The effect of a nanosecond pulse-periodic X-rays on the activity of the brain of mice.pdf Введение. Принято считать, что центральная нервная система (ЦНС) является органом, относительно устойчивым к действию радиационных излучений [1]. Значимое изменение работы мозга можно наблюдать после радиационных воздействий в дозах 20-60 Гр [2]. Тем не менее в литературе имеются данные о том, что ионизирующие излучения, особенно генерируемые в импульсном режиме, могут изменять деятельность мозга при существенно меньших дозах (1 Гр и менее). С.И. Пеймер с соавт. [3] показали, что импульсное воздействие ионизирующего излучения оказывает активирующее влияние на механизмы генерации потенциалов действия нейронами. Кроме того, известно, что облучение импульсным рентгеновским излучением вызывает морфологические изменения в нервной ткани [4], биохимические изменения в ЦНС [5], угнетение агрессивности [2]. Малый объем полученных результатов, их неоднозначность, но потенциально высокая практическая значимость делают актуальным исследование влияния импульсного рентгеновского излучения на ЦНС. Появление источников наносекундного импульсно-периодического рентгеновского излучения (ИПРИ), генерирующих импульсы длительностью от единиц до десятков наносекунд и с дозами до десятков мР/имп. [6], дало начало изучению биологического действия ИПРИ. Ранее было показано, что наносекундные импульсы оказывают влияние на морфологические и биохимические показатели печени [7], пролиферативную активность опухолевых клеток [8], на форменные элементы крови [9], дыхание митохондрий [10] и ферменты антиокси-дантной защиты митохондрий печени мышей [11]. Поскольку все физиологические функции организма находятся под контролем ЦНС, то представляется актуальным изучение влияние ИПРИ на деятельность головного мозга. Все ранее проведенные исследования деятельности головного мозга после облучения в малых дозах [12] были проведены с использованием неимпульсного рентгеновского излучения. В связи с этим целью настоящего исследования являлось изучение влияния ИПРИ в дозах 0,2 и 1 Гр на деятельность головного мозга лабораторных мышей, которая оценивалась по поведению животных в «открытом поле» [13]. Материалы и методики исследования. Работа выполнена на 108 белых беспородных мышах-самцах массой 25-30 г. Животные содержались в стандартных условиях при постоянной температуре и влажности, в условиях светового режима 12:12, пища и вода были доступны в любое время суток. Опыты проводились в одно и то же время (в утренние часы с 9.00 до 11.00) в соответствии с санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник, а также основываясь на положениях Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации от 1964 г., дополненной в 1975, 1983 и 1989 гг. [14]. Во время облучения мыши располагались в свинцовом экране таким образом, чтобы только голова животного была доступна действию ИПРИ (рис. 1, Б). Для каждого из режимов облучения было выполнено одинаковое количество воздействий (по одному в течение 10 дней). При проведении экспериментов для каждого из режимов воздействия были сформированы группы облученных и ложнооблученных животных. Последние подвергались всем аналогичным манипуляциям, что и облученные, кроме самого облучения (источники излучения не включались). Облучаемые животные ежедневно подвергались воздействию 4 000 импульсов длительностью по 4 нс с частотами повторения 3, 6, 8, 13, 16 и 22 имп./с, которые соответствовали основным частотам спектра электроэнцефалограмм мозга. В результате этого мозг мышей поглощал за один сеанс дозы 0,02 и 0,1 Гр, что обеспечивало накопленные в течение десяти дней облучения дозы 0,2 и 1 Гр. Процедурам воздействия одновременно подвергались по две мыши с ежедневным чередованием облучаемой стороны головного мозга. Длительность воздействия варьировала от 3 до 20 мин в зависимости от частоты повторения импульсов. В качестве источника ИПРИ использовался ускоритель электронов Синус-150 производства ИСЭ СО РАН (г. Томск) [6], тормозное излучение которого характеризовалось ускоряющим напряжением 300 кВ, током электронного пучка 2,5 кА, что обеспечивало формирование импульсно-периодического рентгеновского излучения с длительностью на полувысоте 4 нс, с частотой повторения до 100 имп./с и энергией фотонов с максимумом 100 кЭв. Измерение поглощенной дозы ИПРИ и ее ежедневный контроль производились посредством поверенного дозиметра КДМ-02М (Россия) и электростатического дозиметра с кварцевым волокном Arrow-Tech 138 (Arrow-Tech, Inc. США). Рис. 1. Стенд для облучения мозга мышей (фото А.В. Керея, О.П. Кутенков, 2013): А - общий вид источника ИПРИ: 1 - излучатель источника ИПРИ, 2 - облучаемые животные; Б - белые лабораторные мыши, помещенные в свинцовый экран: 3 - свинцовый экран; 4 - облучаемая область (голова мышей) За день до начала облучения и на следующий день после окончания оценивались поведенческие реакции животных в «открытом поле»: двигательная активность, исследовательское поведение и эмоциональность (горизонтальная, вертикальная, норковая компоненты определялись как активно-поисковая составляющая поведения, а груминг и дефекации - как пассивно-оборонительная) [13]. Активность мышей в «открытом поле» фиксировалась с помощью веб-камеры и на компьютер в реальном времени. Тестирование животных проводилось при уровне освещенности 180 лк. По завершении процедуры тестирования мышей записанные файлы анализировались и количественно оценивались все поведенческие реакции. Полученные результаты подвергались статистической обработке, при которой рассчитывались средняя арифметическая величина и её стандартная ошибка относительного показателя для каждой из фиксируемых поведенческих реакций (вертикальной, горизонтальной, норковой активностей, груминга и дефекаций) по формуле (Мдо-Мпосле)/Мло, где Мдо - средняя арифметическая величина показателя поведенческой активности животного в соответствующей группе до облучения, Мпосле - средняя арифметическая величина показателя соответствующей активности после облучения животного, а Мло - средняя арифметическая величина показателя поведенческой активности лож-нооблученной группы животных. Рассчитанный таким образом эффект показывал величину изменения поведенческих реакций относительно их значения без облучения. Значимость различий между показателями облученных и ложнооблученных выборок определялась с помощью непараметрического U-критерия Манна-Уитни, а также рассчитывался непараметрический коэффициент корреляции Спирмена по средним значениям относительных величин для определения возможных взаимосвязей между поведенческими реакциями [15]. Все расчёты были выполнены с использованием лицензионного пакета компьютерных программ Statsoft STATISTICA for Windows 6.0. Результаты исследования и их обсуждение. Эксперименты показали, что десятикратное воздействие 4 000 импульсов ИПРИ в дозе 0,2 или 1 Гр может оказывать значимое влияние на некоторые поведенческие реакции облученных мышей. Степень и направленность воздействия определяются как дозой облучения, так и частотой повторения импульсов. Оказалось, что биологически наиболее эффективными режимами воздействия является облучение в дозе 0,2 Гр с частотами 13, 16 и 22 имп./с, а в дозе 1 Гр - все используемые частоты повторения, т.е. 3, 6, 8, 13, 16, 22 имп./с. Облучение в дозе 0,2 Гр. Как следует из полученных результатов (рис. 2, а), облучение мышей в дозе 0,2 Гр с частотами 16 и 22 имп./с сопровождалось повышением у них на 20 и 30% соответственно, вертикальной активности в «открытом поле». Остальные поведенческие реакции статистически значимо не отличались от аналогичных у ложнооблученных животных. С учетом известных представлений [16] полученные результаты указывают на то, что облучение при данных параметрах способствует формированию у животных преимущественно активно-поисковой компоненты поведения. Однако облучение в той же дозе, но с другими частотами: 13 и 22 имп./с, повышало количество дефекаций на 60 и 25% (рис. 2, б), что свидетельствует об активации у мышей пассивно-оборонительной составляющей поведения. Следовательно, после облучения с частотой повторения 13 имп./с у облученных в дозе 0,2 Гр мышей в сравнении с ложнооблученными животными активировались как активно-поисковая, так и пассивно-оборонительная компоненты поведения, что нашло отражение в высоком значении коэффициента корреляции Спирмена (R между вертикальной активностью и грумингом = +0,68). 0,6 б а 1,2 rb: * 0,4 0,2 0,0 -0,2 1 0,8

Скачать электронную версию публикации