Механизмы кислородного эффекта в нейрорадиобиологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕХАНИЗМЫ КИСЛОРОДНОГО ЭФФЕКТА В НЕЙРОРАДИОБИОЛОГИИ

Федоров В.П.,

Ушаков И.Б.,

Саурина О.С.,

Трухачев А.Н.

Проведенные исследования подтвердили наличие общего звена в наблюдаемых изменениях, выявив при воздействии облучения и измененной газовой среды так называемые гипоксические клетки, появляющиеся вследствие нарушения астроцитарно-капиллярного комплекса и первичных деструктивных изменений в мембранах: клеточной, митохондриальной, ядерной, а также в мембранах эндонлазматической сети. Структурно-метаболические оценки показали, что применение как гипоксических газовых смесей (ГГС) с 5-10%-ным содержанием кислорода, так и чистого нормобарического кислорода приводит к различным реактивным изменениям в ЦНС крыс, кошек и собак, более выраженным при гипоксии. Поэтому более сильным радиомодифицирующим действием обладали гипоксические газовые смеси. гипоксия облучение нервная система

При анализе изменений, возникающих в элементах гемато-энцефалического барьера (ГЭБ) у необлученных крыс после пребывания в ГГС-8, в первые минуты отмечены набухание периваскулярной астроцитарной муфты и увеличение количества микропиноцитозных везикул в эндотелии. Более заметные и фазные изменения регистрировали при исследовании щелочной фосфатазы (ЩФ). В первые минуты после гипоксии достоверно увеличивался стереометрический показатель активности фермента, а через 5 ч он достоверно снижался. Изменения тканевых базофилов (ТБ) проявлялись увеличением количества клеток с признаками далеко зашедшей дегрануляции в первые 100 мин после воздействия при сохранении общего числа ТБ, что может свидетельствовать об усиленном выбросе секреторных продуктов. Таким образом, экзогенная гипоксия вызывала изменения в исследованных структурах ГЭБ. Увеличение площади поверхности эндотелия с признаками активного транспорта, реакции ТБ и периваскулярной астроцитарной муфты направлены, видимо, на компенсацию дефицита кислорода в головном мозгу. Важно отметить, что описанные изменения при гипоксии наступали значительно раньше, чем при облучении, но были менее стойкими.

При облучении головы крыс в дозе 10 Гр на фоне экзогенной гипоксии не выявлено значительных изменений структур и метаболических процессов в элементах ГЭБ в первые 5 ч наблюдения. Эндотелий капилляров и межклеточные контакты имели обычную ультраструктурную организацию. Не был изменен и транспорт через капиллярную стенку, о чем свидетельствовали характерное для интактных животных расположение пиноцитозных везикул и стабильные показатели активности ЩФ. Наблюдали лишь некоторое набухание органоидов белоксинтезирующего и энергетического профилей. Бэзальная мембрана капилляров имела четкие контуры и характерную осмиофилию. Вместе с тем в ТБ при облучении в условиях гипоксии определяли неоднозначные изменения. Наблюдали нормализацию процессов дегрануляции клеток, не отмечали уменьшения числа клеток с активностью химазы в первые минуты после воздействия. Однако через 100 мин и 5 ч количество таких ТБ по сравнению с наблюдаемым при облучении в воздухе значительно уменьшалось. Есть данные о некотором уменьшении резерва ТБ при облучении в условиях гипоксии. Большинство астроцитарных отростков и тела этих клеток увеличились в размере, имели просветленную цитоплазму и единичные набухшие ультраструктуры. В отдельных участках плазмалеммы астроцитарных отростков происходил распад, что свидетельствовало о начинающемся периваскулярном отеке головного мозга.

При -облучении крыс в дозе 200 Гр и собак в дозе 5 Гр в первые 5 ч наблюдались выраженные изменения структуры нейроцитов. Со стороны ГЭБ наиболее заметно набухание периваскулярной астроцитарной муфты. У собак наблюдались ее очаговый распад, а также уменьшение числа ТБ с признаками низкой секреторной активности. У крыс изменялись структурно-метаболические характеристики активного транспорта в капиллярной стенке, и наблюдалась дегрануляция ТБ. Радиомодифицирующее действие чистого нормобарического кислорода проявилось в том, что через 5 ч после воздействия достоверно уменьшалось количество нервных клеток, приходящихся на единицу площади коры больших полушарий собак.

Отметим, что реакция структурных элементов ГЭБ как у собак, так и у крыс была неоднозначна. Так менее выражено, чем при одном облучении, набухание периваскулярной астроцитарной муфты, а следовательно, и реже встречались отеки. Вместе с тем более выражены набухание цитоплазмы эндотелия и дезорганизация его органоидов. Несмотря на относительно небольшое изменение структур ГЭБ, неврологические симптомы при облучении в условиях гипероксии развивались раньше и были более стойкими.

Снижение во вдыхаемой смеси кислорода до 7 % не приводило к ослаблению радиационного эффекта в ГЭБ собак. Напротив, уменьшалось количество молодых форм ТБ, более выражено было набухание астроцитов и формирование отеков. Наблюдались набухание и дезорганизация ультраструктур эндотелия и очаговая деполимеризация гликозаминогликанов в базальной мембране. Интересно, что ранние изменения выявлялись и у нейроцитов, непосредственно прилежащие к капиллярам.

У крыс ГГС-8 по сравнению с воздухом и кислородом обладала некоторым ослабляющим в отношении радиоцеребральных эффектов влиянием, но после 5 ч наблюдения различия между группами животных, облученных в дозе 200 Гр в разных газовых средах, практически не выявлялись.

Таким образом, и при гипоксии, и при гипероксии в зависимости от использованных критериев выявлены факты синергизма, аддитивизма и антагонизма с облучением.

В результате исследования выявлено два вида сдвигов под влиянием измененной газовой среды, одни из которых могут ослабить, а вторые - усилить радиационные эффекты в ЦНС. Так, например, экзогенная гипоксия способствует нормализации транспорта через капиллярную стенку за счет предотвращения повреждения структуры и метаболических процессов в эндотелиальных клетках и базальной мембране. После гипоксии наблюдаются расширение микроциркуляторного русла и уменьшение количества тучных клеток. Последнее свидетельствует о сверхпороговом раздражении ТБ, дегрануляции и выбросе биологически активных веществ, таких как гистамин, серотонин и некоторые другие. Кроме того, ГГС приводит к увеличению количества сульфгидрильных и аминных групп, а биологически активные вещества и реакционноспособные белковые группы составляют естественный фон радиорезистентности и могут ослабить лучевое поражение головного мозга. Вместе с тем гипоксия вызывает угнетение функциональной активности ядер нейроцитов и снижает энергетические процессы в клетках. Значительные изменения обнаружены и в структурах ГЭБ. Они касаются в первую очередь астроцитарной периваскулярной муфты, набухание которой затрудняет трофику нейроцитов. Кроме того, в этих условиях задерживается передача импульсов в синапсах. Все эти изменения могут усугубить радиационное поражение ЦНС. Через 30 мин после облучения головы собак в дозе 75 Гр в ГГС-5, как и у крыс, установлен синергизм действующих факторов при оценке элементов ГЭБ - усилена гипертрофия периваскулярной астроцитарной муфты, переходящая местами в отек.

Ослабляющий (антагонистический), а не усиливающий (аддитивный) эффект гипоксической гипоксии может объясняться также и перекрестной экспресс-адаптацией сочетанных факторов друг к другу, происходящей во время комбинированного воздействия. Как уже указывалось, облучение вызывает во многом сходные с гипоксией изменения в ткани головного мозга. Так, указывается, что морфологические изменения в ЦНС после облучения по своему характеру могут быть отнесены к тяжелой форме токсико-дистрофических нарушений, причиной которых является гипоксия, обусловленная гемодинамическими нарушениями и изменениями проницаемости сосудов.

Таким образом, результат действия обоих факторов (гипоксии и облучения) на мозг во многом сходен, во многом, по-видимому, сходны и механизмы, к нему приводящие. Адаптационные механизмы нейронов успевают среагировать в течение первых минут, и поэтому полной суммации действия гипоксии и облучения, чего опасались некоторые авторы (Минаев, 1962), не происходит.

Приведенные исследования, подтверждая универсальность кислородного эффекта, в том числе его проявление в модификации радиационного поражения ЦНС, свидетельствуют и о возможности качественных особенностей поражения различных клеточных и тканевых элементов при облучении в условиях измененной газовой среды. А направленность модифицируемых биоэффектов на различных системных уровнях может быть неоднозначной и должна учитываться при интегральной оценке.

Размещено на Allbest.ru