Статья: Реакция нейронов внутренних слоев сетчатки глаза на комбинированное воздействие ионизирующей радиации и света

Реакция нейронов внутренних слоев сетчатки глаза на комбинированное воздействие ионизирующей радиации и света

Потапов А.В.

Светлик М.В.

Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск

Целью настоящей работы являлось установление характера модифицирующего влияния ионизирующей радиации на повреждения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев сетчатки, вызываемые светом.

Исследование показало, что изменения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев после рентгеновского, светового (200 лк, 1, 2, 7, 14, 30 сут) и комбинированного воздействий носят сходный характер, но различаются по степени выраженности и проявляются реактивными и деструктивными изменениями органелл. Ассоциативные нейроны показали относительную резистентность к изучаемым воздействиям по сравнению с мультиполярными нейроцитами ганглионарного слоя. Комбинированное облучение ионизирующей радиацией и светом вызывает значительное увеличение количества гиперхромных и пикнотичных мультиполярных нейронов ганглионарного слоя сетчатки. Синергический эффект наиболее выражен на 7--14-е сут эксперимента и проявляется прогрессирующим увеличением числа гиперхромных мультиполярных нейронов.

Ключевые слова: ассоциативные, мультиполярные нейроны, свет, рентгеновское излучение.

сетчатка зрительный свет анализатор

The purpose of the presented work was the establishment of a character of modifying influence of ionizing radiation on damages of neurons of internal nuclear and ganglionic layers of a retina caused by light.

The investigation revealed that changes of neurons of the internal nuclear and ganglionic layers after X-ray, light (200 lk, the 1st, 2nd, 7th, 14th, 30th days) and combined influence have similar nature, but differ in a degree of expression and manifest by reactive and destructive changes of organelles. Associated neurons showed relative resistance to investigated influences in comparison with multi-polar neurons of ganglionic layer. Combined ionizing radiation and light cause substantial growth of number of hyper-chrome and picnotic multi-polar neurons of ganglionic layer of a retina. Synergic effect is mostly expressed on 7-th-14-th day of the experiment and results in progressing growth of the number of hyper chrome multi-polar neurons.

Key words: associative, multipolar neurons, light, X-ray radiation.

Введение

Повреждения сетчатой оболочки глаза человека наблюдаются даже при применении в клинике офтальмоскопической техники и операционных микроскопов [6, 7, 10]. К настоящему времени накоплена значительная информация, касающаяся клинико-эпидемиологических и функциональных нарушений зрительного анализатора при воздействии ионизирующей радиации и света. В литературе подавляющее большинство авторов отмечают повреждающее действие света различной интенсивности на компоненты гематоретинального барьера и нейросенсорные клетки [5, 8, 9, 11]. Крайне мало сведений о реакции и количественной оценке изменений на световое и комбинированное облучения ассоциативных и ганглионарных нейронов сетчатки.

Цель настоящей работы -- установить характер модифицирующего влияния ионизирующей радиации на повреждения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев сетчатки, вызываемые светом.

Материал и методы

Эксперименты проведены на 100 беспородных половозрелых белых крысах обоего пола массой 180--200 г. Животных 1-й группы (n = 25) в течение 1, 2, 7, 14, 30 сут подвергали равномерному облучению люминесцентными лампами ЛБ-40. Освещенность крыс составила 200 лк. Крыс 2-й группы (n = 25) подвергали однократному тотальному рентгеновскому облучению в дозе 5 Гр с помощью аппарата РУМ-17 (Россия), а крыс 3-й группы (n = 25) -- комбинированному воздействию рентгеновского излучения и света в указанных параметрах с интервалом в 1 ч. Количество животных на каждую экспериментальную точку -- 5.

В качестве контроля использовали интактных крыс (n = 25), содержавшихся в условиях искусственного светового режима (12 ч -- день, 12 ч -- ночь). Интенсивность дневного освещения составляла 25 лк. Забор материала осуществляли декапитацией сразу после экспериментального воздействия и через 1, 2, 7, 14, 30 сут.

Глазные яблоки фиксировали в жидкости Карнуа и заливали в парафин. Для ультраструктурного анализа центральные участки задней стенки глаза фиксировали в 2,5%-м глютаральдегиде на какодилатном буфере (рН = 7,4). Материал постфиксировали в 2%-м растворе четырехокиси осмия и заливали в эпон. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, просматривали и фотографировали в электронном микроскопе JEM-100 CX-II (Япония). На поперечных срезах сетчатки толщиной 5--7 мкм, окрашенных гематоксилином и эозином, подсчитывали количество ассоциативных и ганглионарных нейронов в поле зрения, определяли их соотношение. На полутонких срезах, окрашенных толуидиновым синим, вычисляли процент гиперхромных и пикноморфных нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев на 200 клеток с каждой сетчатки. Подсчет клеток производили в окулярной рамке на площади 900 мкм2 с пяти срезов с каждой сетчатки при увеличении 10 ? 90.

При проведении статистической обработки результатов использованы методы описательной статистики (определение среднего значения M и ошибки среднего m), непараметрический критерий Манна--Уитни. Критический уровень значимости р задавался величиной 0,05. По данным экспериментов проводилось построение математической модели изменений при помощи методов обобщенной регрессии, реализованных в программной среде mathCAD.

Результаты и обсуждение

Изменения горизонтальных нейронов внутреннего ядерного слоя во все сроки эксперимента проявляются набуханием и отеком цитоплазмы различной степени выраженности. Ультрамикроскопически выявляются расширение цистерн эндоплазматического ретикулума, набухание и частичная деструкция крист митохондрий. Необходимо отметить, что единичные горизонтальные нейроны, измененные подобным образом, встречаются и в контроле.

Биполярные и особенно амакринные нейроны подвергаются не только реактивным, но и деструктивным изменениям. При этом амакринные нейроны чаще вовлекаются в деструктивные процессы по сравнению с биполярными нейронами. После 1--2 сут светового и рентгеновского облучений ассоциативные нейроны характеризуются набуханием митохондрий, расширением цистерн эндоплазматического ретикулума. В мультиполярных нейронах ганглионарного слоя наблюдается расширение цистерн эндоплазматической сети, набухание митохондрий, уменьшение числа полисом и появление микровезикул в цитоплазме.

После 7 сут светового облучения ассоциативные нейроны внутреннего ядерного слоя можно разделить на два типа: «светлые» и «темные». Перикарионы «светлых» клеток отечные. В их цитоплазме наблюдается деструкция органелл, гипертрофия комплекса Гольджи, содержится большое количество отечных митохондрий. «Темные» характеризуются более конденсированным хроматином в ядре и меньшими размерами клеток. В них увеличено число органелл, а цитоплазма содержит много свободных рибосом. Данные клетки располагаются на границе с наружным сетчатым слоем. После 14--30 сут светового воздействия в ассоциативных нейронах внутреннего ядерного слоя наблюдается вакуолизация цитоплазмы и деструкция органелл.

После 1--2 сут комбинированного воздействия изменения внутреннего ядерного слоя характеризуются явлениями отека цитоплазмы и части органелл биполярных и амакринных нейронов. Небольшая часть нервных клеток гиперхромна и пикноморфна. Ганглионарные нейроны характеризуются появлением вакуолей и деструкцией митохондрий.

После 7--14 сут комбинированного облучения одновременно с деструктивными процессами в ассоциативных нейронах наблюдаются реактивные изменения, характеризующиеся складчатостью ядра, набуханием митохондрий, расширением цистерн эндоплазматической сети. В нейроцитах выявляются морфологические признаки репаративных процессов, которые характеризуются увеличением в цитоплазме числа свободных рибосом, повышением содержания гранулярного компонента ядрышек и увеличением числа последних. После 30 сут комбинированного облучения наряду с репаративными процессами в части нейронов внутреннего ядерного слоя деструктивные изменения усиливаются, что характеризуется появлением крупных вакуолей, более грубой деструкцией митохондрий и образованием в цитоплазме мембранных комплексов и миелиноподобных тел.

После 7 сут светового и комбинированного облучений структурные изменения мультиполярных нейронов ганглионарного слоя носят сходный характер. Среди них появляются «темные» клетки, которые характеризуются деформацией ядра и перикариона, высокой электронной плотностью карио- и цитоплазмы, редукцией органелл. В некоторых ганглионарных нейронах, напротив, наблюдается повышение содержания первичных и вторичных лизосом. В поздние сроки (через 14, 30 сут) после воздействия рентгеновского излучения мультиполярные нейроны ганглионарного слоя по своему строению не отличаются от такового в контроле, а в соответствующие сроки светового и комбинированного облучений изменения сохраняются и прогрессируют. В цитоплазме данных нейронов наблюдается появление мембранных комплексов и миелиноподобных тел.

На рис. 1 отражена динамика изменений содержания гиперхромных и пикноморфных ассоциативных нейронов внутреннего ядерного слоя после воздействия изучаемых факторов. Через 1 сут после окончания воздействия ионизирующей радиации число гиперхромных ассоциативных нейронов увеличивается в 2 раза относительно контроля (p < 0,05). На 14-е сут эксперимента содержание данных клеток достигает (3,16 0,74)% (в контроле -- (0,50 0,13)%) и не меняется до 30-х сут эксперимента (p < 0,05).

После 7 сут облучения светом содержание гиперхромных ассоциативных нейронов возрастает до (14,67 3,25)%, что в 1,5 раза (p < 0,05) больше соответствующих значений после комбинированного воздействия. Дальнейший анализ данного показателя свидетельствует о том, что после 30 сут облучения он снижается в 2,3 раза, превышая соответствующие значения в контроле (p < 0,05). Различий в количестве гиперхромных ассоциативных нейронов после 14, 30 сут светового и комбинированного облучений не выявлено (p < 0,05).

После воздействия ионизирующей радиации и света во все сроки эксперимента число пикноморфных нейронов внутреннего ядерного слоя достоверно не превышает таковое в контроле (p < 0,05).

После 7 сут комбинированного облучения содержание пикноморфных ассоциативных нейронов в 1,4 раза превышает соответствующие значения после светового облучения (p < 0,05). Дальнейший анализ динамики изменений указанного показателя свидетельствует о его повышении, и на 30-е сут эксперимента он достигает (4,46 1,22)% (в контроле -- (1,94 0,23)%), что, по-видимому, свидетельствует об усилении деструктивных процессов в указанный срок.

На 14-е сут после воздействия ионизирующей радиацией содержание гиперхромных мультиполярных нейронов ганглионарного слоя достоверно в 2 раза превышает контрольные значения, но к 30-м сут происходит снижение данного показателя до значений в контрольной группе (рис. 2). После 7 сут комбинированного воздействия число гиперхромных ганглионарных нейронов в 3,8 раза, а число пикноморфных мультиполярных нейронов ганглионарного слоя в 6 раз превышает соответствующие значения в серии со световым воздействием.

После 14 сут комбинированного облучения содержание гиперхромных мультиполярных нейронов ганглионарного слоя максимально в данной серии эксперимента и составляет (28,97 2,15)% (контроль -- (3,40 2,83)%), превышая данный показатель после светового воздействия в 7,6 раза (р < 0,05). После 30 сут комбинированного воздействия количество пикноморфных ганглионарных нейронов снижается, по-видимому, за счет фагоцитоза деструктивно измененных клеток радиальными глиоцитами и астроцитами и составляет (6,67 2,42)%.

Анализ среднего количества ассоциативных и мультиполярных нейронов ганглионарного слоя в поле зрения после ионизирующего, светового и комбинированного воздействий свидетельствует о том, что число данных клеток остается неизменным и достоверно не отличается от контрольных значений во всех сериях группы.

Рис. 1. Содержание гиперхромных и пикноморфных нейронов внутреннего ядерного слоя после ионизирующего (5 Гр), светового (200 лк) и комбинированного облучений. Здесь и на рис. 2 статистически достоверные отличия р < 0,05 при сравнении: * -- различных облучений с контролем; • -- комбинированного и светового воздействий

Рис. 2. Содержание гиперхромных и пикноморфных нейронов ганглионарного слоя после ионизирующего (5 Гр), светового (200 лк) и комбинированного облучений

В результате проведенного математического моделирования было показано, что содержание гиперхромных и пикноморфных нейронов внутренних слоев сетчатки после воздействия ионизирующей радиацией (5 Гр), светом низкой интенсивности и их комбинации могут быть описаны следующими функциями:

для рентгеновского излучения в дозе 5 Гр

F(T) = a0t + a1t2/3 + a2t3/4 + a3 e-t;

для светового и комбинированного воздействий

F(T) = a0t + a1t1/2 + a2t3/2 + a3 e-t,

где F(T) -- количество гиперхромных и пикноморфных клеток; ai -- коэффициенты, полученные при моделировании, для соответствующего пула клеток (таблица); t -- время воздействия, сут.

Таким образом, изменения нейронов внутреннего ядерного и ганглионарного слоев после рентгеновского, светового и комбинированного воздействий носят сходный характер, но различаются по степени выраженности и проявляются реактивными и деструктивными изменениями органелл. Ассоциативные нейроны в ходе настоящего исследования показали относительную резистентность к изучаемым воздействиям по сравнению с мультиполярными нейроцитами ганглионарного слоя.

Коэффициенты, полученные при моделировании