Автореферат и диссертация по медицине (14.00.02) на тему:Морфофункциональное состояние сенсомоторной коры при неравномерном электромагнитном облучении

На правах рукописи

003483700

Трухачев Алексей Николаевич

МОРФОФУНКЦИОНАЛЫЮЕ СОСТОЯНИЕ СЕНСОМОТОРНОЙ КОРЫ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ОБЛУЧЕНИИ

14.00.02 - анатомия человека 14.00.15 - патологическая анатомия

Автореферат /• п ■■ г+г-

I У Л /Ш),9

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Ярославль - 2009

003483700

Работа выполнена в Воронежской государственной медицинской академии им. Н. Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию и Государственном научно-исследовательском испытательном институте военной медицины МО РФ, г. Москва.

Научные руководители

доктор медицинских наук, профессор Федоров Владимир Петрович кандидат медицинских наук,

ведущий научный сотрудник Зуев Владимир Григорьевич Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Шилкин Валентин Викторович, доктор медицинских наук, профессор Абросимов Сергей Юрьевич. Ведущая организация

Федеральное Государственное Учреждение «Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» Федерального медико-биологического агентства России.

Защита состоится « 2009 г. в на заседании

диссертационного совета Д 208.119.02 при ГОУ ВПО «Ярославская государственная медицинская академия Росздрава» по адресу: 150000, г. Ярославль, ул. Революционная, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ярославской государственной медицинской академии.

Ученый секретарь диссертационного совета

Румянцева Т. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. С развитием высокоиндустриального общества резко возрастает опасное вмешательство человека в природу, которое становится более многообразным и грозит стать глобальной опасностью для человечества. Одной из таких опасностей являются электромагнитные излучения (ЭМИ). Количество их источников, параметры, варианты воздействия на живые объекты практически не поддаются учету и классификации. Нельзя пренебрегать опасностью электромагнитных излучений даже дома и в офисе (Готовский Ю.В., Перов Ю.Ф., 1998). Проблема стала настолько острой, что в соответствии с решением Российской научной комиссии от 28 января 1997 г образован Национальный комитет по защите от неионизирующих излучений. Основной целью комитета является разработка концепций по обеспечению комплексного решения проблемы защиты от неионизирующих излучений человека и окружающей среды, рекомендаций по уменьшению экономического и социального ущерба от воздействия неионизирующих видов излучений и охране здоровья населения, изучение механизма действия электромагнитных излучений на организм, установление зависимости «доза - эффект» и разработка средств профилактики и защиты от различных видов электромагнитных излучений.

По данным Ю.Г.Григорьева с соавт. (1999), электромагнитные поля (ЭМП) действуют постоянно, практически круглосуточно облучая население. Идет стремительный постоянный рост электромагнитного загрязнения среды с реальным отрицательным прогнозом, а средства измерения и возможности мониторинга на всей территории России практически отсутствуют. Более того, не изучена патология, включая отдаленные последствия, не разработаны средства профилактики и защиты. Остаются не до конца изученными механизмы действия неионизирующих излучений на живые организмы. Недооценка опасности электромагнитных облучений приводит к отсутствию принятия государственных мер по изучению патологии, защите, профилактике и контролю загрязнения экосистемы. К этому добавим, что остаются неизученными и структурные основы влияния электромагнитных излучений на организм. Совершенно не учитывается тот факт, что в подавляющем большинстве случаев имеет место неравномерное электромагнитное воздействие и наиболее вероятны субтотальные и парциальные разновидности облучения, причем преимущественно головы, что обусловлено конструктивными особенностями системы «человек - техника». О вероятности восприятия мозгом электромагнитных колебаний различных характеристик свидетельствует возникновение у людей разнообразных ощущений от вспышек и мельканий света до появления галлюцинаций и звуковых ощущений при воздействии на область головы (Williams D., et al., 1956; Jasky T., 1960; Valentinuzzi M., 1962; Чиженкова P.A. с соавт., 2006). Медико-

биологические аспекты реакции организма на воздействие электромагнитных излучений обобщены в справочниках по электромагнитной безопасности (Суббота А.Г., Чухловин А.Г., 1968; Шандала М.Г. с соавт., 1998), а также в обстоятельных монографиях В.В. Антипова с соавт. (1989), Б.И. Давыдова с соавт. (1997), Ю.Г.Григорьева (1999), И.Б.Ушакова с соавт. (2007). В тоже время, морфофункциональные аспекты поражения головного мозга при различных вариантах электромагнитного воздействия изучены недостаточно, а вклад отдельных участков тела в патологические изменения органов и систем, в частности, головного мозга, практически не рассматривается. В связи с этим представляется аетуальным изучение морфофункдиональных эффектов неравномерных электромагнитных излучений в коре головного мозга, обеспечивающей высшую интегративную функцию и дееспособность человека.

Цель исследования: Определить комплекс структурно-функциональных изменений в сенсомоторной зоне коры головного мозга крыс при различных вариантах и дозо-временных параметрах энергетических экспозиций неравномерного электромагнитного облучения.

Задачи исследования:

1. Определить анатомические ориентиры, соответствующие сенсомоторной коре лиссэнцефального мозга крыс.

2. Определить структурно-функциональное состояние нейроцитов крыс, находящихся в условиях вивария, а также подвергнутых «мнимому» облучению.

3. Выявить изменения в сенсомоторной коре в зависимости от локализации облучаемой области тела.

4. Выявить изменения в сенсомоторной коре в зависимости от интенсивности излучения при одинаковых энергетических экспозициях.

5. Выявить изменения в сенсомоторной коре при различных энергетических экспозициях воздействия электромагнитного излучения.

6. Выявить изменения в сенсомоторной коре в зависимости от врем< ни после электромагнитного облучения.

Научная новизна работы: Анатомические исследования позволили yi тановить соответствие сенсомоторной зоны коры топографии восходящей ве ви средней мозговой артерии на верхнелатеральной поверхности полушари большого мозга.

Структурно-функциональное состояние нейроцитов сенсомоторной кор интактных крыс отличается полиморфизмом и не меняется при «мнимом» ol лучении.

Нейрогистологические исследования показали, что структурные элементы сенсомоторной коры реагируют на воздействие электромагнитного излучения реактивными (пограничными), деструктивными и компенсаторно-приспособительными изменениями, выраженность которых зависит от интенсивности микроволнового воздействия и облучаемой области тела. Более ранние и выраженные изменения отмечены в III - IV слоях коры по сравнению с V слоем. Одним из критериев функционального состояния нейронов при электромагнитном облучении, поддающимся математическому анализу, является объем ядер нейроцитов. Показано, что при облучении головы они набухают и с увеличением времени воздействия становятся однородными по объему. Если в поле облучения попадает живот, то ядра сморщиваются, пропорционально времени воздействия. При высоких энергетических экспозициях (более 600 (мВт/см2)мин) ядра утрачивают способность реагировать на воздействие изменением своего объема.

Гистохимические исследования показали, что изученные ферментативные системы нервных клеток не играют существенной роли в реакции на электромагнитное излучение.

Электронно-микроскопические исследования показали, что наибольшей чувствительностью к изучаемому фактору обладают структуры нервных клеток, имеющие отношение к синтезу белка (ядра, ядрышки и цитоплазматиче-ская сеть). Синапсы не играют заметной роли в реакции на электромагнитное излучение.

Выявленные изменения при одинаковой энергетической экспозиции равной 600 (мВт/см2)мин, являются обратимыми. При больших энергетических экспозициях наблюдается распад мембранных структур нейроцитов, денатурация белка, расстройство микроциркуляции и отек мозга, которые нарастают с увеличением облучаемой массы тела и при общем облучении приводят к гибели животных.

Научная и практическая значимость работы: В результате исследования получены новые данные о топографии сенсомоторной коры лиссэнцефаль-ного мозга крыс, соответствующей восходящей ветви средней мозговой артерии на верхнелатеральной поверхности полушарий большого мозга.

Показано разнообразие структурно-функционального состояния нейроцитов контрольных групп крыс, находящихся как в условиях вивария, так и подвергнутых «мнимому» облучению.

Получены новые данные, раскрывающие закономерности морфофунк-циональной перестройки сенсомоторной коры в зависимости от параметров общего и парциального микроволнового облучения и времени после воздействия. Это представляет интерес для авиационной и космической медицины, профпатологии, гигиены и безопасности жизнедеятельности, а также может служить основой для нормирования и прогнозирования воздействия электромагнитных излучений на человека.

Полученные морфологические характеристики используются при чтении лекций по нормальной и патологической анатомии, посвященных реактивности и пластичности нервной системы при действии антропогенных факторов в Воронежской государственной медицинской академии им. H.H. Бурденко.

Данные, полученные в работе, использованы при составлении отчетов о НИР и реализованы при участии автора в методических рекомендациях:

1. «Исследование гигиенической ситуации электромагнитной обстановки труда военных авиационных специалистов на современных и перспективных образцах военной авиационной техники» по теме «Исследование существующих полей электромагнитной природы, обобщение методов и средств контроля за электромагнитной обстановкой и изучение медико-биологических аспектов ЭМ-факторов (промежуточный) / ГОС НИИИ Военной медицины МО РФ, инв.№ 7415. - М., 2008. - 90 с.

2. «Исследование гигиенической ситуации электромагнитной обстановки труда военных авиационных специалистов на современных и перспективных образцах военной авиационной техники» по теме «Исследование методов и способов защиты личного состава частей ВВС от неблагоприятного воздействия физических полей электромагнитной природы» (итоговый) / ГОС НИИИ Военной медицины МО РФ. - М., 2009. - 140 с.

3\ Методические рекомендации по электромагнитной безопасности личного состава ВВС. - М., 2009. - 40 с.

Основные положения, выносимые на защиту 1- Анатомическим ориентиром сенсомоторной коры крыс (граница полей FPa и РА5) является топография восходящей ветви средней мозговой артерии на верхнелатеральной поверхности полушарий большого мозга крыс.

2. Структурно-функциональное состояние нейроцитов сенсомоторной коры интактных крыс отличается полиморфизмом и не меняется при «мнимом» облучении.

3. Электромагнитные излучения с одинаковой энергетической экспозицией вызывают в структурах сенсомоторной коры типовые, обратимые неспецифические нейроморфологические реакции, зависящие от интенсивности электромагнитного излучения и площади облучаемой поверхности.

4. Наибольшей чувствительностью к электромагнитному воздействию обладает белоксинтезирующая система нейроцитов, а более устойчивыми являются ферментативные и интегративные системы.

5. Высокие энергетические экспозиции вызывают распад мембранных структур, белка, расстройство микроциркуляции и отек мозга, нарастаю-

щие с увеличением массы облучаемой поверхности и интенсивностью воздействия.

Апробация работы. Материалы и основные положения диссертации доложены и обсуждены на: IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине, Тула, 2005 г; Всероссийской научной конференции с международным участием «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга», Москва, 2005 г; Всероссийской научной конференции с международным участием «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга - 2006», Москва, 2006 г.; на VII Конгрессе международной ассоциации морфологов, Орел, 2006; Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные вопросы функциональной межполу-шарной асимметрии и нейропластичности - 2008», Москва, 2008; Всероссийской научно-практической конференции «Физиология адаптации», Волгоград, 2008; Всероссийской научной конференции «Боевой стресс», Москва, 2008; IV Международной научно-практической конференции, Тула, 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 10 - в центральной печати, в том числе в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ - 3.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав - обзора литературы, материалов и методик исследования, результатов собственных исследований, заключения и выводов. Материал изложен на 189 страницах машинописи. Работа иллюстрирована 8 таблицами и 47 рисунками. Список литературы насчитывает 309 источников, 254 из которых - отечественные и 55 - зарубежные.

Материал и методики исследования.

Эксперимент спланирован и проведен в Государственном научно-исследовательском испытательном институте военной медицины МО РФ, г. Москва. Биологическим объектом исследования служили 246 беспородных белых крыс-самцов массой 250±5 г, подвергавшихся в безэховой камере электромагнитному облучению частотой 2,4 ГГц, с ППЭ 10 - 300 мВт/см2. Интенсивность излучения определяли измерителем ППЭ - прибором ПЗ-9. На время облучения животных помещали в специальные пеналы из органического стекла с толщиной стенок 3 мм и внутренними размерами 50x50x200 мм, что практически исключало перемещение животных относительно источника облучения и

экранированной части пенала. Облучение было односторонним (латеральным), при этом продольная ось животного была параллельна магнитному вектору электромагнитной волны. Предварительно каждое животное условно разделялось на 4 сегмента с соотношением масс 1:1:1:1 (по 25%) в краниокаудальном направлении: I-головной, II- грудной, III - брюшной и IV - каудальный. Экраном служила алюминиевая фольга толщиной 0,5 мм, которой со всех сторон обертывалась камера с находящейся в ней крысой. При этом I и III сегменты или оба вместе оставались незащищенными, что обеспечивало неравномерность (парциальность) микроволнового облучения (Зуев В.Г., Ушаков И.Б., 1984). Изучены следующие режимы воздействия: 10 мВт/см2, 60 мин; 100 мВт/см2,6 мин; 300 мВт/см2,2 мин; 300 мВт/см2,4 мин; 300 мВт/см2,6 мин. Таким образом, в первых трех группах животные облучались с одинаковой УПМ, но разное количество времени.

Участки сенсомоторной коры (граница полей FPa и PAS) забирали через 0,1 ч после воздействия. При режиме генерации электромагнитного излучения 300 мВт/см2, экспозиция 2 мин, материал забирали еще через 2 и 72 ч, а при режиме генерации 100 мВт/см2, с экспозицией 6 мин через 2, 5 и 24 ч. В связи с методическими условиями эксперимента животные были объединены в 41 группу, по 6 крыс в каждой. Протокол эксперимента в разделах выбора, содержания животных и выведения их из опыта был составлен в соответствии с принципами биоэтики и правилами лабораторной практики, которые представлены в «Международных рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и приказе МЗ РФ №267 от 19.06.2003, об утверждении правил лабораторной практики. При заборе участков мозга использовались цитоархитекгонические карты (Све-тухина В.М., 1962; Курепина М.М., 1981; Чиженкова P.A., 1986). Кусочки мозга фиксировали в фиксаторах Карнау, Орта, Беккера. Объекты заливали в парафин или готовили замороженные срезы.

Обзорные срезы окрашивали гематоксилин-эозином. На этих препаратах изучали общую картину цито- и ангиоархитектоники, а также состояние мозговых оболочек. Более детальную характеристику состояния нервных и глиаль-ных клеток получали при окрашивании препаратов по методу Ниссля. Состояние осевых цилиндров нервных волокон изучали на препаратах, импрегниро-ванных азотнокислым серебром по методу Кахаля-Фаворского. Миелиновые оболочки выявляли по методу Вейгерта-Паля в модификации Соколянского, а их дегенерацию - по Марки (Меркулов Г. А., 1961).

Суммарный белок выявляли на парафиновых срезах, окрашенных методом сулема-бромфеноловый синий по Бонхегу, а РНК по методике Shea S.K. (1970). Для изучения активности ферментов из нефиксированных кусочков

мозга формировали комбинированные тканевые блоки по В. Г. Петрухину и H.A. Гайдамакину (1971), замораживали в твердой углекислоте и в камере криостата готовили срезы толщиной 10 мкм. Выявление активности дегидроге-наз (СДГ, ЛДГ) проводили тетразолий-редуктазными методиками с использованием соответствующего субстрата и соли «нитро-СТ». Для выявления щелочной фосфомоноэстеразы (ЩФ) использовали реакцию азосочетания с а-нафтилфосфатом и прочным синим РР. Активность кислой фосфомоноэстеразы (КФ) выявляли также методом одновременного азосочетания с фосфатнафто-лом AS-BS и прочным синим ВВ.

Для электронно-микроскопического исследования кусочки мозга фиксировали методом инфилырации в 2,5%-ном растворе глютаральдегида на 0,2 М коллидиновом буфере, постфиксировали в 1%-ном растворе осмиевой кислоты. Обезвоживание проводили в этаноле восходящей концентрации и заливали материал в эпоксидную смолу эпон-812. Ультратонкие срезы получали на ультратоме (LKB-III, Швеция), контрастировали по Е. S. Reunolds (1963) и исследовали в электронном микроскопе JEM-100 СХ-2.

При анализе гистологических и гистохимических препаратов проводили описание микроскопической картины, состояния клеток, сосудов, характера гистохимической реакции. Наиболее информативным в плане значимости изменений нервных клеток в коре полушарий большого мозга явилось определение нервно-клеточного индекса (Шефер В. Ф., 1980). Наряду с этим, подсчитывали количество нервных и глиальных клеток, приходящихся на единицу площади. Среди нейроцитов подсчитывали процент клеток с реактивными и деструктивными изменениями. Для глиальных клеток определяли процент сател-литной глии. Количественную оценку активности ферментов в микропрепаратах определяли по величине оптической плотности конечных продуктов гистохимических реакций в видимой части спектра (Журавлева Т. Б., Прочуханов Р. А., 1978; Бонашевская Т.Р. с соавт., 1984). Для этой цели проводилось микро-денситометрическое исследование дегидрогеназ двухволновым методом (Х,=465 нм и X =580 нм) с расчетом по формуле Паттау (Агроскин JI. С., Папаян Г. В., 1977). При анализе активности ЩФ определяли площадь поверхности положительно реагирующих структур стереометрическим методом (Автандилов Г. Г., 1980).

Для определения объема ядер нейроцитов использовали формулу вычисления объема тела, представляющего собой эллипсоид вращения V=l/6n(aß)2 или шар V=l/48jt(aß)3, где а - больший, ß - меньший диаметры (Хесин Я. Е., 1967; Автандилов Г.Г., 1973, 1980). В каждой экспериментальной группе измерено не менее 1000 ядер. В ряде случаев более информативным, чем средние величины, являлось сравнение объемов ядер по классам логарифмов. Для по-

строения графиков, отражающих процентное содержание ядер различного объема их логарифмы объединялись в группы с классовым интервалом 0,2. При этом вариационные кривые сглаживались, и замаскировывалась многовершин-ность, зависящая от распределения ядер по основным и промежуточным классам. Динамику кариометрических изменений оценивали по смещению вариационных кривых от кривой нормального распределения вправо или влево.

Весь цифровой материал обработан статистически, с использованием пакета прикладных компьютерных программ «Statistica 6.0».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При анатомическом исследовании установлено, что топография средней мозговой артерии на верхнелатеральной поверхности полушарий большого мозга крыс соответствует цитоархитектонике сенсомоторной коры на границе лобной и теменной долей.

Учитывая, что при электромагнитном излучении возможно не только прямое действие на мозг, но и опосредованное через афферентацию с других областей тела, основное внимание было уделено III и IV слоям сенсомоторной коры пограничной области указанных полей. В этой зоне нервные клетки крыс, находящихся в условиях вивария, отличаются по своей структурно-функциональной организации. Среди всей клеточной популяции 81 - 85 % ней-роцитов являются нормохромными, от 10,4 до 15,8 % клеток являются гипо- и гиперхромными, а 4 - 5,5 % имеют изменения необратимого характера. Такой полиморфизм нервных клеток, особенно наличие альтеративных изменений является, видимо, следствием физиологической деструкции (апоптоз) или других явлений (старение, стресс, другие неучтенные факторы).

Исследование, проведенное на крысах, подвергшихся «мнимому» облучению не выявило каких-либо новых изменений по сравнению с интактной группой. Можно отметить лишь большее разнообразие гипохромных нейроци-тов. От всей клеточной популяции они составляют 10,1 - 17,1 %, тогда как у интактных крыс их количество составляет в крайних вариантах от 10,4 до 15 %. Отсутствие различий в состоянии нейроцитов интактных и подвергшихся «мнимому» облучению крыс вероятно можно объяснить привыканием к человеку во время ухода за ними.

Проведенные нейрогистологические, гистохимические, электронно-микроскопические и биометрические исследования показали, что нервные клетки сенсомоторной коры реагируют на микроволновое излучение однотипными изменениями, которые можно объединить в три группы: 1) деструктивные; 2) реактивные (пограничные); 3) компенсаторно-приспособительные. Морфологические изменения нейроцитов, составляющих первую группу явля-

и

ются необратимыми. Такие изменения демонстрируют клетки с резко выраженным отеком, приводящим к разрушению ядра и цитоплазмы, а также пикно-морфные клетки и клетки-тени. Самым частым проявлением дегенеративных процессов являются пикноморфные клетки. Они имеют удлиненно-веретенообразную форму и уменьшены в размере. Интенсивно окрашенные отростки извиты и прослеживаются на значительном расстоянии. Цитоплазма таких клеток гомогенизирована, интенсивно окрашена, в ряде случаев не визуализируется граница ядра. При ультраструктурном исследовании пикноморфные клетки имеют повышенную осмиофилию ядра и цитоплазмы. В цитоплазме с трудом просматриваются набухшие, лишенные крист митохондрии, а также резко расширенные участки цистерн цитоплазматической сети и пластинчатого комплекса. Нередко из-за набухания ультраструктур цитоплазма имеет «пенистый вид». На этом фоне обнаруживается большое количество лизосом, ауто-фагосом и участков локальной дегенерации. Ядро имеет повышенную элек-троннооптическую плотность, деформировано и подвергается распаду. Синап-тические контакты на таких нейроцитах дегенеративно изменяются, и на их месте появляются гипертрофированные отростки астроцитов. Последние проникают вглубь нервных клеток и разделяют их на фрагменты. Нередкой находкой являются клетки-тени, характеризующиеся глубоким разряжением и запустением цитоплазмы, отсутствием ядра и ядрышка и представлены лишь бледной тенью, окруженной гипертрофированными глиощггами.

Нервные клетки с реактивными изменениями составляют более многочисленную группу и отличаются большим разнообразием. К этой группе относятся клетки с изменением величины и формы, вакуолизацией, отеком, а также различными тинкториальными свойствами цитоплазмы. При этом нейроциты сохраняют свои основные признаки, целостность ядра и ядрышка, а наблюдаемые в них изменения являются обратимыми. В настоящее время вместо термина «реактивные» начинает использоваться термин «пограничные изменения» (Федоров В.П. с соавт., 2003; Ушаков И.Б. с соавт., 2007). Пограничные изменения являются проявлением «срочной» ответной реакции клеток на внешние воздействия, развиваются по runo- и пшерхромному типам и отражают промежуточное между вариантами биологической нормы и патологии морфофунк-циональное состояние нейроцитов. Пограничные изменения обратимы и исчезают после «отмены» фактора. Вероятно, в определенных условиях на их основе могут возникать различные формы альтеративных и адаптационных изменений. Однако термин «пограничные изменения», хотя и не вызывает в специальной литературе критики, является еще «не устоявшимся». В связи с этим мы пользовались старой терминологией.

Наиболее часто среди реактивных нейроцитов встречаются клетки с изменением тинкториальных свойств. Среди таких нейроцитов можно выделить две группы клеток: гипохромные и гиперхромные. Гипохромные нейроциты отличаются светлой окраской цитоплазмы из-за уменьшения содержания базо-фильного вещества, РНК и белка. При этом цитоплазма имеет неравномерную окраску, что соответствует различным видам хроматолиза: тотального, очагового, центрального, периферического и т.д. Ядра светлые, обычно увеличены в объеме и нередко располагаются эксцентрично. При электронно-микроскопическом исследовании такие нервные клетки имеют пониженную электронную плотность ядра и цитоплазмы за счет уменьшения в них ультраструктур, особенно рибосом и полисом. Цитоплазматическая сеть набухает, местами не содержит рибосом и подвергается распаду. Митохондрий в таких клетках мало, они, как правило, набухают, имеют просветленный матрикс и ли-зирующиеся кристы. Встречаются нейроциты, цитоплазма которых на значительных участках лишена ультраструктур, а на их месте выявляется хлопьевидная электронноплотная зернистость и миелиноподобные фигуры. Кариоплазма ядер обычно светлая, обеднена хроматиновым материалом, отдельные скопления которого выявляются около кариолеммы.

Гиперхромные нервные клетки отличаются повышенным содержанием тигроида, РНК и общего белка, что обусловливает интенсивную окраску их цитоплазмы и отростков. Ядро обычно уменьшено в объеме и четко контурирова-но. При ультраструктурном исследовании такие клетки выглядят «темными» из-за повышенной осмиофилии ядра и цитоплазмы, которая обусловлена увеличением числа полисом и свободных рибосом. Структура митохондрий в таких клетках может быть самой различной. Встречаются также единичные лизо-сомы и практически неизмененный пластинчатый комплекс. Ядра этих клеток богаты хроматином, который может располагаться равномерно или реже в виде глыбок около внутренней мембраны кариолеммы. Все эти изменения не являются специфическими для электромагнитного излучения и описаны при других воздействиях (Попова Э.Н., 1976; Боголепов H.H., 1979; Кривицкая Н.С., 1980; Антипов В.В. с соавт., 1989; Логвинов C.B. с соавт., 1994; Попов В.И., 1995; Ушаков И.Б. с соавт., 1997, 2007; Семенов С.Н., 2001; Попов С.С., 2004 и ДР-)-

Наличие клеток с реактивными и деструктивными изменениями, появляющимися уже в ранние сроки после воздействия, свидетельствует о высокой чувствительности и в тоже время пластичности нервной системы к изучаемому фактору. В тоже время выявляются признаки компенсаторно-приспособительного плана, обеспечивающие, видимо, высокую устойчивость нервных клеток к воздействующим факторам. Большое количество нервных

клеток имеет повышенное содержание тигроида, нуклеиновых кислот и белка. На субклеточном уровне такие клетки характеризуются обилием ультраструктур белоксинтезирующего, биоэнергетического и специализированного профилей. Особенно важно состояние белоксинтезирующей системы нейроцита, так как она должна обеспечивать внутриклеточные потребности белка как перика-риона, так и отростков клетки. В этом отношении важное значение приобретает ядро, одним из показателей функциональной активности которого (при неизмененной ультраструктурной организации) является его объем. Ядрышко обычно увеличивается в объеме и смещается к кариолемме. Нередко можно наблюдать выход из него рибонуклеопротеидов в виде осмиофильной дорожки. Карио-лемма имеет неровный контур, что увеличивает площадь контакта ядра с цитоплазмой и тем самым облегчает обменные процессы между ними. Кроме этого, кариолемма является и источником формирования цитоплазматической сети. Если белоксинтезирующая система выполняет восстановительную функцию, то гидролитическая (лизосомальная) система, наоборот, утилизирующую, но обе они в итоге поддерживают внутриклеточный гомеостаз, так как повышенное образование лизосом в нервных клетках способствует быстрой локализации и аутолизу продуктов распада клеточных структур, а протекающие одновременно восстановительные процессы предотвращают гибель нейроцитов при высокой активности белоксинтезирующей и биоэнергетической систем. В этих условиях лизосомальную реакцию в нейроцитах можно отнести к реакции компенсаторно-приспособительного характера, направленную на сохранение внутриклеточного постоянства (Табукашвили Р. И., 1991). Поэтому, вероятно, даже в далеко зашедших стадиях поражения головного мозга изменения касаются лишь определенной части нервных структур, большинство их во всех экспериментальных группах не имеет каких-либо значимых морфологических изменений. Наши наблюдения согласуются с данными других авторов (Петров A.B., Федоров В.П., 1998; Федоров В.П. с соавт., 2003; Ушаков И.Б. с соавт., 2007).

Анализируя обширную литературу, посвященную описанию изменений нервных клеток при действии факторов среды (в первую очередь электромагнитной природы) приходится с сожалением констатировать, что количествен-ность - нечастая спутница морфологических исследований. А учитывая высокую реактивность и пластичность нейронов даже у интактных животных, можно сделать вывод, что несовпадение результатов исследований у разных авторов, скорее всего, связано с субъективной оценкой полученных данных. В наших экспериментах 70-80% нейроцитов сразу после микроволнового облучения не имели изменений, определяемых на светооптическом уровне. Причем при одинаковой энергетической экспозиции выраженность изменений в коре головного мозга зависит от интенсивности микроволнового воздействия и площади

облучаемой поверхности. Так, сразу после облучения головы крыс (ППЭ 300 мВт/см2) в течение 2 мин на светооптическом уровне значимых изменений не было выявлено. Такая же картина наблюдается и при облучении живота, но при совместном облучении головы и живота изменения отчетливо выявляются, что приводит к достоверному снижению показателя нервно-клеточного индекса. При общем равномерном облучении изменения становятся более полиморфными, хотя и имеют индивидуальные особенности. Такие же изменения наблюдались и при облучении крыс в течение 6 мин (ППЭ 100 мВт/см2). При облучении крыс аналогичной ЭЭ в течение 60 мин (ППЭ 10 мВт/см2) значимые изменения нейроцитов выявляются сразу после облучения головы и более выраженными становятся после общего облучения. При облучении в течение 2 мин, активность основного фермента цикла Кребса - СДГ не изменяется. Остается также стабильной активность ЩФ, отражающая проницаемость сосудистой стенки. Однако при облучении в течение 6 мин активность изученных ферментов снижается, кроме ЩФ при общем облучении.

Наиболее демонстративная картина зависимости изменений в сенсомо-торной коре от облучаемого участка тела получена при кариомеггрическом исследовании. При облучении головы ядра нейроцитов имеют тенденцию к набуханию, и если одна и та же доза получена за более длительный промежуток времени, то кариометрические показатели были более однородными. При облучении в течение 6 мин (ППЭ 100 мВт/см2) параметры ядер становятся однородными, а при облучении в течение 60 мин (ППЭ 10 мВт/см2) практически все ядра становятся одинаковыми по объему и укладываются в класс логарифмов 1,8-2,1. Таким образом, при более длительном облучении головы мелкоядерные клетки набухают, а крупноядерные сморщиваются, и вся клеточная популяция становится более однородной. Если в поле облучения попадает живот, то ядра имеют тенденцию к сморщиванию, которое более заметно при увеличении длительности облучения. При облучении в течение 2 мин (ППЭ 300 мВт/см2) кривая распределения ядер по классам логарифмов практически соответствует таковой у контрольных животных. При более длительном облучении (ППЭ 100 и 10 мВт/см2, экспозиция 6 и 60 мин, соответственно) ядра нейроцитов имеют тенденцию к сморщиванию, и вариационная кривая их распределения по классам логарифмов смещается влево. При больших ЭЭ электромагнитного излучения (ППЭ 300 мВт/см2, экспозиция до 6 мин) ядра утрачивают способность реагировать на микроволновое воздействие изменением своего объема, а, следовательно, и функционального состояния. Видимо, это связано со структурными изменениями в ядрах, когда большинство из них содержит гетерохрома-тин, свидетельствующий о снижении функциональной активности ядер и клеток в целом (Яцковский A.M., 1987).

В раннем восстановительном периоде заметно увеличение количества пикноморфных и распавшихся клеток, а численность нейроцитов с реактивными изменениями увеличивается незначительно. Видимо существует какое-то количество клеток (дежурных), отличающихся более высокой чувствительностью к микроволновому облучению по сравнению с их основной популяцией. Причем, чем интенсивнее воздействующий фактор, тем больше деструктивные процессы преобладают над реактивными (пограничными). В то же время выявляются признаки компенсаторно-приспособительного характера, свидетельствующие о высокой устойчивости нервных клеток к воздействующим факторам. Ультраструктурные исследования показали, что наибольшей чувствительностью к изучаемому фактору отличаются структуры клеток, имеющие отношение к синтезу белка. Сразу после облучения головы в течение 2 мин ППЭ 300 мВт/см2 наблюдалось некоторое набухание и дезориентация цистерн цито-плазматической сети. При облучении живота эти изменения были не выражены. Но при совместном облучении головы и живота в нейроцитах постоянно встречается набухание цитоплазматической сети, потеря ею четкой ориентации и дегрануляция. Вместе с тем наблюдаются признаки ее восстановления в виде выпячивания наружной мембраны кариолеммы с последующим прикреплением к ней рибосом и отделением цистерн в цитоплазму. То есть изменения цитоплазматической сети являются, видимо, обратимыми. Такая же картина практически наблюдается и при общем облучении. Наши данные подтверждают данные других авторов, показавших высокую чувствительность белка и структур, обеспечивающих его синтез к воздействию электромагнитного излучения (Логвинов C.B., 1988; Коломеец Н.С., 1995).

Однонаправленные изменения выявлены и при облучении крыс (парциальном и общем) в течение б мин с ППЭ 100 мВт/см2. Только в этом случае гораздо чаще встречаются нейроциты с повышением осмиофилии ядра и цитоплазмы, что связано с изменением белка (Боголепов H.H., 1979). Изменения при облучении живота незначительны, но в этой экспериментальной группе заметно изменяется состояние митохондрий. Часть их увеличена в размере, имеет просветленный матрикс, разрушенные кристы, а нередко и миелиновые фигуры. Изменения в митохондриях имеют место при всех вариантах облучения, но степень выраженности и частота изменений увеличивается с увеличением площади облучаемой поверхности. При облучении в течении 60 мин с ППЭ 10 мВт/см2 изменения однонаправлены с таковыми при более интенсивном облучении в этой же дозе. Вместе с тем в большинстве нейроцитов митохондрии имеют округлую форму с умеренно просветленным матриксом и четкими кри-стами.

Нами установлено, что межнейрональные контакты в коре головного мозга крыс сразу после воздействия электромагнитного излучения в большинстве случаев имеют обычную ультраструктурную организацию. Вместе с тем выявляется и ряд изменений в синапсах, зависящие от локализации и площади облучаемой поверхности, а также мощности воздействующего фактора. При всех вариантах облучения живота крыс состояние синапсов практически не изменялось. При облучении головы наблюдается некоторое набухание аксональной части синапсов и уменьшение количества везикул. Эти изменения более отчетливо выражены при ППЭ 10 мВт/см2, экспозиция 60 минут. Сочетанное облучение головы и живота вызывает появление аксональных терминалей, у которых везикулы "склеены" в центре или на пресинаптической мембране. При ППЭ 10 мВт/см2 нередко наблюдается изменение величины, формы и степени осмиофилии везикул. Кроме этого, наблюдается появление осмиофильного материала в синаптической щели и некоторое утолщение постсинаптической мембраны. Общее равномерное облучение вызывает появление распадающихся синапсов по светлому или очаговому типу. Причем наиболее лабильными являются синапсы, расположенные на шипиках дендритов. В ряде случаев наблюдается резкая извилистость, истончение и изменение степени осмиофилии пресинаптической мембраны, а иногда и ее распад. При ППЭ 10 мВт/см2 заметно некоторое снижение информативности аксо-шипиковых синапсов, что проявляется в уменьшении протяженности и степени осмиофилии активных зон синаптических мембран, а также в некотором расширении синаптической щели.

В целом, изученные нами параметры электромагнитного излучения не оказывают значимого влияния на состояние синапсов коры головного мозга. Наблюдаемые изменения неспецифичны для изучаемого фактора. Во всех случаях полиморфизм изменений возрастал с увеличением времени воздействия и площади облучаемой поверхности. Однако все изменения синапсов являются, видимо, обратимыми, так как через 72 ч после общего облучения крыс с ППЭ 300 мВт/см2, экспозиция 2 мин не выявлено их существенных изменений. Более того, и 90-разовое облучение в этой дозе не приводило к значительным изменениям межнейрональных контактов (Пахунова Л. В., 1987).

Проведенные нами исследования состояния структур гематоэнцефаличе-ского барьера через 0,1 ч после микроволнового облучения крыс (общего и парциального) в одной и той же дозе, но с разной интенсивностью (ППЭ 300, 100 и 10 мВт/см2, экспозиция соответственно 2,6 и 60 мин) не выявили существенных изменений как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. Обращает на себя внимание лишь неравномерность просвета микроциркуля-торного русла и небольшое набухание периваскулярной астроцитарной муфты. Пиноцитозная активность эндотелия капилляров, как правило, сохранена. Не

имеет существенных изменений состояние щелочной фосфомоноэстеразы (ЩФ) - фермента, обеспечивающего активный транспорт через капиллярную стенку. Полученные данные не согласуются с результатами исследования И. В. Полякова (1988), описавшего значительное повышение активности ЩФ при таком воздействии. Объектом исследования служил спинной мозг. Наши данные согласуются с данными, полученными при хроническом микроволновом облучении мышей (ППЭ 300 мВт/см2, экспозиция 52 с) В. В. Антиповым с соавт. (1982).

При микроволновом облучении головы крыс (ППЭ 100 мВт/см2, экспозиция 6 мин) кроме описанных изменений выявлены распадающиеся астроциты с формированием локальных очагов периваскулярного отека через 5 и 24 ч после воздействия. Эти данные подтверждают результаты исследования других авторов (Дробышев В.И., 1982; Артюхина Н.И., 1988; Бухарин Е.А., 1988), указывающих на значительные изменения глиальных клеток при воздействии электромагнитного излучения. Подобное явление наблюдается и при хроническом микроволновом облучении (Суворов Н.Б. с соавт., 1987). Следует отметить, что очагов кровоизлияния в вещество мозга мы не наблюдали, хотя это явление хорошо описано другими авторами (Думанский Ю.Д. с соавт., 1975; Байбаков С.Е., 2001). Нами отмечены лишь переполненные кровью сосуды мозговых оболочек с очагами кровоизлияния, что согласуется с результатами исследования Б. Стефанова с соавт. (1987), описавших субарахноидальные кровоизлияния при таком воздействии. В тоже время в работе В. Г. Зуева и И.Б. Ушакова (1993) подчеркнуто, что какой-либо строгой зависимости влияния электромагнитного излучения на эффект проницаемости ГЭБ не существует.

Таким образом, проведенные исследования показали высокую чувствительность и в тоже время хорошие компенсаторные возможности сенсомотор-ной коры головного мозга к изучаемому фактору. Причем при одинаковой поглощенной дозе выраженность изменений возрастает с увеличением времени воздействия и площади облучаемой поверхности. В восстановительном периоде все отмеченные изменения сглаживаются и носят лишь характер функционального напряжения. Однако при высоких ЭЭ изменения становятся выраженными и нарастают с увеличением площади облучаемой поверхности. А при общем облучении (ППЭ 300 мВт/см2, экспозиция 4 и 6 мин), происходит гибель животных. В этом случае наблюдается разрушение мембранных структур ней-роцитов и денатурация белка, нарушение микроциркуляции с нарастающим отеком мозга.

ВЫВОДЫ

1. Анатомическим ориентиром сенсомоторной коры (граница полей FPa и PAS) лиссэнцефального мозга крыс является восходящая ветвь средней мозговой артерии на верхнелатеральной поверхности полушарий большого мозга.

2. Нервные клетки сенсомоторной коры интактных крыс отличаются полиморфизмом своего структурно-функционального состояния (нормохромных клеток от 81 до 85 %, измененных по гипо- и гиперхромному типу от 10,4 до 15,8 %, и с альтеративными изменениями от 4 до 5,5 %), который не меняется при «мнимом» облучении.

3. Наиболее ранние и выраженные изменения при воздействии электромагнитного излучения выявляются в нейроцитах III - IV слоев сенсомоторной коры большого мозга.

4. Нервные клетки сенсомоторной коры реагируют на воздействие электромагнитного излучения неспецифическими реактивными, деструктивными и компенсаторно-приспособительными изменениями, выраженность которых при одинаковых энергетических экспозициях, равных 600 (мВт/см2)мин, зависит от интенсивности микроволнового воздействия и облучаемой массы тела.

5. Наибольшую чувствительность к электромагнитному облучению демонстрируют структуры нейроцитов, имеющие отношение к синтезу белка (ядра, ядрышки и цитоплазматическая сеть). Ферментативные системы (СДГ, ЛДГ, КФ) и синапсы сенсомоторной коры не играют заметной роли в реакции на изучаемый фактор.

6. При облучении головы ядра нейроцитов набухают и с увеличением времени воздействия становятся однородными по объему. При других вариантах облучения (живот, голова+живот, общее равномерное облучение) ядра нейроцитов уменьшаются в объеме пропорционально времени воздействия.

7. При энергетических экспозициях более 600 (мВт/см2)мин электромагнитного облучения ядра нейроцитов утрачивают способность реагировать на изучаемый фактор изменением своего объема, а следовательно, и функционального состояния.

8. Выявленные изменения при одинаковой энергетической экспозиции равной 600 (мВт/см2)мин являются обратимыми. При энергетических экспозициях более 600 (мВт/см2)мин наблюдается распад мембранных структур нейроцитов, денатурация белка, расстройство микроциркуляции и отек мозга, которые нарастают с увеличением облучаемой массы тела и при общем облучении приводят к гибели животных.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федоров В. П., Зуев В. Г.,Саурина О. С.,Трухачев А. Н. Особенности поражения головного мозга при неравномерном облучении // Актуальные проблемы морфологии : Сб. научн. трудов, посвящ. 70-летию проф. В. Г. Николаева. - Красноярск, 2005. - С. 206-207.

2. Федоров В. П., Саурина О. С., Терезанов О. Ю., Трухачев А. Н. Па-тонейроморфологая гипокстсских состояний // IV Всероссийская университетская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов по медицине: сборник материалов. - Тула, 2005. - С. 230-231.

3. Федоров В. П., Зуев В. Г., Саурина О. С., Трухачев А. Н. Изменения в коре головного мозга при электромагнитном облучении живота // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. - М., 2005. - Т. 4, № 3. - С. 18-21.

4. Федоров В. П., Петров А. В., Саурина О. С., Трухачев А. Н. Структурные основы пластичности мозга при действии антропогенных факторов II Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга : Сборник статей Всероссийской научной конференции с международным участием - Москва, 2005. - С. 215-218.

5. Зуев В. Г., Трухачев А. Н. Исследование комбинированного хронического действия микроволн и гидрожидкости на периферическую кровь экспериментальных животных // Системный анализ и управление в биологических системах. - М., 2005. - Т.4, № 3. - С. 91 - 93.

6. Федоров В. П., Петров А. В., Трухачев А. Н. Морфологические основы нарушения проницаемости гематоэнцефалического барьера при действии антропогенных факторов // Морфология, 2006. - Т. 129, № 4. - С. 100.

7. Федоров В. П., Зуев В. Г., Трухачев А. Н., Саурина О. С. Кариомет-рический анализ реакции нейронов на неравномерное микроволновое облучение // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. - М., 2006. -Т. 5, №3.- С. 18-21.

8. Ушаков И.Б., Федоров В.П., Петров A.B., Саурина О.С, Трухачев А.Н. Некоторые методологические проблемы изучения мозга в экстремальных ситуациях // Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга. - 2006 : Материалы конференции с международным участием. - М.: ИЗПЦ «Информкнига», 2006. - С. 325-328.

9. Трухачев А. Н., Федоров В. П., Зуев В. Г. Электромагнитный стресс. Структурно-функциональные эквиваленты // Боевой стресс. Медико-психологическая реабилитация лиц опасных профессий : Сборник научных трудов Всероссийской конференции. - Москва, 2008. - С. 279 -280.

10. Федоров В. П., Зуев В. Г., Трухачев А. Н. Состояние двигательного анализатора при воздействии микроволнами // Физическая культура и спорт студенческой молодежи в современных условиях : Материалы IV международной научно-практической конференции. Тула, 2008. - Тула, 2008. - С. 209 -212.

11. Трухачев А. Н., Федоров В. П., Саурина О. С. Особенности реакции головного мозга на неравномерное электромагнитное излучение // Физиология адаптации : Материалы I Всероссийской научно-практической конференции. -Волгоград: Волгоградское научное изд-во, 2008. - С. 39 - 41.

12. Трухачев А. Н., Зуев В. Г., Федоров В. П. Морфофункциональное состояние коры головного мозга в условиях неравномерного электромагнитного излучения // Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии и нейропластичности : Материалы Всероссийской конференции с международным участием. - М.: Научный мир, 2008. - С. 537 - 542.

Список принятых сокращений

ППЭ - плотность потока энергии;

ЭЭ - энергетическая экспозиция;

ЯЦИ - ядерно-цитоплазматический индекс;

УПМ — удельная поглощенная мощность;

ЭМИ - электромагнитное излучение;

ГЭБ - гематоэнцефалический барьер.

Подписано в печать 28.10.2009. Формат 60 х 84 1/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 80 экз. Заказ № 167.

Отпечатано в ООО ИПЦ «Научная книга» 394030, г. Воронеж, ул. Кольцовская, д. 21/1, оф. 412. тел. (4732) 610-475,610-485,205-715

http:// www.n-kniga.ru E-mail: zakaz@n-kniga.ru, ipc@sbook.ru