Влияние модели разового вахтового труда в высокогорье на поведение и структурную организацию мозжечка

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 618.831-005.4-092.9-03:612.76                  

В Кыргызстане ежедневно поднимаются на большие горные высоты и спускаются обратно в долину альпинисты, спортсмены, охотники, водители с пассажирами, работники дорожно-эксплуатационной, энергетической, горнорудной отраслей, сотрудники министерства чрезвычайных ситуаций, лесного хозяйства, геологии. В связи с отсутствием водных и железнодорожных путей сообщения, дороговизной воздушного транспорта, сотни людей по дороге Бишкек-Ош, рискуя здоровьем и жизнью, пересекают горные перевалы на автотранспорте. При этом тысячи граждан попадают в ДТП; имеются случаи производственного и бытового травматизма в условиях высокогорья.

Причиной тому являются не только плохое качество горных дорог, пренебрежение правилами дорожного движения водителями, охраны и безопасности труда на производствах, расположенных в высокогорье, но и изменение социального и индивидуального поведения, а также гистофизиологии статоакустической системы под действием гипоксической гипоксии [1]. В любом случае пострадавших приходится транспортировать в долину для оказания медицинской помощи.

Несмотря на важность проблемы, в трудах ученых практически отсутствует материал о состоянии специфических мотивационных и коммуникационных компонентов поведения человека и животных в период и после кратковременного пребывания на больших горных высотах. Нет сведений и о гистофизиологии мозжечка — основного органа, связанного с рецепторами координации движения и адаптации организма к преодолению фундаментальных свойств массы тела – тяжести и инерции.

Одновременно отечественными исследователями [2-5] установлено, что кратковременное пребывание человека и животных в условиях высокогорья характеризуется учащением частоты дыхания и сердцебиения, повышением минутного объема крови, концентрации гемоглобина в эритроцитах, выбросом крови из депо, перераспределением кровообращения, изменением мозгового и коронарного кровотоков, интенсивности обмена веществ. Однако каким образом эти пертурбации в организме отражаются на поведении человека и животных не описано.

Учитывая актуальность и приоритетность проблемы, целью исследования стало установление влияния модели одноразового 8-часового вахтового труда в высокогорье на гистофизиологию мозжечка и индивидуальное поведение крыс.

Материалы и методы

Объектом исследования стали 28 беспородных белых крыс-самцов массой 250-310 г. Предварительно животных разделили на 2 группы: 1-ю группу составили животные, постоянно обитающие в условиях низкогорья (г. Бишкек - 760 м над у. м., атмосферное давление (P атм ) 755 мм. рт. ст., парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (PiO 2 ) 150 мм. рт. ст., парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе (PaO 2 ) 100 мм. рт. ст., отношение PaO 2 /PiO 2 0,6666, насыщение гемоглобина кислородом 95%), во 2-ую группу вошли животные, которых летом на комфортабельном микроавтобусе транспортировали из г. Бишкек на перевал Туя-Ашу (3200 м над ур. моря, атмосферное давление 528 мм. рт. ст, PiO 2 109 мм рт. ст., PaO 2 67 мм рт.ст., PaO 2 /PiO 2 0,615 мм рт. ст., SaO 2 86%), где они находились в течение 8-ми часов, имея свободный доступ к корму и воде. Затем 2-ю группу животных спустили в г. Бишкек. На 1-е и 3-и сутки эксперимента оценивалась поведенческая активность животных в тесте «Открытое поле». На 3-и сутки опытов крысы были выведены из эксперимента путем передозировки хлороформа. Все вмешательства осуществлялись согласно «Правилам лабораторной практики в Российской Федерации» (Приказ МЗ РФ от 19 июня 2003г №267) и Европейской конвенции о защите животных (директива 86/609 EEC). Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом при НПО «Профилактическая медицина» МЗ КР.

Суправитально кровеносное русло животных инъецировалось раствором черной туши на 10% нейтральном формалине (1:4) через брюшную аорту. Затем проводилась декапитация с последующим оголением костей черепа путем удаления кожно-мышечного покрова. Череп с головным мозгом помещали в 10% нейтральный формалин на24 часа. Для изготовления просветленных и гистологических препаратов мозжечок вместе с головным мозгом доставали из черепной коробки. Отделив мозжечок от головного мозга, промывали в проточной воде, обезвоживали в спиртах и заливали в парафин. Из парафиновых блоков готовили фронтальные срезы мозжечка толщиной 5-7 мкм и окрашивали гематоксилин-эозином, пирофуксином по Ван Гизону. Готовые гистологические препараты изучали под световым микроскопом Olympus B×40 (Япония). Одновременно проводили серийное микрофотографирование с помощью цифрового фотоаппарата, подключенного к компьютеру. Статистическая обработка полученных данных проводилась в программе SPSS 16.0.

Результаты и обсуждение

Приведенные в Таблице данные манифестируют, что двигательный компонент ориентировочной реакции в результате пребывания крыс в условиях высокогорья изменяется незначительно. В то же время активизируется исследовательская реакция, что отражено увеличением числа заглядываний в норки в 1,43 раза. Иначе говоря, реакция на новизну в условиях открытого поля между двумя группами животных не существенная, хотя отмечается ее усиление у крыс, побывавших в условиях высокогорья. После обеспечения наилучшего восприятия новой обстановки при помощи установочной реакции, отражающей работу целого организма, животные приступают к исследовательской деятельности, которая у крыс, спустившихся с гор более выражена. Индивидуальное поведение, ориентированное к собственному телу (гигиеническое самоподдержание или аутогруминг), остается не измененным.

Таблица ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КРЫС

ДО ПОДЪЕМА И ПОСЛЕ СПУСКА С ВЫСОКОГОРЬЯ

Показатели	До подъема на высокогорье	После спуска с высокогорья
Наружные квадраты	37,4±2,3	32,0±2,04
Внутренние квадраты	2,2±0,3	2,0±0,4
Стойки	4,8±0,5	4,1±0,5
Норки	2,8±0,3	4,2±0,7
Аутогруминг	3,6±0,4	3,6±0,5
Дефекация	0,4±0,2	3,7±0,4
Тест на работоспособность	10,8±0,7	7,1±0,4*

*P <0,05. Различия между показателями, полученными в высокогорных опытах по сравнению с низкогорными достоверны.

В отличие от соматической горизонтальной и вертикальной активности, которая мало изменяется, деятельность вегетативной нервной системы у животных, побывавших в высокогорье, активизируется. Об этом свидетельствует учащение дефекации в 8,5 раза, что указывает на высокий уровень тревожности животных, спустившихся с высокогорья.

Уменьшение, хотя и статистически не достоверное, посещения наружных и внутренних квадратов и количества стоек животными после спуска с высокогорья частично можно объяснить потерей времени на замирание, прежде чем крыса переместится по квадратам открытого поля. Замирание в природе имеет адаптивную, защитную роль. Животные замирают, чтобы снизать слуховые и зрительные возможности хищника и остаться не замеченными. Открытое поле воспринимается как не известное, возможно опасное окружение. Следовательно, замирание – это проявление страха, который у животных, спущенных с высокогорья, более выражен, чем у контрольных животных. Не исключено, что причиной этому является перенесенный стресс в процессе подъема, пребывания и спуска по горным дорогам с высокогорья в низкогорье.

Страх — категория, относящаяся к области эмоциональной сферы. Интенсификация этой эмоции вызывает учащение дефекации в 8,5 раз у животных, спущенных с высокогорья относительно группы контроля. Страх и осторожность ограничивают двигательную активность. Кроме того, животные оказываются в сложном положении между страхом и желанием обследовать новое окружение, что может вызвать дисбаланс в ЦНС. Несомненно, все это угнетает животное и ограничивает его активность.

Обращает на себя внимание достоверное снижение работоспособности (мышечной силы) у животных, спустившихся с высокогорья, более чем в 1,5 раз. Интерпретировать это однозначно трудно. Можно предположить, что снижение мышечной силы связано с кислородной недостаточностью, возникшей под действием высотной гипоксии. С другой стороны, это изменение можно связать с нарушением нервной трофики скелетной мускулатуры, под которой И. П. Павлов понимал нервные импульсы, ведущие к регуляции обмена между клеткой и средой.

Ремоделирование ангиоархитектоники мозжечка характеризуется, прежде всего, гиперкапилляризацией ганглиозного слоя. Так, у интактных крыс клетки Пуркинье снабжаются в среднем не более чем двумя капиллярами, расположенными от последних на расстоянии 14-22 мкм. У животных, побывавших в высокогорье, в результате раскрытия резервных капилляров, каждая клетка Пуркинье соседствует минимум тремя сосудами, расположенными на расстоянии 10-17 мкм.

В зернистом слое усиление капилляризации менее выражено, где соотношение числа клеток к количеству капилляров составляет 10:5-8 (в норме — 10:3-4). Расстояние между капиллярами и телами клеток колеблется в пределах 25-80 мкм. Создается впечатление, что отдельные сосуды представляют собой ответвление капилляров ганглиозного слоя.

В молекулярном слое корзинчатые и звездчатые нейроны снабжаются капиллярами в меньшей мере, чем в ганглиозном и в большей, чем в зернистом слое. В среднем, отношение нейронов к капиллярам составляет 1-1,2, тогда как обычно оно не превышает 0,7-0,9. Как и в зернистом слое, здесь капилляры локализуются неупорядоченно по отношению к нейронам.

Несмотря на гиперкапилляризацию, признаков застоя крови, периваскулярного отека, других патологических данных в коре мозжечка не обнаруживается. Как правило, повышение капилляризации сопряжено нарастанием функциональной активности органа. В данном случае это выражается укрупнением ядрышек, умеренной гиперхромией нейронов молекулярного и зернистого слоев.

Наряду с этим наблюдается процесс эктопии нейронов молекулярного и зернистого слоев в сторону ганглиозного. В некоторых случаях отмечается смещение грушевидных клеток в сторону молекулярного слоя.

Обращает на себя внимание усиление функции нейроглии, клетки которой своими отростками более плотно, чем обычно оплетают аксоны нейроцитов и кровеносные капилляры, образуя кольцевидные фигуры. В результате этого свободных от нейроглии нейронов в поле зрения микроскопа становится меньше, чем у контрольных животных.

В регуляции двигательной активности со стороны мозжечка ведущая роль отводится клеткам Пуркинье, которые в свою очередь постоянно испытывают тормозящее действие звездчатых, корзинчатых клеток молекулярного слоя и клеток Гольджи – зернистого слоя, а также возбуждающее влияние по моховидным и лазающим волокнам. По-видимому, у животных, побывавших в высокогорье, возбуждающее и тормозящее влияние на клетки Пуркинье уравновешены, чем обуславливается незначительные изменения двигательной активности по сравнению с контрольными данными.

Ремоделирование ангиоархитектоники мозжечка выражается гиперкапилляризацией и укорочением диффузионного расстояния. В период адаптации к высокогорью микроциркуляция мозжечка отличается от других отделов головного мозга именно этим, так как кровоснабжение головного мозга в острую фазу пребывания в высокогорье снижено по сравнению с данными, полученными в низкогорье [6]. Более высокое кровоснабжение продолговатого мозга и мозжечка отмечено [7] при подъеме на высоту в барокамере без объяснения данного феномена. Можно лишь предположить, что этот факт сопряжен с возбуждением центров регуляции кровообращения и дыхания, которые располагаются в продолговатом мозге, и усилением функции дыхательных мышц и диафрагмы, кровоснабжение которых резко увеличивается [6].

Горная ангиология – составная часть экологической физиологии и морфологии, неразрывно связанная с проблемой приспособления организма к условиям внешней среды. «Жить — это значит адаптироваться [8]. Применительно к ангиологии, адаптация — единство реактивности и пластичности кровеносного русла в изменяющихся условиях внешней среды. Применительно к кровеносным сосудам мозжечка крыс, спущенных с высокогорья, это имеет прямое значение. Прежде всего, микроциркуляторное русло мозжечка адекватно отреагировало на запросы целого организма, предъявляемые в первую очередь к системам кровообращения и дыхания. При этом реактивность обусловлена усилением кровотока через мозжечок. Пластичность проявилась ремоделированием капиллярного русла, не нарушая адаптивные пределы.

Молекулярный, ганглионарный, зернистый слои коры и белое вещество мозжечка богаты различными глиальными элементами, которые у крыс, побывавших в высокогорье, активизируются. Об этом свидетельствуют хорошо выраженные периваскулярные мембраны, образованные ножками волокнистых астроцитов в зернистом слое. В молекулярном слое отростки глиальных клеток оплетают дендриты грушевидных клеток более плотно, чем в норме. Надо полагать, что активация глиальных элементов, в том числе и микроглиальных, имеет защитное, приспособительное значение, направленное на сохранение адекватного метаболизма и механического поддержания нейронов мозжечка.

Выводы

• 1.    Отдельные показатели действий животных сами по себе мало информативны для целостного представления о состоянии индивидуального поведения животного. Анализ результатов наших исследований демонстрирует разобщенность двигательной, ориентировочно-исследовательской активности с одной стороны и психоэмоциональной – с другой у крыс после 8-ми часового содержания в высокогорье.

• 2.    Подъем, 8 часовая экспозиция в горах на высоте 3200 м над у. м. и последующий спуск в низкогорье не вызывает патологических изменений нейронов, глиальных элементов, капиллярного звена микроциркуляторного русла мозжечка. Все модуляции являются приспособительными, направленными на адекватное функционирование мозжечка в создавшихся условиях.

• 3.    Изменение психоэмоционального состояния, локомоторной активности и работоспособности (мышечной силы), полученных в тесте «Открытое поле» более выражены, чем ремоделирование капилляров, нейронов и глиальных элементов, обнаруженное в светооптическом микроскопе.