РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 6, с. 671-676
^ ОБЩАЯ ^^^^^^^^^^^^^^
РАДИОБИОЛОГИЯ
УДК [591.18+612.82]:537.533.9
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ НАРУШЕНИЙ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫС, ПОДВЕРГНУТЫХ ПАРЦИАЛЬНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ В БОЛЬШИХ ДОЗАХ
© 2008 г. А. С. Штемберг*
Государственный научный центр РФ - Институт медико-биологических проблем РАН, Москва
Изучена динамика нарушений высшей нервной деятельности по критерию упроченных двигатель-но-оборонительных условных рефлексов активного избегания в "челночной камере" у крыс, подвергнутых тотальному и парциальному (облучение головы или большей части туловища) воздействию высокоэнергетических электронов в дозе 100 Гр. Установлено, что облучение головы подопытных животных практически адекватно тотальному в отношении ранних эффектов нарушений высшей нервной деятельности, в частности, первичного шокоподобного эффекта ("ранней преходящей недееспособности" - РПН). Экранирование головы, напротив, предотвращало данные нарушения. В то же время облучение туловища животных в дозе, не вызывающей эффекта РПН (10 Гр), вызывало практически такие же нарушения высшей нервной деятельности, как и при тотальном облучении. Это свидетельствует о том, что при облучении в сверхлетальных дозах ранние нарушения высшей нервной деятельности определяются прямым действием ионизирующих излучений на головной мозг, в то время как при облучении в меньших дозах они обусловлены в основном опосредованными эффектами.
Высокоэнергетические электроны, большие дозы, тотальное и парциальное облучение, высшая нервная деятельность, условные рефлексы активного избегания.
Динамика нарушений высшей нервной деятельности при облучении в сверхлетальных дозах характеризуется следующей фазовой картиной: первичное угнетение (длительность от 3 до 20 мин в зависимости от дозы), период временного восстановления и прогрессивное угнетение, заканчивающееся смертью [1-10]. Имеются данные о достаточно высокой эффективности электронного излучения по рассматриваемому критерию [11-16].
Экранирование разных частей тела и другие факторы пространственной неравномерности оказывают существенное влияние на характер пострадиационных нарушений высшей нервной деятельности при облучении в больших дозах. При этом была обнаружена заметная видоспеци-фичность данного эффекта. Наиболее четко эффект экранирования проявился в опытах на собаках. При воздействии у-нейтронного излучения в дозах от 140 до 250 Гр экранирование головы продлевало время жизни животных и предотвращало ранние симптомы поражения центральной нервной системы (ЦНС) - конвульсии, нистагм,
* Адресат для корреспонденции: 123007 Москва, Хорошевское ш., 76А, ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН; тел. (499) 193-62-49; факс (499) 193-65-95; e-mail: andrei_ shtemberg@mail.ru
дискоординацию движений. Экранирование туловища в этом отношении оказалось совершенно не эффективным [3]. В опытах на карликовых свиньях, облученных в дозах от 60 до 130 Гр, было обнаружено, что и у этих животных эффект экранирования головы был значительно более выражен, однако экранирование туловища также в некоторой степени снижало нарушения условнорефлекторной деятельности [2, 4]. Эффекты экранирования головы и туловища обезьян в рассматриваемом отношении сходны с таковыми у свиней, но по ряду признаков разница между ними еще более сглажена [2]. Основываясь на литературных данных, в целом можно предположить, что ранние нарушения высшей нервной деятельности при облучении в массивных дозах в основном обусловлены поражением головного мозга, хотя возможны и опосредованные эффекты.
В этом отношении интересные данные были получены Каи" й а1. [17], обнаружившими антиконвульсивное действие радиации при исследовании реакции облученных крыс на электрошок. Этот феномен являлся специфической реакцией ЦНС и не проявлялся при облучении с экранированием головы, а также сопровождался нарушениями электрической активности мозга (умень-
Среднее число реакций, % 90 г 80 70 60 50 40 30 20 10
0
/ / V /
о /
/
\ 4
V. . N
^ Л
\
□ ■ й О» б
0.05 1 2 24 48 Время после облучения, ч
72
Рис. 1. Динамика числа условнорефлекторных реакций у крыс при тотальном и парциальном воздействии электронного излучения в дозе 100 Гр. 1 - контроль, 2 - тотальное облучение, 3 - облучение туловища, 4 - облучение головы. а - достоверность различий с контролем, • - достоверность различий между экспериментальными группами (светлые - р < < 0.05, темные -р < 0.01).
шение амплитуды, сглаживание электроэнцефалограммы). По мнению авторов, радиация блокирует какие-то звенья проводящих путей, которые затем восстанавливаются.
Можно также предположить, что радиационные воздействия с большой мощностью дозы могут оказывать "шоковое" воздействие, вызывая нарушения консолидации временной связи. Подтверждение этого было получено Whееler, Ыагёу [18], наблюдавшими феномен ретроградной амнезии, вызванной у крыс импульсным облучением электронами; степень ее зависела от длительности импульса. В то же время в наших экспериментах попытка воспроизвести этот феномен у крыс, подвергнутых воздействию у-излучения в дозе 100 Гр, не увенчалась успехом [9].
В предыдущих экспериментах были изучены общие закономерности нарушений высшей нервной деятельности подопытных животных при воздействии электронного излучения в диапазоне больших доз по сравнению с аналогичными эффектами у-излучения [19].
В настоящей работе исследовали нарушения высшей нервной деятельности крыс по критерию упроченных двигательно-оборонительных условных рефлексов активного избегания (УРАИ), вызванные воздействием высокоэнергетических электронов в больших дозах при тотальном облучении и экранировании головы и туловища. При этом основной вопрос, на который мы пытались ответить в своих экспериментах, заключался в том, определяются ли данные нарушения главным образом прямым воздействием ионизирующего излучения на головной мозг или в их форми-
ровании могут играть существенную роль также опосредованные эффекты.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Опыты проводили на взрослых крысах-самцах линии Вистар массой 250-280 г (10-12 животных в экспериментальной группе). В общей сложности в экспериментах было использовано 75 животных.
УРАИ вырабатывали в "челночной камере" по описанной ранее методике [7-10, 19]. Условным раздражителем служил звуковой сигнал частотой 400 Гц, безусловным - импульсный ток с частотой импульсов 1-1.5 с. Временные характеристики вырабатываемого рефлекса были следующими: 5 с - изолированное действие условного раздражителя, 5 с - сочетание действия условного и безусловного раздражителей, 15 с - интервал между сочетаниями. Регистрировали следующие показатели: число условнорефлекторных и без-условнорефлекторных реакций (реакций избегания и избавления соответственно), случаев полного выпадения рефлекса ("отказов"), межсигнальных реакций, латентный период условного рефлекса, время реакции избавления. Крыс тренировали в экспериментальной установке ежедневно. Критерием упрочения условного рефлекса считали стабильное выполнение минимум 80% условнорефлекторных реакций.
Животных облучали на линейном ускорителе электронов (ЛУЭ-50) "Факел" на базе ИАЭ им. И.В. Курчатова (средняя энергия электронов около 50 МэВ, мощность дозы около 10 Гр/с) в дозах 100 и 10 Гр. Контрольных животных подвергали ложному облучению в тех же экспериментальных условиях. УР исследовали через 12 мин после облучения и затем через 1, 2, 24, 48, 72 ч и далее каждые сутки вплоть до гибели подопытных животных.
Защиту разных частей тела (голова с частью плечевого пояса - основная часть туловища) производили с помощью свинцового экрана, граница которого проходила на уровне плечевого пояса.
Полученные данные были обработаны с помощью непараметрических критериев (критерий и Вилкоксона-Манна-Уитни, парный критерий Т Вилкоксона).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Исследование динамики условнорефлектор-ной деятельности крыс при облучении головы с экранированием основной части туловища показало, что по исследуемым критериям облучение головы практически адекватно тотальному. Как при тотальном, так и при парциальном облучении в первые минуты условный рефлекс выпадал
практически полностью (менее 10% условноре-флекторных реакций) (рис. 1). Симптомы РПН (судороги, кружение на месте, дискоординация движений) у подопытных животных сохранялись в полной мере (средняя продолжительность этого состояния - 2.4 ± 0.5 мин).
По некоторым показателям условнорефлек-торная деятельность парциально облученных животных характеризовалась даже более глубокими нарушениями. В частности, у них наблюдалось более резкое повышение и в дальнейшем резкие колебания латентного периода условного рефлекса (рис. 2), увеличение числа межсигальных реакций в первые часы после облучения (таблица). Однако далее условнорефлекторная деятельность животных с облученной головой восстанавливалась несколько быстрее, чем при тотальном облучении и к 1-3 ч после облучения достигала субнормального уровня, достоверно не отличаясь от контрольной. На 2-4-е сут, как и при тотальном облучении, число условнорефлекторных реакций прогрессивно снижалось и оставалось на низком уровне, несмотря на то, что клиническое состояние животных было значительно лучше - у них развивался оральный синдром при отсутствии клинических признаков кишечного синдрома (поноса, истощения и пр.). Более резкие колебания латентного периода условного рефлекса свидетельствовали о даже более выраженной нестабильности соотношения нервных процессов в высших отделах ЦНС у этих животных. Кроме того, у одной крысы развилось стойкое запредельное торможение с появлением парадоксальной фазы и началом развития невротических реакций.
Экранирование головы подопытных животных, напротив, практически полностью предотвращало развитие РПН, симптомов которого не наблюдалось ни у одной крысы. За менее резким снижением числа условнорефлекторных реакций, чем при облучении головы и тотальном облучении, последовало быстрое и эффективное (до уровня контроля) восстановление этого пока-
Латентный период усло
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.