CC BY
84
УДК 615.9(546.49):616.831-002
Е.В. Катаманова, Н.Л. Якимова, Л.М. Соседова
ЗНАЧИМЫЕ КРИТЕРИИ ИЗМЕНЕНИЙ ЭЭГ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ РТУТНОМ ПОВРЕЖДЕНИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
Ангарский филиал ВСНЦ экологии человека СО РАМН - НИИ медицины труда и экологии человека
(Ангарск)
В статье представлены критерии верификации патологического процесса в центральной нервной системе белых крыс, вызванного длительным, ингаляционным, воздействием, паров металлической ртути. В раннем, периоде обследования в распределении, основных мощностей в фоновой записи электроэнцефалограммы. (ЭЭГ) у животных с интоксикацией парами ртути преобладал тета-диапазон, который в отдаленном периоде сменился, бета-диапазоном, что свидетельствовало о нестабильности доминирующих ритмов. У контрольных животных в оба срока обследования доминировали, бета 1- и тета-ритмы. Значимыми дифференцирующими критериями изменений ЭЭГ в отдаленном периоде ртутной интоксикации, являются, индекс дельта- и. бета 2-ритмов в теменных и. затылочных отведениях и индексы. К1, К2, К3, как показатели степени выраженности, патологических изменений в соотношении, мощности ритмов биоэлектрической активности головного мозга.
Ключевые слова: электроэнцефалография, экспериментальные исследования, неорганические соединения ртути
IMPORTANT CRITERIA OF ALTERATIONS IN EEG IN EXPERIMENTAL MERCURY INJURY OF THE NERVOUS SYSTEM
E.V. Katamanova, N.L. Yakimova, L.M. Sosedova
Institute Of Occupational Health and Human Ecology, ESSC HE SB RAMS, Angarsk
In the present study the criteria of the pathological process verification in the central nervous system, of the albino rats induced, by the long-term, inhalation exposure to the metallic mercury vapors are presented. The theta-range was found to dominate which was replaced, for beta-range in the long-term, period, after exposure which was revealed, at the early period, of the examination, in distributing the principal powers in background, recording the electroencephalogram. (EEG) in the animals exposed, to mercury vapors. This may testify the instability of the dominant rhythms. The beta 1- and theta rhythms were found, to dominate in the control animals during the both terms of the examination. The index of the delta- and. beta 2-rhythms in the branches of the parietal and. occipital of the heard as well as the indices of K 1, K 2, K 3 as the indices of the expression, degree of the pathological changes in the ratio of the rhythm, power of the bioelectrical brain activity were found, to be the important differential criteria of the changes in EEG in the long-term, period, after mercury intoxication. Key words: electroencephalography, experimental studies, inorganic mercury compounds
Моделирование расстройств деятельности ЦНС позволяет изучить патогенетическую структуру и механизмы различных нейродегенеративных процессов. В связи с этим, центральное место в изучении нейроинтоксикаций занимают экспериментальные модели на животных. Именно по результатам экспериментов на лабораторных животных сформированы основные представления о морфофункциональных нарушениях мозга при развитии патологических процессов в ЦНС. Важной особенностью методологических подходов к экспериментальному моделированию нейроинтоксикаций является адекватность создаваемой модели патологии человека к задачам исследований, допустимость переноса экспериментальных данных с модели на человека, в совокупности с информативностью и доступностью критериев и методов оценки патологического процесса в ЦНС лабораторных животных.
В числе приоритетных направлений исследований многие годы остается изучение токсических эффектов неорганических соединений ртути, поскольку ртуть, являясь глобальным загрязнителем, обладая выраженными кумулятивными и нейро-токсичными свойствами, продолжает использоваться во многих отраслях промышленности и в
быту. Наиболее часто последствием воздействия ртути является токсическая энцефалопатия [1, 2, 4, 5 — 9]. Для объективной визуализации токсического действия ртути в нервной ткани необходим выбор адекватных объектов и систем, скрининг наиболее информативных методов оценки состояния ЦНС. Правильный выбор критериев оценки патологического процесса в ЦНС на тканевом и клеточном уровнях позволяет, в конечном итоге, подтвердить правильность способа моделирования ТЭ. Тогда как отсутствие четкой доказательной базы в эксперименте снижает достоверность полученных данных.
Целью настоящей работы являлось установление критериев верификации патологического процесса в ЦНС белых крыс, вызванного длительным ингаляционным воздействием паров металлической ртути на основании результатов изучения биоэлектрической активности головного мозга.
МЕТОДИКА
Хроническое ингаляционное воздействие парами металлической ртути проводили в 200-литровых газовых камерах на белых крысах-самцах. Общая продолжительность воздействия ксенобиотика составляла 7 недель, по четыре часа ежедневно,
исключая выходные дни. Подопытные особи получали ингаляции ртути в средней концентрации 0,61 ± 0,05 мг/м3 (анализ проб проводился м.н.с. лаборатории физико-химических методов исследований О.А. Рычаговой, зав. д.б.н., проф. В.Б. До-рогова) [9]. Контрольную группу составляли белые крысы, которым в газовые камеры подавался воздух. Стереотаксические манипуляции выполняли с использованием координат стереотаксического атласа мозга взрослой крысы [10] и проводили под анестезией (кетамин внутрибрюшинно 0,15 мл/100 г, рометар внутрибрюшинно 0,075 мл/100 г массы). Электроды вживляли в височно-затылочную (Р 3) и теменную (Б 4) зоны коры головного мозга белых крыс. Индифферентный электрод вживляли в носовые кости. Через 3 — 5 дней после операции осуществляли регистрацию ЭЭГ-активности у крыс в условиях свободного поведения.
Запись и обработку ЭЭГ осуществляли с помощью электроэнцефалографа DX — N7 32. V 19 (производитель «DX-Complexes» КТО, город Харьков) и специальной компьютерной нейрофизиологической программы. Анализировали изменения следующих показателей спектров ЭЭГ: общая мощность спектра ЭЭГ (от 1 до 32 Гц), абсолютная мощность разных диапазонов спектра ЭЭГ (в частотных интервалах 1—4, 4 — 8, 8 — 13, 13 — 20, 20 — 32 Гц соответственно 8, 0, а, Р1, р2-ритмам ЭЭГ), некоторые дополнительные индексы: К1 — отношение 0 / 8, отношение мощности медленноволновых диапазонов к быстроволновым — К2 — отношение мощностей 0 / а-ритмов и К3 — отношение мощностей 8 / а + Р1 + Р2. Оценивали изменение мощности ритмов в ответ на фотостимуляцию 2 Гц (ФС 2 Гц) [3]. Биоэлектрическую активность головного мозга белых крыс изучали дважды: сразу после окончания экспозиции ртутью (1 срок) и через 9 недель (2 срок).
Эксперимент проводили с соблюдением принципов гуманного обращения с экспериментальными животными (Приказ МЗ СССР № 755 от 12.08.1977 г., Приложение 4). Содержание, уход и
кормление животных регламентировались санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев) («Правила по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей, Европейская конвенция, Страсбург, 1986»). Математико-статистическую обработку данных проводили с помощью многофакторного дискриминантного анализа.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Распределение основных мощностей диапазонов ЭЭГ в фоновой записи показало преобладание медленноволновой активности 0-диапазона в группах с введением ртути, у контрольных животных преобладал р1-ритм и 0-ритм. Во 2 сроке исследования (в отдаленном периоде интоксикации) по сравнению с животными контрольной группы было выявлено отличие в сторону увеличения
0-активности — 44 (27,5 — 54) % и 33 (37,5 — 44) %, в группах соответственно.
При проведении ФС 2 Гц у контрольных животных еще более наросла Р1 активность по отношению к фоновой записи. В экспериментальной группе — увеличилась мощность р1-ритма, а соотношение коэффициента К1 осталось таким же, как в фоновой ЭЭГ, К3 был равен 0,7 (0,4 — 0,9) % у экспериментальных животных и 0,5 (0,45—1,2) % — контрольных. При сравнении экспериментальных и контрольных животных достоверные различия выявлены по 8-активности (х2 = 8,3 при р = 0,03) и р1-ритму (х2 = 7,5 при р = 0,05).
Проведенный многофакторный дискриминантный анализ с построением уравнений канонических величин (Кв), позволил выявить наиболее информативные дифференцирующие параметры. Дискриминацию проводили с учетом изменений показателей фоновой активности ЭЭГ. Характер распределения по фоновой активности ЭЭГ контрольных животных и особей в отдаленном периоде после экспозиции парами ртути по данным Кв представлен на рис. 1.
-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Канонические величины М группа контрольных животных
Щ группа животных в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации
Рис. 1. Распределение белых крыс по фоновой активности ЭЭГ опытной и контрольной групп в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации (2-й срок).
Установлено, что достоверно разграничить белых крыс с нормальной фоновой биоэлектрической активностью и животных с нарушениями в фоновой активности ЭЭГ позволила совокупность следующих наиболее информативных параметров фоновой ЭЭГ: р2-ритм в отведении Р3, 8-ритм в отведении Р3, 8-ритм в отведении Б4, р2-ритм в отведении Б4. Наибольшее значение р2-ритма было зарегистрировано в 1 сроке обследования — 5,5 (2 — 7) %, у контрольных животных данный показатель составил 3,0 (1—3) %. Уравнение для расчета Кв в данном случае состояло из четырех переменных и имело следующий вид:
Кв = Ъ, V” а. *х.,
1 Аи 1=1 1 1 ’
где Кв - каноническая величина; х. - информативные показатели; а = 1,6; —1,2; 0,7; —0,4
— дискриминантные коэффициенты; Ь1 = 1,6
— константа.
На основе дискриминантной функции, выраженной через наиболее значимые показатели, рассчитана классификационная матрица отнесения животных в группу контроля и группу с ртутной интоксикацией. Суммарный показатель правильной классификации — 93,7 %, что является высоким показателем для дифференциации групп. Значение центров распределения Кв в группе животных экспонированных ртутью — (+1,18), в группе контрольных особей — (—1,18).
Диаграмма распределения по отношениям мощностей ритмов (коэффициентам) контрольных особей и крыс, подверженных длительному воздействию парами металлической ртути, по значениям Кв представлена на рис. 2.
Достоверно разграничить белых крыс по отношениям мощностей ритмов позволила совокупность информативных показателей: К1 в отведении Р3; КЗ в отведении Р3; К2 в отведении Р3. Средние значения коэффициента К1 составили — 0,38 (0,11 —
0,8) % в 1 сроке обследования, 0,02 (0,02 — 0,12) % во втором сроке и 0,11 (0,07 — 0,23) % у контрольных животных; К2 соответственно составили — 31,2
(5,5-51) %, 15 (12,8-17,9) % и 12,5 (7,2-16,7) %; К3 - 1,0 (0,66-1,4) %, 0,8 (0,5 — 1,3) % и 0,62 (0,5-1) %. В данном случае уравнение для расчета Кв имело следующий вид:
Кв = кУ" а. * х.,
1 ,=1 1 1 5
где Кв - каноническая величина; х. - информативные показатели; а. = -1,36; -2,23; 1,57
- дискриминантные коэффициенты; Ь1 = 1,87
- константа.
Среднее значение центров распределения Кв в группе животных экспонированных ртутью -( + 1,27), в группе контрольных особей - (-1,27). Суммарный показатель правильной классификации достаточно высок и составил - 87,5 % (рис. 2).
Разделение белых крыс по коэффициенту отношения мощности ритмов при ФС 2 Гц через 9 недель после окончания ингаляционного воздействия парами металлической ртути представлено на рис. 3.
Достоверно разграничить белых крыс с нормальной биоэлектрической активностью при ФС 2 Гц и животных с нарушениями ЭЭГ позволил только показатель К3 в отведении Б4 и в отведении Р3. При этом уравнение для расчета канонической величины имело следующий вид:
Кв = Ъ, Vя а. * х.,
1 /_й=1 ‘ ‘ ’
где Кв - каноническая величина; х. - информативные показатели; а. = -1,01; 0,48 - дискриминантные коэффициенты; Ь1 = 0,69 -константа.
Значение центров распределения Кв в группе животных экспонированных ртутью (-0,78), в группе контрольных особей - ( + 0,78). Суммарный показатель правильной классификации являлся и в данном случае достаточным и составлял 81,2 % (рис. 3).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Воздействие паров металлической ртути оказывает влияние на биоэлектрическую активность
87,5%
РРРРР1
шш
шш
шм
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шш
шм.
ии
111
II
I шш
шж
ШШ
ШШ
шш
шм
-2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Канонические величины [ХЗ группа контрольных животных
ШШ группа животных в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации
Рис. 2. Распределение белых крыс по отношению коэффициентов мощностей фоновой активности ЭЭГ опытной и контрольной групп в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации (2-й срок).
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Канонические величины
Г>Р1 группа контрольных животных
ШШ группа животных в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации
Рис. 3. Распределение белых крыс по отношению коэффициентов мощностей ритмов при ФС 2 Гц в отдаленном постконтактном периоде ртутной интоксикации (2 срок).
головного мозга, которая характеризуется в отдаленном периоде сменой медленноволновой активности на спектр быстроволнового р-диапазона, нестабильностью доминирующих ритмов. Основными дифференцирующими критериями изменений биоэлектрической активности в отдаленном периоде нейроинтоксикации ртутью в фоновой регистрации, являются индекс 8- и р2-ритма в теменных и затылочных отведениях и индексы К1, К2, К3. Нарастание Р2-активности при хроническом воздействии ртути может служить косвенным признаком ухудшения когнитивных (познавательных) функций у животных, поскольку известно, что чем больше величина бета-активности, тем больше показатели латентности когнитивных вызванных потенциалов. Увеличение индексов К1, К2, К3 подтверждает наличие высокой степени дезорганизации биоэлектрической активности мозга крыс при действии нейротоксиканта.
Наиболее значимым критерием нарушения биоэлектрической активности мозга белых крыс с нейроинтоксикацией ртутью при ФС 2 Гц является коэффициент К3, как показатель степени выраженности патологических изменений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреева О.К., Колесов В.Г., Лахман О.Л. Поражение нервной системы в отдаленном периоде хронической ртутной интоксикации // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. - 2002. - № 3. - С. 72-74.
2. Барышников И.И., Лойт А.О., Савченков М.Ф. Экологическая токсикология: учеб. - Иркутск : Изд-во Иркутского ун-та, 1991. - С. 40-41, 120-121.
3. Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография: учеб. для врачей. — Таганрог: ТРТУ, 2000. — 640 с.
4. Катаманова Е.В. и др. Особенности токсической энцефалопатии при хронической ртутной интоксикации и в отдаленном периоде воздействия комплекса токсических веществ у пожарных // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. - 2004. - № 4. - С. 68-71.
5. Куклина Т.А. Динамика инвалидности у больных с хронической ртутной интоксикацией // Проб. гиг. труда и проф. заболеваемости в Восточной Сибири : сб. научно-практических статей.
- Ангарск, 2002. - С. 65-69.
6. Лахман О.Л. и др. Нейрофизиологические методы диагностики профессиональных поражений нервной системы (с приложением задач и ответами). - Иркутск : РИО ИГИУВ, 2008. - 108 с.
7. Лахман О.Л. и др. Течение энцефалопатии в отдаленном периоде профессиональной ртутной интоксикации // Мед. труда и пром. экология. -2003. - № 3. - С. 46-48.
8. Маркова И.В. и др. Клиническая токсикология детей и подростков. - СПб. : Интермедика, 1998. - С. 111-115.
9. Методические указания на колориметрическое определение паров ртути в воздухе. № 162277 // Метод. указания на определение вредных веществ в воздухе. - М., 1981. - С. 26-28.
10. Bures J., Petran M., Zachar J. Stereotaxic atlases for the cat, rabbit and rat // In : Electrophysi-ological Methods in Biological Research. - N.-Y. : Academic Press, 1967. - Р. 653-731.
Сведения об авторах
Катаманова Елена Владимировна - к.м.н., врач-невролог клиники Ангарского филиала ВСНЦ ЭЧ СО РАМН (665827, г Ангарск, 12а микрорайон, д. 3; тел.: 8 (3955) 55-75-58; e-mail: [email protected])
СоседоваЛариса Михайловна - д.м.н., зав. лабораторией токсикологии Ангарского филиала ВСНЦ ЭЧ СО РАМН (665827, г Ангарск, 12а микрорайон, д. 3; тел.: 8 (3955) 55-40-79; e-mail: [email protected])
Якимова Наталья Леонидовна - младший научный сотрудник лаборатории токсикологии Ангарского филиала ВСНЦ ЭЧ СО РАМН (665827, г. Ангарск, 12а микрорайон, д. 3; e-mail: [email protected])
