научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ИОНАМИ УГЛЕРОДА 12C НА ОБМЕН МОНОАМИНОВ В НЕКОТОРЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА КРЫС Медицина и здравоохранение

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ИОНАМИ УГЛЕРОДА 12C НА ОБМЕН МОНОАМИНОВ В НЕКОТОРЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА КРЫС»

НЕЙРОХИМИЯ, 2013, том 30, № 4, с. 343-348

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^ РАБОТЫ

УДК 502.084;591.121.3

ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ИОНАМИ УГЛЕРОДА 12C НА ОБМЕН МОНОАМИНОВ В НЕКОТОРЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА КРЫС

© 2013 г. М. И. Матвеева1, А. С. Штемберг1, Г. Н. Тимошенко2, Е. А. Красавин2, В. Б. Наркевич3, П. М. Клодт3, В. С. Кудрин3, А. С. Базян4, *

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр РФ-Институт медико-биологических проблем РАН, Москва 2 Объединенный институт ядерных исследований, Дубна 3 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт фармакологии

имени В.В. Закусова" РАМН, Москва 4 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности

и нейрофизиологии РАН

Крыс облучали ионами углерода (12C) на ускорителе "Нуклотрон". Доза облучения — 1 Гр, энергия ионов — 500 МэВ/нуклон, линейная передача энергии (ЛПЭ) — 10.6 кэВ/микрон. Животных дека-питировали через 1 сут после облучения, выделяли следующие структуры мозга: префронтальная кора, прилежащее ядро (nucleus accumbens), гипоталамус, гиппокамп и стриатум, в которых определена концентрацию моноаминов и их метаболитов. Интенсивные изменения наблюдались в трех структурах: префронтальная кора, прилежащее ядро и гиппокамп. Но значимые изменения были выявлены в префронтальной коре, более слабые — в прилежащем ядре, а в гипокампе при очень интенсивных изменениях достоверность не достигалась. Такой тип реакции, возможно, связан с тем, что животных исследовали на второй день после облучения. Показано, что увеличение интервала между облучением и исследованием животных ведет к усилению эффектов радиационного воздействия. Эксперименты выявили высокую чувствительность и реактивность префронтальной коры, что мы связываем с ключевой роли этой структуры в жизненно важных процессах поведения.

Ключевые слова: облучение, тяжелые частицы, моноамины, метаболиты, структуры мозга.

Б01: 10.7868/81027813313040067

Актуальность изучения эффектов воздействия тяжелых ионов на функциональные реакции центральной нервной системы (ЦНС) определяется необходимостью получения таких данных применительно к двум практическим областям: подготовка межпланетных полетов и перспектива использования тяжелых ионов в адронной терапии опухолей мозга.

В дальних космических экспедициях, связанных с выходом за пределы магнитосферы Земли, в частности при осуществлении Марсианской миссии, одним из основных лимитирующих возможность осуществления таких экспедиций факторов становится радиационный, который может привести к нарушениям функций ЦНС, лежащих в основе операторской деятельности космонавтов. А это, в свою очередь, представляет реальную опасность для выполнения ими полетного задания и самой их жизни. При этом следует подчеркнуть, что в отличие от отдаленных последствий

* Адресат для корреспонденции: 117485, Москва, ул. Бутлерова 5А, 8(495) 334-77-89, e-mail: bazyan@mail.ru.

воздействия радиации (канцерогенез, катаракто-генез, цитогенетические нарушения, сокращение продолжительности жизни и др.) эргономический риск, обусловленный возможными нарушениями операторской деятельности космонавтов, связан с угрозой их жизни непосредственно в процессе полета. Основную опасность представляют галактические космические лучи (ГКЛ) — протоны высоких энергий и тяжелые ионы, обладающие энергиями в широком диапазоне вплоть до сверхвысоких энергий порядка 1020 МэВ. Защититься от таких высокоэнергетических излучений в условиях космического корабля чрезвычайно сложно. К сожалению, экспериментальных данных о нарушениях высших интегративных функций ЦНС и их нейрохимических механизмах весьма мало. Нам известно всего 5 работ [1—5], которые подробно описываются и анализируются в обсуждении.

С другой стороны, в адронной терапии опухолей головного мозга активно рассматривается возможность использования, помимо протонов

высоких энергий, тяжелых ионов с более высокой относительной биологической эффективностью (ОБЭ), в частности ионов углерода 12С. При этом необходимо оценить возможные побочные эффекты, которые могут быть связаны с различными неврологическими нарушениями (память, когнитивные функции и др.) [6—8].

В связи с изложенным целью нашей работы было исследование влияния облучения ионами углерода (12С), на концентрацию моноаминов и их метаболитов в различных структурах мозга крыс, принимающих активное участие в реализации поведения и моторного контроля, и формирующих эмоциональные и мотивационные состояния.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Опыты проводили на 12 самцах крыс линии Вистар массой 160—180 г. Животные были размещены в виварии по пять в клетке, при естественных условиях освещения (день приблизительно 8 ч), со свободным доступом к воде и пище. Правила работы с животными и протоколы экспериментов были утверждены биоэтическими комиссиями Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и Федерального государственного бюджетного учреждения науки Государственного научного центра РФ — Института медико-биологических проблем РАН.

Процедура облучения. Облучение крыс ионами 12C проводили на пучке ускорителя "Нуклотрон" в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна). Доза облучения составила 1 Гр, энергия ионов — 500 МэВ/нуклон, средняя линейная передача энергии (ЛПЭ) — 10.6 кэВ/мик-рон. Крыс облучали с таким расчетом, чтобы поглощенная доза излучения приходилась преимущественно на голову животных.

Нейрохимические исследования. Для нейрохимических исследований контрольных и подвергнутых экспериментальным воздействиям крыс декапитировали через 1 сут (24 часа) после облучения, выделяли соответствующие структуры мозга: префронтальную кору, прилежащее ядро (nucleus accumbens), гипоталамус, гиппокамп и стриатум, замораживали в жидком азоте и взвешивали. Выделенные структуры гомогенизировали при +4°C в стеклянном гомогенизаторе с тефлоновым пестиком (0.2 мм) при скорости вращения пестика 3000 об/мин. В качестве среды гомогенизации и выделения использовали 0.1 Н НС1О4 с добавлением внутреннего стандарта ДОБА (3,4-диоксибен-зиламин) — вещества катехоламиновой природы, но не встречающегося в нативной ткани, в концентрации 0.5 нмоль/мл. Прилежащее ядро гомо-

генизировали в 40-кратных объемах, остальные структуры мозга — в 20-кратных объемах среды выделения. Пробы центрифугировали при +4°C, 10000 g, в течение 15 мин. Супернатант использовался в дальнейшем для определения моноаминов и их метаболитов.

Концентрацию моноаминов и их метаболитов определяли с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии (ионпарная хроматография) с электрохимической детекцией на хроматографе LC-304T (BAS, West Lafayette, США) с инжектором Rheodyne 7125, петля для нанесения образцов — 20 мкл. Изучаемые вещества разделяли на обращенно-фазной колонке ReproSil-Pur, ODS-3, 4 х 100 мм, 3 мкм (Dr.Majsch GMBH, "Элсико", Москва). Насос PM-80 (BAS, США), скорость элюции подвижной фазы 1.0 мл/мин при давлении 200 атм. Мобильная фаза — 0.1 M цитратно-фосфатный буфер, содержащий 1.1 мМ октансульфоновой кислоты, 0.1 мМ ЭДТА и 9% ацетонитрила (рН 3.0). Скорость протока 1 мл/мин. Измерение проводили с помощью электрохимического детектора LC-4B (BAS, США) на стеклоугольном электроде (+0.85 V) против электрода сравнения Ag/AgCl. Регистрацию образцов проводили с применением аппаратно-программного комплекса МУЛЬТИХРОМ 1.5 (АМПЕРСЕНД). Для калибровки хроматографа использовали смеси рабочих стандартов определяемых веществ в концентрации 500 пмоль/мл. Величины концентрации моноаминов в опытных образцах рассчитывали методом "внутреннего стандарта", исходя из отношений площади пиков в стандартной смеси и в образце. Определяли содержание норадреналина (НА), дофамина (ДА) и его метаболитов — 3,4-диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК), гомованилиновой кислоты (ГВК), 3-метокситирамина (3-МТ), серотонина (5-окситриптамина, 5-ОТ) и его метаболита — 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ОИУК).

Результаты нейрохимических исследований выражали в виде средних величин ± стандартная ошибка среднего. Для статистического анализа применяли непарный i-критерий Стьюдента, так как результаты подчинялись нормальному распределению. Статистически значимым результатом считали величинуp < или = 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В таблице представлены данные по влиянию облучения ионами углерода 12С на концентрацию моноаминов и их метаболитов в различных структурах мозга крыс. Облучение вызывает значительные изменения концентраций моноаминов и их метаболитов в префронтальной коре мозга крыс (таблица). Концентрация всех исследуемых веществ уменьшается. Критерия достоверности достигают снижение концентраций НА (до

ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ИОНАМИ УГЛЕРОДА 12С НА ОБМЕН МОНОАМИНОВ 345

Влияние облучения тяжелыми частицами, ионами углерода (12С), на концентрацию моноаминов и их метаболитов в различных структурах мозга крыс (нмоль/мг ткани)

Группы животных

НА ДОФУК ДА ГВК 3-МТ 5-ОИУК

1.26 ± 0.1 0.26 ± 0.02 0.41 ± 0.03 0.93 ± 0.07

0.89 ± 0.11* 0.18 ± 0.03* 0.33 ± 0.05 0.70 ± 0.06*

P = 0.05 P = 0.015 P = 0.021

3.36 ± 0.99 3.62 ± 0.81 35.16 ± 6.21 1.31 ± 0.31 0.33 ± 0.10 3.46 ± 0.32

4.60 ± 0.99 2.66 ± 0.43 15.91 ± 4.72* 0.98 ± 0.20 0.16 ± 0.06 3.09 ± 0.26

P = 0.048

Префронтальная кора

Контрольные (n = 6) Облученные (n = 6)

Nucleus accumbens

Контрольные (n = 6) Облученные (n = 6)

Гиппокамп

Контрольные (n = 6) Облученные (n = 6)

Гипоталамус

Контрольные (n = 6) Облученные (n = 6)

Стриатум

2.54 : 1.91 :

: 0.21 : 0.42

0.16 0.05

0.05 0.01

0.52 0.11

: 0.28 0.02

9.21 ± 1.48 8.68 ± 0.78

0.34 ± 0.04 0.32 ± 0.03

2.23 ± 0.19 1.85 ± 0.10

09 03

0.04 0.01

2.29 1.63

0.38 0.22

08 ± 0.01 08 ± 0.01

0.05 ± 0.01 0.05 ± 0.02

2.07 ± 0.18 1.95 ± 0.13

3.31 ± 0.13 2.27 ± 0.43* P = 0.018

6.39 ± 1.12 6.22 ± 0.85

3.77 ± 0.53 3.05 ± 0.48

6.53 ± 0.53 5.85 ± 0.33

1 Контрольные (n = 6) 0.94 ± 0.31 3.20 ± 0.62 43.98 ± 5.20 2.40 ± 0.44 0.37 ± 0.10 1.51 ± 0.06 2.26 ± 0.12

2 Облученные (n = 6) 1.44 ± 0.48 3.57 ± 0.46 43.16 ± 5.37 4.99

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком