Морфофункциональная характеристика стриопаллидарной системы при облучении ионизирующим излучением в малых дозах
На правах рукописи
Насонова Наталья Александровна Морфофункциональная характеристика стриопаллидарной системы при облучении ионизирующим излучением в малых дозах 03.00.25 – гистология, цитология, клеточная биология 03.00.01 – радиобиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Москва – 2000
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия им. Н. Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», в Государственном научно-исследовательском испытательном институте военной медицины Министерства обороны Российской Федерации.
Научные руководители:
доктор медицинских наук, профессор В.П. Федоров кандидат медицинских наук, доцент Р.В. Афанасьев
Официальные оппоненты:
Засл. деятель науки РФ доктор медицинских наук, профессор Л.К. Романова доктор медицинских наук, профессор М.В. Васин
Ведущая организация:
Российская медицинская академия последипломного образования.
Защита диссертации состоится « 23 » октября 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета (Д 001.004.01) ГУ НИИ морфологии человека РАМН по адресу:117418, г. Москва, ул. Цюрупы, д.3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ НИИ морфологии человека РАМН.
Автореферат разослан «19 » сентября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук Л.П. Михайлова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Одним из наиболее сложных и недостаточно изученных направлений в радиобиологии является исследование действия малых доз ионизирующего излучения (Григорьев Ю.Г., 1982;
Антипов В.В., 1989). Накопленные к настоящему времени данные не объясняют в полной мере патологическую картину повреждений, особенно в нервной системе. Абсолютное большинство ликвидаторов аварии на ЧАЭС и населения загрязненных территорий подверглись облучению в дозах, превышающих или незначительно превышающих пороговые и отвечающих критериям так называемых «малых» доз (Василенко И.Я., 1991;
Ильин Л.А., 1991). Следует заметить, что среди ученых нет общепринятого диапазона малых доз. Полагают, что он находится выше природного фона и превышает его в раз. Верхняя граница диапазона малых доз является менее определенной величиной и зависит от радиочувствительности различных организмов, а также от вида ионизирующего излучения. Для человека малыми считают эквивалентные дозы, не превышающие 0,2-0,2 Гр однократно.
Актуальность настоящего исследования была обусловлена необходимостью изучения характера структурно-функциональных изменений, наступающих в различных анатомо-физиологических и функциональных системах под влиянием антропогенных факторов, с целью выявления морфофункциональных предпосылок для формирования соответствующих санитарно-гигиенических нормативов ПДУ и ПДК (Иванов В.К., Цыб А.Ф., 2002);
организации мероприятий, направленных на снижение уровня вредных производственных факторов и, как следствие, профилактики и лечения развивающихся заболеваний и их осложнений (Ушаков И.Б., 2000). Ведущее значение при этом приобретает изучение структурных основ изменчивости ЦНС, осуществляющей в организме интегративную функцию (Ушаков И.Б., 2001). Между тем ранние и отдаленные эффекты малых доз ионизирующего излучения в настоящее время представляют большой интерес в связи с увеличением значений естественного радиационного фона, расширением влияния ионизирующей радиации в национальной экономике РФ (Ильин А.А., 2004). Большую опасность могут представлять малые дозы вследствие способности их к суммации (Москалев Ю.И., 1991), а также существования больших вариаций индивидуальной радиочувствительности и радиоповреждаемости (Бурлакова С.С., 2002). Имеющиеся к настоящему времени данные о морфологических изменениях компонентов различных отделов нервной системы при действии ионизирующего излучения лишь в общих чертах отражают характер компенсаторно-приспособительных, деструктивных и реактивных реакций. В данной работе мы акцентируем внимание на ближайших и отдаленных нестохастических последствиях общего облучения и влияния его на стриопаллидарную систему.
При этом надо учитывать, что стриопаллидарная система играет большую роль в регуляции моторики, а также в контроле сложных психических процессов, таких как формирование внимания и восприятия, памяти и эмоционально мотивационных реакций, а также в организации сложных форм поведения.
Таким образом, проблема морфологической оценки функционального состояния ЦНС и, в частности, клеток стриопаллидарной системы в ранние и отдаленные сроки после воздействия малых уровней ионизирующих излучений имеет важное научно-практическое значение.
Цель исследования На основании результатов экспериментальных исследований изучить морфофункциональные изменения клеток стриопаллидарной системы при воздействии общего однократного и фракционированного облучения -фотонами в дозе 0,5 Гр с различной мощностью дозы в ранние и отдаленные сроки пострадиационного периода.
Задачи исследования 1. Исследовать морфофункциональные показатели состояния нейроцитов стриопаллидарной системы крыс при однократном облучении в дозе 0,5 Гр в различные сроки пострадиационного периода.
2. Изучить реакцию нейроцитов стриопаллидарной системы крыс при фракционированном облучении в дозе 0,5 Гр в различные сроки пострадиационного периода.
3. Выявить изменения нейроцитов стриопаллидарной системы при облучении в дозе 0,5 Гр с различной ее мощностью (50 сГр/ч, 100 сГр/ч, 250 сГр/ч, сГр/ч) в различные сроки пострадиационного периода.
Научная новизна Впервые на светооптическом уровне с использованием комплекса методов исследования (общегистологических, нейрогистологических, гистохимических и статистических) дана морфофункциональная оценка реакции клеток стриопаллидарной системы на малые дозы гамма-излучения в ближайшие и отдаленные сроки пострадиационного периода после общего облучения.
Установлено, что однократное и фракционированное общее облучение ионизирующим излучением в дозе 0,5 Гр с мощностью 50 сГр/ч, вызывая в стриопаллидарной системе комплекс неспецифических пограничных, деструктивных и адаптационных изменений, сопровождается развитием после воздействия 3-х периодов: периода начальных проявлений после воздействия (до 5 ч), периода выраженных изменений в нервных клетках (до 14-х сут.) и периода нормализации клеточного состава стриопаллидарной системы (до 1,5 лет).
Период начальных проявлений характеризовался изменением в соотношении нейроцитов с различными тинкториальными свойствами в хвостатом ядре и бледном шаре: уменьшением относительного числа нормохромных нейроцитов, увеличением количества гипо- и гиперхромных нейроцитов, тенденцией к возрастанию численности деструктивно измененных нейроцитов – пикноморфных и клеток-теней.
Второй период проявлялся в виде увеличения числа гипохромных нейроцитов, клеток-теней и уменьшения содержания гиперхромных нервных клеток. В этот же период наблюдалось уменьшение проницаемости микроциркуляторного русла (по данным снижения активности ЩФ) и кратковременная активация пентозофосфатного шунта утилизации глюкозы. На протяжении 3-го периода соотношение всех типов нейроцитов стриопаллидарной системы свидетельствовало о нормализации клеточного состава хвостатого ядра и бледного шара.
Менее выраженные патологические изменения нервных клеток в стриопаллидарной системе наблюдались при фракционированном облучении по сравнению с однократным лучевым воздействием, что проявляется характером изменений в соотношении нейроцитов с различными тинкториальными свойствами.
Установлено, что изменения нейроцитов проявляются в большей степени в неостриатуме.
По мере увеличения мощности воздействия в нейроцитах стриопаллидарной системы выявляются умеренные дистрофические и некротические изменения, которые сопровождаются снижением уровня проницаемости стенки микроциркуляторного русла. Несмотря на это, при повышении мощности облучения нормализация клеточного состава нейроцитов в стриопаллидарной системе завершается к 1,5 гг. пострадиационного периода.
Теоретическая и практическая значимость Полученные результаты исследования представляют теоретический и практический интерес в аспекте биологических эффектов действия на организм ионизирующего излучения в малых дозах.
Результаты исследования расширяют представления о структурно функциональных перестройках, возникающих в центральной нервной системе при облучении в малых дозах. Эти данные важны для морфологической оценки влияния данного фактора на регуляторную систему организма.
Полученные результаты научных исследований могут быть с успехом использованы в нейроморфологии, гистологии, радиобиологии, авиационной и космической медицине, а так же послужить морфологическим обоснованием для прогнозирования изменений в нервной системе в отдаленные сроки после общего облучения при разработке рекомендаций для санитарно-гигиенического нормирования ионизирующего излучения в рабочей зоне и проведении мероприятий, направленных на профилактику и лечение индуцируемых излучением патологических состояний.
Апробация диссертации Материалы и основные положения и выводы диссертации были доложены и обсуждены на: V Общероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Казань, 2004);
Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи», (Москва, 2004);
Всероссийской конференции с международным участием «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга», (Москва, 2005);
V съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность), (Москва, 2006);
Всероссийской конференции с международным участием «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга – 2006», (Москва, 2006);
межкафедральной конференции кафедр анатомии человека, гистологии, цитологии, клеточной биологии, патологической анатомии, патологической анатомии ФПК и ППС Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко (Воронеж, 2007);
межлабораторной конференции ГУ НИИ морфологии человека РАМН (сентябрь, 2007).
Публикации По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в которых изложены основные положения диссертации, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературных источников, приложения, изложена на страницах, из них 118 – машинописного текста. Работа содержит 131 рисунок, 1таблицу. Список литературы включает 217 источников, из них 134 – отечественных и 83 – зарубежных.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Эксперимент спланирован и проведен в Государственном научно-исследовательском испытательном институте военной медицины МО РФ, г. Москва. В его основу положены данные о лучевой нагрузке у военнослужащих – ликвидаторов аварии на ЧАЭС и состоянии их здоровья в ранние и отдаленные сроки пострадиационного периода. Эксперимент выполнен на 186 половозрелых беспородных крысах-самцах массой тела 200–230 г, в возрасте 1,5–2 месяца (к началу эксперимента). В связи с методическими условиями эксперимента животные были объединены в группу по 6 крыс в каждой.
Протокол экспериментов в разделах выбора, содержания животных и выведения их из опыта был составлен в соответствии с принципами биоэтики и правилами лабораторной практики, которые представлены в «Международных рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных (1985) и приказе МЗ РФ №267 от 19.06.2003 об утверждении правил лабораторной практики».
Животные подвергались общему равномерному однократному и фракционированному гамма-облучению (спектр 1,2 МЭв) в дозе 0,5 Гр. При однократном облучении эвтаназия животных осуществлялась декапитацией спустя 1,7 ч;
5,0 ч;
1;
3;
7;
14;
30 сут., 6 мес., 1 г. и 1,5 г. после воздействия.
При фракционированном облучении суммарная доза поглощалась в течение 5 сут.
Мощность дозы облучения составляла 50 сГр/ч. Кроме того, облучение в дозе 0, Гр проводилось с различной ее мощностью: 100, 250, 660 сГр/ч, при этом взятие материала производилось на 1-е сут., 6 мес., 1 г. и 1,5 г. после воздействия.
Дозиметрический контроль равномерности облучения осуществлялся клиническим дозиметром 27 012, стержневая камера которого располагалась в поле облучения.
Неравномерность дозового поля составляла ±15%.
Материалом для изучения служила стриопаллидарная система головного мозга. Объектом исследования явились клетки ядер стриопаллидарной системы (хвостатое ядро и бледный шар), изучение которых производили на фронтальных срезах головного мозга крыс. Оценивали тинкториальные свойства нейроцитов, активность их окислительно-восстановительных ферментов (СДГ, ЛДГ и Г-6-ФДГ), а также проницаемость эндотелия микроциркуляторного русла стриопаллидарной системы.
Одни кусочки мозга фиксировали в 10%-ом растворе формалина, приготовленном на 0,2 М фосфатном буфере с последующей заливкой в парафин, другие – замораживали в твердой углекислоте при температуре -70С.
Сформированные органные блоки (Петрухин В.Г., Гайдамакин Н.А., 1970) сохраняли до приготовления срезов в криостате в запакованных термосах с твердой углекислотой. Парафиновые и замороженные срезы толщиной 6 и 15 мкм соответственно обрабатывались нейрогистологическими и гистохимическими методиками. Обзорнае срезы окрашивали гематоксилином и эозином (Меркулов Г.А., 1969). На этих препаратах изучали общую картину цито- и ангиоархитектоники стриопаллидарной системы. Более детальную характеристику состояния нервных клеток получали при окрашивании препаратов толуидиновым синим, по методу Ниссля. Изучение структуры нейронов, окрашенных по этому методу, позволяет выявлять начальные изменения. Производили подсчет нейроцитов с различными формами морфологической изменчивости, которые выявляли в соответствии с классификацией, разработанной на кафедре анатомии человека Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко (Федоров В.П. с соавт., 2003).
Большое внимание было уделено гистохимическим методам исследования.
Изучение активности щелочной фосфомоноэстеразы (ЩФ) – маркера трансзндотелиального переноса – проводили на криостатных срезах после стабилизации мембран при температуре +4С в смеси равных объемов ацетона и хлороформа. Контрольные и опытные срезы монтировали на одном стекле одинаковой толщины (Быков Э.Г., 1989). Для выявления ЩФ использовали реакцию азосочетания с -нафтилфосфатом и прочным синим РР (Берстон М.,1965). С целью изучения транспортной функции эндотелия сосудов оценивалась активность ЩФ с помощью стереологического метода точечного счета с встроенной в окуляр сеткой (объектив20, окуляр15) (Автандилов Г.Г., 1990). Подсчитывали число пересечений с участками сосудистой сети, дающих положительную реакцию.
Выявление активности дегидрогеназ (СДГ, ЛДГ и Г-6-ФДГ) проводили тетразолий-редуктазными методиками с использованием соответствующего субстрата и соли «нитро-СТ» в модификации Нахласа (Пирс Э., 1964).
Микропрепараты заключали в глицерин-желатину и хранили в темноте.
Количественное определение активности дегидрогеназ производили плаг-методом с применением спектрофотометрической насадки СФН-10 к микроскопу Биолам-УИ и использованием зондов диаметром 5–100 мкм. Интенсивность проходящего света учитывалась с помощью универсального вольтметра В7-116, соединенного с фотоэлектронным умножителем ФЭУ-79. Активность ферментов определялась в единицах экстинции (е.э.).
При анализе гистологических и гистохимических препаратов проводили описание микроскопической картины состояния клеток, сосудов, характера гистохимической реакции. Для объективной оценки экспериментального материала потребовалось широкое использование морфометрических показателей: количества гипо-, гипер-, и нормохромных нейроцитов, пикноморфных нейронов и клеток теней, показателей величины активности ферментов: ЩФ, СДГ, ЛДГ, Г-6-ФДГ.
Полученные данные обрабатывались статистически с помощью программ «Microsoft Excel 2000», «Statistika 6.0» for Windows. Статистический анализ количественных переменных основывался на вычислении средней величины, дисперсии, среднеквадратичного отклонения ошибки среднеарифметического, коэффициентов асимметрии и эксцесса. Для оценки достоверности различий между связанными выборками величин при их нормальном распределении применялся парный t-критерий Стьюдента;
при отсутствии нормального распределения вариант использовались непараметрический критерий «Т» Вилкоксона-Манна-Уитни (для связанных выборок) с достоверностью более 95%.
Материал систематически представлен в таблицах и графиках. Объем материала, необходимого для исследования, определяли методом аккумулированных средних.
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Однократное воздействие ионизирующего излучения в дозе 0,5 Гр. По характеру морфофункциональных изменений нервных клеток стриопаллидарной системы при однократном воздействии ионизирующего излучения в дозе 0,5 Гр в пострадиационном периоде нами выделено 3 периода:
1. Период начальных проявлений после воздействия;
2. Период выраженных изменений в нервных клетках;
3. Период нормализации клеточного состава стриопаллидарной системы.
Во время периода начальных проявлений, который продолжался до 5 ч после воздействия, происходило изменение соотношения различных типов нейронов стриопаллидарной системы. Отмечалось снижение количества нормохромных нейроцитов за счет увеличения гиперхромных и гипохромных нейроцитов.
Активность ЩФ в микроциркуляторном русле стриопаллидарной системы незначительно повышалась на 4,6% по сравнению с уровнем контроля. Активность окислительно-восстановительных ферментов (СДГ, ЛДГ, Г-6-ФДГ) снижалась по отношению к контролю в хвостатом ядре на 18,6%, 17,7% и 53,2% соответственно (табл.2), в бледном шаре на 19,4%, 18% и 57,9% соответственно (табл.3).
Таким образом, во время периода начальных проявлений после действия ионизирующего излучения в нейронах стриопаллидарной системы преобладают изменения, сопровождающиеся незначительным снижением биоэнергетических процессов.
Таблица 2. Динамика активности ЩФ в эндотелии микрососудов и окислительно восстановительных ферментов в нервных клетках хвостатого ядра стриопаллидарной системы в различные сроки пострадиационного периода после однократного облучения в дозе 0,5 Гр в процентах к биологическому контролю Время Исследуемые показатели наблюдения, Активность Активность СДГ Активность ЛДГ Активность соответствующее срокам ЩФ Г-6-ФДГ исследования БК 100 100 100 100 мин. 104,6±5,7% 81,4±2,3% 82,3±2,9% 46,8±4,9% 5ч 75,4±8,1% 77,4±2,18% 107,1±3,9% 93,6±4,2% 1 сут. 96,6±3,6%. 80,3±2,7% 114,1±4,7% 105,7±5,2% 3 сут. 78,1±3,3% 84,9±3,7% 121,5±6,6% 48,8±3,7% 7 сут. 65,9±4,7% 84,2±3,9% 127,2±2,8% 65,6±6,3% 14 сут. 106,2±5,1% 121,8±2,1% 125,0±1,8% 84,0±5,3% 30 сут. 98,9±2,9% 101,4±3,8% 86,6±6,4% 91,3±4,5% 6 мес. 110,3±3,3% 96,2±2,7% 89±3,3% 80,4±4,6% 1 г. 106,5±6,4% 101,7±3,7% 104,2±5,3% 102,6±3,9% 1,5 г. 162,4±5,3% 104,5±1,9% 132,6±4,8% 118,0±7,5% Нервные клетки во время периода начальных изменений отличаются большим разнообразием. К ним относятся клетки с измененными величиной, формой и тинкториальными свойствами. При этом нейроциты сохраняют свои основные признаки: целостность ядра и ядрышка. Наиболее часто встречались нервные клетки с нарушением тинкториальных свойств цитоплазмы по гипо- и гиперхромному типам.
Гипохромные нейроциты отличались светлой окраской цитоплазмы из-за уменьшения количества базофильного вещества. При этом цитоплазма имела неравномерную окраску, что соответствует различным видам хроматолиза:
очагового, центрального, периферического. Кроме того, тигроид образовывал глыбки с диффузным, околоядерным или периферическим расположением.
Таблица 3 Динамика активности ЩФ в эндотелии микрососудов и окислительно восстановительных ферментов в нервных клетках бледного шара стриопаллидарной системы в различные сроки пострадиационного периода после однократного облучения в дозе 0,5 Гр в процентах к биологическому контролю Время Исследуемые показатели наблюдения, Активность Активность Активность Активность соответствующее срокам ЩФ СДГ ЛДГ Г-6-ФДГ исследования БК 100 100 100 100 мин. 104,6±5,7% 80,6±5,4% 82±6,02% 42,1±1,7% 5ч 75,4±8,1% 70,2±4,3% 101,3±7,7% 84,1±5,9% 1 сут. 96,6±3,6%. 72,7±4,4% 111,5±6,1% 99,8±1,4% 3 сут. 78,1±3,3% 78,8±1,5% 122,3±4,1% 48,8±3,7% 7 сут. 65,9±4,7% 79,1±5,3% 130,3±6,4% 96,9±4,8% 14 сут. 106,2±5,1% 118,4±5,8% 120,8±4,4% 91,6±2,9%.
30 сут. 98,9±2,9% 101,2±4,2% 88,9±3,65 84,9±3,7% 6 мес. 110,3±3,3% 91,4±4,3% 68,8±4,2% 125,0±5,7% 1 г. 106,5±6,4% 98,3±4,9% 82,9±4,3% 109,4±6,8% 1,5 г. 162,4±5,3% 103,8±6,3% 129,9±2,6% 117,6±3,3% Ядра в гипохромных нейроцитах светлые, обычно увеличены в объеме и нередко располагались эксцентрично. Увеличение количества гипохромных клеток, по-видимому, свидетельствует о предшествующей их высокой активности в связи с диссоциацией и распадом рибонуклеопротеидов, снижением количества РНК и общего белка.
Гиперхромные нервные клетки отличались повышенным содержанием тигроида, что обуславливает интенсивную окраску по методу Ниссля их цитоплазмы. Однако в таких клетках иногда наблюдались очаги хроматолиза. От пикноморфных клеток они отличались тем, что у них были хорошо различимы контуры ядра и ядрышка.
Увеличение числа гиперхромных клеток свидетельствует о возрастании функциональной активности нейронов стриопаллидарной системы, так как их увеличение компенсирует недостаточность функциональной активности гипохромных клеток (Гейнисман Ю.А., 1974).
Кроме описанных выше, в периоде начальных проявлений в стриопаллидарной системе наблюдались патологические изменения нервных клеток. К таким изменениям относятся клетки с гипохромной гидропической нейронодистрофией, сопровождающейся отеком и вакуолизацией цитоплазмы, а также коагуляционным (пикноморфные клетки) и колликвационным (клетки-тени) нейрононекрозом.
Наиболее частым проявлением дегенеративных процессов являются пикноморфные клетки. Они образуются в результате кариоцитопикноза, имеют веретенообразную форму и небольшие размеры. Цитоплазма и ядро таких клеток гомогенизированы, интенсивно окрашены, и в ряде случаев не обнаруживается граница ядра. В отличие от дистрофических, некротические изменения являются необратимыми.
Клетка-тень характеризуется как бледная тень в виде неправильного образования, возникающего в результате кариоцитолизиса. Изучение структурно функциональных изменений стриопаллидарной системы под влиянием ионизирующего излучения позволило выявить типовые формы морфологической изменчивости нейроглии – альтеративные и адаптационные. Альтеративные изменения включают гидропическую дистрофию в виде перинейронального и периваскулярного отека с последующим колликвационным некрозом олигодендро- и астроцитов (в меньшей степени микроглии), которые возникают в более ранние, чем аналогичные изменения нейронов, сроки. К адаптационным изменениям в хвостатом ядре и бледном шаре относятся пролиферация, гипертрофия, гипоплазия глиоцитов и организация в области некротически измененных нервных клеток. Пролиферация в тех же структурах главным образом астроцитов и в меньшей степени олигодендроцитов и микроглии в сочетании с их гипертрофией приводит к перинейрональному сателлитозу вокруг дистрофически и некротически измененных нервных клеток. С другой стороны, сателлитоз вокруг гипертрофированных и гиперхромных нейроцитов обеспечивается преимущественно за счет олигодендроцитов. Гипоплазия сателлитной нейроглии отмечается вокруг гипохромных и атрофически измененных нейроцитов.
Таким образом, наличие клеток с деструктивными изменениями, проявляющимися уже в ранние сроки после воздействия, свидетельствует о высокой чувствительности нервной системы к действию ионизирующего излучения.
Во время периода выраженных изменений, продолжавшуюся до 14 сут.
пострадиационного периода, наступали более выраженные изменения в нейроцитах стриопаллидарной системы, которые сопровождались иным соотношением различных типов клеток к 5 ч и 3 сут., с преобладанием гиперхромных нейронов и увеличением числа нейронов с признаками гидропической дистрофии и коагуляционного некроза.
Активность ЩФ в микроциркуляторном русле стриопаллидарной системы периодически снижалась на всем протяжении 2-й стадии, что не противоречит результатам, полученным Гончаренко Е.Н., Кудряшовым Ю.Б. (1980) и Федоровым В.П. с соавт. (1991). Динамика активности СДГ в различных отделах стриопаллидарной системы на протяжении периода выраженных изменений характеризовалась снижением активности через 5 ч и периодом ее повышения (1 е сут. – 7-е сут.), не достигая исходного значения. Динамика активности ЛДГ в клетках хвостатого ядра и бледного шара на протяжении периода выраженных изменений характеризовалась относительным понижением через 5 ч, не достигая при этом уровня контроля, и периодами однонаправленного повышения (5 ч – 3-и сут.) выше исходного значения. Наиболее высокое значение активности Г-6-ФДГ, превышающее уровень контроля, отмечалось на 14-е сут. в хвостатом ядре и бледном шаре. Таким образом, изменение активности ферментов в пострадиационном периоде в различных отделах стриопаллидарной системы носило фазный характер. Динамика активности СДГ и ЛДГ в хвостатом ядре стриопаллидарной системы характеризовалась периодами одновременного снижения через 100 мин. и 14 сут. ниже исходного значения и относительного повышения через 5 ч и 6 мес. пострадиационного периода. В бледном шаре отмечались периоды однонаправленного снижения активности ЛДГ и СДГ спустя 100 мин. и сут. после облучения и относительного повышения к 6 мес. пострадиационного периода. Снижение активности Г-6-ФДГ в стриопаллидарной системе сочеталось с понижением активности СДГ и ЛДГ через 100 мин. после облучения (хвостатое ядро) и спустя 100 мин. и 14 сут. (бледный шар).
Таким образом, можно предположить, что снижение активности ключевого фермента биоэнергетического обмена, участвующего в извлечении энергии (ЛДГ) в гликолитическом потреблении глюкозы, наблюдающееся на протяжении пострадиационного периода в различных отделах стриопаллидарной системы, компенсируется на 14-е сут. увеличением активности пентозофосфатного пути превращения углеводов. Основываясь на данных о защитно-приспособительной роли гексозо-монофосфатного шунта, направленной на предотвращение окислительного повреждения мембранных структур клеток, а также на доказательствах участия этого метаболического пути в доставке Д-рибозы и НАДФ·Н для биосинтеза нуклеиновых кислот, мы в праве полагать, что существенная роль в обеспечении функции стриопаллидарной системы в ранние сроки после гамма-облучения в дозе 0,5 Гр принадлежит мобилизации пентозофосфатного пути превращения углеводов.
Таким образом, во 2-м периоде при действии облучения в дозе 0,5 Гр в нейронах стриопаллидарной системы возникают умеренно выраженные альтеративные (деструктивные) изменения, проявляющиеся в виде коагуляционного и колликвационного нейрононекрозов, гипохромной гидропической нейронодистрофии и умеренного снижения проницаемости стенок капилляров стриопаллидарной системы в сочетании с развитием адаптационных (компенсаторно приспособительных) изменений. Снижение активности ЩФ в эндотелии капилляров, наблюдающееся в этом периоде, носит фазный характер и при одновременном патологическом изменении структуры астроцитов является морфологическим критерием изменения транспортной функции гематоэнцефалического барьера.
Снижение активности ключевых ферментов цикла лимонной кислоты (СДГ) и гликолиза (ЛДГ) сопровождалось последующим повышением активности пентозофосфатного пути утилизации глюкозы (Г-6-ФДГ).
В 3-м периоде, продолжавшемся от 14-х сут. до 1,5 лет происходила постепенная нормализация в соотношении различных морфологических типов нейронов хвостатого ядра и бледного шара, активности ЩФ, окислительно восстановительных ферментов.
Таким образом, в период восстановления преобладают адаптационные (компенсаторно-приспособительные) изменения, заключающиеся в расширении объема физиологической изменчивости нейроцитов в пределах минимальных и максимальных значений биологической нормы, отражающее различные уровни функциональной активности клеток, развивающейся по гипо-, нормо- и гиперхромному типам.
Фракционированное воздействие ионизирующего излучения в дозе 0,5 Гр.
При фракционированном облучении в дозе 0,5 Гр через одни сутки по сравнению с однократным лучевым воздействием в той же дозе происходило изменение в соотношении различных типов нейронов стриопаллидарной системы.
При этом виде облучения количество нормохромных нейроцитов в хвостатом ядре оставалось выше на 8,4%, гипохромных – ниже на 6,32%, а содержание гиперхромных нейроцитов практически не отличалось от количества нейроцитов при однократном воздействии спустя одни сутки пострадиационного воздействия.
В бледном шаре отмечалась иная ситуация. Количество нормохромных нейроцитов при фракционированном воздействии в дозе 0,5 Гр через одни сутки по сравнению с однократным воздействием в той же дозе было ниже на 5%, а гипохромных – выше на 5,59%. Количество гиперхромных нейроцитов не отличалось от количества нейроцитов после однократного воздействия той же дозой спустя 1 сут.
Количество пикноморфных нейроцитов в бледном шаре превышало количество пикноморфных форм при однократном воздействии в том же отделе стриопаллидарной системы в 2 раза, а в хвостатом ядре отличалось незначительно и составляло 1,3% после однократного воздействия в дозе 0,5 Гр и 1,5% после фракционированного воздействия в той же дозе. Количество клеток теней в хвостатом ядре составило 0,84% и 0,62% соответственно однократному и фракционированному излучению, а в бледном шаре – 0,46% и 0,51% соответственно. Через 6 мес. количество нормохромных нейроцитов в хвостатом ядре при фракционированном воздействии в дозе 0,5 Гр было выше на 9,79% по сравнению с однократным воздействием в той же дозе, а гипохромных – ниже на 8,41% соответственно. Количество гиперхромных нейроцитов при сравнении однократного и фракционированного воздействия в дозе 0,5 Гр изменялось незначительно. Через 6 мес. достоверных различий между содержанием различных типов нейронов бледного шара в сравниваемых группах эксперимента не выявлялось. Спустя 1 и 1,5 г. содержание различных типов нейроцитов хвостатого ядра и бледного шара в сравниваемых группах изменялось незначительно.
Активность ЩФ в ядрах стриопаллидарной системы достоверно не отличалась при воздействии однократного и фракционированного облучения через 1 сут. и 6 мес. пострадиационного периода. Спустя 1 г. и 1,5 г. после воздействия фракционированного излучения в дозе 0,5 Гр активность ЩФ была ниже на 12,6% и 25,7% соответственно по сравнению с однократным облучением в той же дозе. Активность СДГ спустя 1 сут., 6 мес. и 1 г. после фракционированного воздействия в дозе 0,5 Гр была выше на 24,5%, 10,5% и 13,2% соответственно в хвостатом ядре по сравнению с однократным воздействием в той же дозе, а в бледном шаре – на 29,2%, 10,9% и 12,8% соответственно.
Спустя 1,5 г. различия в сравниваемых группах были незначительны. Активность ЛДГ в сравниваемых группах была иной. Спустя 1 сут. и 6 мес. после воздействия достоверных различий в активности ЛДГ между сравниваемыми способами облучения не установлено. Через 1 г. после фракционированного облучения отмечалось повышение активности ЛДГ в хвостатом ядре и бледном шаре на 16% и 30,7% по сравнению с однократным воздействием в тот же период.
Спустя 1,5 г. после фракционированного облучения отмечалось снижение активности ЛДГ в хвостатом ядре и бледном шаре на 35,4% и 40,8% по сравнению с однократным воздействием в той же дозе. Спустя 1 сут. и 6 мес. после фракционированного воздействия достоверных различий в активности Г-6-ФДГ хвостатого ядра между сравниваемыми группами не обнаружено. Через 1 сут.
после фракционированного облучения в дозе 0,5 Гр отмечалось повышение активности Г-6-ФДГ бледного шара на 33,3%, а спустя 6 мес. на 10,2% по сравнению с однократным воздействием в той же дозе. Спустя 1 г. после фракционированного облучения активность Г-6-ФДГ в хвостатом ядре и бледном шаре была выше на 12,2% и 12%, чем при однократном воздействии в тот же период. Через 1,5 г. после фракционированного облучения активность Г-6-ФДГ в вышеперечисленных отделах стриопаллидарной системы была ниже на 16,7% и 11,2% соответственно по сравнению с однократным воздействием в тот же период.
Таким образом, фракционированное облучение в дозе 0,5 Гр вызывает в стриопаллидарной системе менее выраженные структурно-функциональные изменения, чем однократное ионизирующее воздействие, восстанавливающиеся к 1,5 г. пострадиационного периода, что согласуется с литературными данными (Александровская М.М., 1958;
Федоров В.П. с соавт., 1989).
Однократное воздействие ионизирующего излучения в дозе 0,5 Гр с различной мощностью дозы (50 сГр/ч, 100 сГр/ч, 250 сГр/ч и 660 сГр/ч).
Изменения нейроцитов стриопаллидарной системы при облучении в дозе 0,5 Гр, возникающие в результате воздействия разной мощности дозы обнаруживались только через 1 сут. после облучения, что не противоречит литературным данным (Арлащенко Н.И., 1981). Количество гиперхромных нейроцитов увеличивалось пропорционально мощности дозы и составило в хвостатом ядре 29,4%, 37,9% и 39,1% соответственно различной мощности дозы: 100 сГр/ч, 250 сГр/ч и сГр/ч. В бледном шаре количество гиперхромных нейроцитов составило 26,1%, 40,1% и 39,9% соответственно вышеуказанным мощностям. Количество пикноморфных клеток в хвостатом ядре на 1-е сут. после облучения составило соответственно названным мощностям дозы: 1,6%, 1,9% и 4,1%, а в бледном шаре – 1,2%, 2,1% и 2,9% соответственно. Содержание клеток-теней практически не изменялось при облучении различными мощностями дозы. На 1-е сут.после облучения в дозе 0, Гр с различной мощностью дозы происходило снижение активности ЩФ. Через мес., 1 и 1,5 г. достоверных различий между содержанием различных типов нейронов стриопаллидарной системы, не выявлено. Активность окислительно восстановительных ферментов спустя 1 сут. в хвостатом ядре и бледном шаре снижалась соответственно повышению мощности ионизирующего излучения.
Таким образом, изменения, возникающие при облучении с различной мощностью дозы, выявлялись только через 1 сут., а к 1,5 г. – не определялись.
Наблюдаемые на 1-е сут. после ионизирующего излучения при увеличении мощности поглощенной дозы пропорционально возрастающей мощности дозы умеренно выраженное увеличение дистрофически-некротических изменений и снижение проницаемости стенки микроциркуляторного русла сопровождались усилением компенсаторно-приспособительных реакций в виде активизации внутриклеточных биосинтетических процессов, которые морфологически проявлялись в виде увеличения количества гиперхромных нейроцитов. Через 1,5 г. пострадиационного периода структурно-функциональные изменения нейронов стриопаллидарной системы при использовании ионизирующего излучения возрастающей мощности нормализовались и не обнаруживались в исследуемый отдаленный срок пострадиационного периода.
Выводы 1. Однократное и фракционированное (5 дней по 0,1 Гр ежедневно) общее облучение ионизирующим излучением в дозе 0,5 Гр с поглощенной мощностью сГр/ч вызывает в стриопаллидарной системе в различные сроки пострадиационного периода комплекс однотипных неспецифических пограничных, деструктивных и адаптационных изменений, имеющих фазный характер.
2. Пострадиационный период после однократного облучения включает периода: период начальных проявлений (до 5 ч), период выраженных изменений (до 14-х сут.) и период нормализации (до 1,5 лет). Во время 1-го периода при однократном облучении отмечалось уменьшение относительного числа нормохромных нейроцитов (40,68% в клетках хвостатого ядра) и увеличение количества гипохромных (до 17,5%), гиперхромных (до 39,1%), пикноморфных (до 1,9%) и клеток-теней (до 0,82% соответственно). Во время второго периода наблюдались выраженные патологические проявления в виде уменьшения числа нормохромных нейроцитов (до 40,2% в клетках хвостатого ядра), повышение количества гипохромных (до 28,3%), гиперхромных (до 29,46%), пикноморфных (до 1,3%) и клеток-теней (до 0,84% соответственно).В это время имеется активация пентозофосфатного шунта и уменьшение проницаемости стенки микроциркуляторного русла (снижение уровня ЩФ в микроциркуляторном русле стриопаллидарной системы). Во время 3-го периода число всех типов клеток стриопаллидарной системы приближается к контрольным показателям, что свидетельствует об относительной нормализации клеточного состава.
3. Фракционированное облучение по сравнению с однократным сопровождается менее выраженными патологическими изменениями в стриопаллидарной системе, при однократном число нормохромных нейроцитов падало до уровня 40,%, а при фракционированном до 48,6% в 2клетках хвостатого ядра, также отмечалось более выраженное повышение уровня гипохромных (28,3%) и гиперхромных ( 29,46%) нейроцитов при однократном воздействии, чем при фракционированном ( 21,98% и 27,3% соответственно), которое восстанавливалось к 1,5 гг. пострадиационного периода. Однако в обоих вариантах облучения изменения нейроцитов проявляются в большей степени в неостриатуме.
4. Однократное ионизирующее облучение в дозе 0,5 Гр с различной мощностью (50, 100, 250, 660 сГр/ч) вызывает в нейронах стриопаллидарной системы после воздействия умеренные дистрофические и некротические изменения и снижение проницаемости стенки сосудов микроциркуляторного русла.
При этом возрастание мощности ионизирующего облучения сопровождается более выраженными патологическими изменениями и уменьшением проницаемости стенки сосудов гемомикроциркуляторного русла. При мощности 660 сГр/ч наблюдается выраженные изменения клеточного состава в хвостатом ядре: нормохромные нейроциты составляют 34,9%, гиперхромные 39,1%, гипохромные 21,3%. При этом нормализация клеточного состава происходит к 1,5 гг. пострадиационного периода.
5. Различные варианты облучения (однократное, фракционированное, однократное облучение с различной мощностью дозы) в дозе 0,5 Гр в отдаленные сроки пострадиационного периода не сопровождаются значимыми морфологическими изменениями в стриопаллидарной системе, что свидетельствует о нормализации клеточного состава этого отдела ЦНС.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Насонова Н.А. Морфофункциональная характеристика стриопаллидарной системы при однократном воздействии ионизирующими излучениями в дозе 0,5 Гр / Н.А. Насонова [и др.] // Вестник РГМУ. – 2008. – №6. – С. 65-68.
2. Насонова Н.А. Возрастная экологическая нейроморфология ЦНС при действии малых доз ионизирующего излучения / Н.А. Насонова [и др.] // Морфология («Архив анатомии, гистологии и эмбриологии»). – 2008. – Т. 133, №2. – С. 142.
3. Насонова Н.А. Активность щелочной фосфатазы микроциркуляторного русла стриопаллидарной системы при действии ионизирующего излучения в дозе 0,5 Гр // Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды – 2006: матер. Всероссийск. конф. с международн. участ. – Сыктывкар, 2006. – С. 129–130.
4. Насонова Н.А. Активность щелочной фосфатазы в микроциркуляторном русле стриопаллидарной системы и промежуточного мозга при действии малых доз ионизирующего излучения / Н.А. Насонова, Л.С. Довжикова, В.П. Федоров // Системный анализ и управление в биомедицинских системах;
Однораловские морфологические чтения: научн. матер. Воронежской государств. мед. академии им.
Н. Н. Бурденко;
6-й вып. – 2006. – Т. 5, № 3. – С. 35-37.
5. Насонова Н.А. Активность щелочной фосфатазы микроциркуляторного русла стриопаллидарной системы при действии малых доз ионизирующего излучения / Системный анализ и управление в биомедицинских системах // Однораловские морфологические чтения: научн. матер. Воронежской государств. мед. академии им.
Н. Н. Бурденко;
5-й вып. – 2005. – Т. 4, № 5. – С. 161–164.