Реакция нейронов зрительного анализатора на комбинированное воздействие рентгеновских лучей и яркого света

В век научно-технического прогресса человек подвергается воздействию естественных и искусственных источников световой энергии с самой различной спектральной характеристикой и чрезвычайно обширным диапазоном интенсивности [1, 2, 3]. Метод фототерапии в настоящее время используется при нарушениях циркадного ритма эндогенной или экзогенной природы, депрессиях, болезни Альцгеймера, при нарушении сна у пожилых людей [4, 5, 6, 7, 8].

Эффекты воздействия ионизирующей радиации на человека формируются за счет природных, медицинских и техногенных источников ионизирующего излучения [9, 10]. Поражение органа зрения ярким светом и ионизирующей радиацией возможно в случае крупных аварий на предприятиях атомной энергетики. Примером являются аварии на АЭС Три- Майл-Айленд (США), Чернобыльской АЭС (СССР) и АЭС «Фукусима» (Япония), когда радиоактивному загрязнению подверглись обширные территории разных стран [11, 12, 13, 14, 15].

Цель исследования – установить характер модифицирующего влияния яркого света на повреждения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев сетчатки, вызываемые ионизирующей радиацией.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты проведены на 60 беспородных половозрелых белых крысах обоего пола массой 180–200 грамов. В первой, второй и третьей сериях опытов (n=15) животных подвергали тотальному воздействию рентгеновского излучения в дозах 5, 10, 15 грей (Гр) с помощью аппарата РУМ-17 (мощность дозы 0,5 Гр/мин, напряжение 200 кВ, сила тока 15 мА, фильтр 0,5 мм Сu, фокусное расстояние 60 см). Животных четвертой, пятой и шестой групп (n=15) подвергали комбинированному воздействию ионизирующей радиации (5, 10, 15 Гр) и равномерному световому облучению люминесцентными лампами ЛБ-40 (3500 лк, 48 ч) с интервалом в 1 час.

Для облучения светом использовали специальную установку из прямоугольных рефлекторов с вмонтированными в них лампами. Количество животных на каждую экспериментальную точку составляет 5.

В качестве контроля (n=30) использовали интактных крыс, содержавшихся в условиях искусственного светового режима (12 ч день, 12 ч ночь) с интенсивностью дневного освещения 25 лк. Опыты были проведены с соблюдением принципов гуманности, изложенных в Директивах Европейского Сообщества (86/609/ЕС), и одобрены Этическим комитетом Сибирского государственного медицинского университета.

Взятие материала осуществляли после умерщвления животных декапитацией сразу после окончания экспериментальных воздействий. Центральные участки задней стенки глаза фиксировали в 2,5% глютаральдегиде на какодилатном буфере (PH 7,4), постфиксировали в 1% растворе четырехокиси осмия и заливали в эпон. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, просматривали в электронном микроскопе JEM-100 CXII. На полутонких срезах, окрашенных толуидиновым синим, вычисляли процент гиперхромных и пикноморфных нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев на 200 клеток. Подсчет производили в окулярной рамке на площади 900 мкм2 при увеличении 10×90. Для оценки достоверности различий при сравнении средних величин использовали критерий Манна-Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

После окончания воздействия ионизирующей радиации в дозах 5 и 10 Гр в амакринных и горизонтальных нейронах наблюдается отек митохондрий и цистерн эндоплазматического ретикулума. Перикарионы значительной доли ассоциативных нейро-цитов внутреннего ядерного слоя после окончания воздействия ионизирующей радиации в дозе 10 Гр характеризуются уменьшением объема, вакуолизацией, деструктивными нарушениями подавляющего большинства органелл. Ядра в подобных клетках содержат диффузно распыленные хроматиновые гранулы и характеризуются наличием одного, изредка двух ядрышек умеренной величины. После окончания воздействия ионизирующей радиации в дозе 15 Г'р изменения большей части ассоциативных нейронов внутреннего ядерного слоя проявляются центральным и периферическим хроматолизом и уменьшением объема ядра. Измененные подобным образом нейроны имеют округлую форму. Горизонтальные, биполярные и амакринные нейроны весьма часто вакуолизированы, содержат в перикарионах и отростках мембранные комплексы.

В биполярных и амакринных нейронах внутреннего ядерного слоя после окончания комбинированного воздействия ионизирующей радиации в дозах 5 и 10 Гр и высокоинтенсивного света наблюдаются отек и деструкция органелл, появление крупных вакуолей и мультивезикулярных телец. Встречаются ассоциативные нейроны, перикарионы которых содержат мембранные комплексы, а электронная плотность цито- и кариоплазмы повышена. После окончания комбинированного воздействия ионизирующей радиации в дозе 15 Гр и высокоинтенсивного света в ассоциативных нейронах внутреннего ядерного слоя преобладают хроматолитические изменения разной выраженности, деструкция органелл, вакуолизация ядрышка или его отсутствие, что, по-видимому, отражает снижение метаболизма и функции, вплоть до истощения и последующей гибели клетки.

Структурные реакции мультиполярных нейронов ганглионарного слоя после рентгеновского облучения в дозах 5, 10, 15 Гр в основном характеризуются изменением содержания субстанции Ниссля в перикарионах нервных клеток. Гранулярная эндоплазматическая сеть данных нейронов часто утрачивает часть своих рибосом и фрагментируется, а из её цистерн образуются вакуоли различных размеров. В части нейроцитов, напротив, наблюдается активация репаративных процессов, к которым относится увеличение объема ядрышка, числа рибосом и элементов гранулярной сети в перинуклеарной области.

При комбинированных воздействиях в клетках наблюдается дальнейшее разрушение рибосом и мембран, приводящее к более выраженному нарушению белоксинтезирующей функции. В цитоплазме подавляющего числа клеток содержатся крупные вакуоли, мембранные комплексы и миелиноподобные тельца. Некоторые ганглионарные нейроны характеризуются деформацией ядер, уменьшением размеров ядрышек и снижением содержания в них гранулярного компонента. В таких случаях изменения сопровождались отеком клетки и другими деструктивными явлениями (рис. 1).

Анализ содержания гиперхромных нейронов ганглионарного слоя показывает, что их число в серии с рентгеновским облучением в дозе 5 Гр достоверно не отличается от значений контроля. После окончания комбинированного облучения ионизирующей радиации в дозе 5 Гр и света количество гиперхромных нейронов ганглионарного слоя превышает контрольные значения в 10 раз (р<0,05) (рис. 2).

После окончания комбинированного воздействия (10 Гр, 3500 лк) содержание гиперхромных нейронов ганглионарного слоя оказалось в 1,7 раза больше, а при комбинации ионизирующей радиации и высокоинтенсивного света (15 Гр, 3500 лк) в 2 раза меньше, чем в сериях с одним рентгеновским воздействием. Увеличение содержания гипер-хромных клеток после окончания воздействия ионизирующей радиации в дозах 10, 15 Гр и комбинированного облучения (10 Гр, 3500 лк), по-видимому, свидетельствует об активации репарационных процессов в данных сериях. Содержание пикноморф-ных ганглионарных нейронов в данных сериях эксперимента достоверно не отличается от такового в контроле.

Таким образом, изменения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев, обнаруженные при воздействии высоких доз ионизирующей радиации, и их комбинации со светом носят дозовую зависимость и в основном проявляются хроматолизом различной степени выраженности и увеличением содержания гиперхромных клеток, более характерным для комбинированного воздействия.

Рисунок 1. Тотальный хроматолиз и отек митохондрий в мультиполярном нейроне ганглионарного слоя после комбинированного облучения (5 Гр + 3500 лк, 2 суток)

Примечание. М - митохондрии. Увеличение 7200.

Рисунок 2. Содержание гиперхромных и пикноморфных нейронов внутреннего ядерного и ганглионарных слоев после окончания рентгеновского и комбинированного воздействий

Примечание. Статистически достоверные отличия р <0,05 при сравнении: * - различных облучений с контролем; • — комбинированного и рентгеновского воздействий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изменения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев при воздействии высоких доз ионизирующей радиации (5, 10, 15 Гр) и их комбинации со светом (3500 лк, 48 ч) проявляются хроматолитическими изменениями, вакуолизацией и деструкцией органелл.

Необходимо отметить, что после окончания комбинированного воздействия ионизирующей радиации и света в ассоциативных нейронах внутреннего ядерного слоя увеличивается число свободных рибосом и ядрышек, что указывает на усиление репа рации в этот срок эксперимента. Активация репарационных процессов является закономерной структурно-адаптационной реакцией, приводящей к ускоренному обновлению структур, которые, приобретая новые качественные свойства, становятся более адаптированными к действующему фактору. Возможно, изучаемые воздействия усиливают функциональную активность части ассоциативных и ганглионарных нейронов внутренних слоев сетчатки и приводят к активной мобилизации имеющихся в ней ультраструктур, следствием чего является увеличение числа гиперхромных клеток. Резкое снижение данного показателя при комбинированных облучениях говорит о срыве компенсаторноприспособительных механизмов с увеличением дозы облучения и усилением процессов деструкции. Появление пикноморфных ассоциативных нейронов внутреннего ядерного слоя после комбинированного облучения ионизирующей радиации в дозе 15 Гр и света соответствует деструктивным изменениям в нейросенсорных клетках и активации данных процессов во внутренних слоях сетчатки.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

СООТВЕТСТВИЕ ПРИНЦИПАМ ЭТИКИ

Исследование проведено с соблюдением норм современной биомедицинской этики и этических стандартов, разработанным в соответствии с Хельсинской декларацией ВМА (протокол заседания этического комитета ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава РФ № 3 от 06.04.2007).