Моделирование синдромосходных состояний при действии ионизирующего излучения и алкогольной интоксикации
На правах рукописи
БАВЫКИН ДМИТРИЙ ВАДИМОВИЧ
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИНДРОМОСХОДНЫХ СОСТОЯНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И
АЛКОГОЛЬНОЙ ИНТОКСИКАЦИИ
05.13.01- системный анализ, управление
и обработка информации
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата
медицинских наук
Воронеж – 2006
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н. Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» (ГОУ ВПО ВГМА им. Н. Н. Бурденко Росздрава) и Государственном научно-исследовательском испытательном
институте МО РФ
Научный руководитель: доктор медицинских наук,
профессор Владимир Петрович Федоров
Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,
профессор Нельсон Акопович Степанян
кандидат медицинских наук,
Владимир Иванович Ряскин
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Курский Государственный медицинский
университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»
Защита состоится « » ____________ 2006 года в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 208.009.03 в ГОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н. Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», 39400,Россия, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10.
Автореферат разослан « » ____________ 2006 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета В. Т. Бурлачук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. АКТУАЛЬНОСТЬ
ПРОБЛЕМЫ.
Имеющиеся данные о гистоморфологических изменениях в ЦНС, наблюдавшиеся при действии различных доз алкоголя и ионизирующего излучения, характер структурных изменений нейроцитов новой коры головного мозга в условиях летального гамма-облучения и алкогольной интоксикации недостаточно изучены. В доступной литературе отсутствуют сведения о нейроморфологической основе синдромосходных неврологических состояний, развивающихся под влиянием названных выше факторов.
Таким образом, основное свое внимание мы сосредоточили на изучении закономерностей морфологической изменчивости нервных клеток сенсомоторной зоны новой коры головного мозга у белых крыс при раздельном действии ионизирующего облучения и этанола, вызывающем синдромосходный неврологический статус.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью настоящей работы явилось математическое моделирование закономерностей структурно-функциональной изменчивости нервных клеток новой коры головного мозга у белых крыс при действии ионизирующего излучения и разных доз этанола и создание математической модели раздельного действия указанных факторов, вызывающих синдромосходный неврологический статус.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
- Исследовать изменения морфофункциональных параметров нейроцитов после общего летального -облучения в дозе 87,5 Гр.
- Изучить структурно-функциональные изменения нервных клеток после действия этанола в транквилизирующей (1,5 г/кг) и пороговой (2,25 г/кг) дозах.
- Выявить дозо-временную зависимость характера и степени выраженности изменений нейроцитов при действии изучаемых факторов.
- По результатам исследования провести морфогенетическое обоснование синдромосходных состояний, вызываемых действием эквивалентных доз ионизирующего излучения и этанола.
- Разработать математическую модель развития синдромосходных состояний, адекватно отражающую изменения нервных клеток при действии на них разных доз этанола и ионизирующего излучения и и пригодную для прогнозирования их формирования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Впервые на светооптическом уровне с использованием комплекса современных методик (общегистологических, нейрогистологических, морфометрических, статистических) представлена морфологическая оценка реакции нейроцитов новой коры головного мозга крыс на действие ионизирующего излучения и этанола. Показано, что действие указанных факторов вызывает в нейроцитах комплекс неспецифических изменений, имеющих фазовую динамику и зависящих от дозовых и временных характеристик воздействия. Впервые проведено нейроморфологическое обоснование синдромосходных состояний, характерных для постлучевых летальных поражений и алкогольной интоксикации.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
Полученные результаты представляют определенный теоретический и практический интерес при изучении механизма действия ионизирующего излучения и этанола на организм и могут служить основой для дальнейшего изучения синдромосходных состояний.
Результаты исследования расширяют представления о структурно-функциональных перестройках, возникающих в ЦНС при действии ионизирующего излучения и этанола, что имеет значение для оценки влияния указанных факторов на регуляторные системы организма.
Выявление соотношения различных форм морфологической изменчивости нейроцитов новой коры головного мозга при действии изученных факторов является необходимым для разработки санитарно-гигиенических нормативов, а также лечебно-профилактических и реабилитационных мероприятий.
Полученные результаты могут быть использованы в нейроморфологии, радиобиологии, патологической анатомии, токсикологии, наркологии, лучевой терапии, военной и авиационно-космической медицине в качестве нейроморфологического эквивалента действия этанола и ионизирующего излучения.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
- Ионизирующее излучение и этанол в транквилизирующей и пороговой дозах вызывают в нейроцитах новой коры головного мозга крыс неспецифические фазовые типовые нейроморфологические изменения, характеризующиеся дозо-временной зависимостью.
- Ионизирующее излучение вызывает в нервной ткани наиболее выраженные дистрофически-некротические изменения.
- Морфологической основой синдромосходных состояний, возникающих при нарушении функций новой коры после действия -облучения в дозе 87,5 Гр и этанола в дозе 2,25 г/кг являются однотипные морфофункциональные изменения в неокортексе.
- Разработанная математическая модель развития синдромосходных состояний адекватно отражает изменения нервных клеток при действии на них разных доз этанола и ионизирующего излучения и может применяться для прогнозирования их формирования.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Конференции молодых ученых ВГМА в 2003 году, пленарном заседании Ассоциации морфологов г. Воронежа в 2004 году, а также на Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи» в г. Москве в 2004 году.
ПУБЛИКАЦИИ
По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них одна в местной и 4 – в центральной печати.
ВНЕДРЕНИЕ В ПРАКТИКУ
Результаты работы использованы в учебно-педагогическом процессе на кафедрах нормальной анатомии, гистологии, нервных болезней, медицинской радиологии и рентгенологии Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, трех глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, указателя литературы. Работа изложена на 194 страницах машинописного текста, иллюстрирована 66 рисунками и 43 таблицами. Список литературы включает 180 источников, из них 122 отечественных и 58 иностранных.
МЕСТО ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Работа выполнена на кафедре анатомии человека (заведующий – доктор медицинских наук, профессор В. П. Федоров) Воронежской государственной медицинской академии им. Н. Н. Бурденко и в Государственном исследовательском испытательном институте МО РФ.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперимент спланирован и проведен на базе Государственного исследовательского испытательного института МО РФ (г. Москва). Для имитации синдромосходного с -облучением неврологического статуса использован этанол, доза которого рассчитывалась эквивалентно изменениям поведенческих реакций (1,5г/кг) и ранних неврологических нарушений (2,25г/кг) (Ушаков И. Б. и др., 1991). Эксперимент проведен на 550 половозрелых крысах-самцах весом 180-200 г. Животные контрольных и опытных групп были одного возраста, пола, содержались на обычном виварийном режиме.
Для исследования сформировано 4 экспериментальных группы животных:
1. биологический контроль;
2. внутрибрюшинное введение 15% раствора этанола однократно в дозе 1,5г/кг;
3. внутрибрюшинное введение 15% раствора этанола однократно в дозе 2,25г/кг;
4. группа кранио-каудального облучения животных квантами Со-60 на установке “Хизатрон “ (Чехия). Крыс помещали в пеналы из оргстекла, препятствующих перемещению животных, доза облучения составила 87,5 Гр.
При выборе объектов исследования отдавали предпочтение структурам головного мозга, имеющим отношение к формированию целенаправленных двигательных реакций. Они осуществляются посредством интегративных связей с выше- и нижележащими структурами головного мозга и зависят от состояния сенсомоторной зоны новой коры, в частности ее III - V слоя. Участки ткани головного мозга, пригодные для исследования, выбирали, руководствуясь цитоархитектоническими картами В. М. Светухиной (В. М. Светухина, 1962).
Методика морфологического исследования. Животных забивали в зимний период в одно и то же время суток. Кусочки мозга (величиной в среднем 5 6 8 мм) фиксировали в 10% нейтральном формалине и обрабатывали по общепринятой гистологической методике: обезвоживали в спиртах восходящей концентрации и хлороформе с последующей заливкой в парафин. Парафиновые срезы толщиной 5-7 мкм после депарафинации окрашивали толуидиновым синим по Нисслю (Р. Лилли, 1962) для обзорных целей и изучения архитектоники. При этом учитывали чётко определяемые изменения: форму клетки, равномерность окраски цитоплазмы, степень сохранности структур ядра клетки, уровень базофилии вещества Ниссля. При изучении материала различали несколько типов клеток: нормохромные, гипохромные, гиперхромные, пикноморфные, а также клетки-тени. При этом учитывались следующие типовые морфологические формы адаптационной изменчивости нервных клеток: репаративная регенерация, атрофия и физиологическая изменчивость (L. Einarson, E. Krogh, 1955; Г.Н. Кривицкая, В.Б. Гельфанд и др., 1980; В.П. Федоров с соавт.,1989; А.В. Петров, В.П. Федоров, 1998).
Методика морфометрического анализа. При помощи телекамеры NU-2E, совмещенной со световым микроскопом подсчитывали по 500-600 нейроцитов у каждого животного. При исследовании структурного состава клеток коры использовали метод выборочных долей (Г. Г. Автандилов 1973, 1990, С. Гланц, 1995). Сначала рассчитывали среднюю долю клеток каждого типа (в процентах) во всех группах. Затем вычисляли среднеквадратическое отклонение и ошибку репрезентативности каждой доли:
При оценке достоверности различий между контрольной и опытными группами применяли критерий Стьюдента с учетом поправки Бонферони, модифицированный для счетных признаков. Для расчета этого критерия вместо абсолютных значений долей использовали их угловые отношения. Ошибка репрезентативности углового отношения доли зависит только от общей численности группы. Распределение параметров при этом соответствовало нормальному. Достоверными считались различия при p<0,05, с учетом числа степеней свободы.
Для каждой из подсчитанных клеток определялись изменения функциональной активности под действием внешних факторов, которые оценивались с помощью измерений объемов клетки, цитоплазмы, ядра, ядрышка и вычисления на основе полученных данных ядерно-клеточного, ядерно-цитоплазматического и ядрышко-ядерного индексов (Автандилов Г. Г., 1981, 1990, 1996). Объемы клеток, ядер и ядрышек вычислялись по формуле эллипсоида вращения. Объем цитоплазмы рассчитывали как разность объемов клетки и ядра. Ядерно-клеточный, ядерно-цитоплазматический и ядрышко-ядерный индексы вычислялись как отношения объемов соответствующих структур, выраженные в процентах. Для каждого из вышеперечисленных показателей вычислялись cреднее арифметическое значение признака, среднеквадратическое отклонение и ошибка репрезентативности.
Характер распределения признаков определяли по величине асимметрии и эксцесса с расчетом ошибок репрезентативности и коэффициентов достоверности их значений.
Поскольку, при имеющемся количестве подсчитанных клеток в группах, они находились в пределах, соответствующих нормальному распределению, фактическое распределение также считалось нормальным. Поэтому достоверность различий между контрольной и опытными группами определяли с помощью коэффициента Стьюдента по формуле для мерных величин, одной из которых является объем. Полученное значение сравнивали с табличным, с учетом числа степеней свободы. Достоверными считались различия при p<0,05 (Автандилов Г. Г., 1973).
Для изучения влияния факторов повышения дозы алкоголя и изменения характера воздействия (т.е., применения -излучения вместо этанола) на состояние нервных клеток нами был использован дисперсионный анализ. Метод позволяет изучить силу влияния одного или нескольких факторов на результирующий признак, и основан на исследовании меры разнообразия различных статистических величин, т.е. дисперсии (Автандилов Г. Г., 1981, 1990).
Регрессионный анализ использован в нашем исследовании для анализа воздействия на отдельную зависимую переменную значений одной или более независимых переменных, например, влияния длительности воздействия определенной дозы этанола на морфометрические показатели нейроцитов. Результаты регрессионного анализа в могут быть полезны для предсказания поведения изучаемых показателей в те интервалы времени, которые выходят за пределы продолжительности исследования. Поскольку кривые, полученные на основе эмпирических данных, имеют на протяжении всего периода исследования несколько экстремумов (максимумов и минимумов) для расчета теоретических регрессионных кривых и уравнений регрессии нами была применена полиномиальная функция аппроксимации. Она полезна для анализа большого набора данных о нестабильной величине.
Все расчеты производили на РС с процессором AMD Sempron 2600+ 1,6 GHz (64 bit), 1,0 Gb RAM с ОС MS Windows XP с помощью программы MS Excel 11.0 из стандартного пакета MS Office 2003.
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ.
Морфологическое исследование. Во всех изученных группах выделяли 5 типов клеток: нормохромные, гиперхромные, гипохромные, пикноморфные и клетки-тени. Поскольку изменения нервных клеток при воздействии этанола и ионизирующего излучения не являются специфичными, морфология их, в основном, носила сходный характер для разных факторов. Отличия были преимущественно количественного характера, реже нейроциты в разных группах имели неодинаковую выраженность морфологических изменений.
Морфометрическое исследование. Контрольная группа. Количественные соотношения нервных клеток в контрольной группе в течение всех сроков наблюдения изменялись мало. Так, количество нормохромных клеток статистически не изменялось. Аналогичным образом сохранялось количество нервных клеток других типов. Только среди пикноморфных нейроцитов различия были более значительными: от 2±0,63 % на 600-й. мин. до 11,2±1,41% на 150-й мин.
Объемы клеток различных типов также изменялись незначительно и почти не зависели от времени воздействия радиации и алкоголя. Нормохромные (НХ) нейроциты имели объем от 468±8,7 до 717±5,2 мкм3, Гиперхромные (ГиперХ) – от 199±4,1 до 250±8,3 мкм3, Гипохромные (ГипоХ) – от 501±7,1 до 966±12,8 мкм3. Для клеток-теней (КТ) этот показатель колебался в пределах от 242±16,0 до 282±16,0 мкм3, а для пикноморфных клеток (ПМ) – от 170±6,4 до 347±15,8 мкм3
Такая же тенденция сохранялась и при изменении объемов ядер. Нормохромные клетки в период с 3-й по 17-ю минуту имели объем ядер 180±3,6 –189±1,7мкм3. К 35-й минуте этот показатель возрос до 335±4,6 мкм3, а со 150 до 600 – 181±1,0-185±1,9 мкм3. Объем ядер гиперхромных клеток изменялся скачкообразно. Так, в интервале от 3-й до 10-й мин. имело место его увеличение с 87±3,6 до 102±3,7 мкм3. На 600-й мин.объём ядер гиперхромных клеток вновь уменьшился и достиг 85±2,8мкм3. Объём ядер гипохромных нейроцитов достиг максимума уже на 10-й мин. и увеличился с 298±5,6 мкм3 (3мин.) до 317±6,0 мкм3 (10 мин.). В промежутке от 300-й до 600-й мин. показатель возвращается к прежнему уровню.
Объемы ядрышек отличались большей вариабельностью. Так, ядрышки нормохромных клеток в период с 3 по 10 минуты имели объем 0,391±0,0037 – 0,393±0,0083 мкм3, а на 60 минуте – уже 0,221±0,0030мкм3. От 150 до 600 минуты показатели вновь возросли до 0,322±0,0018 мкм3. Для гиперхромных клеток наблюдалась тенденция к скачкообразному увеличению и уменьшению объемов ядрышек. Например, с 3 по 17 минуты их объем находился в пределах 0,231±0,0081-0,301±0,0058 мкм3. На 35 минуте показатель кратковременно возрос до 0,409±0,0098 мкм3. В период с 60 по 600 минуты вновь произошло его снижение почти до прежнего уровня: 0,246±0,0064–0,298±0,0073 мкм3. Ядрышки гипохромных клеток имели в среднем в 1,5-2 раза больший объем –0,647±0,0189 мкм3. На 10 минуте отмечено увеличение его до 0,799±0,0228 мкм3. В течение 150-600 минут объем ядрышек гиперхромных клеток, напротив, уменьшился и составил 0,370±0,005-0,404±0,0077мкм3
Наблюдались выраженные колебания ядерно-клеточного индекса. Так, у нормохромных нейроцитов на 3 минуте он равнялся 41,9±1,2 %, к 17 минуте снизился до 26,7±0,31-28,0±0,32 %. На 35 минуте показатель кратковременно возрос до 50,9±0,73 %, затем возвратился к прежнему уровню. Для гиперхромных клеток имели место относительно малые изменения ядерно-клеточного индекса (ЯКИ) с 3 по 60 минуту – 34±1,5-45±2,2 %. На 150 минуте отмечался подъем показателя до 53±2,0 %, а затем его возврат к исходному значению – 35±1,3-39±2,1%. Для гипохромных клеток с 3 по 60 минуту колебания ЯКИ были незначительны 49±1,0-55±1,6%. К 150 минуте отмечено кратковременное снижение показателя до 27,0±0,4%, а затем его подъем до прежнего значения. В период от 300 до 600 минут он оставался на уровне 53±0,9-54±1,1%.
Различные величины объемов ядер и цитоплазмы клеток привели к тому, что колебания ядерно-цитоплазматического индекса (ЯЦИ) даже в контрольной группе были достаточно заметными. Например, для нормохромных клеток на 3 минуте ЯЦИ был равен 96±6,4 %. К 17 минуте он почти 3-х кратно снизился – до 37,0±0,6-39,6±0,7%. На 35 минуте его значение вновь увеличилось, достигнув 116±3,9 %. От 60 до 600 минуты показатель снова почти двукратно снизился: до 45,6±0,4-53,1±0,9 %. В группе гиперхромных клеток ЯЦИ отличался большой разнородностью. С 3 по 10 минуту он немного возрос – от 102±13 до 116±14,0%. К17 минуте, наоборот, значительно снизился: до 84,0±10,1 %. К 35 минуте в 1,5 раза уменьшился, достигнув 64±7,9 %. На 60 минуте он возвратился к прежней величине – 105±11 %. На 300 минуте вновь имело место спонтанное снижение показателя до 62±3,9 %, На 600 минуте отмечено возвращение индекса к начальному значению – 96±13 %. Значения ЯЦИ для гипохромных клеток были еще более разнообразны: от 37,0±0,8 % до 155±12 % в разные сроки.
Ядрышко-ядерный индекс (ЯЯИ) для нормохромных клеток прогрессивно снижался в интервале от 3-й до 35-й мин. от 0,241±0,0072 до 0,087±0,0013 %. Однако к 600-й мин. индекс снова возрос до 0,179 ±0,0014 %. Для гиперхромных клеток ЯЯИ в интервале от 17-й до 600-й мин. показатель снизился на 30–40% и находился в пределах 0,265±0,0029–0,144±0,0024%. На 35-й мин. было выявлено увеличение ЯЯИ гипохромных клеток почти в 1,5 раза – от 0,320±0, 022 до 0,573±0,0219 %. В дальнейшем он почти не менялся.
Корреляционный анализ. Имеющиеся в доступной литературе указания на сходство между действием высоких доз алкоголя и -излучения на клетки коры мозга крыс, послужили для нас основанием изучить характер связей между действием указанных факторов на морфометрические показатели. В каждой группе анализировали корреляционную зависимость между влиянием алкоголя 2,25 г/кг и гамма-излучением для всех временных интервалов, для каждого вида клеток и по каждому из исследованных признаков (количество клеток, объемы, клеточные индексы). Результаты корреляционного анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели множественной корреляции между действием ионизирующего излучения и этанола в дозе 2,25 г/кг
| Гамма- излучение Этанол 2,25 г/кг | К-во НХ | К-во ГиперХ | К-во ГипоХ | К-во ПМ | К-во КТ |
| К-во НХ | 0,998 | ||||
| К-во ГиперХ | -0,933 | 0,981 | |||
| К-во ГипоХ | -0,909 | 0,893 | 0,674 | ||
| К-во ПМ | -0,945 | 0,730 | 0,285 | 0,903 | |
| К-во КТ | -0,988 | 0,822 | 0,429 | 0,849 | 0,975 |
| V НХ | 0,817 | -0,645 | -0,410 | -0,631 | -0,888 |
| V ГиперХ | 0,816 | -0,679 | -0,294 | -0,775 | -0,754 |
| V ГипоХ | 0,017 | -0,029 | 0,096 | -0,126 | 0,063 |
| V ПМ | 0,581 | -0,412 | -0,188 | -0,550 | -0,617 |
| V КТ | -0,323 | 0,377 | 0,329 | 0,109 | 0,303 |
| VЯ НХ | 0,818 | -0,653 | -0,409 | -0,635 | -0,879 |
| VЯ ГиперХ | 0,041 | -0,407 | -0,626 | 0,390 | 0,205 |
| VЯ ГипоХ | 0,212 | -0,277 | -0,084 | -0,189 | -0,128 |
| VЯД НХ | 0,806 | -0,645 | -0,423 | -0,613 | -0,866 |
| VЯД ГиперХ | 0,759 | -0,562 | -0,165 | -0,792 | -0,755 |
| VЯД ГипоХ | 0,143 | -0,104 | -0,011 | -0,084 | -0,260 |
| Гамма – излучение Этанол 2,25 г/кг | V НХ | V ГиперХ | V ГипоХ | V ПМ | V КТ |
| К-во НХ | |||||
| К-во ГиперХ | |||||
| К-во ГипоХ | |||||
| К-во ПМ | |||||
| К-во КТ | |||||
| V НХ | 0,992 | ||||
| V ГиперХ | 0,438 | 0,917 | |||
| V ГипоХ | -0,092 | 0,443 | -0,336 | ||
| V ПМ | 0,414 | 0,862 | -0,445 | -0,397 | |
| V КТ | -0,649 | 0,303 | -0,872 | -0,351 | 0,306 |
| VЯ НХ | 0,994 | 0,492 | 0,495 | 0,137 | -0,901 |
| VЯ ГиперХ | -0,185 | -0,293 | 0,555 | -0,370 | 0,335 |
| VЯ ГипоХ | 0,209 | -0,275 | 0,842 | 0,216 | -0,110 |
| VЯД НХ | 0,993 | 0,421 | 0,537 | 0,154 | -0,873 |
| VЯД ГиперХ | 0,449 | 0,963 | -0,233 | -0,421 | -0,762 |
| VЯД ГипоХ | 0,428 | -0,243 | 0,585 | 0,429 | -0,217 |
Продолжение таблицы 1
| Гамма- излучение Этанол 2,25 г/кг | К-во НХ | К-во ГиперХ | К-во ГипоХ | К-во ПМ | К-во КТ |
| ЯКИ НХ | 0,472 | -0,676 | -0,577 | -0,156 | -0,256 |
| ЯКИ ГиперХ | -0,450 | 0,110 | -0,253 | 0,718 | 0,589 |
| ЯКИ ГипоХ | -0,138 | 0,056 | -0,201 | 0,349 | 0,090 |
| ЯЦИ НХ | 0,558 | -0,782 | -0,656 | -0,192 | -0,331 |
| ЯЦИ ГиперХ | -0,441 | 0,086 | -0,196 | 0,677 | 0,586 |
| ЯЦИ ГипоХ | -0,450 | 0,411 | 0,200 | 0,432 | 0,343 |
| яЯИ НХ | -0,777 | 0,798 | 0,581 | 0,519 | 0,635 |
| яЯИ ГиперХ | 0,440 | -0,611 | -0,266 | -0,312 | -0,266 |
| яЯИ ГипоХ | -0,595 | 0,452 | -0,032 | 0,716 | 0,596 |
Продолжение таблицы 1
Продолжение таблицы 1
| Гамма- излучение Этанол 2,25 г/кг | V НХ | V ГиперХ | V ГипоХ | V ПМ | V КТ |
| ЯКИ НХ | 0,202 | 0,513 | 0,164 | -0,566 | -0,262 |
| ЯКИ ГиперХ | -0,389 | -0,758 | 0,500 | 0,068 | 0,662 |
| ЯКИ ГипоХ | 0,001 | -0,526 | 0,433 | 0,233 | 0,236 |
| ЯЦИ НХ | 0,209 | 0,557 | 0,237 | -0,647 | -0,290 |
| ЯЦИ ГиперХ | -0,365 | -0,805 | 0,428 | -0,026 | 0,680 |
| ЯЦИ ГипоХ | -0,171 | -0,699 | 0,296 | 0,483 | 0,399 |
| яЯИ НХ | -0,559 | -0,642 | -0,173 | 0,499 | 0,615 |
| яЯИ ГиперХ | 0,273 | 0,033 | 0,402 | -0,443 | -0,175 |
| яЯИ ГипоХ | -0,456 | -0,645 | -0,457 | -0,121 | 0,703 |
Продолжение таблицы 1
| Гамма- излучение Этанол 2,25 г/кг | VЯ НХ | VЯ ГиперХ | VЯ ГипоХ | VЯД НХ | VЯД ГиперХ | VЯД ГипоХ | ЯКИ НХ |
| VЯ НХ | 0,994 | ||||||
| VЯ ГиперХ | -0,207 | 0,971 | |||||
| VЯ ГипоХ | 0,187 | 0,600 | 0,814 | ||||
| VЯД НХ | 0,996 | -0,028 | 0,435 | 0,995 | |||
| VЯД ГиперХ | 0,464 | -0,145 | 0,190 | 0,468 | 1,000 | ||
| VЯД ГипоХ | 0,366 | -0,076 | 0,114 | 0,340 | -0,323 | 0,243 | |
| ЯКИ НХ | 0,193 | 0,535 | 0,367 | 0,204 | 0,508 | -0,159 | 0,082 |
| ЯКИ ГиперХ | -0,417 | 0,665 | 0,110 | -0,398 | -0,824 | 0,631 | -0,503 |
| ЯКИ ГипоХ | -0,033 | 0,204 | -0,133 | -0,028 | -0,610 | 0,539 | -0,143 |
| ЯЦИ НХ | 0,185 | 0,628 | 0,382 | 0,198 | 0,523 | -0,102 | 0,015 |
| ЯЦИ ГиперХ | -0,397 | 0,597 | 0,088 | -0,384 | -0,826 | 0,377 | -0,483 |
| ЯЦИ ГипоХ | -0,210 | -0,065 | -0,212 | -0,224 | -0,779 | 0,426 | -0,287 |
| яЯИ НХ | -0,584 | -0,350 | -0,469 | -0,609 | -0,727 | 0,242 | -0,561 |
| яЯИ ГиперХ | 0,249 | 0,504 | 0,589 | 0,267 | 0,129 | -0,277 | 0,118 |
| яЯИ ГипоХ | -0,416 | -0,123 | -0,675 | -0,414 | -0,565 | -0,164 | -0,225 |
Продолжение таблицы 1
| Гамма- излуче ние Этанол 2,25 г/кг | ЯКИГиперХ | ЯКИ ГипоХ | ЯЦИ НХ | ЯЦИ ГиперХ | ЯЦИ ГипоХ | яЯИ НХ | яЯИ ГиперХ | яЯИ ГипоХ |
| VЯ НХ | ||||||||
| VЯ ГиперХ | ||||||||
| VЯ ГипоХ | ||||||||
| VЯД НХ | ||||||||
| VЯД ГиперХ | ||||||||
| VЯД ГипоХ | ||||||||
| ЯКИ НХ | ||||||||
| ЯКИ ГиперХ | 0,783 | |||||||
| ЯКИ ГипоХ | 0,638 | -0,338 | ||||||
| ЯЦИ НХ | -0,398 | -0,435 | -0,004 | |||||
| ЯЦИ ГиперХ | 0,661 | -0,414 | -0,589 | 0,965 | ||||
| ЯЦИ ГипоХ | 0,767 | 0,034 | -0,233 | 0,589 | -0,156 | |||
| яЯИ НХ | 0,740 | 0,487 | -0,475 | 0,405 | -0,030 | 0,266 | ||
| яЯИ ГиперХ | -0,350 | -0,483 | -0,033 | 0,175 | 0,497 | -0,031 | 0,195 | |
| яЯИ ГипоХ | 0,250 | -0,149 | -0,390 | 0,449 | 0,214 | 0,266 | -0,495 | 0,743 |
Примечания к таблице 1: К-во НХ – количество нормохромных нейроцитов; К-во ГиперХ – количество гиперхромных нейроцитов; К-во ГипоХ – количество гипохромных нейроцитов; К-во ПМ – количество пикноморфных нейроцитов; К-во КТ – количество клеток-теней; V НХ – объем нормохромных нейроцитов; V ГиперХ – объем гиперхромных нейроцитов; V ГипоХ – объем гипохромных нейроцитов; V ПМ – объем пикноморфных нейроцитов; V КТ – объем клеток теней; VЯ НХ – объем ядер нормохромных нейроцитов; VЯ ГиперХ – объем ядер гиперхромных нейроцитов; VЯ ГипоХ – объем ядер гипохромных нейроцитов; VЯД НХ – объем ядрышек нормохромных нейроцитов; VЯД ГиперХ – объем ядрышек гиперхромных нейроцитов; VЯД ГипоХ – объем ядрышек гипохромных нейроцитов; ЯКИ НХ – ядерно-клеточный индекс для нормохромных нейроцитов; ЯКИ ГиперХ – ядерно-клеточный индекс для гиперхромных нейроцитов; ЯКИ ГипоХ – ядерно-клеточный индекс для гипохромных нейроцитов; ЯЦИ НХ – ядерно-цитоплазматический индекс для нормохромных нейроцитов; ЯЦИ ГиперХ – ядерно-цитоплазматический индекс для гиперхромных нейроцитов; ЯЦИ ГипоХ – ядерно-цитоплазматический индекс для гипохромных нейроцитов; яЯИ НХ – ядрышко-ядерный индекс для нормохромных нейроцитов; яЯИ ГиперХ – ядрышко-ядерный индекс для гиперхромных нейроцитов; яЯИ ГипоХ – ядрышко-ядерный индекс для гипохромных нейроцитов;
Однофакторный дисперсионный анализ. Критерий достоверности влияния изучаемого фактора F рассчитывали по формуле:
,
где: Sx – межгрупповая дисперсия;
Sz – внутригрупповая дисперсия;
df – степень свободы;
N – общее число наблюдений в группах; r – число групп.
Значение силы влияния изучаемого фактора вычислялось по формуле:
,
где: Sx – межгрупповая дисперсия;
Sy – общая (совокупная) дисперсия.
Повышение дозы этанола с 1,5 до 2,25 г/кг не оказывало существенного влияния на количественный состав клеток. Только для нормохромных нейроцитов критерий F был равен 2,87, что ниже табличного значения (Fтабл. = 4,6). Соответственно, сила влияния 2 равнялась всего 0,17±0,06 (0,05<p0,1). Достаточно значимым было действие данного фактора на объем нормохромных и гиперхромных нейроцитов. В первом случае F-критерий составил 149,43, при 2 = 0,91±0,006, а во втором – 9,06 при 2 = 0,39±0,042 (соответственно p<0,001 и p<0,01). На клетки других типов повышение дозы имело незначительное влияние. Точно также менялся при повышении дозы этанола объем ядер нормохромных нейроцитов (F= 207,69; 2 = 0,94±0,004; p<0,001). Объемы ядрышек оказались более чувствительными к увеличению концентрации этанола. Для нормохромных нейроцитов этот фактор приобретал особую значимость (F= 116,75; 2 = 0,89±0,007; p<0,001), для гиперхромных – существенную (F= 10,48; 2 = 0,43±0,038; p<0,01), а для гипохромных нейроцитов сила влияния фактора проявляла тенденцию к достоверности (F= 2,99; 2 = 0,18±0,054; 0,05<p0,1).
Повышение дозы этанола до транквилизирующей (2,25 г/кг) оказывало значительное влияние на величину ЯКИ у нормохромных нервных клеток (F= 46,48; 2 = 0,77±0,015; p<0,001), менее значимое – на тот же индекс у гиперхромных нейроцитов (F= 6,97; 2 = 0,33±0,045; p<0,05). В то же время, у гипохромных клеток данный показатель почти не изменялся. Напротив, ЯЦИ существенно реагировал на увеличение дозы этанола у нормохромных (F= 13,10; 2 = 0,48±0,034; p<0,01) и гипохромных нейроцитов (F= 7,12; 2 = 0,34±0,044; p<0,05), а гиперхромные оставались мало чувствительными по этому критерию. ЯЯИ под действием увеличенных доз этанола проявлял ту же закономерность, что и ЯЦИ: у нормохромных нейроцитов реакция была очень значительной (F= 397,64; 2 = 0,97±0,002; p<0,001), у гиперхромных – минимально значимой (F= 4,428; 2 = 0,24±0,045; p0,05), а у гипохромных клеток сила влияния имела только некоторую тенденцию к достоверности (F= 2,35; 2 = 0,14±0,057; 0,05<p0,1).
Смена фактора воздействия с этанола на -излучение в дозе 87,5 Гр не имела существенного влияния на большинство изучаемых показателей (F= 0,00005 – 1,72 ; 2 = 0,0000036 – 0,11; p<0,05). Исключение составил ядрышко-ядерный индекс, для которого этот фактор был значимым у гиперхромных (F= 8,39; 2 = 0,37±0,042; p <0,05) и гипохромных (F= 7,23; 2 = 0,34±0,044; p<0,05) нейроцитов, а для нормохромных нервных клеток его воздействие имело тенденцию к достоверности (F= 3,65; 2 = 0,21±0,053; 0,05<p0,1). Это указывает на достаточно выраженное сходство характера воздействия транквилизирующей дозы этанола и -излучения на клетки сенсомоторной зоны коры головного мозга крыс.
Регрессионный анализ: Применение полиномиальной функции для аппроксимации полученных данных было оправданным. Квадрат смешанной корреляции R2, вычисляемый по формуле:
,
где: n – число наблюдений в группе;
Yi – значения зависимой переменной;
– среднее арифметическое значений зависимой переменной,
и достаточно точно характеризующий степень приближения регрессионных кривых к эмпирическим данным, был достаточно высоким. Например, при исследовании клеточного состава в группе с действии -излучения показатель составил 0,930–0,993, с воздействием этанола в дозе 1,5 г/кг он колебался от 0,942 для гипохромных клеток, до 0,999 для пикноморфных нейроцитов. При повышении дозы этанола до 2,25 г/кг его значения были равны 0,937–0996.
Изучение объемов нейроцитов показало, что при действии -излучения он равнялся 0,832–0,998. Влияние этанола в дозе 1,5 г/кг выявило колебания показателя в пределах 0,928-0,996 для четырех типов клеток из пяти изученных. Только в группе гипохромных нейроцитов R2 был равен 0,327. При действии транквилизирующей дозы этанола критерий составил 0,822–0,999.
Изменения объемов ядер при действии -излучения и дозы этанола 2,25 г/кг выявили высокую степень аппроксимации для всех типов клеток: соответственно 0,947–0,999 и 0,727–0,999. Для объемов ядер, меняющихся при действии субтоксической дозы этанола, величина коэффициента была неодинаковой. Нормохромные и гиперхромные нейроциты показали высокий уровень соответствия эмпирических и регрессионных кривых – R2 = 0,993–0,999. Для гипохромных нейроцитов он был несколько ниже: 0,223.
Объемы ядрышек также имели значительное сходство между эмпирическими данными и теоретическими показателями регрессии. При действии -излучения и малой дозы этанола коэффициент был равен, соответственно, 0,977–0,999 и 0,844–0,993. При дозировке этилового спирта 2,25 г/кг показатель для нормохромных и гиперхромных клеток достигал 0,995 и 0,976, а для гипохромных нейроцитов уменьшался до 0,492.
Ядерно-клеточный индекс при действии -излучения был равен 0,985–0,999, под действием дозы этанола 1,5 г/кг имел высокую степень сходства между эмпирическими и теоретическими результатами: R2= 0,713 – 0,999. При увеличении ее до 2,25 г/кг показатель составил 0,840 – 0,978.
При изучении ЯЦИ коэффициент был достаточно высоким во всех изученных группах: для -излучения, соответственно, от 0,975 до 0,999, действие дозы этанола 1,5 г/кг выявило колебания критерия от 0,878 до 0,999, повышенной дозы этанола (2,25 г/кг) – от 0,652 до 0,885.
Ядрышко-ядерный индекс имел еще большую степень приближения регрессионных кривых к полученным данным. При действии -излучения показатель составил 0,945–0,999. Для дозы этанола 1,5 г/кг R2 был равен 0,779–0,983, для 2,25 г/кг, соответственно, 0,758–0,907.
ВЫВОДЫ
- Ионизирующее излучение в дозе 87,5 Гр. и этанол в дозах 1,5 г/кг и 2,25 г/кг вызывают в новой коре головного мозга белых крыс комплекс типовых неспецифических структурно-функци-ональных изменений, которые заключаются в изменении соотношений нервных клеток различных типов, фазовом изменении содержания каждого из них, а также объемов тела, ядра и ядрышка нейроцитов, в развитии реактивных и деструктивных изменений нервных клеток, причем характер и степень их выраженности зависит от интенсивности действующего фактора и сроков прекращения воздействия.
- Под влиянием изученных факторов происходит увеличение количества гиперхромных, гипохромных и пикноморфных нейроцитов, а также клеток теней при одновременном уменьшении числа нормохромных нейроцитов.
- Ионизирующее излучение в дозе 87,5 Гр вызывает в пострадиационном периоде глубокие дистрофически-некротические изменения, нарастающие к концу срока наблюдения, при действии этанола в дозе 1,5 г/кг реактивные изменения преобладают над слабо выраженными деструктивными изменениями нервных клеток, а действие этанола в дозе 2,25 г/кг сопровождается распространенными реактивными изменениями нейроцитов в сочетании с процессами их альтерации.
- К нейроморфологическим проявлениям неврологических синдромосходных состояний, возникающих в новой коре после действия гамма-излучения в дозе 87,5 Гр. и этанола в дозе 2,25 г/кг относятся обнаруженные в неокортексе однотипные изменения в соотношении различных форм нейроцитов, сходные морфометрические параметры тел и ядер нейронов различных типов, высокая положительная степень корреляционной связи, а также отсутствие различий при дисперсионном и регрессионном анализе первичных данных для большинства изученных морфометрических критериев, оцененных при действии этих двух факторов.
- Разработанная математическая модель развития синдромосходных состояний адекватно отражает изменения нервных клеток при действии на них разных доз этанола и ионизирующего излучения и может быть использована для прогнозирования их формирования в заданном интервале времени.
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Бавыкин Д. В. Реакция клеток 3 – 5 слоев сенсомоторной зоны коры при действии ионизирующего излучения и алкогольной интоксикации / Д. В. Бавыкин // Перспективы развития теоретической и практической медицины / Сб. науч. тр.– Воронеж, 2003.– С. 9–13.
- Бавыкин Д. В. Соотношения нервных клеток различных типов в сенсомоторной зоне коры головного мозга крыс при действии ионизирующего излучения / Д. В. Бавыкин // Системный анализ и управление в биомедицинских системах.– 2004.– Т. 3, № 3.– С. 15–17.
- Бавыкин Д. В. Соотношения нервных клеток различных типов в сенсомоторной зоне коры головного мозга крыс при действии этанола / Д. В. Бавыкин // Системный анализ и управление в биомедицинских системах.– 2004.– Т. 3, № 3.– С. 18–20.
- Бавыкин Д. В. Изменения нейронов сенсомоторной коры головного мозга крыс при действии алкоголя и гамма-излучения / Д. В. Бавыкин // Механизмы синаптической передачи : Материалы Всероссийской конференции.– М., 2004.– С. 13.
- Бавыкин Д. В. Морфологические изменения нейроцитов сенсомоторной зоны коры головного мозга при действии ионизирующего излучения / Д. В. Бавыкин // Системный анализ и управление в биомедицинских системах.– 2005.– Т. 4, № 3.– С. 37–39.
