Влияние электромагнитного излучения терагерцового диапазона частотой молекулярного спектра оксида азота 150+0,75 ГГц на морфофункциональные нарушения микроциркуляции у белых крыс в состоянии острого и длительного стресса

Изменения регионарного, в частности, коронарного, мозгового, почечного кровотока и системной гемодинамики, в том числе недостаточность кровообращения, связаны, прежде всего, с нарушениями микроциркуляции.

Для коррекции различных компонентов микро-циркуляторных нарушений используют широкий спектр препаратов: вазодилататоры, антиагреганты, дезагреганты, прямые и непрямые антикоагулянты, антиоксиданты и др. Однако фармакотерапия всегда сопровождается возникновением различной степени выраженности побочных эффектов. В связи с этим

в настоящее время ведутся поиски новых немедикаментозных методов коррекции указанных нарушений. Одним их таких методов является низкоинтенсивное излучение миллиметрового и субмиллиметрового диапазона частот [1].

Однако в доступной литературе представлены только исследования влияния ТГЧ-излучения на частотах оксида азота 150 + 0,75 ГГц на отдельные функциональные показатели различных составляющих микроциркуляции, в частности ее внутрисосудистого компонента [2]. При этом нет комплексных сведений о морфофункциональных изменениях в системе микроциркуляции под влиянием данного диапазона волн, и их роли в гистофизиологии тканей.

Цель работы: установить влияние электромагнитного излучения терагерцового диапазона частотой молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150+0,75 ГГц на морфофункциональ- ные нарушения микроциркуляции и структуры тканей в различных органах у белых крыс, находящихся в состоянии острого и длительного стресса.

Материалы и методы. Исследования проведены на 155 белых нелинейных крысах-самцах массой 180-220 г. В качестве модели нарушения микроциркуляции нами использовался острый иммобилизацион-ный стресс: жесткая фиксация животных на спине в течение 3-х часов. В качестве длительно действующего стрессора использовали ежедневную 3-часовую иммобилизацию животных в положении на спине в течение 5 суток [2].

Облучение животных проводилось малогабаритным медицинским аппаратом «КВЧ-ΝО», разработанным в Медикотехнической ассоциации КВЧ (г. Москва) совместно с ФГУП «НПП-Исток» (г. Фрязино) и ОАО ЦНИИИА (г. Саратов) [3].

Облучалась поверхность кожи площадью 3 см2 над областью мечевидного отростка грудины. Облучатель располагался на расстоянии 1,5 см над поверхностью тела животного. Мощность излучения генератора составляла 0,7 мВт, а плотность мощности, падающей на участок кожи размером 3 см2, составляла 0,2 мВт/см2. Продолжительность однократного облучения составляла 30 минут.

Исследование морфофункциональных изменений в тканях проведено на 5 группах животных по 15 особей в каждой: 1 группа – контрольная (15 интактных крыс-самцов); 2 группа – крысы-самцы, находящиеся в состоянии острого иммобилизационного стресса; 3 группа включала животных, подвергнутых облучению терагерцовыми волнами на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150 + 0,75ГГц в течение 30 минут на фоне острого стресса; 4 группа – крысы-самцы, находящиеся в состоянии длительного иммобилизационного стресса; 5 группа включала животных, подвергнутых ежедневному 30-минутному облучению терагерцо-выми волнами на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150 + 0,75ГГц в течение 5 дней, на фоне длительного стресса (облучение животных проводили после каждого сеанса иммобилизации).

Материал для гистологического исследования забирался после декапитации животных. В остром стрессе животных декапитировали через 24 часа от начала действия стрессора, а при длительном стрессе – через 24 часа после 5-й иммобилизации (на 6-е сутки эксперимента).

Ткани головного мозга, эндокринных желез (гипофиза, надпочечников, щитовидной железы), висцеральных органов (сердце, печень, легкие, желудок, брыжейка тонкой кишки, почки) фиксировались в 10% - м растворе нейтрального формалина, после чего доводились до парафиновых блоков. Окраску препаратов проводили гематоксилином и эозином, а для элективного выявления фибрина использовался гистохимический метод ОКГ (оранжевый Ж, красный 2С, водный голубой).

Результаты. Проведенные нами исследования показали, что у животных в состоянии острого иммо-билизационного стресса происходят морфофункциональные изменения гипофиза, надпочечников и щитовидной железы, сопровождающиеся повышенным кровенаполнением гипофиза, щитовидной железы и надпочечников. В щитовидной железе происходит изменение эпителия фолликулов и коллоида. Во многих фолликулах отмечалась повышенная митотическая активность интрафолликулярного эпителия.

В надпочечниках выявлено истончение клубочковой зоны, выраженное в различной степени истощение клеток пучковой зоны коры надпочечников, что проявлялось диффузным или очаговым обеднением этих клеток липидами.

У животных в состоянии длительного стресса также отмечалось повышенное кровенаполнение гипофиза. В щитовидной железе обнаружено, что большинство фолликулов не содержало коллоида, а эпителий фолликулов высокий, многорядный (рис. 1). В состоянии длительного стресса развивается гипертрофия коры надпочечников, происходит измене-

Рис. 1. Щитовидная железа крысы-самца, находящегося в состоянии длительного стресса. Разжижение коллоида и образование вакуолей, большинство фолликулов коллоида не содержат. Многорядный, высокий эпителий фолликулов. Окр. Г-Э. Ув. 200

ние соотношения между зонами (гипертрофируется пучковая зона коры надпочечников). Морфологические изменения, выявленные в надпочечниках у этой группы животных (уменьшение липидных включений, изменение соотношения между зонами коры за счет увеличения пучковой зоны), и выраженное полнокровие являются структурным эквивалентом усиления продукции кортикостероидов и их секреции в условиях стресс-реакции.

В центральной нервной системе и в висцеральных органах обнаружены нарушения всех компонентов микроциркуляции у животных в состоянии острого и длительного иммобилизационного стресса, которые возникают уже после однократной иммобилизации и прогрессируют в ходе длительного стресса.

У животных в состоянии острого и длительного стресса происходит также нарушение сосудистого компонента микроциркуляции, что проявляется изменением тонуса сосудов и кровенаполнения органов. Следует отметить, что у животных, подвергнутых однократной трехчасовой иммобилизации, во многих

Рис. 2. Сепарация крови и образование пристеночных тромбов в просвете сосуда легкого крысы-самца, находящегося в состоянии длительного стресса. Окр. ОКГ. Ув. 400

Рис. 3. Фибриноидное набухание стенок артерий легких крысы-самца, находящегося в состоянии длительного стресса. Окр. ОКГ. Ув. 300

Рис. 4. Полнокровие сосудов, расширение периваскулярных и перицеллюлярных пространств ткани головного мозга крысы-самца, находящегося в состоянии длительного стресса. Окр. Г-Э. Ув. 200

органах (печень, почки, желудок, легкие) наблюдаются явления ишемии, что в целом организме отражает явления централизации кровотока. Нарушение сосудистого компонента микроциркуляции также проявляется увеличением проницаемости сосудов (фибриноидное набухание их стенок) и грубыми нарушениями целостности микрососудов (кровоизлияния в головном мозге и его мягкой оболочке, легких, брыжейке тонкого кишечника). Фибриноидное набухание стенок сосудов (рис. 3) и кровоизлияния (в мягкой мозговой оболочке, головном мозге, брюшине, легких) наиболее часто встречаются в гистологических препаратах органов животных, находящихся в состоянии длительного стресса.

Выявленные нами внесосудистые нарушения микроциркуляции, проявляющиеся отеками, отмечаются прежде всего в головном мозге и выражаются в увеличении периваскулярных и перицеллюлярных пространств (рис. 4). Они более выражены у животных в состоянии длительного стресса. Изменение внесосудистого компонента микроциркуляции еще больше усугубляют нарушения в других ее компонентах. В ряде органов (сердце, легкие, печень, почки, желудок) микроциркуляторные нарушения приводят к развитию дистрофических и некротических изменений.

Наши исследования показали, что нарушения микроциркуляции в головном мозге приводили к развитию дистрофических изменений нейронов у животных в состоянии длительного стресса. В сердце животных, подвергнутых однократной трехчасовой иммобилизации, обнаруживались признаки дистрофии миокарда: зернистость цитоплазмы, нечеткие ее контуры, отмечалась фрагментация мышечных волокон. При длительном стрессе признаки дистрофии миокарда нарастали: многие кардиомиоциты находились в состоянии зернисто-глыбчатого распада с исчезновением поперечно-полосатой исчерченности, в ряде случаев ядра не определялись (рис. 5).

У животных в состоянии острого иммобилизаци-онного стресса происходит нарушение внутрипече-ночной гемодинамики, приводящее к ишемии. При длительном стрессе нарушение внутрипеченочной гемодинамики проявляется застойными явлениями, при этом происходят дистрофия и некроз гепатоцитов.

В почках животных, подвергнутых однократной трехчасовой имообилизации, отмечены явления ишемии, которые приводят к дистрофическим изменениям в канальцах почек. При длительном стрессе у них развивается некроз эпителия почечных канальцев.

В результате проведенных исследований установлено, что электромагнитное излучение терагер-цового диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150+0,75 ГГц умеренно снижает активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и тиреоидной осей стрессорной реакции, что проявляется отсутствием или уменьшением выраженности характерных для стресс-реакции морфо-функциональных изменений в гипофизе, надпочечниках и щитовидной железе. Так, у животных, подвергнутых ТГЧ-воздействию на фоне острого и длительного стресса, не обнаружены морфологические изменения гипофиза, снижается активность надпочечников, на что указывает отсутствие выраженной делипидизации их коры, и менее выражены изменения коллоида и эпителия фолликулов щитовидной железы (рис. 6), наблюдаемые соответственно при остром и длительном иммобилизаци-онном стрессе.

Электромагнитное излучение терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощение оксида азота 150 + 0,75ГГц оказывает нормализующее влияние на микроциркуляцию и структуру тканей различных органов у белых крыс самцов, подвергнутых острому и длительному стрессу. Так, на фоне ТГЧ-воздействия восстанавливается внутрисосудистый компонент микроциркуляции у животных, подвергнутых ТГЧ-облучению на фоне острого и длительного стресса, при этом не обнаружено признаков сладжирования крови. У животных в состоянии острого стресса отмечается значительное уменьшение явлений ишемии многих висцеральных органов (печени, почек, легких), нормализация кровотока в головном мозге (рис. 7), снижение повышенной проницаемости сосудов и ломкости капилляров. Вышеуказанные факты свидетельствуют в пользу значительного влияния электромагнитных волн указанной частоты на сосудистый компонент микроциркуляции, в частности, на тонус сосудов.

Нами обнаружен ряд структурных изменений в тканях у крыс-самцов, находящихся в состоянии острого и длительного иммобилизационного стресса, под влиянием электромагнитного излучения терагер-цового диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150 + 0,75 ГГц. Следует отметить, что ТГЧ-воздействие не оказывает значительного влияния на грубые структурные нарушения. Так, ТГЧ-волны указанной частоты не оказывают эффективного влияния на дистрофические нарушения в сердце (рис. 8), однако способствуют значительному снижению частоты ишемического повреждения почек и печени у животных, подвергнутых однократной трехчасовой иммобилизации. В условиях длительного иммобилизационного стресса электромагнитное излучение терагерцового диапазона на частотах оксида азота способно препятствовать развитию дистрофических изменений нейронов головного мозга. Отсутствие дистрофических изменений нейронов, характерных для состояния длительного стресса у животных, подвергнутых курсовому ТГЧ-воздействию, свидетельствует о нейропротекторном эффекте волн указанной частоты.

Обсуждение результатов. Повышенное кровенаполнение гипофиза, щитовидной железы и надпочеч-

Рис. 5. Дистрофия миокарда крысы-самца, находящегося в состоянии длительного стресса. Окр. Г-Э. Ув. 400

Рис. 6. Разжижение интрафолликулярного коллоида и высокий призматический эпителий фолликулов щитовидной железы крысы-самца, подвергнутого курсовому облучению ТГЧ-волнами на частотах МСИП оксида азота 150+0,75 ГГц на фоне длительного стресса. Окр. Г-Э. Ув. 200

Рис. 7. Головной мозг крысы-самца, подвергнутого курсовому облучению ТГЧ-волнами на частотах МСИП оксида азота 150+0,75 ГГц на фоне длительного стресса. Окр. ГЭ х 200

Рис. 8. Дистрофия отдельных волокон миокарда крысы-самца, подвергнутого курсовому облучению ТГЧ-волнами на частотах МСИП оксида азота 150+0,75 ГГц на фоне длительного стресса. Окр. ГЭ х 200

ников у животных в состоянии острого и длительного стресса свидетельствует о повышенной продукции гормонов [4]. Пролиферация клеток эпителия фолликулов, отсутствие коллоида в фолликулах щитовидной железы являются показателем ее гиперфункции [5]. Истощение клеток пучковой зоны коры надпочечников, что выражалось диффузным или очаговым обеднением этих клеток липидами, свидетельствует о значительном выделении глюкокортикоидов [6].

Таким образом, обнаруженные нами изменения эндокринных желез свидетельствуют о значительной активации основных стресс-реализующих систем, в частности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой, тиреоидной осей стрессорной реакции. Изменения локального кровотока в этих железах можно рассматривать как функциональную гиперемию.

Выявленные в ряде органов нарушения внутрисосудистого компонента микроциркуляции у животных в состоянии острого и длительного стресса, проявляющиеся сепарацией крови на плазму и форменные элементы, характеризуют сладж-феномен, связанный с повышенной адгезией, агрегацией и агглютинацией форменных элементов крови, что обусловливает ее сепарацию на более или менее крупные конгломераты, состоящие из эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, и плазму крови [7].

Известно, что ключевое значение в регуляции сосудистого компонента микроциркуляции принадлежит эндотелию сосудов [8]. Повреждение эндотелия сосудов и обнажение субэндотелиальных слоев запускает реакции агрегации тромбоцитов, процесса свертывания крови, препятствующие кровопотере, вызывает спазм сосуда, прекращается образование антиагре-гантов [8]. Выявленные нами изменения сосудистого компонента микроциркуляции у животных в состоянии стресса можно объяснить повреждением эндотелия и развитием эндотелиальной дисфункции.

Обнаруженные изменения в структуре тканей различных органов животных, находящихся в состоянии острого и длительного стресса, объясняются длительным функционированием стресс-реализующих систем и повреждающим действим метаболитов этих систем [2].

Таким образом, у животных в состоянии острого стресса вследствие гиперфункции стресс-реализующих систем и повреждающего действия метаболитов этих систем возникают ярко выраженные нарушения внутрисосудистого, сосудистого и внесосудистого компонента микроциркуляции. Эти нарушения прогрессируют при длительном стрессе и приводят к развитию дистрофических и некротических изменений в тканях. Полученные нами данные согласуются с результатами многочисленных исследований, посвященных изучению морфофункциональных стрессорных изменений [4].

На основании ряда экспериментальных работ эффекты электромагнитного излучения терагерцового диапазона на частотах оксида азота150 + 0,75 ГГц тем или иным образом сопряжены с метаболическим циклом ΝО (преимущественно с ΝО-синтазной компонентой данного цикла).При облучении ТГЧ-волнами как на частотах МСИП ΝО, так и других терагерцовых частотах возможно увеличение реакционной способности и/или концентрации эндогенного оксида азота [9].

Условно можно выделить три уровня реализации эффектов повышения активности ΝО под влиянием ТГЧ-воздействия: непосредственное влияние на клетки – аутокринное действие; влияние на ткань в целом – паракринная регуляция деятельности соседних клеток и центральные эффекты – ΝО-зависимые изменения нервной и гуморальной регуляции [9].

В настоящее время обосновано представление о системе генерации оксида азота как об обособленной стресс-лимитирующей системе. Она активируется при действии на организм различных стресс-факторов и в процессе адаптации к повторным воздействиям факторов среды [10].

Активация ΝО-эргических нейронов в центральной нервной системе предупреждает гиперсекрецию таких гипоталамо-гипофизарных стрессорных гормонов, как кортикотропин, рилизинг-фактор кортикотропина и др. [11]. Этим фактом и объясняется отсутствие морфофункциональных изменений гипофиза у животных, подвергнутых ТГЧ-облучению на указанных частотах. Известно, что кортикотропин регулирует продукцию глюкокортикостероидов корой надпочечников [12]. Экспериментальные исследования показали, что ТГЧ-излучение на частотах МСИП оксида азота 150 + 0,75 ГГц белых крыс самцов способно предотвращать повышение уровня кортикостероидов при облучении до начала действия стрессора, то есть полученные данные указывают на ограничение активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси стрессорной реакции [9], что морфологически выражается в отсутствии делипи-дизации коры надпочечников у животных, подвергнутых ТГЧ-воздействию на фоне острого и длительного стресса.

Важную роль в регуляции микроциркуляции играет также симпато-адреналовая ось стрессорной реакции. Гиперкатехоламинемия вызывает спазм сосудов и ишемию ряда органов [12], что и было нами обнаружено у животных в состоянии острого и длительного стресса. Проведенные исследования показали, что при облучении животных, находящихся в состоянии острого иммобилизационного стресса, электромагнитными волнами терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150 + 0,75 ГГц происходит статистически достоверное уменьшение концентрации катехоламинов в крови. Это свидетельствует об ограничении активности симпатоадреналовой оси стрессорной реакции [9].

Нормализацию внутрисосудистого компонента микроциркуляции у животных в состоянии острого и длительного стресса под влиянием терагерцовых волн указанной частоты можно объяснить аутокринным и паракринным механизмами действия оксида азота в системе форменных элементов крови (в частности тромбоцитов) [2].

Паракринные эффекты оксида азота, продуцируемого эндотелием оксида азота, объясняют нормализацию сосудитого компонента микроциркуляции, в частности тонуса сосудов [9].

Положительное влияние электромагнитного излучения на частотах оксида азота на нарушения внесо-судистого компонента микроциркуляции и структуры тканей реализуется, прежде всего, через изменение процессов липопероксидации. Показано, что при воздействии на животных, находящихся в состоянии острого иммобилизационного стресса, электромагнитными волнами терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150,176-150,664 ГГц происходит нормализация процессов липопероксидации и активности антиоксидантов. Это проявляется в снижении концентрации токсических промежуточных продуктов перекисного окисления липидов – малонового диальдегида и гидроперекисей липидов. При воздействии терагерцового излучения на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150+0,75 ГГц в течение 30 минут наблюдается эффективная нормализация активности антиоксидантной системы – её ферментного и неферментного звеньев, что выражается в нормализации активности супероксиддисмутазы и каталазы в эритроцитах и восстановлении количества общих сульфгидрильных групп и витамина Е в сыворотке крови до уровня интактных животных [9].

Таким образом, электромагнитное излучение терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150+0,75 ГГц обладает выраженным гистопротектор-ным действием на ряд органов, предохраняя ткани от повреждающего действия метаболитов стресс-реализующих систем и стимулируя процессы репарации. Вероятно, влияние излучения указанной частоты на тканевой метаболизм опосредуется через систему оксида азота и другие сопряженные с ней периферические стресс-лимитирующие системы.