30 Апр

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:
Авторы:
DOI:

Введение

На протяжении многих лет изучение реакции организма человека при воздействии различных неблагоприятных факторов и оценка его функциональных возможностей в процессе разных видов деятельности остается актуальной проблемой медицины [4, 6, 11]. На сегодняшний день достаточно подробно изучены морфологические изменения, развивающиеся в различных отделах ЦНС при воздействии сублетальных и летальных доз ионизирующего излучения и алкоголя [3, 8]; синдромосходные с γ-излучением состояния [9] радиопротекторные эффекты некоторых фармпрепаратов [1]. Однако радиоцеребральные эффекты малых доз ионизирующего излучения (до 1.0 Гр), спектр которого близок к наиболее часто применяемым при лучевой терапии, а неврологические симптомы подобных воздействий практически не проявляются, привлекают внимание исследователей [10].

Целью исследования явилось изучение сравнительной характеристики влияния ионизирующего излучения на энергетический метаболизм в различных отделах коры головного мозга.

Материал и методы исследования

Эксперимент проведен на 100 половозрелых крысах-самцах массой 200–230 г, в возрасте 1,5–2 месяцев к началу эксперимента, которые подвергались общему равномерному однократному гамма-облучению (спектр 1.2 МЭв) в дозах 0,1 и 1,0 Гр. Мощность дозы облучения составляла 50 сГр/ч. 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 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 г. “Об утверждении правил лабораторной практики. Объектом исследования служили отделы новой коры – вторичная моторная кора верхней лобной извилины, кора передней лимбической области, старой коры – гиппокамп, поля СА1–СА4 и зубчатая фасция и древней коры – пириформная зона [12]. Выявление активности СДГ и ЛДГ проводились тетразолий-редуктазными методиками с использованием соответствующего субстрата и соли “нитро-СТ” в модификации Нахласа [7]. Активность Г–6–ФДГ выявляли по методике [2]. Количественную оценку ферментов в микропрепаратах определяли по величине оптической плотности конечных продуктов гистохимических реакций в видимой части спектра с помощью программы “Видео-Тест-Морфо”, разработанной ООО “Иста-Видео-Тест” (С.-Петербург). Результаты обрабатывались статистически.

Результаты и их обсуждение

В стадию начальных изменений после однократного облучения в дозе 0.1 Гр, в течение 1-х суток происходит активация всех видов энергетического обмена во вторичной моторной коре (табл. 1). Далее, в начале стадии выраженных изменений (6 мес), активность СДГ возрастала в 3 раза по отношению к контролю (319%), а Г–6–ФДГ – в 1,8 раза (185%), показатели ЛДГ были близки к исходному уровню (101%). Через год после воздействия дефицит метаболизма в цикле лимонной кислоты и гликолиза (снижение активности СДГ(64%) и ЛДГ (48%) компенсируется увеличением активности ключевого фермента пентозофосфатного пути превращения глюкозы (Г–6–ФДГ – 124%). В период восстановления (1,5 года после облучения) угнетение гликолиза сопровождается снижением активности ЛДГ (60%) и стимуляцией энергопродукции в цикле Кребса и пентозофосфатном пути (СДГ 117%, Г–6–ФДГ – 104%).

Таблица 1

Активность ферментов в изучаемых отделах коры головного мозга крыс после однократного облучения в дозе 0,1 Гр (в % к контролю)

Сроки исследования

Ферменты

СДГ ЛДГ Г–6–ФДГ
ВМК ПЛО СК ДК ВМК ПЛО СК ДК ВМК ПЛО СК ДК
1 сутки 169

**

168

**

18

**

148

*

164

**

331

**

174

*

201

**

111

*

13

**

105 99
6 месяцев 319

**

252

**

309

**

252

**

101 70

*

113

*

65

*

185

*

189

**

121

*

149

*

1 год 64

**

152

**

98 73

*

48

**

12

**

26

**

27

**

124

*

103 95 142

*

1,5 года 117

*

112

*

110

*

162

**

60

**

45

**

61

*

58

**

104 105 119

*

164

*

Обозначения: ВМК – вторичная моторная кора; ПЛО – передняя лимбическая область; СК – старая кора; ДК – древняя кора; * – p<0,01, ** – p<0,001.

В коре передней лимбической области в стадию начальных изменений (1 сутки) происходит увеличение активности СДГ(168%) и ЛДГ (331%) по сравнению с контрольным уровнем, при этом активность Г–6–ФДГ значительно уменьшается и составляет 13% от исходного уровня (табл. 1). Активация аэробного метаболизма в цикле Кребса достигает максимума в период выраженных изменений, с 6 по 12 месяцы эксперимента, что подтверждается увеличением показателей СДГ(252 и 125%). Это сопровождается повышением активности пентозофосфатного пути превращения глюкозы (Г-6-ФДГ – 186% и 103%) и снижением активности ключевого фермента гликолиза (ЛДГ 70% и 12%). Сходная динамика сохраняется до конца сроков наблюдения.

Период начальных изменений (1 сутки) в старой коре характеризуется снижением активности маркера метаболизма в цикле лимонной кислоты (СДГ 18%), в то же время происходит активация ключевых ферментов гликолиза (ЛДГ 174%) и пентозофосфатного пути превращения глюкозы (Г–6–ФДГ 105%) (табл. 1). В начале стадии выраженных изменений (6 мес) происходит значительное увеличение активности всех изучаемых ферментов, затем (через 1 год) уровень активности СДГ и Г–6–ФДГ приближается к контрольным значениям, а ЛДГ – снижена по сравнению с контролем в 4 раза. В период восстановления (к 1.5 годам) происходит активация пентозофосфатного пути и цикла трикарбоновых кислот, активность ЛДГ повышена по сравнению с предыдущим сроком, однако в 1,6 раз ниже исходного уровня.

В пириформной зоне древней коры головного мозга крыс период начальных изменений (1 сутки) характеризуется повышением активности изучаемых ферментов (табл. 1). Через 6 мес, в начале периода выраженных изменений происходит активация аэробных процессов окисления глюкозы (СДГ 252%) и пентозофосфатного пути (Г-6-ФДГ 149%), что сопровождается угнетением гликолиза (ЛДГ 65%). Однако через 1 год после воздействия экспериментального фактора выявляются минимальные значения активности ЛДГ (27%)  и СДГ (73%) при довольно высоких цифрах Г–6–ФДГ (142%). К концу срока наблюдения происходит стимуляция метаболизма в циклах лимонной кислоты (повышение активности СДГ(162%) и пентозофосфатном (повышение активности Г-6-ФДГ(164%) и угнетение гликолиза (ЛДГ 58%).

При однократном воздействии ионизирующего излучения в дозе 1.0 Гр активность СДГ в моторной коре значительно выше контроля (137%) через 1 сутки, затем (6 мес) несколько снижается (до 92%), к году увеличивается до 131%, к концу срока наблюдения достигает минимальных значений (67%) (табл. 2). Активность ЛДГ в течение года после воздействия выше контроля, а к 1.5 годам – значительно ниже исходного уровня (58%). В течение полутора лет активность Г‒6‒ФДГ в указанной области ниже контроля.

Динамика изменения активности СДГ в лимбической и моторной коре сходна. Несколько иначе по сравнению с предыдущей областью происходят изменения активности ЛДГ: в течение 1 суток она максимальна (в 3 раза превышает контрольный уровень), затем постепенно уменьшается и к полутора годам значительно ниже исходного уровня (73%). Активность Г‒6‒ФДГ в течение полугода после воздействия повышается до 131%, далее до конца наблюдения значительно снижена (в 5 раз по сравнению с контрольными цифрами).

В старой коре активность СДГ снижена в течение года после воздействия, затем, к 1.5 годам ‒ повышается (достигая уровня 129% по сравнению с контролем). В течение первых 6 мес активность ЛДГ постепенно снижается и к концу срока наблюдения достигает 73% от исходного уровня. Довольно высокий уровень активности Г‒6‒ФДГ наблюдается в первые сутки после воздействия (122%), затем происходит уменьшение исследуемого показателя и к 1.5 годам достигает уровня в три раза ниже исходного (27%).

Рассматривая динамику активности СДГ в пириформной зоне древней коры головного мозга крыс, необходимо отметить повышение ее в начале и в конце наблюдения (156% и 141%), в остальные временные промежутки наблюдается ее снижение (до 53% по сравнению с контролем). При однократном воздействии ионизирующего излучения в дозе 1.0 Гр в исследуемой области активность ЛДГ достаточно высока в течение года (в 1,8 раз превышает контроль), лишь к 1.5 годам − несколько ниже исходного уровня. Активность Г‒6‒ФДГ значительно снижена в сроки 1сут, 1 год и 1.5 года (р<0,01), через 6 мес незначительно превышает контрольные цифры.

По данным [5], ионизирующее излучение в дозе 100 сГр не вызывало изменений окислительно-восстановительных процессов в средних слоях теменной коры во все сроки пострадиационного периода. Однако некоторая лабильность этих показателей отмечена через сутки после радиационного воздействия, при этом из-за выраженной индивидуальной вариабельности показатель их активности не отличался от контроля.

При однократном воздействии ионизирующего излучения в дозе 1,0 Гр изменение активности свидетельствует о выраженных декомпенсированных нарушениях в филогенетически молодых отделах коры головного мозга (изменения аэробных и анаэробных процессов синхронны, к концу срока наблюдения – значительно ниже контроля). В пириформной зоне древней коры и старой коре изменения разнонаправлены, стимуляция энергопродукции в цикле Кребса приводит к угнетению анаэробных путей извлечения энергии.

Таблица 2

Активность ферментов в изучаемых отделах коры головного мозга крыс после однократного облучения в дозе 1,0 Гр (в % к контролю)

Сроки исследования

Ферменты

СДГ ЛДГ Г–6–ФДГ
МК ЛК СК ДК МК ЛК СК ДК МК ЛК СК ДК
1 сутки 145

**

100 154

**

98 74

*

226

**

155

*

47

**

24

**

53

**

54

**

206

**

6 месяцев 85

*

43

**

106 67

**

85

*

74

*

80

*

117

*

88

*

44

**

107 117

*

1 год 141

*

185

**

115

*

75

*

48

**

105 125

*

99 98 99 99 97
1,5 года 80

*

118

*

139

*

61

**

45

**

49

**

51

**

163

**

104 106 116

*

360

**

Обозначения: МК – моторная кора; ЛК – лимбическая кора; СК – старая кора; ДК – древняя кора; * – p<0,01, ** – p<0,00

Таким образом, несмотря на значительный временной промежуток после воздействия и относительно небольшую дозу ионизирующего излучения, изменения, происходящие в филогенетически различных областях довольно значимы, и для восстановления функции указанных зон коры головного мозга, вероятно, требуется фармакологическая корректировка.

Список литературы:

  1. Атякшин Д. А. Морфофункциональное состояние крупноклеточных ядер гипоталамуса при раздельном и сочетанном воздействии ионизирующего излучения и этанола в различных дозах: автореф. дис. … к.м.н. Воронеж, 20 с.
  2. Берстон М. Гистохимия ферментов. М.: Мир, 1965. 464 с.
  3. Ильичева В. Н. Сравнительная характеристика реакций древней коры при действии ионизирующего излучения и алкогольной интоксикации: автореф. дис. … к.м.н. Ярославль, 2001. 30 с.
  4. Лосев Н. И., Литвицкий П. Ф. Некоторые методологические аспекты моделирования болезней человека на животных // Биологическая характеристика лабораторных животных и экстраполяция на человека экспериментальных данных: матер. Всесоюзн. конф. 8–10 окт. 1980 г. М., 1980. С. 258–260.
  5. Маслов Н. В. Структурно-функциональная характеристика нейронов средних слоев коры теменной доли головного мозга крыс при действии малых доз ионизирующего излучения: автореф. дис. … к.м.н. М., 2012. 22 с.
  6. Насонова Н. А., Соколов Д. А., Довжикова Л. С. Гистоэнзимологические изменения нейроцитов хвостатого ядра при облучении ионизирующим излучением с различной интенсивностью // Журнал анатомии и гистопатологии. ‒ 2014. ‒ Т. 3, № 4. С. 60‒61.
  7. Пирс Э. Гистохимия теоретическая и прикладная. М.: Мир, 1962. 962 с.
  8. Соколов Д. А. Структурно-функциональная характеристика старой коры головного мозга при алкогольной интоксикации и действии ионизирующего излучения: автореф. дис. … к.м.н. Ярославль, 26 с.
  9. Соколов Д. А., Ильичева В. Н., Бугримов Д. Ю. Морфологические аспекты моделирования синдромосходных состояний в нейробиологии // Здоровье и образование в XXI веке. Научные и прикладные аспекты концепции здоровья и здорового образа жизни: матер. конгресса. М.: РУДН, 2010. С. 182.
  10. Ушаков И. Б., Давыдов Б. И., Солдатов С. К. Человек в небе Чернобыля. Летчик и радиационная авария. Р-н-Д., 1994. 171 с.
  11. Чернух А. М. Эксперимент, экспериментатор и клиника заболеваний человека // Биологическая характеристика лабораторных животных и экстраполяция на человека экспериментальных данных: матер. Всесоюзн. конф. 8–10 окт. 1980 г. М., 1980. С. 3–
  12. Paxinos G., Watson С. The rat brain in stereotaxic coordinates. Elsevier Acad. Press. 2004. 367 p.
    СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА
    Проведена сравнительная характеристика изменений гистоэнзимологического профиля различных в филогенетическом отношении областей коры головного мозга крыс после однократного облучения в дозах 0,1 и 1,0 Гр. Установлена дозо-временная зависимость изменений активности ферментов энергетического метаболизма от филогенетического возраста коры.
    Written by: Ильичева Вера Николаевна, Ушаков Игорь Борисович, Штемберг Андрей Сергеевич
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 04/03/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)
    Available in: Ebook