25 июня 2016г.
Несмотря на значительное количество работ по исследованию влияния ионизирующего излучения на структурно-функциональную организацию ЦНС [3, 4, 6, 8] эксперименты, прослеживающие изменения в нейронах на протяжении всей жизни после воздействия в зависимости от мощности дозы облучения достаточно редки [5, 9]. Так как структурно-функциональное состояние нервной системы при ионизирующем излучении у человека в принципе не подлежит исследованию то проследить все стадии изменений в ранние и отдаленные сроки, выявить доза-временные зависимости и наиболее критические мишени для ионизирующего излучения возможно только в экспериментах на животных. В этих условиях можно исключить влияние практически всех сопутствующих факторов (психогенные травмы, инкорпорацию радионуклидов, да и весь комплекс факторов Чернобыля) и использовать методики, неприемлемые для человека с последующей экстраполяцией на него полученных данных.
Материал и методы исследования
Эксперимент выполнен на 270 беспородных крысах-самцах массой 210±10 г, в возрасте 4 мес. (к началу эксперимента), облученными γ-квантами 60Со спектр 1,2 МЭв равномерно в дозе 50 сГр с мощностью 50, 100, 250 и 660 сГр/ч. Исследование проведено на полную продолжительность жизни животных. Для исследования взяты нейроны мозжечка, который составляя 10 % массы головного мозга, включает в себя более половины нервных клеток. В радиобиологии эти нейроны, особенно клетки Пуркинье считаются своеобразным индикатором чувствительности к ионизирующему излучению. Алгоритм обработки материала представлен в работе [1, 2]. На препаратах, окрашенных по методу Ниссля оценивали структурно-функциональную перестройку нейронов по тинкториальным и морфометрическим показателям [7]. Среди популяции нейронов подсчитывали процент клеток с функциональными (гипо-, гипер- и нормохромные) и деструктивными (пикноморфные и клеточные тени) изменениями. Количество нейронов у одного животного (n=6), необходимых для определения нейроморфологических показателей, определяемое методом аккумулированных средних составляло от 400 до 500. В итоге рассматриваемые показатели имели распределения, близкие к нормальным так как: среднее арифметическое, геометрическое и гармоническое значения незначительно отличаются друг от друга, а также с модой и медианой; минимальные и максимальные значения примерно равноудалены от среднего значения и стандартизированные коэффициенты асимметрии и эксцесса по абсолютной величине меньше 2. При незначительном коэффициенте вариации показателей в данном случае возможно использование параметрических методов обработки результатов. Описательную статистику с вычислением средних и доверительные интервалы осуществляли с помощью пакетов программ Statistica 6.1, MS Excel 2007 и MathCad 14 с последующим математическим моделированием нейроморфологических показателей, определением прогноза их развития и экстраполяцией на человека.
Результаты и их обсуждение
Соотношение различных типов нейронов у животных биологического контроля изменялось на всем протяжении жизни [2, 9]. Через 6 мес. после облучения количество деструктивных нейронов увеличивалось до 17,7±0,5%, а среди нормальных нейронов происходила перестройка за счет увеличения количества гипохромных и уменьшения нормохромных клеток. Через 12 мес. наблюдения количество деструктивных нейронов снижалось и возрастало количество нормохромных клеток. К концу эксперимента заметно возрастало количество деструктивных нейронов и суммарно их количество составляло 19,8±0,7%, а среди измененных нейронов преобладали клетки в состоянии повышенной функциональной активности (Рисунок 1).
После однократного облучения в дозе 50 сГр с мощностью дозы 50 сГр/ч количество нервных клеток с деструктивными изменениями составляло 15%, что почти в 2 раза превышало контроль. Через 6 мес. соотношение различных типов нервных клеток соответствовало возрастному контролю, а через 12 мес. до 21% увеличилось количество деструктивных нейронов. Через 18 мес. количество деструктивных клеток снизилось до 15% и увеличилось количество как активно функционирующих нейронов, так и находящихся в состоянии торможения (Рисунок 2 А).
Увеличение мощности дозы облучения в два раза (100 сГр/ч) не вызывает значимой перестройки соотношения типов нейронов по сравнению
с мощностью дозы 50 сГр/ч. Наибольшее
количество деструктивных нейронов также наблюдалось через 12 мес. пострадиационного периода и составляло 18,4% от нейронной популяции. Через 18 мес. количество деструктивных нейронов снизилось и увеличилось количество нейронов с функциональными изменениями по гиперхромному типу (Рисунок 2 Б).
При облучении с мощностью дозы 250 сГр/ч через 1 сут до 16,2% увеличивалось количество нейронов с деструктивными изменениями, а также нейронов, находящихся в повышенном функциональном состоянии. Через
6 мес. количество распадающихся нейронов снижалось, а среди функционально измененных преобладали нейроны со сниженной функциональной активностью. Через 12 мес. количество распадающихся нейронов вновь увеличивалось, а к концу наблюдения снижалось количество деструктивных и увеличивалось количество нейронов со сниженной функциональной активностью (Рисунок 3 А).
При облучении с мощностью дозы 660 сГр/ч через 1 сут значимо снижалось количество нормохромных и увеличивалось количество нейронов с функциональными изменениями, причем преобладали клетки в состоянии снижения функциональной активности. Наибольшее количество деструктивных
нейронов наблюдалось через 6 и 12 мес. пострадиационного периода, а к концу наблюдения их количество не отличалось от такового в других экспериментальных группах. Среди нейронов с обратимыми изменениями преобладали нейроны со сниженной функциональной активностью (Рисунок 3 Б).
Заключение
Таким образом при однократном внешнем облучении в дозе 50 сГр с мощностями дозы 50, 100, 250 и 660 сГр/ч основные различия касались изменений соотношения между нормо-, гипо- и гиперхромными формами нейронов, т.е. в нарушении баланса между процессами возбуждения и торможения, нейроморфологическими коррелятами которых и являются различные типы нейронов. Так как гипо-, гипер- и нормохромные нейроны составляют биологическую норму нервных клеток, отражающую их различное функциональное состояние, то данные режимы радиационного воздействия не вызывают необратимые повреждения в популяции нейронов. Следует все же отметить, что режим облучения с высокой мощностью дозы вызывал более полиморфные изменения нейроморфологических показателей, чем облучение с меньшей мощностью дозы. Наряду с этим отмечается увеличение количества деструктивных нервных клеток, но расположенных изолированно и не образующих патологических скоплений, приводящих к статистически значимому снижению количества нейронов на площади. Регрессионный анализ подтвердил, что изученные мощности дозы радиационного воздействия при своих минимальных или максимальных значениях практически не оказывали значимо различного влияния на состояние нейроморфологических показателей. Некоторые отличия отмечались лишь при средних значениях мощностей дозы, но здесь многое зависело от рассматриваемого показателя. Данный вид радиационного воздействия хотя и не вызывает выраженных органических изменений в нейронах мозжечка, но создает определенную нестабильность в их структурно-функциональной организации, что по мнению [7] при увеличении дозы облучения или наслоении сопутствующих вредных и опасных факторов среды может служить фоном для развития определенных функциональных отклонений со стороны ЦНС.
Список литературы
1.
Гундарова О.П. Оценка психоневрологического статуса ликвидаторов радиационных аварий / О.П. Гундарова, В.П. Федоров, Р.В. Афанасьев. Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2012. – 232 с.
2. Гундарова О. П. Изучение биофизических основ реакции нейронов мозжечка на малые радиационные воздействия / О. П. Гундарова, В. П. Федоров, А. Г. Кварацхелия // Журнал анатомии и гистопатологии. – 2014. – Т. 3, № 4. – С. 19–24.
3.
Давыдов Б.И. Радиационное поражение головного мозга / Б.И. Давыдов, И.Б. Ушаков, В.П. Федоров. М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
4.
Маслов Н.В. Морфофункциональное состояние теменной коры при действии малых доз ионизирующего излучения / Н.В. Маслов, В.П. Федоров, Р.В. Афанасьев. Воронеж: «Научная книга», 2012. – 228 с.
5. Сгибнева Н.В. Морфофункциональное состояние сенсомоторной коры после малых радиационных воздействий / Н.В. Сгибнева, В.П. Федоров. - Воронеж: «Научная книга», 2013. – 252 с.
6.
Ушаков И.Б. Радиационные
морфофункциональные эффекты мозга:
монография
/ И.Б. Ушаков, В.П. Федоров, О.С. Саурина. Воронеж: Научная книга, 2010. – 287 с.
7. Ушаков И.Б. Малые радиационные
воздействия и мозг: под ред. проф. А.С. Штемберга / И.Б. Ушаков, В.П. Федоров. Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2015. – 536 с.
8. Федоров В.П. Динамика патоморфологических изменений в головном мозге крыс в зависимости от дозы облучения / В.П. Федоров // Радиобиология. – 1990. – Т.30, № 3. – С. 378–384.
9. Федоров В.П. Радиационно-индуцированные и возрастные изменения нейронов мозжечка / В.П. Федоров, О.П. Гундарова, Н.В. Сгибнева, Н.В. Маслов // Медицинская радиология и радиационная безопасность. – 2015. –Т.60, № 4. – С. 12–18.
