Міністерство освіти і науки України

Таврійський національний університет
ім. В.І. Вернадського

РОМАНЕНКО Людмила Арнольдівна

ПОСТРАДІАЦІЙНІ ЗМІНИ АДАПТИВНИХ ФУНКЦІЙ ЦЕНТРАЛЬНОЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ В ПРОЦЕСІ ГЕРОНТОГЕНЕЗУ

03.00.13 - Фізіологія людини і тварин

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Дніпропетровській державній медичній академії МОЗ України

Науковий керівник:
доктор медичних наук, професор Неруш Петро Опанасович, завідувач кафедрою нормальної фізіології, Дніпропетровська державна медична академія МОЗ України.

Офіційні опоненти:
доктор біологічних наук, професор, заслужений працівник освіти України, академік АН ВШУ, професор кафедри нормальної та патологічної фізіології Дніпропетровського державного аграрного університету Грибан Віталій Григорович;
доктор медичних наук, професор Чегодар Анатолій Якович, професор кафедри нормальної фізіології Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгіївського.

Провідна установа:
Донецький державний медичний університет ім. М. Горького МОЗ України (м. Донецьк), кафедра медінформатики, біофізики з курсом медапаратури.

Захист відбудеться “___” ___________2002 року о ______годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 052.051.04 при Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського за адресою: 95007 м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (95007 м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4).

Автореферат розісланий “_____”________2002 року

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук, доцент     В.С. Мартинюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вплив факторів зовнішнього довкілля на процеси життєдіяльності, включаючи нервову систему, як і раніше залишається однією з актуальних, але маловивчених проблем екологічної фізіології. Особливої гостроти ця проблема набула в останні роки. Зростання інтересу дослідників до проблеми пошкоджуючої дії малих доз радіації на вищу нервову діяльність зумовлене високою питомою вагою нервово-психічних розладів у осіб, що зазнали впливу іонізуючого опромінення внаслідок аварії на ЧАЕС (Романенко А.Ю., 2001; Волошин П.В., Мищенко Т.С., Здесенко И.В., 1998; Лісяний М.І., 1999; Спринь О.Б., 1997 та інш.).

Вивченню особливостей впливу радіації на організм присвячено багато досліджень, переважну кількість яких в 60-і роки ХХ ст. було отримано в експериментах на тваринах. Їх аналіз вказує на чутливість нервової системи до радіаційного впливу, що не являлось на той час загальновизнаним. На сьогодні численними клінічними спостереженнями, в тому числі при оцінці стану здоров’я учасників ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, висока чутливість ЦНС до впливу навіть невеликих доз радіації підтверджена. Ці дослідження не тільки спростували первинні уявлення про те, що нервова система людини являється радіорезистентною або мало чутливою до дії радіації, але й водночас виявили, що в структурі захворювань опромінених пацієнтів нервово-психічні розлади посідають провідне місце (Давыдов Б.И., Ушаков Б.И., 1991; Краснов В.Н., Юркин М.М., 1993; Мельник С.Т., 1998; Нягу А.И., Логановский К.Н., 1997; Nixon R.A., 1998 та інш.).

Серед реакцій на дію радіації описані своєрідні форми енцефалопатії з ознаками порушення вищих психічних функцій у вигляді стійкої астенізації, нападами каталепсії, дисфорії, вегетативними і іншими порушеннями. Як показує аналіз літературних джерел, тривалий час дослідження цієї проблеми були спрямовані на вивчення впливу великих доз іонізуючого опромінення на організм в цілому і на функціональний стан нервової системи зокрема. В той же час значно менше досліджень спрямовано на вивчення нейрохімічних механізмів, які розкривають молекулярні основи дії низькодозованого опромінення на вищу нервову діяльність.

Останнім часом висловлюється ідея, що провідні молекулярно-клітинні механізми дії малих доз радіації повинні бути принципово відмінними від механізмів дії великих доз. Така точка зору відома в науковій літературі як структурно-метаболічна теорія. Вона дає можливість передбачити результати діаметрально протилежної дії великих та малих доз радіації. В основі цієї концепції лежить положення про те, що дія малих доз опосередкована внутрішньосекреторними процесами, а великі дози проявляють пряму дію (Кузин А.М., 1991).

Донині накопичені експериментальні факти, що свідчать про широкий спектр впливу іонізуючої радіації на нервову систему. Виявлено, що опромінення навіть при його самих найнижчих дозах ініціює помітні структурні і функціональні зміни в центральній нервовій системі (ЦНС).

Дослідженнями (Жукова Н.А., Зяблицкий В.М., Михаловская Т.Ю., Тлепшуков И.К., 1996) показано, що при одноразовій дії опромінення дозою 0,25 Гр у щурів мало місце порушення параметрів поведінкових реакцій, а також нейроспецифічних білків NCAM і ГФКБ в головному мозку.

Нейроспецифічні білки (НСБ) беруть активну участь у таких фундаментальних для нервової тканини процесах, як синаптогенез, синаптична передача, аксонний транспорт і багатьох інших. Важливим структурним компонентом клітин нервової тканини є їх цитоскелет, до складу якого входять мікрофіламенти, проміжні філаменти і мікротрубочки. Нормальний стан цитоскелету є необхідною умовою адекватного функціонування згаданих клітин.

Разом з тим відсутні дослідження відносно тривалого впливу низькодозованого опромінення на механізми інтегративних процесів ЦНС (пам’ять, поведінкові реакції) в геронтогенезі в умовах комплексного проведення досліду.

У зв’язку з цим ми поставили перед собою завдання вивчити особливості адаптивних реакцій ЦНС у статевонезрілих і старих щурів враховуючи стан гліального фібрилярного кислого білка (ГФКБ) в різних відділах головного мозку за умов тривалої дії низькодозованого їх опромінення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є фрагментом ініціативної науково-дослідної роботи “Вивчення механізмів компенсаторно-адаптивних реакцій нервової системи при дії екстремальних факторів” № держреєстрації 0100V000307, у виконанні якої автор є співвиконавцем зазначеної теми.

Мета і задачі дослідження. Аналіз літературних джерел дає підстави зробити висновок, що на сьогодні нейрофізіологічними методами встановлено наявність віддалених реакцій головного мозку людини з боку утворень лімбіко-ретикулярного комплексу, медіобазальних відділів кори, а також білої речовини мозку, що супроводжувалось порушенням психічних функцій за умов опромінення, що мало місце у ліквідаторів аварії на ЧАЕС. Визначена дія іонізуючого опромінення на деякі сторони метаболічних процесів в залежності від дози.

Разом з тим майже відсутні комплексні дослідження, які розкривають молекулярні механізми порушень вищої нервової діяльності, що може бути теоретичною основою для розробки раціональних методів захисту організму, зокрема ЦНС, за умов дії опромінення.

В зв’язку з цим, метою роботи було дослідження стану інтегративної діяльності ЦНС в геронтогенезі з урахуванням нейроспецифічних білків мозку, що беруть участь у мнестичних процесах за умов тривалої дії низькодозованого опромінення. Для реалізації мети поставлені такі завдання:

1. Вивчити особливості стану пам’яті та поведінкових реакцій у молодих та старих щурів в залежності від терміну опромінення.
2. З’ясувати ефективність пірацетаму на параметри мнестичних функцій і поведінкові реакції щурів в геронтогенезі при різних умовах опромінення.
3. Встановити кількісні зміни вмісту білків проміжних філаментів, а також поліпептидний їх склад у різних відділах головного мозку щурів в геронтогенезі в залежності від терміну опромінення.
4. Визначити протекторну дію пірацетаму при превентивному його введенні на інтегративну діяльність ЦНС та нейроспецифічні білки головного мозку в геронтогенезі в залежності від терміну опромінення.

Об’єкт дослідження: модельна енцефалопатія у щурів в геронтогенезі.

Предмет дослідження: стан мнестичних функцій, поведінкові реакції у тварин, показники вмісту гліального фібрилярного кислого білка (ГФКБ) в структурах мозку при опроміненні тварин.

Методи дослідження: в роботі для оцінки метаболічних і функціональних змін у головному мозку в умовах дії тривалого низькодозованогo oпромінення та з метою їх запобігання використовували біохімічні, імунологічні, фізіологічні методи для характеристики стану вищої нервової діяльності та статистичні методи досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в умовах комплексного експерименту досліджено особливості стану пам’яті і поведінкових реакцій в геронтогенезі в залежності від терміну дії низькодозованого опромінення. З’ясовано, що в умовах тривалої дії низькодозованого опромінення мали місце порушення поведінкових реакцій щурів та амнезія навичок, які були більш виразними у старих тварин.

Виявлено, що ефекти опромінення на стан нейроспецифічних білків в гіпокампі, в корі великих півкуль та мозочку залежали від його режиму.

Встановлено, що зміни поліпептидного складу ГФКБ мали місце в усіх відділах мозку, що ми вивчали. У корі великих півкуль після опромінення збільшувалась інтенсивність смуги поліпептиду 49 кДа. Найбільш істотні зміни поліпептидного складу ГФКБ відзначені у фракціях мозочка. Для всіх режимів опромінення характерна була поява деградованих поліпептидів. Дія іонізуючого випромінювання індукує активну реорганізацію проміжних філаментів астроглії.

Досліджено захисний вплив превентивного введення пірацетаму перед опроміненням тварин, що проявився в ослабленні депримуючої дії радіації на показники стану вищої нервової діяльності та нейрохімічну організацію головного мозку.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати доповнюють і розширюють знання відносно енцефалопатій і порушення психічних функцій внаслідок дії радіації. Експериментально обґрунтована можливість превентивного застосування пірацетаму як протекторного засобу за умов впливу на організм опромінення.

Матеріали досліджень впроваджено до навчального процесу кафедр патологічної фізіології, біохімії, гістології, нормальної фізіології Дніпропетровської державної медичної академії.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора полягає у визначенні мети та завдань роботи, проведенні експериментальних досліджень, опрацюванні отриманих результатів, їх аналізі, формулюванні основних положень і висновків. Теоретичні узагальнення, обґрунтування висновків зроблено самостійно автором.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на 4-ій Українській конференції “Методы и средства выживания в экологически напряженных регионах” (Дніпропетровськ, 1999), ІІ-му Російському конгресі з патофізіології (Москва, 2000), ІІ-й Українській конференції товариства нейронаук (Донецьк, 2001), ІІ-му Національному з’їзді фармакологів України (Дніпропетровськ, 2001), засіданні кафедр нормальної фізіології, біохімії, фармакології та патологічної фізіології Дніпропетровської державної медичної академії та кафедри біохімії і біофізики Дніпропетровського національного університету.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 наукових робіт, з яких 3 у фахових виданнях та 6 у матеріалах з’їздів і конференцій.

Обсяг та структура дисертації. Дисертація викладена на 150 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, 5 розділів, висновків і списку джерел використаної літератури, до якого увійшли 180 вітчизняних і іноземних джерел. Фактичні дані наведені у 52 таблицях та ілюстровані 22 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали і методи дослідження. Екпериментальна частина роботи складається із фізіологічних та біохімічних досліджень, виконана на щурах лінії Вістар. Всього проведено в 80 серіях дослідів 704 експерименти в умовах синтетичної постановки.

Загальне рентгенівське опромінення проводили на установці РУМ-17 (доза – 0,0129 Кл/кг, потужність дози – 0,143 мА/кг, напруга – 200 кВ, ампераж – 15мА, фільтр - Сu 0.5, шкіряно-фокусна відстань – 50 см, час – 1,6 хвилин, поле – 20х20). Всі групи тварин отримували аналогічну дозу опромінення впродовж 1 доби, 1, 2 і 3 тижнів. Викликані радіацією зміни оцінювали при досягненні даної дози.

Про функціональний стан ЦНС робили висновок за даними емоційно-поведінкових реакцій у “відкритому полі” (Ліванова Л.М., 1981; Маркель А.Л., 1981; Вартанян А.Г., 1989).

Процеси навчання і пам’яті вивчались за допомогою методики умовної реакції пасивного уникнення (УРПУ), яка виконувалась на основі одноразового електричного підкріплення (Бородкін Ю.С., Зайцев Ю.В., 1988).

Для біохімічних досліджень у тварин вилучали головной мозок, охолоджували і розділяли на відділи. Для дослідження брали по 0,2г тканини (головний мозок загалом, кора великих півкуль, мозочок, гіпокамп), гомогенізували за допомогою гомогенізатора в 4,5мл 0,025 М трис-буфері (рН 8,0), що містив 2мМ ЕДТА, 1мМ 2-меркаптоетанолу, 0,1мМ фенілметилсульфонілфторид і соєвий інгібітор трипсину (10 мкг/мл). Гомогенат центрифугували у центрифузі при 30000g протягом 60хв. Супернатант (S1) містив розчинну форму білка гліальних філаментів. Осад ресуспендували в 1мл тієї ж буферної системи, яка додатково містила 4М сечовини. Супернатант, який отримували після другого центрифугування (S2), містив нерозчинну філаментну форму ГФКБ і триплет білків нейрофіламентів. Кількість білків нейрофіламентів і ГФКБ визначали за допомогою ракетно-лінійного імуноелектрофорезу. Вміст загального білка в екстрактах визначали методом Лоурі в модифікації Міллера (Мiller C.A., Rudnigha M., 1987). Визначення поліпептидного складу проміжних філаментів глії проводили методом імуноблотингу із застосуванням моноспецифічної антисироватки (Недзвецький В.С., Березин В.А., Оберняк Т.И., 1986; Недзвецький В.С., Неруш П.О., 1999).

Всі одержані дані піддавалися статистичній обробці із використанням критерію Стьюдента.

Результати досліджень та їх обговорення. Аналіз досліджень вікових особливостей вищої нервової діяльності на дію низькодозованого опромінення показав, що гама–вплив значно пригнічує орієнтовно-дослідницьку діяльність і мнестичні процеси в обох піддослідних групах, але реакція старих тварин була виражена сильніше.

Так, після однократного опромінення у молодих щурів відзначалося зниження реакції грумінгу на 89% (p<0,05) і кількості підйомів на задні лапи на 63% (p<0,05). У старих щурів більш вираженим було гальмування емоційної сфери – на 48% (p<0,05) у порівнянні з контрольними величинами.

Найбільш різке пригнічення рухово–дослідницької активності нами відзначено на 7-й день експерименту, більшою мірою це стосувалось старих тварин. У той же час горизонтальна рухливість у групі молодих щурів пригнічувалась на 33% (p<0,05), а у старих – на 54% (Р<0,05), тобто на 21% більше в порівнянні з молодшою віковою групою. Кількість “стійок” була знижена приблизно однаковою мірою – на 60% (p<0,05) у молодих тварин і на 68% (p<0,05) - у старих. Особливо істотні відмінності відзначалися в дослідницькій діяльності тварин: зменшення кількості обстежень “нірок” у молодшій віковій групі склало 33% (р<0,05), а в старшої – 71% (p<0,05), тобто удвічі вище. Якщо тривалість грумінгу в молодих осіб була знижена на 45% (p>0,05) у порівнянні з контролем, то старі щури зовсім не робили цю процедуру, тобто спостерігалося повне пригнічення цієї сторони поведінкової реакції.

Рис.1. Порівняльний аналіз змін показників орієнтовно-дослідницької діяльності молодих щурів в умовах низькодозованого опромінювання при введені пірацетаму.

[...]

Зниження кількості болюсів дефекацій у старих тварин було на 7% (р<0,05) нижче в порівнянні з молодими щурами.

Після одноразового опромінення відзначене порушення реакції пасивного уникнення у молодих тварин: кількість амнезованих щурів серед цієї групи склало 40% (p>0,05), у той час як у інтактних осіб у 100% випадків відтворювалася реакція УРПУ. Латентний період перебування тварин в висвітленому відсіку був знижений на 32% (p>0,05), що може свідчити про погіршення мнестичних процесів.На відміну від цього у старих щурів порушень відтворення даної реакції не відзначалося (рис. 3).

Якщо звернутися до умовнорефлекторної діяльності, тобто, до відтворення УРПУ, то після 7-разового опромінення спостерігалося різке пригнічення пам'яті, більшою мірою це проявилося також серед старих тварин.

Кількість амнезованих щурів у цій віковій групі склала 80% (р<0,05). У молодих осіб гальмування УРПУ відзначено меншою мірою – 60% (р?0,05) щурів не змогли відтворити вироблений рефлекс. Тривалість перебування старих тварин у світлому відсіку знижувалася на 61%, у той час як у молодих осіб на 37%, що також вказує на більш виражені порушення мнестичних процесів у старих щурів. Характер змін показників вищої нервової діяльності тварин у залежності від тривалості опромінення був неоднаковим. Так, до 14-го дня експерименту було відзначене зниження під впливом опромінення показників поведінкової реакції, які більше проявилися у молодих щурів. У цій групі при тестуванні дослідницьких реакцій кількість підйомів на задні лапи і болюсів дефекацій істотно не відрізнялися від показників контрольних тварин, тобто спостерігалася активація цих видів поведінкової діяльності.

Інші параметри були зниженими, але меншою мірою, ніж у перший тиждень дослідів. Пригнічення горизонтальної рухливості склало замість 33% (на 7-й день експерименту) – 27% (р?0,05), а тривалість грумінгу замість 89% (p>0,05) ( 1-й день експерименту) – 40% (р?0,05). Лише дослідницька активність не піддавалася інверсії і залишалася загальмованою на 35% (р?0,05), як і після 7-разового опромінення.

У групі старих щурів також відзначалось порушення поведінкової активності, але меншою мірою. Зменшення горизонтальної і вертикальної рухливості склало 43% (р?0,05) і 51% (р?0,05), відповідно, на відміну від 54% і 68%, відзначених після 7-разового опромінення в порівнянні з контрольною групою. Пригнічення дослідницької активності також було виражено менше – на 18% (p>0,05) і склало 53% (р?0,05) (на 7-й день дослідження – 71%). Реакція грумінгу, відсутня на 7-му добу опромінення, була знижена на 73% (р?0,05). Дещо менше гальмування відзначалося й щодо кількості болюсів дефекацій - на 10%. При дослідженні умовного рефлексу пасивного уникнення нами встановлено, що через 14 діб експерименту лише 25% старих щурів не відтворювали УРПУ, тобто як і в контрольній серії, де кількість щурів із природною амнезією навику склала 20% (р>0,05).

Тривалість перебування у світлому відсіку, яка була різко знижена до 7-ї доби експерименту (на 61%), істотно не відрізнялася від інтактних тварин (рис.4).

На відміну від старих щурів у молодих осіб ці процеси були менш виражені. Якщо після 7- разового опромінення кількість амнезованих тварин складала 60%, то через 2 тижні - 40% (р?0,05), а тривалість латентного періоду реакцій збільшилася з 81,45 с до 113,65 с, тобто на 18%.

До кінця експерименту також збереглися розходження в поведінці тварин різних вікових груп. У молодих щурів через 21-у добу показники поведінкової активності не змінювались в порівнянні з інтактними тваринами. Так, кількість пересічених горизонтальних квадратів піддослідних щурів була нижчою на 18%, ніж у групі контрольних тварин, але розходження носило лише характер тенденції (р>0,05). Кількість підйомів на задні лапи в опромінених і інтактних щурів збігалася і за абсолютним значенням становила в середньому 5,0±0,5. Кількість обстежених нірок у контрольній групі і піддослідній була 6,83±0,72 і 6,0±0,67 відповідно.

Досліджуючи відтворення енграм пам'яті молодих щурів, можна відзначити аналогічний процес активації і нормалізації мнестичних реакцій.

Кількість амнезованих осіб склала 20% (р>0,05), а в контрольній серії цей показник був дещо вищим – 35% (р>0,05).

Інша картина відзначена в старшій віковій групі. Показники поведінкової реакції були зниженими меншою мірою: на 32% (р<0,05) - горизонтальна рухливість, а тривалість грумінгу зменшувалася в порівнянні з контрольним значенням на 70% (р<0,05), кількість болюсів дефекацій була знижена ще більше – на 75% (р>0,05). На відміну від поведінкової діяльності показники мнестичної активності були однаковими з інтактними тваринами. Кількість щурів, що не відтворювали умовну реакцію пасивного уникнення в дослідній групі, за абсолютною величиною збігалася з кількістю амнезованих інтактних тварин і складала 30% (р?0,05).

Отже, опромінення низькими дозами протягом 21-ї доби різко пригнічувало емоційні реакції і горизонтальну рухливість у старих тварин.

У групі молодих щурів гальмування рухово-дослідницької активності і мнестичних процесів носило перехідний характер.

Аналіз ефекту пірацетаму, який вводили перед опроміненням, показав, що препарат активно запобігав порушенню поведінкової активності, мнестичних процесів, порушених на фоні іонізації в обох вікових групах, але з більшою ефективністю – у старих тварин.

Після одноразового опромінення на фоні попереднього введення пірацетаму в молодшій віковій групі відзначалося пригнічення вертикальної активності в порівнянні з контрольними тваринами на 23% (р?0,05). Однак, позитивна дія пірацетаму виявилася в зниженні ступеня пригнічення цього виду поведінки в порівнянні з опроміненими щурами, що не одержували препарат. Кількість підйомів на задні лапи в цих тварин зменшена на 63% в порівнянні з контролем, тобто майже втроє інтенсивніше. Інші показники рухово-дослідницької активності не відрізнялися від інтактних щурів, у той час, як у тварин, що піддавалися іонізації, виявлялося значне гальмування (на 89%) тривалості грумінгу. На відміну від цього у старих щурів на фоні пірацетаму істотних змін у поведінковій активності не виявлено. Одночасно з цим у щурів цієї групи після одноразового опромінення спостерігалося різке пригнічення емоційних реакцій: кількість болюсів дефекацій знижувалася на 64% (р?0,05), тривалості грумінгу – на 48% (р<0,05). Це давало підстави відзначити протекторну дію пірацетаму у старих щурів при одноразовому опроміненні.

Така ж спрямованість впливу препарату зберігалася і на 7-й день експерименту, як-то, інверсія параметрів, що характеризують вертикальну рухливість, дослідницьку активність і емоційність, знижених на фоні опромінення в обох піддослідних групах. Лише горизонтальні локомоторні реакції гальмувалися приблизно однаковою мірою: на 30% (р?0,05) - у молодих щурів і 37% (р?0,05) - у старих тварин. Зважаючи на те, що в опромінених, без попереднього введення пірацетаму, старих щурів пригнічення поведінкової активності було виражено набагато більшою мірою в порівнянні з молодими тваринами, можна стверджувати, що препарат у старшій віковій групі виявив більш виражений протекторний ефект.

Так, пригнічення вертикальної активності в молодшому і старшому віці опромінених тварин складало 60% (р<0,05) відповідно. Особливо виражені відмінності у ступені гальмування поведінкових реакцій стосувалися дослідницької діяльності. Кількість обстежених нірок у цих групах щурів характеризувалась таким чином: зменшення цього показника у молодих тварин склало 33% (р<0,05), у старих – у 2,5 рази більше, тобто – 71% (р<0,05). Тривалість грумінгу в молодшій віковій групі, що була опромінена, була знижена на 45% (р<0,05) у той час, як у старшій віковій групі щури не робили цю процедуру. На 7-му добу експерименту також очевидний факт більш вираженої протекторної дії пірацетаму відзначено у старих щурів.

До 14-ї доби опромінення в групі молодих тварин залишалася значно зниженою в порівнянні з контролем горизонтальна рухливість – на 38% (p>0,05). Інші показники орієнтовно-дослідницької активності - кількість “стійок”, обстежень нірок, болюси дефекацій і тривалість грумінгу – залишалися на рівні показників інтактних тварин, що може свідчити про протекторну дію пірацетаму в молодшій віковій групі.

Аналіз даних, отриманих у старих тварин, яким вводили пірацетам перед опроміненням, дає можливість стверджувати про захисний вплив пірацетаму на поведінкову діяльність і навіть деяку її активацію. Так, тривалість грумінгу була підвищена в порівнянні з контрольним значенням на 44% (p>0,05). Інші показники залишалися на рівні інтактних тварин. Необхідно зазначити те, що в опромінених старих щурів відзначалося різке зниження всіх показників поведінки: кількість пересічених горизонтальних квадратів була зменшена на 43% (р<0,05), кількість “ стійок” – на 51% (p<0,05), кількість обстежених “нірок” – на 53% (p<0,05), тривалість грумінгу – на 73% (р>0,05), кількість болюсів дефекацій – на 47% (p<0,05). І в цьому випадку очевидно, що пірацетам проявляв протекторну дію на поведінкові і мнестичні функції у старих тварин.

До 21-ї доби експерименту в групі молодих щурів, що одержували пірацетам, істотних змін у поведінці не спостерігалося, як стосовно інтактних осіб, так і в порівнянні з опроміненими тваринами.

На відміну від молодих, у групі старих щурів, де мало місце гальмування горизонтальної рухливості на 32% (p<0,05), тривалості грумінгу на 70% (p<0,05), кількості болюсів дефекацій (на 75%), при введенні пірацетаму всі перераховані вище показники не відрізнялися від таких у інтактній групі. Як і в попередніх групах дослідів препарат проявив протекторну дію.

Оцінюючи вікові відзнаки при дослідженні іншого показника інтегративної діяльності - пам'яті, можна відзначити, що пірацетам, як ноотропний препарат, проявив себе більш повно і виразно в групі старих тварин. Так, на 7 добу експерименту в молодих опромінених щурів відзначалося найбільш виражене погіршення мнестичних процесів, що проявилося в різкому зниженні кількості тварин, що відтворювали УРПУ: кількість амнезованих тварин складала 60% (p>0,05). На фоні пірацетаму щури з амнезією навику склали близько 40% (p>0,05) . До 14-ї доби, коли в опромінених тварин цієї вікової групи рівень амнезії склав 40% (р<0,05), а латентний період перебування у світлому відсіку був на 37% нижчим, ніж у контрольних тварин, пірацетам поліпшував пам'ять. Усі щури виконували вироблений рефлекс, а тривалість перебування у світлому відсіку відновлювалася до рівня інтактних тварин. Така ж спрямованість зберігалася і до кінця експерименту.

У групі старих щурів відзначалася інша картина. На 7-у добу експерименту, коли серед опромінених тварин різко збільшилась - до 80% (p<0,05) - кількість амнезованих щурів, попереднє введення пірацетаму сприяло зберіганню виробленого навику УРПУ. Тривалість латентного періоду заходу в темний відсік, що складав в опромінених щурів 62 с, на фоні пірацетаму становила 180 с, тобто втроє більше. Все вищезгадане вказує на чітко виражену протекторну дію пірацетаму на мнестичні процеси при дії низькодозованого опромінення на старих щурів.

Аналіз результатів нейрохімічного дослідження показав, що одноразове опромінення не викликало суттєвих змін у вмісті білка гліальних проміжних філаментів в усіх відділах мозку обох груп тварин. Це можна пояснити тим, що зростання вмісту м-РНК ГФКБ після пошкодження спостерігався лише за 4-5 годин і сягав максимального значення на 4-у добу. Зростання рівня імунореактивного ГФКБ реєстрували лише на 24-48 годину.

На 7-у добу експерименту різко знижувався рівень розчинної форми ГФКБ у всіх структурах, що вивчались, а також спостерігалася поява деградованих форм поліпептидів. Так, у корі головного мозку зменшення цього показника становило 39? (р<0,05) - у молодих і стільки ж – у старих щурів. У гіпокампі також відзначалося зниження розчинної форми білка, але різною мірою в залежності від віку: у молодих тварин – на 21? (р<0,05), в той час як у старих на - 40?, тобто вдвічі інтенсивніше. Ще більш виразною демонстрацією цієї закономірності, а саме - більш ефективне зниження рівня нейроспецифічних білків в старшій віковій групі, простежувалося в мозочку: зменшення розчинної форми ГФКБ у старих щурів становило 28? (р<0,05) при відсутності істотних змін у молодих тварин.

Філаментна форма ГФКБ меншою мірою зазнавала змін. У корі та гіпокампі на 7 добу опромінення не відзначалося яких-небудь порушень на рівні цього показника. Тільки в мозочку кількість цієї форми філаментного кислого білка знижувалася приблизно рівною мірою в обох вікових групах - на 30% (p<0,05)у молодих і на 33% (p<0,05) у старих щурів.

Отже, глибокі порушення поведінки і пам'яті, відзначені після 7-миденного опромінення, супроводжувалися значним зниженням вмісту розчинної ( кора, гіпокамп) і філаментної (мозочок) форм ГФКБ в обох вікових групах. Однак, більш різке пригнічення рухово-дослідницької активності і мнестичних процесів у старих тварин, можливо, пояснюється більш інтенсивним зниженням рівня нейроспецифічних білків в гіпокампі і зменшенням їх вмісту в мозочку цієї вікової групи. Очевидно, низькодозоване опромінення надає більш виражену амнезуючу дію у старих тварин. Значно нижчий рівень білка гліальних проміжних філаментів в мозку старих щурів може бути наслідком деяких особливостей цього цитоскелетного компоненту. Більш низька кількість розчинної форми ГФКБ пояснюється тим, що метаболічна активність проміжних філаментів знижується з віком. У той самий час зростає схильність білків проміжних філаментів до деградації.

Цілком можливо, що доза опромінення 0,0129 Kл/кг, яку тварини отримували протягом 7 діб, викликала значні пошкодження в цитоскелеті гліальних клітин. За цей час клітини неспроможні компенсувати порушення, що викликались дією радіації, особливо нервові клітини старих щурів, які мають нижчу метаболічну активність.

До 14 дня експерименту показники вмісту розчинної форми ГФКБ в корі і гіпокампі молодих і старих тварин були на рівні до вихідних величин. У мозочку ці параметри ставали вищими вихідних на 27% (р<0,05) - у старих і на 23% (р<0,05) - у молодих щурів. Крім розчинної форми ГФКБ, рівень філаментного компонента практично не змінювався в мозочку, а в гіпокампі навіть підвищувався на 22% (р<0,05) у молодих і на 20% (р<0,05) - у старих тварин.

Опромінення впродовж 14 діб не порушувало мнестичні функції в старшій віковій групі, що пов'язане з підвищенням нейроспецифічних білків в неокортексі. Якщо деяка активація поведінки у молодих і старих щурів здійснювалася рівною мірою, то цьому і відповідало рівнозначне відновлення або підвищення рівня розчинної і філаментної форм білка в корі, гіпокампі і мозочку цих різних груп. І тільки в корі виявилися вікові відмінності в рівні філаментних нейроспецифічних білків, що корелювали з процесом пам'яті у старих тварин.

Це дає можливість припустити, що мнестичені функції, які порушувалися при опроміненні, торкаються білкових обмінних процесів філаментної фракції гліальних компонентів неокортексу. Таким чином, пригнічення пам'яті, викликане опроміненням низькими дозами, пов'язано більшою мірою із змінами у вмісті нейроспецифічних білків гіпокампа. До 21 дня експеримента зберігалася схожа картина - подальше підвищення рівня нейроспецифічних білків, яке намітилося на 14 день опромінення. У корі головного мозку вміст розчинної форми ГФКБ в обох вікових групах не відрізнявся від початкової величини. У мозочку цей показник також не виявив яких-небудь вікових особливостей і був підвищений в порівнянні з початковим рівнем у молодих і старих щурів приблизно рівною мірою - на 27% (р<0,05) і 30% (р<0,05) відповідно. І тільки в гіпокампі були зареєстровані вікові відмінності в реагуванні нервової тканини на низькодозоване опромінення. А саме, у молодих тварин відзначалося значне підвищення рівня розчинної форми ГФКБ, яке становило 34% (р<0,05), в той час, як у старих тварин такий ефект був відсутній. Вміст іншої форми ГФКБ - філаментної - також помітно змінювався. У гіпокампі спостерігалося однакове підвищення рівня цього показника в обох вікових групах - на 24% (р<0,05) - у молодих і 26% (р<0,05) - у старих тварин. У мозочку статевозрілих і старих щурів концентрація філаментного білка була за абсолютною величиною однакова і не відрізнялася від початкової. У неокортексі також спостерігалися схожі зміни: підвищення рівня філаментної фракції ГФКБ у молодих тварин становило - 24% (р<0,05), а у старих -29% (р>0,05). Повертаючись до досліджень УРПУ, саме до кінця експерименту (21 день), у молодих щурів не відзначено порушень мнестичних функцій за такого режиму опромінення, що, як було вже відзначено нами вище, може супроводитися підвищенням рівня філаментної форми ГФКБ неокортексу. Можна припустити, що поведінкова активність більшою мірою визначається рівнем нейроспецифічних білків гіпокампу, а стан мнестичних процесів корелює із збільшенням філаментної форми ГФКБ неокортексу. Зміни поведінки і пам'яті, пов'язані з опроміненням, піддавались корекції пірацетамом. Так, в групі молодих щурів відзначене в гіпокампі незначне (13%) зниження вмісту філаментної форми ГФКБ на 7 день опромінення на фоні пірацетаму залишалось без змін. Така ж закономірність відзначалася і в мозочку. Якщо через 7 діб опромінення реєструвалося зниження кількості філаментного ГФКБ на 30% (р<0,05), то попереднє введення пірацетаму не порушувало рівень цієї форми нейроспецифічного білка, а отже не спостерігалося різкого пригнічення поведінкової активності і пам'яті у цих тварин.

[...]

Таким чином, превентивне введення пірацетаму впродовж 7-и діб експерименту проявляло протекторну дію на філаментну форму ГФКБ в гіпокампі і мозочку при опроміненні, що, можливо, визначало відсутність різкого пригнічення рухово-дослідницької активності і мнестичних процесів. До 14 і 21 діб експерименту істотних змін у вмісті філаментного ГФКБ у всіх мозкових структурах, які вивчались по відношенню до вихідного значення, не відзначалося.

Дещо інша картина спостерігалася в групі старих тварин. До 7 дня опромінення, як і у молодих щурів, мало місце зниження кількості філаментної форми ГФКБ в мозочку. У корі і гіпокампі опромінених щурів відхилень в концентрації цього показника не відзначалося, так само, як і при введенні препарату. Ще більші відмінності виявлено на 14 і 21 дні експерименту: в гіпокампі відзначалося підвищення рівня філаментної форми ГФКБ до 22% (p<0,05) і 23% (p<0,05) відповідно, що не відзначалося у молодих щурів. Нарівні з цим в поведінковій активності і пам'яті ніяких змін по відношенню до інтактних щурів не виявлялося, в той час як у молодих тварин після 14 дня мала місце знижена горизонтальна рухливість.

[...]

При дії низькодозованого опромінення у всіх групах щурів виявлені зміни поліпептидного складу ГФКБ у гіпокампі,мозочку і корі великих півкуль,що проявилось збільшенням інтенсивності поліпептиду 49 кДа в корі головного мозку та Mr 42 кДа в гіпокампі при опроміненні впродовж 7 і 14 діб. Така залежність спостерігалась як для розчинної, так і для філаментної форм гліальних філаментів. Пролонговане іонізуюче випромінювання супроводжувалось збільшенням вмісту проміжних філаментів статевонезрілих щурів в досліджуваних структурах мозку, що супроводжувалось змінами поліпептидного складу нейрофіламентів і вмісту субодиниць 210 кДа,160 кДа і 70 кДа в гіпокампі, мозочку і корі великих півкуль. Таким чином, попереднє введення пірацетаму проявляло протекторну дію на фоні низькодозованого опромінення більшою мірою там, де характер порушень був виражений інтенсивніше.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведені дані, які отримані в умовах комплексної постановки експерименту при дослідженні особливостей стану пам’яті і поведінкових реакцій з врахуванням нейрохімічних показників під впливом низькодозованого опромінювання за різних умов його фракціонування.
2. Тривала дія низькодозованого опромінювання викликала порушення інтегративної діяльності ЦНС у щурів в процесі геронтогенезу, що супроводжувалось розладом орієнтовно-дослідницької діяльності та амнезією навика умовної реакції пасивного уникнення. Ступінь порушення когнітивних процесів після одноразового опромінення у молодих щурів була виражена менше, ніж у старих.
3. Ступінь порушення інтегративної діяльності ЦНС в процесі опромінення при різних умовах його фракціонування залежала як від тривалості дії опромінювання, так і від віку щурів. При опромінюванні впродовж семи днів мало місце найбільш виразне пригнічення орієнтовно-дослідницької діяльності і умовної реакції пасивного уникнення у щурів обох вікових груп.
4. Превентивне введення пірацетаму перед опроміненням супроводжувалось його протекторною дією на показники поведінкових реакцій, що супроводжувались його нормалізуючим ефектом на інтегративні процеси ЦНС. Більш виразний нейропротекторний ефект відзначено у старих тварин.
5. Дія низькодозованого опромінення супроводжувалась змінами філаментної і розчинної форм ГФКБ в корі головного мозку, гіпокампі і мозочку статевонезрілих і старих щурів і характеризувалась двофазною реакцією. Одноразове опромінення впродовж 7 днів викликало зниження обох фракцій в гіпокампі і мозочку,тоді як в корі великих півкуль мало місце підвищення філаментної фракції в межах 5 – 23%. Опромінення протягом 14 –21 доби супроводжувалось зростанням філаментної форми ГФКБ у всіх досліджуваних структурах мозку.
6. При дії низькодозованого опромінення у всіх групах щурів виявлені зміни поліпептидного складу ГФКБ у гіпокампі, мозочку і корі великих півкуль,що проявилось збільшенням інтенсивності поліпептиду 49 кДа в корі головного мозку та Mr 42 кДа в гіпокампі при опромінюванні впродовж 7 і 14 діб. Така залежність спостерігалась як для розчинної, так і для філаментної форм гліальних філаментів.
7. Пролонговане іонізуюче випромінювання супроводжувалось збільшенням вмісту проміжних філаментів статевонезрілих щурів в досліджуваних структурах мозку, що супроводжувалось змінами поліпептидного складу нейрофіламентів і вмісту субодиниць 210 кДа,160 кДа і 70 кДа в гіпокампі, мозочку і корі великих півкуль. Характер змін поліпептидного складу нейрофіламентів в мозку старих і статевонезрілих щурів співпадав.
8. Введення пірацетаму перед опроміненням впродовж 7 днів супроводжувалось зниженням вмісту білків проміжних філаментів глії, а пролонгована дія опромінення впродовж 14 і 21 дня – підвищенням вмісту ГФКБ .Найбільш ефективна дія пірацетаму визначена для періоду опромінення 21-ї доби. Пірацетам знижував ефект іонізуючого випромінювання на поліпептидний склад білків гліальних і нейрональних проміжних філаментів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Недзвецький В.С., Неруш П.О., Тихомиров А.О., Романенко Л.А. Протекторна дія пірацетаму на проміжні філаменти гліальних клітин і нейронів за умов впливу малих доз іонізуючої радіа ції // Експериментальна та клінічна фізіологія і біохімія. –2001. -№3. –C.28-34.
2. Недзвецький В.С., Неруш П.О., Тихомиров А.О., Романенко Л.А. Вплив іонізуючого випромінювання і хлориду алюмінію на білок проміжних філаментів глії головного мозку щурів // Нейрофізіологія. –2001. –т.33. -№1. –C.33-38.
3. Недзвецький В.С., Неруш П.О., Тихомиров А.О., Романенко Л.А. Вплив іонізуючого випромінювання і хлориду алюмінію на проміжні філаменти нейронів мозку щурів // Медична хімія. Науковий журнал АМН України. –2000. –т.2. –C.49-52.
4. Nerush P.A., Koldunov V.V., Romanenko L.A. Memory process and lipid metabolism of the brain in steress conditions // I. Pathophysiology. –1998. –V.5. - P. 10
5. Неруш П.А., Романенко Л.А. Пострадиационные изменения адаптивных функций ЦНС // Экологический фонд Приднепровья, материалы конференции: «Методы и средства выживания в экологически напряженных регионах»: Сборник тезисов докладов, 13-14 мая 1999, г. Днепропетровск. – С. 32.
6. Мамчур В.И., Скочко-Волкова Т.А., Зленко Е.Т., Опрышко В.И., Подплетняя Е.А., Демченко Е.М., Жилюк В.І., Романенко Л.А. Влияние стрессорных факторов на перекисное окисление липидов в различных отделах головного мозга // Тез. докл. ІІ Национального конгресса по патофизиологии. – Москва, 2000. – С. 194.
7. Неруш П.О., Демченко О.М., Романенко Л.А. Вплив пірацетаму на поведінкові реакції щурів за умов дії низькодозованного опромінення // ІІ Національний з’їзд фармакологів України м.Дніпропетровськ, 2001. – С. 176.
8. Недзвецький В.С., Тихомиров А.О., Корякіна Ж.О. Романенко Л.А. Вплив пірацетаму на зміну проміжних філаментів, індукованих іонізуючим випромінюванням // ІІ Національний з’їзд фармакологів України м.Дніпропетровськ, 2001. - С.174.
9. Недзвецкий В.С., Романенко Л.А. Влияние сочетанного действия ионизирующего излучения и хлорида алюминия на поведенческие реакции крыс и специфические белки цитоскелета // Архив клинической и экспериментальной медицины. –2001. –т.10. -№2. –с.209.

АНОТАЦІЇ

Романенко Л.А. Пострадіаційні зміни адаптивних функцій центральної нервової системи в процесі геронтогенезу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 – фізіологія людини та тварин. – Таврійський національний університет, Сімферополь, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню впливу малих доз іонізуючого випромінювання на стан адаптивних функцій центральної нервової системи в геронтогенезі з урахуванням нейроспецифічних білків мозку, що беруть участь у мнестичних процесах. Вперше в умовах комплексного експерименту досліджені особливості стану пам’яті і поведінкових реакцій в геронтогенезі в залежності від терміну і режиму дії низькодозованого опромінення. Показано, що в умовах тривалої дії низькодозованого опромінення мали місце порушення поведінкових реакцій щурів та амнезія навичок, які були більш виражені у старих тварин.

Досліджено захисний вплив превентивного курсового введення (7 днів) перед опроміненням тварин пірацетаму (в дозі 400 мг/кг), що проявлявся в ослабленні депримуючої дії радіації на показники стану вищої нервової діяльності та нейрохімічну організіцію головного мозку.

Ключові слова: іонізуюче випромінювання, центральна нервова система, поведінкові реакції, пам’ять, нейроспецифічні білки мозку, геронтогенез, пірацетам.

Romanenko L.A. Post-radiative changes of the central nervous system’ adaptive functions in gerontogenesis process. – Manuskript.

A thesis is for competition of scientific degree as a candidate of biological science by specialty 03.00.13 – physiology of the human and animals – Tavriysky National University, Simferopol, 2002.

The thesis is dedicated to investigation of the minor doses of ionizing radiation influence on the state of the central nervous system’ adaptive functions with the object of investigating the state of CNS (central nervous system) in gerontogenesis taking into consideration the neuro-specific albumen of brain, which participates in memory processes. For the first time under complex experiment conditions, here’s investigated the feature of memory’s state and behavioural response in gerontogenesis depending on duration of low-dosated radiation. It’s shown, that under conditions of prolonged operation of low-dosated radiation, there was occurred the abnormality of rats’ behavioural responses and habits’ amnesia, which were expressed most of all in old animals.

Investigated the protective influence of preventive pyrocetam injecting before animals’ irradiation, that’s appeared in relaxation of oppressive radiation operation, in parameters of superior nervous activity’s state and neuro-chemical organization of the brain.

Key words: ionizing radiation, central nervous system, behavioural responses, memory, neuro-specific albumen of brain, gerontogenesis, pyrocetam.

Романенко Л.А. Пострадиационные изменения адаптивных функций центральной нервной системы в процессе геронтогенеза. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология человека и животных. – Таврический национальный университет, Симферополь, 2002.

Диссертация посвящена исследованию воздействия малых доз ионизирующего излучения при фракционном воздействии малых доз ионизирующего излучения (доза 0,0129 Кл/кг, которая была получена старыми и молодыми животными одноразово, в течение 1, 7, 14 и 21суток) на состояние адаптивных функций центральной нервной системы в геронтогенезе с учетом нейроспецифических белков мозга, которые принимают участие в мнестических процессах. Впервые в условиях комплексного эксперимента исследованы особенности состояния памяти и поведенческих реакций в геронтогенезе в зависимости от длительности действия низкодозированного облучения. Показано, что в условиях длительного воздействия низкодозированного облучения имели место нарушения поведенческих реакций крыс и амнезия навыков, которые были более выражены у старых животных.

Установлено, что изменения полипептидного состава ГФКБ имело место во всех изучаемых нами отделах мозга. В коре больших полушарий после облучения увеличивалась интенсивность полосы полипептида 49 кДа, а также изменялся полипептидный состав нейрофиламентов и содержание субъединиц 210 кДа, 160 кДа и 70 кДа в гипокампе, мозжечке и коре больших полушарий. Наиболее существенные изменения полипептидного состава ГФКБ отмечены во фракциях мозжечка. Для всех режимов облучения было характерно появление деградированных полипептидов. Действие ионизирующего излучения индуцирует активную реорганизацию промежуточных филаментов астроглии.

Исследовано защитное влияние превентивного введения перед облучением животных пирацетама, (400мг/кг), которое проявлялось в ослаблении депримирующего действия радиации на показатели состояния высшей нервной деятельности и нейрохимическую организацию головного мозга. Продолжительное действие низкодозированного облучения вызывало нарушения интегративной деятельности ЦНС у крыс в процессе геронтогенеза, что сопровождалось нарушением ориентировочно-исследовательной деятельности амнезией навыка условной реакции пассивного избегания. Степень нарушения когнитивных процессов после однократного облучения у молодых крыс была выражена меньше, чем у старых. Превентивное введение пирацетама перед облучением сопровождалось его протекторным действием на показатели поведенческих реакций, что сопровождалось его нормализирующим эффектом на интегративные процессы ЦНС. Более выраженый нейропротекторный эффект отмечен у старых животных. Действие низкодозированного облучения сопровождалось изменениями филаментной и растворимой форм ГФКБ в коре головного мозга, гипокампе и мозжечке половонезрелых и старых крыс и характеризовалось двухфазной реакцией.

Полученные результаты дополняют и расширяют знания относительно энцефалопатий и нарушений психических функций вследствие действия радиации. Экспериментально обоснована возможность превентивного применения пирацетама как протекторного средства в условиях влияния на организм облучения.

Ключевые слова: ионизирующее излучение, центральная нервная система, поведенческие реакции, память, нейроспецифические белки мозга, геронтогенез, пирацетам.