Введение к работе
1.1 Актуальность темы. Изучение структурных основ деятельности головного
мозга в норме и при различных воздействиях является традиционным и важнейшим
направлением современной нейроморфологии. Несмотря на большое количество ра
бот, посвященных функциональной нейрогистологии, многие фундаментальные во
просы этой важной для биологии и медицины проблемы, прежде всего в отношении
структур центральной нервной системы, освящены недостаточно (Семченко В. В.,
2012; Обухов Д. К., 2016; Орлянская Т. Я., 2016).
В Российской Федерации эта проблема отражается в работах по изучению воздействия высоких и низких доз свинца в пренатальном и постнатальном периоде на нервную систему экспериментальных животных и человека (Артамонова В. Г., 1996; Давыдова С. А., 1996; Трахтенберг И. М. и др., 2000, 2001, 2003; Корбакова А. И., 2001; Агаджанян Н. А., 2002; Привалова Л. И., 2002; Солонина Н. В., 2003; Ляшенко О. В., 2004; Белолюбская Д. С., 2008; Рыжавский Б. Я., 2009; Кулбалиева Ж. Ж., 2010; Шубина О. С., 2011; Wang W. G. et al., 2006; Shubina O. S., 2016).
Имеются данные о некоторых морфологических и морфометрических параметрах нейронов и поведенческих сдвигах с акцентом на решение узкоспециализированных вопросов, а общие закономерности изменения структурной основы интегратив-но-пусковой деятельности головного мозга после различных воздействий остаются малоизученными. Особый интерес представляет выяснение последствия влияния свинца на нейроны головного мозга при постнатальной интоксикации (Шамова О. В., 2004; Zhang J. et al., 2004).
Актуально исследование роли экзо- и эндогенных антиоксидантов в нормальных и патологических условиях (Евстигнева Р. П. и соавт., 1998; Патараиа Г., 2001; Инчина В. И., 2002; Зорькина A. B., 2002; Пронин А. В., 2016). Препараты с антиок-сидантными свойствами «Дигидрокверцетин Плюс» и «Селмевит» применяются при различных видах патологических состояний организма (Макашева Л. О., 2010; Наку-сов Т. Т., 2010). Однако исследования по изучению их эффективности на головной мозг, поврежденный вследствие действия свинца в постнатальном периоде, отсутствуют. Экспериментальное изучение структурных основ нейротоксического действия свинцовых соединений необходимо для получения углубленного представления о морфологических преобразованиях в высших отделах центральной нервной системы, для определения нейропротекторных свойств и фундаментального обоснования использования антиоксидантных препаратов в условиях острого воздействия свинца. С учетом выраженной защитной функции и высокой реактивности лейкоцитов периферической крови представляется целесообразным изучение их количественного содержания для оценки степени эндогенной интоксикации животного организма, клеточного и гуморального звеньев иммунитета и эффективности применения антиокси-дантов при остром отравлении соединениями свинца.
1.2 Степень разработанности темы. В последние годы отечественными уче
ными активно ведутся исследования патологических состояний головного мозга раз
личного генеза (Повалихин Р. Г., 2007; Белолюбская Д. С., 2010; Федоров В. П.,
2009; Сухорукова Е. Г., 2011; Маслов Н. В., 2012). Зарубежные исследования частич
но отражают характер последствий влияния свинца на нейроны коры головного мозга
(Winder С., 1993; Zhang R. L., 1994; Gao D., 2006; Zawadzki M., 2006; Charles River La
boratories, 2008).
Часть работ посвящена изучению способов ликвидации или минимизации последствий действия токсических веществ на головной мозг при помощи препаратов с антиоксидантными свойствами (Чепракова В. А., 2001; Козина Л. С., 2007; Liebler D. C., 1986). Однако поиск препаратов, способствующих коррекции токсического состояний, профилактике формирования токсических энцефалопатий далеко не завершен.
Данная экспериментальная работа выполнялась на кафедре биологии, географии и методик обучения, на базе научно-исследовательской лаборатории «Цифровая микроскопия» научно-образовательного центра «Естественно-научное образование» ФГБОУ ВО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева» в 2013 – 2016 гг.
1.3 Цель и задачи исследования. Цель – выявить закономерности структурно-
функциональной реорганизации нейрональных популяций в сенсомоторной коре моз
га и лейкоцитарного профиля крови у половозрелых белых крыс при острой интокси
кации ацетатом свинца и применении антиоксидантов.
Задачи исследования:
1. Для определения общего состояния животных изучить изменения нейрофи
зиологического статуса, ориентировочно-исследовательского поведения, эмоцио
нального состояния, морфологии крови при интоксикации ацетатом свинца и исполь
зовании антиоксидантов.
2. Изучить гистологические изменения и провести сравнительное изучение
нейрональных популяций в ассоциативных и эфферентных слоях сенсомоторной ко
ры большого мозга у белых крыс при остром отравлении ацетатом свинца.
3. Выяснить роль апоптоза в реорганизации нейроцитоархитектоники на осно
вании выявления экспрессии белков р53 и семейства bcl-2 в сенсомоторной коре
большого мозга при интоксикации ацетатом свинца.
4. Оценить структурно-функциональные изменения в сенсомоторной коре
большого мозга и лейкоцитов крови у белых крыс при интоксикации ацетатом свинца
и применении антиоксидантов «Дигидрокверцетин Плюс» и «Селмевит».
1.4 Научная новизна исследования.
На основе комплексных морфологических, гистологических, иммуногистохи-мических, морфометрических, нейрофизиологических и статистических исследований выявлены закономерности структурно-функциональной реорганизации нейро-нальных популяции ассоциативных и эфферентных слоев в сенсомоторной коре большого мозга и субпопуляций Т и В- лимфоцитов на фоне нейтрофильного и эози-нофильного лейкоцитоза, моноцитарной и лимфоцитарной лейкопении у белых крыс при интоксикации ацетатом свинца и применении антиоксидантов с различной степенью выраженности нейропротекторного действия.
1.5 Теоретическая и практическая значимость работы. В исследовании дана
сравнительная гистологическая, морфометрическая и иммуногистохимическая харак
теристика реорганизации нейрональных популяций ассоциативных и эфферентных
слоев в сенсомоторной коре большого мозга у белых крыс при острой интоксикации
ацетатом свинца, а так же показаны изменения содержания и распределения р53- и
bсl2-позитвных нейронов, иммуносупресия (развитие дефицита Т- и В-лимфоцитов)
на фоне компенсаторного нейтрофильного и эозинофильного лейкоцитоза, что важно
для теоретического понимания механизмов влияния токсиканта на нервную ткань,
биорезистентность организма животных и поиска нейропротекторных средств.
Впервые экспериментально показано нейропротекторное действие препаратов с антиоксидантными свойствами «Дигидрокверцетин Плюс» и «Селмевит» на нейроны сенсомоторной коры головного мозга при свинцовом воздействии на организм животных. В большей степени протекторным качеством обладает «Дигидрокверцетин Плюс», в значительно меньшей «Селмевит».
Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в образовательном процессе по анатомии и гистологии сельскохозяйственных животных в вузах биологического и ветеринарного профиля при изучении реактивных свойств нервной ткани, экологами в практической реализации исследований, посвященных углубленному изучению влияния ацетата свинца на нервную систему животных и разработке мер профилактики. Данные о воздействии препаратов с антиоксидантными свойствами могут быть применены ветеринарными специалистами для апробации методов коррекции дефектов развития головного мозга, в том числе вызванных воздействием ацетата свинца.
1.6 Материалы, методология и методы исследования. Данное исследование
проведено на 356 белых беспородных половозрелых крысах-самцах, которые были
разделены на 4 группы. Первая – контрольная, первая опытная группа – получала в
течение 7 суток перорально ацетат свинца в дозе 45 мг/кг/сутки, вторая и третья
опытные группы – получали в течение 7 суток ацетат свинца в той же дозе, а затем в
течение 7 суток препараты «Дигидрокверцетин Плюс» и «Селмевит» соответственно.
Выполнен анализ научно-экспериментальных работ отечественных и зарубежных ученых и их синтез. Основными методами в работе являлись: экспериментальный, гистологический, иммуногистохимический, иммуноцитохимический, морфомет-рический, нейрофизиологический, гематологический, статистический.
Методология исследования заключается в применении высокоинформативных адекватных задачам методов морфологического, иммуногистохимического, иммуно-цитологического, нейрофизиологического, токсикологического и статистического анализа, направленных на выяснение закономерностей структурно-функциональной реорганизации нейрональных популяций в сенсомоторной коре экспериментальных животных в условиях острого воздействия ацетатом свинца и определение нейропро-текторных свойств антиоксидантных препаратов.
1.7 Положения, выносимые на защиту:
1. Острая интоксикация ацетатом свинца вызывает структурно-
функциональную реорганизацию нейронных популяций (преимущественно в эффе
рентных слоях) сенсомоторной коры у экспериментальных животных, проявляющую
ся в уменьшении количества нормохромных нейронов, увеличении содержания де
структивно измененных нейронов, снижении общей численной плотности нервных
клеток, изменении толщины слоев и цитологических параметров нейронов с одно
временным нарушением поведенческих реакций и перестройкой лейкоцитарного
профиля крови.
-
Интоксикация ацетатом свинца приводит к активизации процессов апоптоза в нейронах и наряду с некрозом к их гибели в сенсомоторной коре.
-
Антиоксидантный препарат «Дигидрокверцетин Плюс» оказывает выраженное нейропротекторное действие, существенно уменьшая деструктивные и стимулируя компенсаторно-восстановительные изменения в коре большого мозга, в значительной степени нормализует поведенческие реакции и показатели крови у животных, подвергшихся острому воздействию ацетатом свинца крови. Поливитаминный комплекс «Селмевит» обладает слабым нейропротекторным свойством.
1.8 Степень достоверности и апробация результатов. Работа выполнена на
достаточном количестве животных с применением комплекса современных информа
тивных методов исследования, полученные результаты обработаны статистически,
что определяет достоверность основных положений и выводов диссертации.
Материалы исследования используются в научных и учебных целях на кафед
рах биологического и морфологического профиля: Мордовского педагогического ин
ститута; Брянского, Мордовского государственных университетов; Санкт-
Петербургской академий ветеринарной медицины; Омского, Оренбургского, Ставро
польского аграрных университетов; Орловской, Ивановской, Костромской сельскохо
зяйственных академий.
1.9 Публикация результатов исследований. По материалам диссертации
опубликовано 12 работ, в том числе 6 работ в журналах из перечня рекомендованных
в ВАК Министерства образования и науки РФ и 1 работа – в журнале, входящем в ба
зу цитирования Scopus.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых – «49-е Евсевьевские чтения» (Саранск, 2013); на Всероссийской заочной студенческой научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в студенческих исследованиях (биология, экология и химия)» (Саранск, 2014); на Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых – «50-е Евсевьевские чтения» (Саранск, 2015); на Международной научно-практической конференции «Новая наука: теоретический и практический взгляд» (Нижний Новгород, 2016); на Международной научно-практической конференции «Новая наука: теоретический и практический взгляд» (Ижевск, 2016).
1.10 Личный вклад соискателя.
Исследование по изучению влияния ацетата свинца на кору головного мозга и кровь и при введении антиоксидантов выполнено лично автором.
1.11 Структура и объем диссертации.
Диссертация изложена на 175 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения результатов исследований, заключения, практических рекомендаций и списка литературы, который включает 247 источников, из которых отечественных работ – 179, иностранных – 68. Текст иллюстрирован 31 рисунком (фотографии, графики) и 26 таблицами.