Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Том 64. № 2. С. 75–81

DOI: 10.12737/article_5ca60c7bba45e9.77708543

К.Н. Ляхова¹, И.А. Колесникова^1,5, Д.М. Утина^1,5, Ю.С. Северюхин^1,5, Н.Н. Буденная^1,5, А.Н. Абросимова^2,3, А.Г. Молоканов¹, М. Лалковичова^1,4, А.А. Иванов^1,2,3

Морфофункциональные показатели воздействия протонов на центральную нервную систему

1. Объединенный институт ядерных исследований, Дубна. E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ;
2. Институт медико-биологических проблем РАН, Москва;
3. Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва;
4. Институт экспериментальной физики САН, Кошице, Словакия;
5. Университет «Природа, общество, человек», Дубна

К.Н. Ляхова – м.н.с.;
И.А. Колесникова – м.н.с.;
Д.М. Утина – м.н.с.;
Ю.С. Северюхин – н.с.;
Н.Н. Буденная – м.н.с.;
А.Н. Абросимова – с.н.с., к.б.н.;
А.Г. Молоканов – с.н.с., к.т.н.;
М. Лалковичова – н.с., к.б.н.;
А.А. Иванов – зав. лаб., проф., д.м.н.

Реферат

Цель: Исследование зависимостей доза–время–эффект поведения мышей и крыс после облучения ускоренными протонами и сопоставление этих данных с морфологическими изменениями в гиппокампе и мозжечке грызунов.

Материал и методы: Исследования проводили на аутбредных половозрелых самках мышей ICR (CD-1), SPF категории, массой 30–35 г, в возрасте 10 нед – 61 голов и на 39 самцах аутбредных крыс Sprague Dawley, массой 190–230 г, возраста 6,5–7,5 нед. Животные были подвергнуты облучению протонами с энергией 70 МэВ на медицинском пучке фазотрона Объединенного института ядерных исследований (Дубна). Мышей помещали в индивидуальные контейнеры и облучали по 4 особи одновременно. Облучение проводили в модифицированном пике Брэгга в дозах 0,5; 1; 2,5 и 5 Гр в каудокраниальном и краниокаудальном направлении. Крысы были разделены на 2 группы: интактный контроль и группа, облученная протонами с энергией 170 МэВ в дозе 1 Гр, мощность дозы 1Гр/мин в краниокаудальном направлении. Поведенческие реакции экспериментальных животных протестированы на установке «Открытое поле» на 1, 7, 14, 30, 90 сут у крыс и на 8, 30 и 90 сут у мышей. Сделан количественный анализ разреженности клеток Пуркинье в мозжечке крыс, а также морфологических изменений нейронов гиппокампа крыс, показано развитие структурных изменений нейронов различной степени тяжести через 30 и 90 сут после облучения протонами.

Результаты: В период 1–8 сут после протонного облучения мышей и крыс в нелетальных дозах (0,5–5,0 Гр) происходит дозонезависимое снижение основных показателей спонтанной двигательной активности грызунов.
К 90 сут после облучения отмечается повышенный уровень показателей ориентировочно-исследовательской реакции (ОИР) и эмоционального статуса (ЭС) во всех группах облученных животных по сравнению с биоконтролем.
Нарушение двигательной активности облученных протонами грызунов в ранний период и её относительная нормализация в отдаленный после облучения период происходят на фоне увеличенного числа морфологически измененных и дистрофических нейронов в гиппокампе и разреженности клеток Пуркинье в мозжечке.

Заключение: Сложное иерархическое строение ЦНС, зависимость её функции от состояния организма в целом и его гормонального фона, а также от состояния кровоснабжения и других факторов, наряду с её высокой пластичностью требуют комплексного физиологического, морфологического и нейрохимического подходов при анализе радиобиологического эффекта воздействия корпускулярного излучения, с учетом неравномерности дозового распределения.

Ключевые слова: протоны, нейроны, гиппокамп, мозжечок, мозг, поведение, открытое поле, ориентировочно-исследовательская реакция, эмоциональный статус, крысы, мыши

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Larsson B, Leksell L, Larsson B, Leksell L, Rexed B, et al. Effect of high energy protons on the spinal cord. Acta Radiol. 1959;51:52-64.
2. Bibikova AF, Lebedev BI. Morphological changes in the nervous system under the action of high-energy protons. Radiobiology. 1965;5(4):562-5. (Russian).
3. Fedorenko BS, Karpovsky AL, Ryzhov NI, Krasavin EA. Study of radiation damage in rat brain tissue. Biological studies at the Salyut orbital stations. Moscow: Science; 1984; 152-8. (Russian).
4. Winkler JR. Primary cosmic rays. Radiation Hazard during Space Flights. Moscow: Mir. 1964;25-52. (Russian).
5. Shtamberg AS, et al. Effect of high-energy proton irradiation on the behavior of rats: neurochemical mechanisms. Aerospace and Environmental Medicine. 2013;47(6):54-60. (Russian).
6. Fedorenko BS. Radiobiological effects of corpuscular rays. Moscow: Science. 2006; 25-8. (Russian).
7. Grigoriev AI, Krasavin EA, Ostrovsky MA. On the risk assessment of the biological action of galactic heavy ions under interplanetary flight conditions. Russian J. Physiology. 2013;99(3):273-80. (Russian).
8. Krasavin EA. VII Congress on Radiation Research (radiobiology, radioecology, radiation safety): Abstracts of reports. Moscow: RUDN University, 2014;21–24:456. (Russian).
9. Buresh J, Buresova O, Houston JP. Methods and basic experiments on the study of the brain and behavior. Moscow: Science. 1992;159-245. (Russian).
10. Hall CS. Emotional behavior in the rat. III. The relationship between emotionality and ambulatory activity. J Comparative Psychology. 1936;22(3):345.
11. Merkulov GA. The course of pathologic histological techniques. Medgiz.1961;162-65. (Russian).
12. Tashke K. Introduction to Quantitative Cytohistological Morphology. Publishing House of the Academy of the Socialist Republic of Romania. 1980;191. (Russian).
13. Garman RH. Histology of the central nervous system. Toxicologic Pathology. 2011;39(1):22-35.
14. Lyakhova KN, et al. Preclinical study of the neuropeptide “Semax” in radiation pathology. Problems of chemical protection and reparation during radiation exposure. Abstract of reports. Dubna, JINR, 2018 May 30-31;99-101. (Russian).
15. Mizumatsu S, Monje ML, Morhardt DR, Rola R, Palmer TD, Fike JR. Extreme sensitivity of adult neurogenesis to low doses of X-irradiation. Cancer Res. 2003 Jul 15;63(14):4021-7.
16. Matson МР, Kater SВ. Development and selective neurodegeneration in cell cultures from different hippocampal regions. Brain Res. 1989. Jun 19;490(1):110-25.

Для цитирования: Ляхова К.Н., Колесникова И.А., Утина Д.М., Северюхин Ю.С., Буденная Н.Н., Абросимова А.Н., Молоканов А.Г., Лалковичова М., Иванов А.А. Морфофункциональные показатели воздействия протонов на центральную нервную систему // Мед. радиология и радиационная безопасность. 2019. Т. 64. № 2. С. 75–81.

DOI: 10.12737/article_5ca60c7bba45e9.77708543

PDF (RUS) Полная версия статьи