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:
- 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.
- Берстон М. Гистохимия ферментов. М.: Мир, 1965. 464 с.
- Ильичева В. Н. Сравнительная характеристика реакций древней коры при действии ионизирующего излучения и алкогольной интоксикации: автореф. дис. … к.м.н. Ярославль, 2001. 30 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- Пирс Э. Гистохимия теоретическая и прикладная. М.: Мир, 1962. 962 с.
- 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.
- 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.
- Ушаков И. Б., Давыдов Б. И., Солдатов С. К. Человек в небе Чернобыля. Летчик и радиационная авария. Р-н-Д., 1994. 171 с.
- 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–
- Paxinos G., Watson С. The rat brain in stereotaxic coordinates. Elsevier Acad. Press. 2004. 367 p.[schema type=»book» name=»СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА» description=»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. » author=»Ильичева Вера Николаевна, Ушаков Игорь Борисович, Штемберг Андрей Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-03″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]