Характеристика филогенетически различных отделов коры головного мозга крыс после облучения Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

© Ильичева В.Н., Ушаков Б.Н., 2012 УДК 611.81+575.321]:57.008.5

ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИ РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ

В.Н. Ильичева, Б.Н. Ушаков*

ГБОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко» Минздравсоцразвития России, г. Воронеж

*ФГУЗ «Всероссийский центр экспериментальной и радиационной медицины им. А.М. Никифорова» МЧС РФ, г. Санкт-Петербург

В эксперименте на крысах-самцах изучались морфофункциональные изменения в новой, старой и древней коре головного мозга после однократного и фракционированного облучения в дозе 0,2 Гр. Проведено сравнение морфометрических показателей в изучаемых отделах головного мозга.

Ключевые слова: старая, древняя кора головного мозга, крыса, облучение, морфофункциональные изменения.

Актуальным вопросом в современной радиобиологии является количественная оценка воздействия на организм радиационного фактора сравнительно небольшой интенсивности. Основой для дальнейших исследований послужили экспериментальные работы [1, 3, 6, 9]. Количественный анализ результатов влияния ионизирующей радиации в малых дозах на различные отделы ЦНС привлекает исследователей-радиобиологов. Новые рекомендации международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ), касающиеся оценки риска радиационного воздействия на организм и определения суммарного вреда для здоровья, свидетельствуют о необходимости дальнейшего изучения зависимости «доза-эффект» как для ранних реакций организма, так и отдаленных последствий [7].

Сопоставление эффекта с дозой и временем позволяет оценить формирование восстановительных реакций и дает возможность определить время периода реабилитации. Последнее обстоятельство является существенным для прогнозирования возможных нарушений в работе анатомо-функциональных систем организма при различных условиях радиаци-

онного воздействия, а также для экстраполяции данных с животных на человека.

Материал и методы Эксперимент спланирован и проведен на базе Государственного научноисследовательского испытательного института военной медицины МО РФ (г. Москва). В его основу положены данные о лучевой нагрузке у военнослужа-щих-ликвидаторов аварии на ЧАЭС и состоянии их здоровья в ранние и отдаленные сроки пострадиационного периода. Эксперимент проведен на 100 половозрелых крысах-самцах массой 200-230 г, в возрасте 1,5-2 месяцев к началу эксперимента. Животные подвергались общему равномерному однократному и фракционированному гамма-облучению (спектр 1,2 МЭв) в дозе 0,2 Гр. Мощность дозы облучения составляла 50 сГ р/ч. При фракционированном облучении суммарная доза поглощалась в течение 5 суток. Взятие материала производилось через 1 сут, 6, 12 и 18 мес после воздействия. Протокол экспериментов в разделах выбора, содержания животных и выведения их из опыта был составлен в соответствии с принципами биоэтики и правилами ла-

бораторной практики, которые представлены в «Международных рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и приказе МЗ РФ №267 от 19.06.2003 г. «Об утверждении правил лабораторной практики». Дозиметрический контроль равномерности облучения осуществлялся клиническим дозиметром 27012, стержневая камера которого располагалась в поле облучения. Неравномерность дозового поля составила ± 15%. Материалом для исследования служили участки мозга, выделяемые согласно ци-тоархитектоническим картам [2, 8, 10] -вторичная моторная кора (кора верхней лобной извилины (cortex motoria secundaria), прелимбическая (кора передней лимбической области (cortex prelimbicus), цитоархитектонические поля СА1-СА4 гиппокампа и зубчатая фасция, пириформная зона древней коры (cortex piriformis). Фиксацию мозга осуществляли 10% раствором формалина, приготовленном на 0,2 М фосфатном буфере и смесью Карнуа. Парафиновые срезы толщиной 45 мкм окрашивали гематоксилином Кара-ци-эозином для обзорных целей, а для изучения цитоархитектоники - метиленовым синим по Нисслю. У каждого животного в изучаемых отделах подсчитывали по 300 нейроцитов. Определяли форму клетки, равномерность окраски цитоплазмы, степень дифференцировки ядра и ядрышка, уровень базофилии вещества Ниссля. Полученные данные обрабатывались с помощью программ «Microsoft Excel 2003», «Statistica 6.0» for Windous. Статистический анализ количественных переменных основывался на вычислении средней величины, дисперсии, среднего квадратичного отклонения, ошибки среднего арифметического, коэффициентов ассиметрии и эксцесса. При этом учитывали характер закона распределения параметров: в условиях нормального распределения выборки для оценки вероятности различий использовали критерий Стьюдента, в остальных случаях - непараметрический критерий Вилкоксона. Объем материала, необходимого для ис-

следования, определяли методом аккумулированных средних. Достоверными при этом считались различия с вероятностью более 0,95 (Р<0,05).

Единый методический подход к классификации структурных изменений нервных клеток к настоящему времени не выработан, поэтому мы выделяли следующие типовые формы морфологической изменчивости нервных клеток: пограничную, альтеративную и адаптационную (компенсаторно-приспособительную). Количест-

венный анализ морфологических изменений нейроцитов проводился согласно рекомендациям [4].

Результаты и их обсуждение

Однократное облучение в дозе 0,2 Гр сопровождалось изменением количественного и качественного состава нервных клеток, начиная с первых суток. Так, в пири-формной зоне древней коры и во всех изучаемых зонах старой достоверно снижается количество нормохромных нейроцитов (р<0,001), увеличивается объем ядра и нейроцита (р<0,001), при этом более половины из них с признаками периферического хроматолиза (р<0,001); снижается яд-рышко-ядерный и увеличиваются ядерноцитоплазматический и ядерно-клеточный индексы (р<0,001). Растет число пикно-морфных нейроцитов, нейроглии (р<0,001) и гиперхромных нейроцитов. В последних увеличивается объем ядра и тела клетки (р<0,001), более половины из них характеризуются наличием периферического хроматолиза (р<0,001), увеличиваются ядерноцитоплазматический, ядрышко-ядерный

индексы (р<0,001). Более выраженные изменения наблюдаются в клетках верхней лобной извилины и передней лимбической области (р<0,001). К 1,5 годам пострадиационного периода в филогенетически старых отделах коры головного мозга показатели стремятся к контрольным значениям. Так количество нормохромных нейроцитов возрастает, а гиперхромных - убывает, при этом уменьшаются размер нейроцита, ядра и ядрышка, снижаются ядерно-цитоплазматический, ядрышко-ядерный индексы, преобладают очаговый и перинуклеар-

ный хроматолиз. Значительно уменьшается количество клеток-теней и нейроглии (среди которой преобладает микроглия). Соотношение различных форм нейроцитов в филогенетически более молодых зонах после воздействия изучаемого фактора существенно отличается от значений в контроле (р<0,001).

При фракционированном облучении в дозе 0,2 Гр в новой коре изменения более выражены: после первых суток снижается количество нормохромных нейро-цитов и увеличивается численность ги-перхромных, при этом объем нейроцита, ядра и ядрышка уменьшены (р<0,001), более чем в 2/3 клеток обнаруживается периферический и очаговым хроматолиз (р<0,01), значительно снижены ядрышкоядерный, ядерно-клеточный и ядерноцитоплазматический индексы (р<0,01). Количество гипохромных нейроцитов увеличено по сравнению с контрольным уровнем (р<0,01), однако в отличие от гиперхромных форм, объем тела, ядра и ядрышка в этом типе клеток увеличен (р<0,01); преобладает периферический хроматолиз с участками микровакуолизации («вспененной») цитоплазмы (р<0,001), достоверно снижен ядрышкоядерный индекс (р<0,01). Среди клеток нейроглии преобладает макроглия. Количество пикноморфных нейроцитов увеличено вдвое (р<0,001) по сравнению с исходным уровнем. К концу срока наблюдения (1,5 года) изменения приближаются к контрольным цифрам, увеличено количество нормохромных, гиперхромных, ги-похромных нейроцитов с признаками пе-ринуклеарного и очагового хроматолиза (р<0,001), ядерно-клеточный и ядерно -цитоплазматический индексы снижены (р<0,01). Достоверно снижено количество пикноморфных нейроцитов (5%; р< 0,01). В древней и старой коре динамика сходна с описанной выше, однако изменения соотношения различных форм нейроцитов не столь выражены как в новой коре, а компенсаторные процессы в указанных зонах наступают в более ранние сроки ( к 1 году после облучения), а к концу сроков наблюдения практически возвращаются к

исходному уровню.

Таким образом, при однократном и фракционированном облучении во всех изученных отделах ЦНС развиваются однотипные морфофункциональные изменения нейронов, но значительно отличающиеся интенсивностью проявления различных типов морфологической изменчивости. Это обстоятельство позволяет впервые выделить в пострадиационном периоде три стадии: начальных проявлений, выраженных изменений и восстановления.

В ранние сроки после облучения наблюдается стадия начальных проявлений, в которой превалируют пограничные изменения, развивающиеся по гипо- и ги-перхромному типам. Эти изменения носят обратимый характер. В эту стадию происходит изменение в соотношении различных типов нейронов за счет уменьшения количества нормохромных клеток и увеличения числа гипер- и гипохромных нейроцитов. Одновременно наблюдается тенденция увеличения численности дистрофически и некротически измененных клеток. Дистрофические изменения развиваются по гидропическому типу. Гид-ропическая нейронодистофия, как разновидность диспротеинозов сопровождается деструктивными изменениями органелл, их вакуолизацией и гипоплазией, деформацией ядра, снижением биоэнергетических и биосинтетических процессов. Выделяют два варианта гидропической ней-ронодистрофии - гипохромный и гипер-хромный. Гипохромная гидропическая нейронодистрофия характеризуется различными формами хроматолиза: очаговым, центральным и периферическим, гидратацией ядра и цитоплазмы, распадом липопротеиновых мембран с образованием миелиноподобных комплексов. Гипер-хромная гидропическая нейронодистро-фия отличается гиперхроматозом цитоплазмы и ядра, сочетающегося с микровакуолизацией мембранных органелл. Оба варианта гидропической нейронодистро-фии являются обратимыми и исчезают в ближайшие и отдаленные сроки после отмены действующего фактора.

Стадия начальных проявлений в

верхней лобной извилине и передней лимбической области наступает в ранние сроки после воздействия экспериментального фактора (1 сут). При этом изменения достоверны (р<0,001) и более выражены после фракционированного облучения, характерна гипохромная гидропическая нейронодистрофия с преобладанием очагового и периферического хроматолиза, уменьшением ядрышко-ядерного и увеличением ядерно-цитоплазматического и ядерно-клеточного показателей. Изменения параметров нейроцитов в пириформ-ной зоне древней коры и старой коре в течение первых суток незначительны и не достигают значимого уровня. Спустя 6 месяцев после воздействия наступает период выраженных изменений во всех изученных зонах коры головного мозга: достоверно (р<0,001) увеличивается количество дистрофических и некротических форм нейроцитов, происходит уменьшение ядрышко-ядерного и увеличением ядерно-цитоплазматического и ядерноклеточного показателей. Следует отметить преобладание гипохромной гидропи-ческой нейронодистрофии в древней и старой коре, тогда как в передней лимбической области и верхней лобной извилине превалирующей является гиперхром-ная гидропическая нейронодистрофия. Стадия восстановления в нейроцитах древней и старой коры происходит значительно быстрее: спустя 1 год достоверно увеличивается количество нормохромных нейроцитов, уменьшаются размеры ядра, ядрышка, снижается количество нервных клеток с признаками гипохромной гидро-пической нейронодистрофии. Этот процесс более пролонгирован в новой коре и становится достоверным лишь к концу сроков наблюдения. Следует отметить достоверно отсроченный процесс восстановления поврежденных нейроцитов при фракционированном режиме облучения.

Выводы

Выраженность изменений и время наступления компенсации поврежденных нейроцитов зависит от режима облучения, времени после воздействия и филогенетического возраста коры [5].

Литература

1. Григорьев Ю.Г. Радиационная безопасность космических полетов / Ю.Г. Григорьев. - М.: Атомиздат, 1975.

2. Курепина М.М. Мозг животных / М.М. Курепина. - М.: Наука, 1981. - 148 с.

3. Москалев Ю.И. Актуальные проблемы экспериментального лучевого канцерогенеза / Ю.И. Москалев // От радиобиологического эксперимента к человеку. - М.: Атомиздат, 1976. - 158 с.

4. Петров А.В. Морфологические формы адаптационной изменчивости нервных клеток при действии антропогенных факторов / А.В. Петров, В.П. Федоров // Новости клинической цитологии России. - 1998. - Т. 2, № 2. - С. 83-84.

5. Петров А.В. Актуальные проблемы нейрогистоморфологии. 1. Методологические аспекты / А.В. Петров, В.П. Федоров, Е.М. Болтенков // ЦНИЛ - вчера, сегодня, завтра: сб. науч. тр., посвящ. 85-летию ВГМА им. Н.Н. Бурденко и 40-летию со дня организации ЦНИЛ. - Воронеж, 2003. - С. 122-137.

6. Продолжительность жизни животных при однократном и длительном радиационном воздействии / Н.А. Запольская [и др] // Радиационная гигиена: сб. науч. тр. - Л.: ЛенНИИРГ, 1978. - Вып. 7.

7. Радиационная защита: рекомендации МКРЗ. Публикация 26: пер. с англ. / под ред. А.А. Моисеева, П.В. Рамзаева. - М.: Атомиздат, 1978. - 85 с.

8. Филимонов И. Н. Цитоархитектоника коры большого мозга человека / И.Н. Филимонов. - М.: Медигз, 1949. -433 с.

9. Шведов В.Л. К вопросу о переносе экспериментальных данных биологического действия стронция-90 с животных на человека / В. Л. Шведов // Радиологический эксперимент и человек / под ред. проф. Ю.И. Москалева. -М.: Атомиздат, 1970. - С. 112.

10. Paxinos G. The rat brain in stereotaxic coordinates / G. Paxinos, C.Watson. -N.Y.: Elsevier Acad. Press, 2004. - 367p.

CHARACTERISTICS OF PHYLOGENETICALLY DIFFERENT PARTS OF RATS BRAIN CORTEX AFTER IRRADIATION

V.N. Ilicheva, B.N. Ushakov

Morphofunctional changes in neocortex, archicortex and paleocortex were studied in experiment on white male rats after single and fractionized irradiation in a doze of 0,2 Gy. The comparison of morphometric parameters in the studied parts of brain was carried out.

Key words: old, old cerebral cortex, rat, exposure, morphological changes.

Ильичева Вера Николаевна — к.м.н., доц. кафедры нормальной анатомии человека Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко.

394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10, ВГМА.