже уровня контроля до конца срока наблюдения. Содержание РНК в цитоплазме изменялось не зависимо от ее профиля и концу наблюдения соответствовало возрастному контролю. РНК и рибонуклеопротеиды в основном определяют тинкториальные свойства нервных клеток, такие как гипо-, гипер- и нормохромность. При однократном облучении с мощностью дозы 50 сГр/ч на протяжении всего срока исследования площадь сечения ядер нервных клеток превышала возрастной контроль, что свидетельствует об изменении их структуры и функции. Облучение в дозе 50 сЗв с мощностью дозы 50 сГр/ч не оказывает значительного влияния на содержание ядерной ДНК нейронов, а фазные изменения ее содержания зависят от динамики кариометрических показателей. Содержание РНК в ядрышках до 7 сут после начала эксперимента было меньше чем в контроле.
Через 6 мес. ее содержание превышало контроль, а к окончанию срока наблюдения вновь уменьшалось. Площадь сечения ядрышек при этом режиме облучения увеличивалась при одновременном уменьшении содержания в них РНК и уменьшалась при увеличении содержания РНК.
Важным показателем стабильности нервных клеток является соотношение их основных структур: цитоплазмы, ядра, ядрышка, о чем свидетельствовуют соответствующие индексы. Установлено, что сразу после облучения показатели ЯЦ индекса превышали контрольные значения. Через 6 мес. индекс снижался, через мес. вновь повышался, но к окончанию срока исследования оставался ниже возрастного контроля.
При воздействии различных экстремальных факторов увеличивается количество глиальных сателлитов и протяженность контактов между нейроглией и нейронами (Гейнисман Ю.Я., 1974;
Боголепов Н.Н., 1979;
Пермяков Н.К. с соавт., 1986 и др.). У облученных животных заметной перестройки нейрон-глиальных контактов, также как и у контрольных животных, не отмечалось. При летальных дозах облучения реакция перинейрональной глии выступает на первое место уже сразу после воздействия в виде гиперплазии и одновременного ее распада (Давыдов Б.И. с соавт., 1991;
Ушаков И.Б. с соавт., 2010).
Таблица – 3. Морфологические показатели III слоя СМ коры крыс после однократного облучения в дозе 50 сЗв с мощностью дозы 50 сГр/ч на протяжении пострадиационного периода 12 № Показатели 100 мин 1 сут 1 мес. 6 мес.
мес. мес.
нейроны на 1.
112,2 107,2* 102,2 105,4* 95,8 86,2* единице площади НН 2. 50,1 51,0 44,4 43,4 51,0 23, ГхН 3. 17,8 25,0 25,0 29,8 25,0 44, ГрН 4. 25,4 16,6 15,7 14,3 16,6 12, КТ 5. 11,0 10,3 14,6 9,0 10,3 9, ПмН 6. 5,1 1,2 0,8 4,5 2,0 12, НК индекс 7. 101,8 116,4 54,4* 78,0* 54,2 74,5* общая глия 8. 105,6 111,3 123,4* 98,7 122,8* 96, сателлитная глия 9. 52,0* 46,0 43,0 50,0* 42,5* 51, активность СДГ 10. 97,6 95,3 102,5 98,8 89,9* 103, активность ЛДГ 11. 98,9 148,1* 105,9 100,3 100,2 99, активность Г-6 12.
96,0 95,2 100,5 101,6 99,4 115, ФДГ активность ЩФ 13. 125,8* 72,3* 69,8* 119,1 122,4* 127,9* 1, 8, 7, 10, 11, 12, 13 – % от контроля;
2, 3, 4, 5, 6 – % от общего количества нейронов на единице площади;
9 - % от общего количества нейроглии на единице площади;
* показатели, достоверно отличающиеся от контроля (р0,05).
У контрольных животных, активность окислительно-восстановительных ферментов с возрастом плавно понижалась, что свидетельствует о снижении биосинтетических и биоэнергетических процессов в СМ коре головного мозга. У животных после облучения через 1 сут активность СДГ снижалась, а к окончанию исследования приближалась к возрастному контролю. Активность ЛДГ через сутки после воздействия повышалась, через 6 мес снижалась до уровня возрастного контроля и в последующие сроки не изменялась. Активность Г-6-ФДГ повышалась к окончанию срока исследования. Таким образом, заметная роль в обеспечении функции нейронов СМ коры в конце пострадиационного периода принадлежит мобилизации пентозофосфатного пути утилизации глюкозы. Более заметные изменения наблюдались со стороны ЩФ, обеспечивающей активный транспорт через капиллярную стенку. Активность фермента через 1 сут после радиационного воздействия снижалась, в последующем восстанавливалась до уровня контроля и возрастала к окончанию срока наблюдения. Изменение активности ЩФ в эндотелии капилляров не сопровождалось изменениями микроциркуляторного русла и периваскулярной зоны. В некоторых случаях просвет микрососудов был неравномерно расширен и переполнен форменными элементами крови, но выхода их за пределы сосудистой стенки выявлено не было.
Таблица – 4. Морфологические показатели V слоя СМ коры крыс после однократного облучения в дозе 50 сЗв с мощностью дозы 50 сГр/ч на протяжении пострадиационного периода № Показатели 100 мин 1 сут 1 мес. 6 мес. 12 мес. 18 мес.
НН 1. 45,3 39,5 28,8 39,7 34,8 28, ГхН 2. 25,8 40,2 34,2 22,7 26,3 28, ГрН 3. 15,0 12,6 19,8 19,8 28,2 28, КТ 4. 12,7 6,8± 14,6 15,3 10,7 12, ПмН 5. 3,1 1,5 2,6 2,5 0,6 4, площадь сечения 6.
101,2 109,0* 122,3* 148,0* 124,5* 123,0* клетки площадь цитоплазмы 7. 91,3 87,4 147,5* 160,0* 134,8* 127, площадь сечения ядра 8. 85,1* 120,7* 94,8 137,2* 111,4* 118,1* площадь ядрышка 9. 94,9 114,1* 75,7* 179,0* 91,8* 122, 10. ЯЦ индекс 0,7 1,1 0,6 0,6 0,6 0, ЯЯ индекс 0,04 0,03 0,05 0,1 0,06 0, 11. РНК цитоплазмы 82,1* 101,7 107,4* 105,8 72,3* 91,8* 12. ДНК ядра 90,3* 90,7* 103,3 105,9* 71,0 74, 13. РНК ядрышка 88,8 89,6* 105,8 110,5* 69,7 74,0* 14. суммарный белок 100,6 128,8* 83,3* 82,3* 95,8* 105,6* 1, 2, 3, 4, 5 - % от общего количества нейронов на единице площади;
6, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15 - % от контроля;
10, 11 – абсолютные значения;
* - показатели, достоверно отличающиеся от контроля (р0,05).
Однократное облучение (доза 50 сЗв, мощность дозы 660 сГр/ч). При данном режиме облучения изменения в пострадиационном периоде практически не отличались от таковых при облучении с мощностью дозы 50 сГр/ч. К окончанию наблюдения количество нейронов на единице площади соответствовало возрастному контролю. В III слое коры через 1 сут после облучения нормохромные нейроны составляли 34,4% от всей клеточной популяции, что меньше контрольных значений и животных, облученных с меньшей мощностью. Количество нейронов с реактивными изменениями в ранние сроки в целом составляло 47,0%, через 12 мес.
увеличивалось до 53,0% и через 18 мес. количество гипер- и гипохромных нейронов практически не изменялось. Клеточные тени и пикноморфные нейроны через 1 сут после начала эксперимента составляли 12,5 и 7,3% соответственно, через 12 мес. клетки-тени составляли 6,7, а пикноморфные – 16,3%. К окончанию срока наблюдения клетки-тени достигали 8,4, а пикноморфные – 12,7%, что превышало контроль, но не отличалось от показателей при облучении с меньшей мощностью дозы. В V слое нормохромные нейроны через 1 сут после облучения составляли 19,0%, через 6 мес. – 29,0% и в последующие периоды их количество не менялось. Нейроны с реактивными изменениями сразу облучения составляли 64,7% и в последующие сроки наблюдения их количество практически не менялось. Количество нервных клеток с деструктивными изменениями в пострадиационном периоде практически соответствовало возрастному контролю.
НК индекс через 1 сут составлял 53,8% от контроля, через 6 мес. – 60,6, через мес. – 97,3%, а через 18 мес. индекс снижался, составляя от возрастного контроля – 68,6%, что свидетельствует об увеличении количества нейронов с деструктивными изменениями. Морфометрическое исследование нейронов V слоя показало, что площадь их сечения через 1 сут после радиационного воздействия соответствовала контролю, через 12 мес. увеличивалась на 8,8% а к концу пострадиационного периода уменьшалась и составляла 79,3% от возрастного контроля.
Содержание общего белка нейронов через сутки превышало контроль на 15,3%, через 6 мес. снижалось – 96,3%, через 12 мес не изменялось, а через 18 мес.
становилось ниже уровня возрастного контроля. Площадь сечения цитоплазмы нервных клеток через 1 сут после облучения не изменялась, а содержание РНК было повышено и превышало контрольные значения на 91,5%. Через 6 мес.
площадь цитоплазмы увеличивалась на 13,6%, а содержание РНК на 7,2%. Через мес. площадь цитоплазмы и содержание в ней РНК соответствовало возрастному контролю, а через 18 мес. уменьшалась до 83,9%, а содержание РНК соответствовало контролю. Площадь сечения ядер нейронов через 1 сут после облучения уменьшалась до 63,5%, а содержание в них ДНК соответствовало контролю. Через 6 мес. площадь сечения ядер увеличивалась на 22,7%, а содержание ДНК на 7,5%. Через 12 мес. пострадиационного периода площадь сечения ядер увеличивалась на 22,1, а через 18 мес. уменьшалась – 74,4%, содержание ДНК в них составляло – 89,1% по отношению к возрастному контролю. Площадь ядрышек нейронов через 1 сут увеличивалась по сравнению с контролем на 28,5%, а содержание в них РНК уменьшалось – 88,2%. Через 6 мес.
площадь ядрышек уменьшалась до 37,8%, а содержание РНК возрастало на 10,5%.
Через 12 мес. размер ядрышек составлял 77,8%, а РНК – 85,0% от уровня контроля.
К окончанию пострадиационного периода площадь ядрышек увеличивалась на 52,7%, а РНК снижалась до 78,5% от возрастного контроля. ЯЦ индекс нейронов V слоя СМ коры через 1 сут и 18 мес. после облучения по сравнению с контролем снижался, а через 6 и 12 мес. соответствовал контролю. ЯЯ индекс во все сроки пострадиационного периода не соответствовал возрастному контролю. Через сутки и 18 мес. после облучения его показатель превышал контроль, а между этими сроками был достоверно ниже.
Количество нейроглии на протяжении пострадиационного периода увеличивалось и к окончанию наблюдения составляло 155,7% от возрастного контроля. Количество сателлитной глии от общего количества глиальных клеток на единице площади составляло сразу после воздействия 47,0%, через 6 мес. – 59,4% и в последующие сроки наблюдения не изменялось.
Динамика активности ферментов после облучения в дозе 50 сЗв с мощностью дозы 660 сГр/ч, была сходна с их изменением при облучении с меньшей мощностью. Активности СДГ через 1 сут после воздействия снижалась на 11,4%, через 6 мес. повышалась и соответствовала возрастному контролю.
Активность ЛДГ через 1 сут превышала контроль, а в последующие сроки соответствовала ему. Активность Г-6-ФДГ на протяжении сроков наблюдения соответствовала контролю, но к концу срока исследования превышала его.
Активность ЩФ сразу после облучения снижалась до 36,4%, а через 6 мес.
увеличивалась на 19,2% и в последующие сроки не изменялась.
Фракционированное облучение (доза 50 сЗв, мощность дозы 50 сГр/ч).
Фракционированное облучение не вызывало в СМ коре изменений существенно отличающихся от однократного радиационного воздействия. Во все сроки пострадиационного периода большинство нервных клеток не имело существенных морфологических изменений по сравнению с контролем. Количество измененных нейронов увеличивалось только в конце срока наблюдения, когда количество нервных клеток на единице площади составляло 89,6% по сравнению с возрастным контролем. НК индекс к окончанию срока наблюдения соответствовал контролю.
Через 1 сут после облучения в III слое коры количество нормохромных клеток достигало 41,0% от всей клеточной популяции, через 6 мес. – 45,8%, а в последующие сроки их количество снижалось до 32,1 и 24,8% через 12 и 18 мес.
соответственно. Количество гиперхромных нейронов через сутки после облучения составляло 30,3, а к окончанию пострадиационного периода – 41,8%. Количество гипохромных нейронов не менялось. Количество нервных клеток с необратимыми изменениями практически не изменялось на протяжении всех сроков исследования.
В V слое существенной перестройки соотношения различных типов нейронов также выявлено не было. Площадь сечения нейронов через 1 сут. после фракционированного облучения практически не отличалась от уровня контроля – 94,4%, а через 6 мес. превышала его значения на 40,0%. Через 18 мес. размеры нервных клеток соответствовали возрастному контролю. Содержание белка в нейронах через 1 сут после облучения соответствовало контрольным показателям – 103,2%, через 6 мес. составляло 86,9%. На протяжении последующих месяцев исследования показатели общего белка находились ниже уровня возрастного контроля. Площадь цитоплазмы нейронов через 1 сут после облучения не отличалась от контроля. Содержание РНК в этот период снижалось по сравнению с контролем на 25,4%. Через 6 мес. площадь цитоплазмы превышала контроль на 46,6%, содержание РНК – на 28,6%. Через 12 мес. наблюдения площадь цитоплазмы уменьшалась и содержание РНК снижалось до 78,2% по отношению к контролю. Через 18 мес. площадь цитоплазмы соответствовала возрастному контролю, а содержание РНК превышало его. Площадь сечения ядер нейронов V слоя через 1 сут составляла 87,5% по отношению к контролю, а содержание в ядрах ДНК увеличивалось на 7,7%. Через 6 мес. площадь ядер увеличивалась до 33,2%, а содержание ДНК в них составляло 98,5%. К окончанию сроков наблюдения размер ядер достоверно уменьшался, составляя от уровня контроля 84,7%, содержание ДНК в них приближалось к возрастному контролю. Через 1 сут после радиационного воздействия площадь сечения ядрышек нейронов составляла 50,7%, а содержание РНК – 81,7% по отношению к контролю. Через 6 мес. оба показтеля увеличивались и к окончанию срока наблюдения размеры ядрышек и содержание в них РНК соответствовало контролю. ЯЦ индекс нейронов снижался через 1 сут после облучения и в последующие сроки был ниже контрольных величин. ЯЯ индекс через сутки был ниже контроля, через 6 мес. его показатель нормализовался. Через 12 мес. индекс значительно снижался, а к окончанию наблюдения повышался и соответствовал возрастному контролю.
Количество нейроглии через 1 сут после фракционированного облучения превышало контроль на 5,6%, а через 6 мес. достигало контроля. К окончанию срока исследования увеличивалось на 37,6%. Количество сателлитной глии по отношению к общему количеству глиальных клеток сразу после облучения составляло 41,5, через 6 мес. – 49,0 и через 12 мес. – 42,6%. К окончанию исследования количество сателлитной глии достигало уровня начальных сроков наблюдения –38,8%.
Активность дегидрогеназ на протяжении пострадиационного периода после фракционированного облучения имела сходные изменения с однократным облучением. Активность СДГ во все сроки пострадиационного периода практически соответствовала возрастному контролю. Активность ЛДГ через 1 сут повышалась на 29,2%, через 6 мес. снижалась до возрастного контроля и оставалась на этом уровне до конца эксперимента. Активность Г-6-ФДГ через 1 сут не изменялась, в последующие сроки соответствовала контролю, а к концу эксперимента превышала его значения на 13,7%.
Активность ЩФ в эндотелии микрососудов через 1 сут снижалась до 70,5%.
Через 6 мес. показатель активности ЩФ увеличивался, а через 18 мес. достигал 123,5% от возрастного контроля. Само микроциркуляторное русло в конце пострадиационного периода имело неравномерный просвет, венозный отдел был в некоторых случаях переполнен форменными элементами, но выхода их за пределы сосудистой стенки также не наблюдалось.
Математическую модель зависимости нейроморфологических эффектов от мощности дозы облучения и времени пострадиационного периода представляли в виде уравнения регрессии:
ЗП=а0+а1х+а2y+а3хy+а4х2+а5y2, (1) где ЗП – зависимый показатель, х – мощность облучения;
y – время, после облучения;
хy, х2, y2 – взаимные влияния параметров x, y – и нелинейное влияние каждого из этих параметров;
а0, а1, а2, а3, а4, а5 – соответствующие коэффициенты (р 0,05). Точки, полученные, в результате расчета по уравнению регрессии аппроксимированы поверхностью методом наименьших квадратов. Установлено, что нейроморфологические показатели имеют нелинейную зависимость от изучаемых факторов при слабой или умеренной корреляционной связи.
Совместное влияние мощности и времени пострадиационного периода нивелировало изменения и большинство нейроморфологических эффектов не имело существенных различий в начальных и конечных значениях дозо-временных параметров (Рис. 1 А). Отличия наблюдали при их средних значениях, при низкой диагностической значимости моделей (R2=0,58) и слабой корреляционной связи между эффектом и изучаемыми аргументами (R=0,33), что подтверждено линейным уравнением регрессии:
Количество НН (III слой)=0,8601–1,87607x+1,61548x2–0,24509y2, (2) Исключение составляют нормохромные и деструктивные нейроны V слоя динамика, которых линейно зависела от рассматриваемых аргументов:
Количество НН (V слой)=0,634352+0,173715y–0,143964x2, (3) при R =0,49;
R=0,24. (Рис. 2 Б) Изменения морфометрических показателей нейронов также имеют нелинейную зависимость, как от времени пострадиационного периода, так и от мощности дозы облучения. Изменение площади цитоплазмы имеет два экстремума, на образование которых влияют все факторы (Рис. 2 А).
А Рис. 1. – Зависимость количества нормохромных нейронов III слоя (А) и V слоя коры (Б) от мощности дозы, времени после облучения и их совместного влияния.
Прим.: в столбце цветом обозначен коэффициент регрессии.
Б Площадь цитоплазмы=0,42484+1,23875x+1,91937y–0,28171xy– 1,08915x2–4,92497y2+3,12282y3, (4) при R2=0,59;
R=0, Содержание РНК в цитоплазме нейронов зависит от всех рассматриваемых факторов:
РНК цитоплазмы=0,418964–0,413406y–0,524080xy+0,414084x2 +0,472722y2, (5) при R2=0,79;
R=0, Из графика (Рис. 2 Б) видно, что максимальному значению функции соответствует максимальное значение мощности дозы облучения и минимальное значение времени, т.е. содержание РНК цитоплазмы достигает своего максимума при высоких значениях мощностей доз. Площадь сечения ядер нейронов зависит от факторов (х и у), но их сочетание (ху) не оказывает значимого влияния на показатель.
А Рис. 2. – Зависимость площади цитоплазмы нейронов (А), зависимость содержания РНК в цитоплазме (Б) от мощности дозы облучения и времени пострадиационного периода и их совместного влияния.
Прим.: в столбце цветом обозначен коэффициент регрессии.
Б Диагностическая значимость модели низкая (R2=0,38), а корреляция между аргументами отсутствует (R=0,14).
Изменения размеров ядрышка также имеет нелинейный характер.
Максимальное их значение соответствует средним значениям времени пострадиационного периода и начальному значению мощности дозы, но корреляция между эффектом и аргументами отсутствует (R=0,16).
Содержание РНК в ядрышках зависит как от мощности дозы облучения, так и от прошедшего времени. Функция имеет один минимум соответствующий средним диапазонам исследуемых аргументов, но корреляция между ними практически отсутствует (R=0,13), а диагностическая значимость модели низкая (R2=0,36).
Не получено четкой зависимости от мощности дозы и прошедшего времени при изучении окислительно-восстановительных ферментов, а для ЛДГ все коэффициенты были выше 0,05. Активность как СДГ, так и Г-6-ФДГ с увеличением мощности дозы снижается в ранние сроки наблюдения, а затем восстанавливается. При этом диагностическая значимость математической модели низкая (R2=0,23), а корреляция изучаемых аргументов с эффектами отсутствует (R=0,05). Таким образом математическое моделирование подтвердило данные нейрогистологических исследований, показавших что облучение крыс в дозе 50 сЗв с различной мощностью дозы не вызывает в пострадиационном периоде значимых изменений состояния, как III, так и V слоев СМ коры. Выявленные изменения имеют нелинейный стохастический характер, в большинстве случаев обратимы и зависят не только от мощности дозы и времени после воздействия, но и от рассматриваемого показателя. Большинство показателей к концу наблюдения соответствует возрастному контролю, но некоторые имеют отличия.
Прогнозирование нейроморфологических эффектов на всю продолжительность жизни животных при радиационном воздействии в дозе сЗв с различной интенсивностью показало, что и через 24 мес. пострадиационного периода исследуемые показатели практически не будут отличаться от возрастного контроля и предшествующего срока наблюдения.
Прогнозирование зависимости нейроморфологических эффектов от мощности дозы радиационного воздействия показало, что они также во многом зависят от рассматриваемого показателя. В III слое СМ коры количество нейронов с деструктивными изменениями увеличивалось при средних значениях мощностей доз, а при нижних и верхних значениях (50 и 660 сГр/ч соответственно) практически не изменялось. В V слое количество деструктивных клеток линейно зависело от мощности дозы воздействия и через 24 мес. пострадиационного периода они составляли 13,9% при максимальной мощности дозы, тогда как при минимальной мощности дозы – 6,2% от всей нейронной популяции. Содержание РНК в цитоплазме с увеличением мощности дозы облучения снижалось до средних ее значений, после чего независимо от интенсивности воздействия увеличивалось.
Содержание ядрышковой РНК при крайних значениях мощностей дозы не различалось, но при средних значениях соответствовало минимуму. Содержание ядерной ДНК с увеличением мощности дозы воздействия снижалось, но в конце изученного диапазона мощностей доз начинало увеличиваться. Таким образом, изученные мощности доз при своих минимальных или максимальных значениях практически не оказывали значимо различных эффектов на состояние нейронов.
Некоторые отличия отмечались лишь при средних значениях мощностей доз, но и здесь многое зависело от рассматриваемого показателя.
Сравнительная оценка нейроморфологических эффектов при однократном и фракционированном облучении в дозе 50 сЗв. В качестве метода сравнения нейроморфологических эффектов при однократном и фракционированном радиационном воздействии был использован дисперсионный анализ. Полученные результаты, достоверность которых меньше 0,05 представлены на рис. 4, из которого видно, что в ранние сроки эксперимента, фракционированное облучение оказывало большее влияние на изменение количества нормохромных и реактивных клеток III слоя коры. По количеству клеток с деструктивными изменениями при действии различных режимов облучения различий не выявлено. В V слое большее влияние на изменение количества реактивных нейронов оказывало однократное облучение. По другим типам нейронов различий не выявлено. Уровень значимости остальных показателей превышал значение р=0,05, поэтому их сравнение было не корректным. Через 18 мес. пострадиационного периода, как и в ранние сроки, не были выявлены существенные различия эффектов однократного и фракционированного облучение в одной и той же поглощенной дозе. Однократное облучение в III слое в большей степени влияло на снижение количество нормохромных и увеличение деструктивных клеток. Фракционированное облучение в большей степени влияло на количество клеток с реактивными изменениями. В V слое на количество клеток с реактивными изменениями большее влияние (снижение) оказывало однократное облучение, а фракционированное – в большей степени изменяло количество нормохромных и деструктивных нервных клеток.
Рис. 4. – Оценка влияния радиационного фактора (B) на различные типы клеток.
Примечание: столбцы данных, р-уровень которых составляет более 0,05 не представлены на данном графике. В1 – однокр. облучение, III слой, 1 сут;
B2 – фракц. облучение, III слой, сут;
B3 – однокр. облучение V слой, 1 сут;
В4 – фракц. облучение V слой, 1 сут;
B5 – однокр. облучение, III слой, 18 мес.;
B6 – фракц. облучение, III слой, 18 мес.;
B7 – однокр.
облучение, V слой, 18 мес.;
B8 – фракц. облучение, V слой, 18 мес.
На содержание ядерной ДНК, ядрышковой РНК и площадь цитоплазмы большее влияние оказывало однократное облучение, (но, при уровне значимости менее 0,08) (Рис. 5). Однократное облучение оказывало также большее влияние на содержание белка в нейронах, чем фракционированное, но уровень значимости модели больше 0,05, при коэффициенте детерминации R2=0,32, т.е. различия являются слабыми. Фракционированное облучение оказывало большее влияние на содержание РНК в цитоплазме по сравнению с однократным (p0,05, при R2=0,69), при котором больше изменялись размеры ядер. Уровень значимости остальных показателей превышает р=0,05, поэтому различия эффектов при однократном и фракционированном облучение будут не корректны При проведении дисперсионного анализа нейроморфологических эффектов в СМ коре не было выявлено существенных различий между однократным и фракционированным облучением, что не подтверждает данные о большей чувствительности нервных клеток к однократному воздействию, чем к фракционированному в дозе 50 сЗв.
Рис. 5. – Оценка влияния радиационного фактора (B) на исследуемые параметры.
Примечание: столбцы данных, р-уровень которых составляет более 0,05 не представлены на данном графике. В1 – однокр. облучение, 1 сут 50 сЗв;
B2 – фракц.
облучение, 1 сут;
B3 – однокр. облучение, 18 мес.;
В4 – фракц. облучение 18 мес.
Таким образом, проведенные нейроморфологические исследования с последующим математическим моделированием состояния СМ коры выявили ряд изменений, которые не являются специфическими, протекают волнообразно, мало зависят от мощности дозы, режима облучения, времени пострадиационного периода и во многом определяются рассматриваемым исследователем показателем.
Выявленные изменения имеют нелинейную стохастическую зависимость от рассматриваемых параметров облучения в дозе 50 сЗв, касаются части структур СМ коры и не затрагивают нейронную популяцию в целом, однако могут влиять на ее функциональное состояние, т.к. не все показатели соответствуют возрастному контролю. Выявленные эффекты мало согласуются с данными о росте нейропсихических заболеваний у ликвидаторов аварии на ЧАЭС, получивших регламентированные дозы облучения. Это, видимо, связано с комбинированным действием ионизирующего излучения и психотравмирующих факторов, обусловленных работой на радиационно-загрязненной территории, профессиональными и бытовыми вредностями, радиофобией, а также не исключены эгоистически-рентные установки.
ВЫВОДЫ 1. Изменения в сенсомоторной коре интактных крыс во второй половине постнатального онтогенеза заключаются в незначительном снижении количества нейронов, изменении размеров и соотношений цитоплазмы, ядра и ядрышка, снижении содержания в нейронах белка, нуклеиновых кислот и активности ферментов, увеличении к концу жизни количества деструктивных нервных клеток и нейроглии.
2. Ионизирующее излучение вызывает в сенсомоторной коре типовые, обратимые, неспецифические реакции, не зависящие от режима и мощности дозы излучения, имеющие волнообразный характер в большинстве случаев с прогнозом восстановления до показателей возрастной нормы. Наиболее заметные изменения выявлялись при однократном облучении через 12 мес. пострадиационного периода.
Облучение с большей мощностью дозы вызывало более выраженные изменения изучаемых параметров.
3. Радиационное воздействие вызывает изменение процентного соотношения различных типов нейронов (нормо-, гипо-, гиперхромных и деструктивных), изменение размеров и соотношений между цитоплазмой, ядром и ядрышком, сопровождающееся глиальной реакцией. При всех режимах облучения большая лабильность отмечалась в нейронах афферентного звена СМ коры, проявляющаяся повышенной клеточной деструкцией при одинаковой дозовой нагрузке.
4. Динамика содержания в нейронах белка и нуклеиновых кислот (ДНК в ядре, РНК в ядрышке), как правило, связаны с изменениями морфометрических показателей, а цитоплазматической РНК – с функциональным состоянием нервных клеток. Изменения окислительно-восстановительных ферментов не играет заметной роли в реакции сенсомоторной коры на изучаемый фактор.
5. Проведенные исследования нейроморфологических эффектов при различных режимах (однократное, фракционированное, различные мощности дозы воздействия) облучения в дозе 50 сЗв показали их нелинейную стохастическую зависимость, не имеющую и в исследуемом диапазоне режимов облучения статистически значимых различий.
6. Результаты регрессионного, корреляционного и дисперсионного анализа нейроморфологических эффектов в СМ коре адекватно отражают выявленные изменения, позволяют дифференцировать радиационно-индуцированные от возрастных изменений и могут применяться для прогнозирования изменений при дозо-временных параметрах, выходящих за рамки исследования.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1.Сгибнева Н.В. Морфофункциональное состояние сенсомоторной зоны коры при гамма-облучении в недетерминированной дозе // Вестник новых медицинских технологий. – 2011. – Т.XVIII, № 2 – С. 267 – 268.
2.Сгибнева Н.В. Математическое обоснование нейроморфологических эффектов в сенсомоторной коре при облучении в малых дозах // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. – 2012. – Т. 11, № 2. – С. 445 – 450.
3.Федоров В.П., Зуев В.Г, Сгибнева Н.В. Нейроморфологические эффекты малых доз ионизирующей радиации // Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды: матер. межд. конф. (Биорад, 2009). – Сыктывкар, 2009. – С. 107 – 111.
4.Федоров В.П., Ильичева В.Н., Сгибнева Н.В. Экологические проблемы аварий на радиационно-опасных объектах. Нейроморфологические эффекты // Актуальные вопросы теоретической, экспериментальной и клинической морфологии: матер.
Межд. конф. – Иваново, 2009. – С. 78 – 83.
5.Сгибнева Н.В. Возрастная перестройка сенсомоторной зоны коры больших полушарий головного мозга крыс // Журнал теоретической и практической медицины. – 2011. – Т. 9. – С. 57 – 60.
6.Сгибнева Н.В., Федоров В.П., Афанасьев Р.В. Состояние белковой системы нейроцитов после общего гама облучения в малых дозах // Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии и нейропластичности: матер.
Всерос. конф. с международ. участ. – М.: Научный мир, 2008. – С. 543 – 546.
7.Федоров В.П., Сгибнева Н.В., Маслов Н.В. Цитоархитектоника и анатомические ориентиры лиссенцефального мозга // Современные направления исследований функциональной межполушарной асимметрии: матер. Всерос. конф. с межд. учас.
– М., 2010. – С. 501 – 503.
8.Федоров В.П., Петров А.В., Сгибнева Н.В. Радиоэкология и стадии реабилитации // Аллергология и иммунология. – 2007. – Т. 8, № 3. – С. 65 – 66.
9.Петров А.В., Федоров В.П., Сгибнева Н.В. Стадии изменений ЦНС в пострадиационном периоде при ионизирующем облучении в малых дозах // Структурно-функциональные, нейрохимические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга: матер. Всерос. конф. с международн. участ. – М., 2007. – С. 635 – 638.
10.Афанасьев Р.В., Гундарова О.П., Сгибнева Н.В. Отдаленные структурно– функциональные эффекты в головном мозге после воздействия ионизирующего излучения в малых дозах // Вестник Российской военно-медицинской академии (приложение 1). – 2008. – Т. 23, № 3. – С. 116 – 117.
11.Петров А.В., Федоров В.П., Сгибнева Н.В. Морфогенетические механизмы изменчивости центральной нервной системы при действии ионизирующего облучения // Вестник Российской военно-медицинской академии (прил. 1). – 2008.
– Т.23, № 3. – С. 135 – 136.
12.Федоров В.П. Афанасьев Р.В., Сгибнева Н.В. Структурно-функциональные паттерны малых радиационных воздействий в ЦНС // Боевой стресс. Медико психологическая реабилитация лиц опасных профессий: сб. науч. труд. Всерос.
конф. – М., 2008. – С. 283 – 284.
13.Федоров В.П., Афанасьев Р.В., Сгибнева Н.В. Морфофункциональное состояние нейроцитов головного мозга при повышенном радиационном фоне // Морфология.
– 2010. – Т. 137, № 4. – С. 200.
14.Федоров В.П., Афанасьев Р.В., Сгибнева Н.В. с соавт. Реакция нейронов головного мозга на малые радиационные воздействия // VIII Всероссийская конференция по патологии клетки. – М., – 2010. – С. 216 – 218.
15.Федоров В.П., Афанасьев Р.В., Сгибнева Н.В. Ранние и отдаленные последствия действия малых доз радиации на головной мозг // VI съезд по радиационным исследованиям. – М., 2010. – Т. 1. – С. 47.
16.Сгибнева Н.В. Гистоэнзимологическая характеристика сенсомоторной коры в ранние сроки после малых радиационных воздействий // X Конгресс МАМ:
материалы докладов (Ярославль, 2010). – Морфология. – 2010. – Т.137,№4.–С. 170.
17.Федоров В.П., Афанасьев Р.В., Сгибнева Н.В. Малые радиационные воздействия и мозг: структурно-функциональные паттерны // Международный журнал по иммунореабилитации. – 2010. – Т. 12, № 2. – С. 229.
Список условных сокращений СМ кора – сенсомоторная кора ЯЦ – ядерно-цитоплазматический НН – нормохромные нейроны индекс ГхН – гиперхромные нейроны ЯЯ – ядрышко-ядерный индекс ГрН – гипохромные нейроны ЛДГ – лактатдегидрогеназа КТ – клетки-тени СДГ – сукцинатдегидрогеназа ПмН – пикноморфные нейроны Г-6-ФДГ глюкозо-6 – НК – нервно-клеточный индекс фосфатдегидрогеназа е.э. – единицы экстинкции ЩФ – щелочная фосфомоноэстераза