Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром
Досліджували ультраструктурні зміни в нейронах кори фронтальної частки великих півкуль щура, індуковані хронічною інтоксикацією тварин метилтретбутиловим ефіром (МТБЕ; щоденні дози внутрішньошлункового введення в експериментальних групах 0.5, 5, 50 або 500 мг/кг). Протягом 60 діб експерименту тварин...
Saved in:
| Published in: | Нейрофизиология |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68371 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром / В.Г. Черкасов, Д.А. Василенко, А.А. Парахін // Нейрофизиология. — 2010. — Т. 42, № 6. — С. 471-481. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68371 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Черкасов, В.Г. Василенко, Д.А. Парахін, А.А. 2014-09-21T18:59:59Z 2014-09-21T18:59:59Z 2010 Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром / В.Г. Черкасов, Д.А. Василенко, А.А. Парахін // Нейрофизиология. — 2010. — Т. 42, № 6. — С. 471-481. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0028-2561 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68371 611.16:611.813.11:616-099:547.271:611-08:599.323.4 Досліджували ультраструктурні зміни в нейронах кори фронтальної частки великих півкуль щура, індуковані хронічною інтоксикацією тварин метилтретбутиловим ефіром (МТБЕ; щоденні дози внутрішньошлункового введення в експериментальних групах 0.5, 5, 50 або 500 мг/кг). Протягом 60 діб експерименту тварини не втрачали життєздатності під дією МТБЕ у найвищих дозах, але при цьому в кортикальних нейронах розвивались істотні негативні структурні зміни. У значній частині мітохондрій спостерігалися набряк, зменшення кількості крист, деструкція зовнішньої мембрани і, кінець кінцем, перетворення на вакуолі. Ендоплазматичний ретикулум зазнавав співставних модифікацій (дилатації та деструкції цистерн та інтенсивної вакуолізації). Підвищувалась осміофілія ядер нейронів, вони також деформувалися, порушувалася цілісність ядерної оболонки. Інші клітинні органели також зазнавали просторового перерозподілу та деструкції. Всі ці зміни призводили до загибелі значної частини нейронів кори через інтенсивний апоптоз та наступного фагоцитування апоптотичних тіл мікрогліоцитами. Зазначені зміни проградієнтно наростали в перебігу експерименту (до 60 діб). Їх характер був найдраматичнішим при найвищих використаних дозах МТБЕ (500 мг/кг), але відповідні прояви були очевидними (хоча й слабкими) навіть при низьких дозах (0.5 та 5 мг/кг). Характерними властивостями ультраструктурних модифікацій у фронтальній корі під впливом МТБЕ в усіх використаних дозах були поліморфізм та варіативність. Отже МТБЕ – агент, котрий широко застосовується в промисловості і транспорті та, як вважають, демонструє порівняно низьку інтегральну токсичність, – справляє потужну негативну нейротропну дію на нейронні системи кори великих півкуль, різко інтенсифікуючи процеси апоптозу в цих ст руктурах. uk Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України Нейрофизиология Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром |
| spellingShingle |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром Черкасов, В.Г. Василенко, Д.А. Парахін, А.А. |
| title_short |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром |
| title_full |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром |
| title_fullStr |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром |
| title_full_unstemmed |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром |
| title_sort |
ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром |
| author |
Черкасов, В.Г. Василенко, Д.А. Парахін, А.А. |
| author_facet |
Черкасов, В.Г. Василенко, Д.А. Парахін, А.А. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Нейрофизиология |
| publisher |
Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України |
| format |
Article |
| description |
Досліджували ультраструктурні зміни в нейронах кори фронтальної частки великих півкуль щура, індуковані хронічною інтоксикацією тварин метилтретбутиловим ефіром (МТБЕ; щоденні дози внутрішньошлункового введення в експериментальних групах 0.5, 5, 50 або 500 мг/кг). Протягом 60 діб експерименту тварини не втрачали життєздатності під дією МТБЕ у найвищих дозах, але при цьому в кортикальних нейронах розвивались істотні негативні структурні зміни. У значній частині мітохондрій спостерігалися набряк, зменшення кількості крист, деструкція зовнішньої мембрани і, кінець кінцем, перетворення на вакуолі. Ендоплазматичний ретикулум зазнавав співставних модифікацій (дилатації та деструкції цистерн та інтенсивної вакуолізації). Підвищувалась осміофілія ядер нейронів, вони також деформувалися, порушувалася цілісність ядерної оболонки. Інші клітинні органели також зазнавали просторового перерозподілу та деструкції. Всі ці зміни призводили до загибелі значної частини нейронів кори через інтенсивний апоптоз та наступного фагоцитування апоптотичних тіл мікрогліоцитами. Зазначені зміни проградієнтно наростали в перебігу експерименту (до 60 діб). Їх характер був найдраматичнішим при найвищих використаних дозах МТБЕ (500 мг/кг), але відповідні прояви були очевидними (хоча й слабкими) навіть при низьких дозах (0.5 та 5 мг/кг). Характерними властивостями ультраструктурних модифікацій у фронтальній корі під впливом МТБЕ в усіх використаних дозах були поліморфізм та варіативність. Отже МТБЕ – агент, котрий широко застосовується в промисловості і транспорті та, як вважають, демонструє порівняно низьку інтегральну токсичність, – справляє потужну негативну нейротропну дію на нейронні системи кори великих півкуль, різко інтенсифікуючи процеси апоптозу в цих ст руктурах.
|
| issn |
0028-2561 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68371 |
| citation_txt |
Ультраструктурні зміни нейронів фронтальної кори щура під впливом інтоксикації метилтретбутиловим ефіром / В.Г. Черкасов, Д.А. Василенко, А.А. Парахін // Нейрофизиология. — 2010. — Т. 42, № 6. — С. 471-481. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT čerkasovvg ulʹtrastrukturnízmínineironívfrontalʹnoíkoriŝurapídvplivomíntoksikacíímetiltretbutilovimefírom AT vasilenkoda ulʹtrastrukturnízmínineironívfrontalʹnoíkoriŝurapídvplivomíntoksikacíímetiltretbutilovimefírom AT parahínaa ulʹtrastrukturnízmínineironívfrontalʹnoíkoriŝurapídvplivomíntoksikacíímetiltretbutilovimefírom |
| first_indexed |
2025-11-24T15:58:06Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:58:06Z |
| _version_ |
1850849860590239744 |
| fulltext |
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6 471
УДК 611.16:611.813.11:616-099:547.271:611-08:599.323.4
В. Г. ЧЕРКАСОВ1, Д. А. ВАСИЛЕНКО2, А. А. ПАРАХІН1
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ НЕЙРОНІВ ФРОНТАЛЬНОЇ КОРИ ЩУРА ПІД
ВПЛИВОМ ІНТОКСИКАЦІЇ МЕТИЛТРЕТБУТИЛОВИМ ЕФІРОМ
Надійшла 10.12.10
Досліджували ультраструктурні зміни в нейронах кори фронтальної частки великих
півкуль щура, індуковані хронічною інтоксикацією тварин метилтретбутиловим ефіром
(МТБЕ; щоденні дози внутрішньошлункового введення в експериментальних групах 0.5,
5, 50 або 500 мг/кг). Протягом 60 діб експерименту тварини не втрачали життєздатності
під дією МТБЕ у найвищих дозах, але при цьому в кортикальних нейронах розвивались
істотні негативні структурні зміни. У значній частині мітохондрій спостерігалися на-
бряк, зменшення кількості крист, деструкція зовнішньої мембрани і, кінець кінцем, пе-
ретворення на вакуолі. Ендоплазматичний ретикулум зазнавав співставних модифікацій
(дилатації та деструкції цистерн та інтенсивної вакуолізації). Підвищувалась осміофілія
ядер нейронів, вони також деформувалися, порушувалася цілісність ядерної оболон-
ки. Інші клітинні органели також зазнавали просторового перерозподілу та деструкції.
Всі ці зміни призводили до загибелі значної частини нейронів кори через інтенсивний
апоптоз та наступного фагоцитування апоптотичних тіл мікрогліоцитами. Зазначені
зміни проградієнтно наростали в перебігу експерименту (до 60 діб). Їх характер був
найдраматичнішим при найвищих використаних дозах МТБЕ (500 мг/кг), але відповідні
прояви були очевидними (хоча й слабкими) навіть при низьких дозах (0.5 та 5 мг/кг).
Характерними властивостями ультраструктурних модифікацій у фронтальній корі під
впливом МТБЕ в усіх використаних дозах були поліморфізм та варіативність. Отже
МТБЕ – агент, котрий широко застосовується в промисловості і транспорті та, як вважа-
ють, демонструє порівняно низьку інтегральну токсичність, – справляє потужну нега-
тивну нейротропну дію на нейронні системи кори великих півкуль, різко інтенсифікуючи
процеси апоптозу в цих структурах.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: фронтальна частка кори великих півкуль, метилтретбутило-
вий ефір, ультраструктурні модифікації, апоптоз.
1 Національний медичний університет ім. О. О. Богомольця МОЗ України,
Київ (Україна).
2 Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна).
Ел. пошта: andrii_parakhin@ukr.net (В. Г. Черкасов, А. А. Парахін);
neu_nei@yahoo.com (Д. А. Василенко).
ВСТУП
Високий рівень забруднення довкілля в Украї-
ні є потужним чинником негативного впливу на
здоров’я населення. Одним з основних забруднюва-
чів довкілля в глобальному масштабі в теперішній
час став метилтретбутиловий ефір (МТБЕ) – речо-
вина, яка знайшла широке використання в багатьох
галузях промисловості та транспорту. Він інтен-
сивно застосовується в синтезі поліетилену, полі-
пропілену, полівінілхлориду тощо, але найбільшо-
го поширення (після відмови від тетраетилсвинцю)
ця речовина набула як антидетонаційна добавка
до бензину, що істотно підвищує октанове число
останнього [1–3]. Отже, МТБЕ може безпосеред-
ньо впливати на досить широкі категорії населення
(водіїв, працівників хімічних підприємств та пунк-
тів заправки, ремонтників тощо). Показано, крім
того, що частина МТБЕ не згоряє в двигунах авто-
мобілів у перебігу їх роботи і потрапляє в повітря
в незміненому стані. Внаслідок цього можуть за-
бруднюватись як атмосферне повітря, так і (опо-
середковано) продукти харчування, вода поверхне-
вих джерел та підземні води, що використовуються
для водопостачання та господарсько-побутових по-
треб населення [1, 2].
МТБЕ за нормативною класифікацією був від-
несений до агентів з відносно невисокою токсич-
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6472
В. Г. ЧЕРКАСОВ, Д. А. ВАСИЛЕНКО, А. А. ПАРАХІН
ністю і, відповідно, помірним негативним впливом
на здоров’я населення. Проте цей висновок у міру
того, як біологічні ефекти даної сполуки почали
піддавати поглибленим дослідженням, став викли-
кати істотні сумніви [1–3].
У нашій роботі ми вивчали ультраструктур-
ні зміни в нервових клітинах фронтальної частки
кори великих півкуль мозку щура, що розвивають-
ся в умовах хронічної інтоксикації МТБЕ.
МЕТОДИКА
Дослідження було проведено на 90 статевозрілих
білих щурах-самцях, які були поділені на п’ять груп
по 18 тварин у кожній. Щурам ІІ–V груп щоденно
вводили внутрішньошлунково за допомогою зонда
МТБЕ в олійному розчині в дозах 0.5, 5, 50 та 500 мг/кг
маси тіла відповідно. Група І була контрольною,
і щурам, що входили до неї, вводили тільки олію.
Ми використовували внутрішньошлункове (а не
інгаляційне, як у більшості досліджень) уведення
тестованого агента, оскільки це дозволяло точні-
ше контролювати потрапляння МТБЕ до організму.
Згідно з існуючими нормативними даними [1–3],
найвища щоденна доза МТБЕ, використана в на-
ших дослідах, складає приблизно 10 % разової на-
півлетальної дози (LD50).
Утримання тварин та маніпуляції з ними прово-
дили у відповідності до положень «Загальних етич-
них принципів експериментів на тваринах», ухва-
лених Першим національним конгресом з біоетики
(Київ, 2001), та положень Європейської конвенції
про захист хребетних тварин, які використовують-
ся в експериментальних та інших наукових цілях
(Страсбург, 1985).
Забір матеріалу здійснювався під ефірним нар-
козом через одну, три, вісім, 15, 22 та 60 діб піс-
ля початку введень МТБЕ (по три щури з кожної
групи). Після декапітації та розтину черепа швид-
ко вирізали за допомогою леза невеликі шматочки
сірої речовини фронтальних часток кори великих
півкуль. Матеріал для електронномікроскопічних
досліджень фіксували за загальноприйнятою мето-
дикою, після чого зневоднювали в етанолі зроста-
ючих концентрацій та абсолютному ацетоні (з по-
передньою додатковою фіксацією) і контрастували
в насиченому розчині уранілацетату.
Ультратонкі зрізи вивчали під електронним мі-
кроскопом при збільшеннях на екрані від 2000 до
124000. Дослідження виконувалося на базі відді-
лу електронної мікроскопії (науковий керівник –
проф. Л. О. Стеченко) Інституту проблем патології
Національного медичного університету ім. О. О. Бо-
гомольця МОЗ України.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
При викладенні результатів нашого досліджен-
ня ми, насамперед, повинні констатувати, що до-
сить тривала (протягом двох місяців) інтоксика-
ція піддослідних щурів МТБЕ, навіть за найвищих
використаних доз цього агента, не призводила
до загибелі тварин. У V групі, щури якої щоден-
но отримували 500 мг/кг МТБЕ, летальність також
була нульовою, і всі тварини виводились із експе-
рименту (навіть на 60-й день останнього), будучи
живими. Зовнішні та поведінкові прояви інтоксика-
ції МТБЕ в II та III групах (щоденні дози МТБЕ 0.5
та 5.0 мг/кг відповідно) були мінімальними, а в IV
та V групах – досить помірними. Серед таких про-
явів можна відзначити загальну в’ялість, зниження
апетиту, зменшення частоти та інтенсивності актів
грумінгу, погіршення стану шерсті. Розлади посту-
ральних реакцій та локомоції у таких щурів були
помірними, і ці тварини продовжували самостійно
харчуватись і споживати воду.
У нормі (у тварин контрольної групи) ядра не-
рвових клітин в умовах наших експериментів мали
світлу каріоплазму, рівні контури, рівномірну (без
дилатацій) ядерну оболонку та відносно нечислен-
ні ядерні пори. Полісоми були розподілені по всій
цитоплазмі; їх кількість трохи збільшувалась у ді-
лянці скупчення цистерн гранулярного ендоплаз-
матичного ретикулума (ЕР). Агранулярний ЕР був
представлений щільно упакованими, злегка роз-
ширеними цистернами з численними пухирцями;
дана частка ЕР у плані зрізу утворювала невели-
кі скупчення (звичайно два-три). Крім цього, у со-
мах нейронів спостерігалися відносно нечисленні
мітохондрії із щільно упакованими кристами, по-
одинокі лізосоми і темні осміофільні тіла. В умо-
вах норми привертає увагу загалом низький сту-
пінь електронної щільності ядра та соматичної
цитоплазми. Це зумовлює їх світлий фон, на якому
чітко виявляються інші органели. Дендрити місти-
ли в собі ті ж самі ультраструктурні утворення, що
й соми нервових клітин, але в менших кількостях.
Для ультраструктури дендритів була типовою наяв-
ність мікротрубочок, кількість яких у великих ден-
дритах виявилася досить значною; вона поступово
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6 473
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ НЕЙРОНІВ ФРОНТАЛЬНОЇ КОРИ ЩУРА
зменшувалась у міру того, як відбувалися розгалу-
ження та потоншення дендритів. Крім мікротрубо-
чок, у дендритах зустрічалися нейрофіламенти,
цистерни гранулярного і (рідше) агранулярного ЕР,
мітохондрії, невеликі вакуолі, лізосоми. Характер-
ною відмінністю дендритів від аксонів була наяв-
ність у перших шипиків із шиповим апаратом та
зон постсинаптичної спеціалізації.
Аксони відносно великого діаметра мали мієлі-
нові оболонки. Більшість синаптичних контактів у
корі фронтальної частки великого мозку розташову-
вались у нейропілі; ці контакти звичайно утворю-
валися найтоншими гілочками аксонів і дендритів.
Синапси характеризувалися наявністю в преси-
наптичному відростку синаптичних пухирців, під-
вищеною електронощільністю пресинаптичної і
постсинаптичної мембран та чітко видимими синап-
тичними щілинами, що відокремлювали пресинап-
тичні відростки від постсинаптичних. Синаптичні
пухирці нерівномірно розподілялися в цитоплазмі
пресинаптичної терминалі і виявляли тенденцію до
накопичення біля пресинаптичної мембрани. Си-
наптичні пухирці були більш-менш ізоморфними за
величиною та електронною щільністю.
Нейропіль фронтальної частки кори був пред-
ставлений переплетенням аксонів, дендритів і від-
ростків гліальних клітин, серед яких найбільш
виразно виділялися великі світлі дендрити і мієлі-
нізовані волокна. Відростки гліальних клітин зай-
мали порівняно невелику частину нейропіля.
Результати електронномікроскопічного дослід-
ження фронтальних ділянок кори великих півкуль
щурів експериментальних груп ІІ–V, підданих дії
МТБЕ, показали, що кортикальні нейрони та глі-
альні клітини зазнають у цих умовах істотних уль-
траструктурних змін. Дані зміни значною мірою
залежали від дози МТБЕ та терміну забору матері-
алу і при цьому відзначалися великим поліморфіз-
мом. Зазначені структурні модифікації були най-
більш виразними, часом досягаючи катастрофічної
інтенсивності у тварин IV та, особливо, V експе-
риментальних груп. Проте прояви таких модифіка-
цій могли спостерігатися в окремих нейронах на-
віть у ІІ групі, у щурів, котрі отримували МТБЕ у
найменших щоденних дозах (0.5 мг/кг, тобто таких,
котрі були на чотири порядки нижчими за LD50 [2]).
Яскравим свідченням поліморфізму спостережува-
них змін був наступний факт. В умовах тривалої
дії МТБЕ у найвищих використаних дозах (50 та
500 мг/кг), коли патологічні зміни були очевидними
у більшості досліджених нейронів кори (рис. 1–4),
клітини з драматичним рівнем таких змін могли
бути сусідніми з нейронами, ультраструктурні ха-
рактеристики яких майже не зазнавали негативних
модифікацій (рис. 3, Б). З урахуванням наведеного
вище ми надалі основну увагу в описі експеримен-
тальних результатів приділяємо даним, отриманим
на щурах IV та V груп, тобто тваринах, підданих дії
МТБЕ у найвищих використаних дозах. Очевидно,
що ультраструктурні модифікації кортикальних ней-
ронів у таких тварин були найбільш виразними.
Одним із основних проявів дії МТБЕ у багатьох
клітинах щурів згаданих груп було інтенсивне на-
бухання мітохондрій з руйнуванням крист та вну-
трішніх мембран. У деяких мітохондрій внутрішня
мембрана не виявлялася взагалі, і органела пере-
творювалася на вакуоль. Проте за величиною такі
вакуолі були більшими, ніж первинні вакуолі, а за-
лишки крист або внутрішньої мембрани давали
можливість ідентифікувати їх як такі, що походять
з мітохондрій. У щурів V групи нейрони фронталь-
ної кори з тими або іншими проявами патологічних
змін у мітохондріях складали на пізніх етапах екс-
периментів (22–60-та доби) переважну більшість
досліджених кортикальних одиниць.
Поодинокі мітохондрії зі співставними змінами
могли зустрічатись і в нейронах і контрольних тва-
рин, і щурів, підданих дії МТБЕ у найменших дозах.
Однак розширення цистерн гранулярного та агра-
нулярного ЕР, поява дрібних вакуолей і пухирців,
вкритих додатковою оболонкою, виразне зменшен-
ня кількості рибосом і полісом, розміщення полі-
сом групами, деяке збільшення кількості мікротру-
бочок в цитоплазмі кортикальних нейронів тварин,
підданих дії МТБЕ навіть у найменшій із викорис-
таних доз, вказували на розвиток у таких клітинах
патологічного процесу під дією даного агента.
На ранніх термінах (через одну або три доби екс-
перименту) у тварин IV та V груп у мітохондріях
нервових клітин спостерігалися лише фрагмента-
ція та деструкція крист; при цьому ступінь пошкод-
ження мітохондрій варіював не тільки в різних клі-
тинах, але й у межах однієї клітини.
Розпад крист і набухання мітохондрій у тварин
ІV та, особливо, V експериментальних груп по-
єднувалися з інтенсивним підвищенням осміофі-
лії цитоплазми, кластеризацією рибосом і полісом,
які утворювали групи різного розміру. На електро-
нограмах (рис. 1, А) поряд із позбавленими крист
мітохондріями можна було також бачити числен-
ні дрібні вакуолі, скупчення лізосом, розширення
цистерн ЕР, перерозподіл полісом та інші зміни.
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6474
В. Г. ЧЕРКАСОВ, Д. А. ВАСИЛЕНКО, А. А. ПАРАХІН
Р и с. 1. Патологічні зміни в нейронах фронтальної частки кори великих півкуль щурів V експериментальної групи (підданих дії
метилтретбутилового ефіру в щоденних дозах 500 мг/кг маси тіла).
А – через вісім діб експерименту (набряк мітохондрій та розклад крист у них; порушення впорядкованості та вакуолізація
цистерн гранулярного та агранулярного ендоплазматичного ретикулума, осміофілізація ядра та цитоплазми). 1 – ядро нейрона,
2 – цитоплазма, 3 – відросток сусіднього астроцита. Б – через 22 доби експерименту (деформація, фрагментація та осміофілізація
цитоплазми – 1). 2 – відростки астроцита (астроцитів).
1 мкм
3
1
2
0.5 мкм
1
2
2
Б
А
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6 475
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ НЕЙРОНІВ ФРОНТАЛЬНОЇ КОРИ ЩУРА
Р и с. 2. Деструктивні зміни в ядрах нейронів фронтальної частки кори щурів V експериментальної групи та інтенсивні прояви
апоптозу.
А – через 22 доби експерименту (руйнація ядерної оболонки і поява лізосом у перинуклеарній зоні цитоплазми). Стрілкою відмічена
наявність залишків мітохондрій у межах каріоплазми. 1 – ядерце, 2 – лізосоми. Б – через 60 діб експерименту (повне зникнення
ядерної оболонки і неможливість визначити межі ядра як такого; різка осміофілізація залишків нервової клітини). 1 – деградовані
мітохондрії.
1мкм
1мкм
2
1
1
1
А
Б
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6476
В. Г. ЧЕРКАСОВ, Д. А. ВАСИЛЕНКО, А. А. ПАРАХІН
Р и с. 3. Явища апоптозу в нейронах фронтальної частки кори щурів V експериментальної групи через 60 (А) та 22 (Б) доби
експерименту.
На А: 1 – апоптотичне тіло, 2 — нейропіль; на Б: 1 – залишки апоптотичних тіл у цитоплазмі мікрогліоцита, 2 – цитоплазма
сусіднього нейрона, що не зазнав виразних апоптотичних змін; 3 – нейропіль.
0.5 мкм
1 мкм
1
1
1
2
2
3
2
А
Б
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6 477
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ НЕЙРОНІВ ФРОНТАЛЬНОЇ КОРИ ЩУРА
Р и с. 4. Ядра нейронів фронтальної кори щура V групи, що зазнали інтенсивних апоптозних змін через 60 діб експерименту.
На А: 1 – вакуолі в межах ядра, 2 – ядерце. На Б – пучок мікрофіламентів (1) у межах ядра.
0.2 мкм
0.2 мкм
1
1 1
1
1
2
А
Б
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6478
В. Г. ЧЕРКАСОВ, Д. А. ВАСИЛЕНКО, А. А. ПАРАХІН
У матриксі деяких мітохондрій відзначалося на-
копичення осміофільного матеріалу або дрібних
електроннощільних гранул, що також вказувало на
важкий ступінь пошкодження цих органел.
Оцінюючи стан мітохондрій, очевидно, треба ви-
ділити морфологічні ознаки необоротності їх змін
(в основному у тварин ІV та V груп). Перш за все,
до таких ознак можна віднести руйнування об-
межуючих мітохондрії мембран, що призводило до
розпаду цих органел. Ознакою необоротних змін
мітохондрій були також поява в їх матриксі мемб-
ранних включень, виразно видимих на електронно-
прозорому тлі, та різке зменшення кількості крист
у даних органелах.
Отже, деструктивні зміни мітохондрій нервових
клітин істотно залежали від дози МТБЕ. У тварин
IV та V груп такі модифікації мітохондрій, як набу-
хання, вогнищеві зміни в них зі збереженням час-
тини крист і мембран, що обмежують органелу, або
навіть цілковита руйнація (на пізніх етапах дослід-
ження) набували драматичного характеру .
Слід відмітити, що поруч з мітохондріями, зазнав-
шими деструкції, зустрічалися (особливо у тварин
ІІ–ІV груп) невеликі групи дрібних мітохондрій зі
збереженою структурою. Дрібні, округлі мітохон-
дрії зі збільшеною кількістю крист зазвичай роз-
глядають як новоутворені [4].
Зміни гранулярного ЕР у нервових клітинах та-
кож залежали від дози МТБЕ і часу після почат-
ку експерименту. У тварин IІІ–V груп кількість
цистерн гранулярного ЕР помітно зменшувалась,
у місцях їх скупчень орієнтація цистерн втрачала
упорядкованість, і вони вже не утворювали злагод-
жених паралельних рядів. У тварин ІІІ та ІV екс-
периментальних груп цистерни гранулярного ЕР
фрагментувалися, перетворюючись в округлі або
неправильної форми утворення, що нагадували ва-
куолі. Кількість рибосом, прикріплених до стінок
змінених цистерн гранулярного ЕР, зменшувалася.
Одночасно була зменшеною і кількість полісом у
цитоплазмі; при цьому спостерігався їх перерозпо-
діл. Дані органели утворювали більші (порівняно
з нормою) групи; скупчення полісом у цитоплазмі
чергувалися з вогнищами просвітління, практично
їх позбавленими. Частіше скупчення полісом спо-
стерігалися поблизу ядра. У таких нервових кліти-
нах були очевидними зміни структури ядра, конту-
ри якого ставали нерівними. Розміри ядерець були
збільшеними, перинуклеарні цистерни утворювали
осередкові розширення і звуження. Кількість ядер-
них пір порівняно з нормою збільшувалася; час-
тіше, ніж у нормі, спостерігався контакт цистерн
гранулярного ЕР з ядерною мембраною.
Ще більш виразні зміни гранулярного ЕР відбува-
лись у тварин V експериментальної групи. Вони про-
являлись як порушення впорядкованості цистерн, їх
фрагментація, вогнищеве розширення цистерн або
перетворення їх у вакуолеподібні утворення, змен-
шення кількості рибосом (рис. 1, А). Порівняно рід-
ше спостерігався розпад елементів гранулярного ЕР
з утворенням великих вакуолей, мієліноподібних
тіл, «зяброподібних» тілець і т. д. Кінцевою стаді-
єю були повний розпад цистерн гранулярного ЕР і
зникнення не тільки скупчень таких цистерн, але
й окремих їх елементів. Загальновідомо, що зміни
гранулярного ЕР взаємопов’язані зі змінами інших
структур білоксинтезуючого апарату клітини – ядра,
ядерця, полісом та агранулярного ЕР.
Вакуолі, що походили з елементів гранулярно-
го ЕР, звичайно мали неправильну форму. Великі
та численні вакуолі нерідко перетворювалися в по-
рожнини з нерівним краями, але до оточуючих їх
мембран ще могли бути прикріплені поодинокі ри-
босоми. Перетворення цистерн гранулярного ЕР у
вакуолі є перехідним станом до остаточного розпа-
ду даної структури; цей феномен зустрічався най-
частіше в гіперхромних, зморщених клітинах, що
зазнавали апоптозних змін.
У випадках, коли нейрон кори вміщував бага-
то вакуолей, його цитоплазма при відносно малих
збільшеннях електронного мікроскопа або при світ-
лооптичному дослідженні напівтонких (0.5–1 мкм)
зрізів виглядала часом стільникоподібною (рис. 1, Б).
Незважаючи на те, що осміофілія цитоплазми була
чітко збільшеною, велика кількість світлих вакуо-
лей, «стискаючи» цитоплазму до вузьких перекла-
дин і містків між прозорими вакуолями, зумовлю-
вала створення загального відносно просвітленого
фону порівняно з гомогенним темним різко осміо-
фільним ядром. Останнє зазвичай набувало на цій
стадії процесу багатокутної, трикутної або непра-
вильної багатолопатевої форми. Загалом, подібна
картина однозначно трактується як характерний
морфологічний прояв апоптозу [4–7]. Її часто ква-
ліфікують як «закипання» цитоплазми, так званий
процес блеббінга (від англ. «bleb» − пухир) [5].
У деяких нервових клітинах фронтальної кори
великих півкуль щурів V експериментальної групи
(найвища доза МТБЕ, 500 мг/кг) численні вакуолі
і цистерни в цитоплазмі зумовлювали істотну де-
формацію осміофільного ядра. Периферійні відді-
ли зморщеної і деформованої цитоплазми нервових
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6 479
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ НЕЙРОНІВ ФРОНТАЛЬНОЇ КОРИ ЩУРА
Р и с. 5. Апоптозні зміни в нейроні фронтальної кори великих півкуль щура ІІІ експериментальної групи (щоденна доза МТБЕ
5 мг/кг маси тіла) через 60 діб експерименту.
1 – ядро нервової клітини.
0.2 мкм
1
клітин фрагментувалися та утворювали апоптотич-
ні тільця, чому сприяло занурення в них відрост-
ків астроцитів (рис. 1, Б). Іноді процес блеббінга в
нервових клітинах не був дуже виразним, видима
структура ядерного хроматину майже не змінюва-
лась, однак ядерна оболонка практично зникала, а
в перинуклеарній зоні виявлялися лізосоми (рис. 2,
А). В інших випадках каріоплазма повністю змішу-
валася з матриксом цитоплазми, який ставав гіпер-
осміофільним (нагадував «чорнильну пляму»). На
тлі такої «клітини-плями» можна було розрізнити
лише окремі деградовані мітохондрії (рис. 2, Б).
Фінальна стадія МТБЕ-індукованого апоптозу
кортикальних нервових клітин характеризувала-
ся розпадом клітини на оточені мембраною щільні
фрагменти – апоптотичні тіла сферичної або ово-
їдної форми (рис. 3, А), які фагоцитувалися мікро-
гліоцитами (Б). Особливо слід підкреслити, що
виникнення дефектів ядерної оболонки супровод-
жувалося появою в каріоплазмі, тобто в межах ядра
нервових клітин як такого, вакуолей (рис. 4, А) та
пучків мікрофіламентів (Б).
Як вже вказувалося, всі вищенаведені дані сто-
сувалися тварин, підданих тривалій дії МТБЕ у
відносно високих дозах. Проте цілком співстав-
ні патологічні ультраструктурі зміни в нейронах
фронтальної кори можна було виявити на пізніх
стадіях експерименту і у щурів ІІІ і навіть ІІ екс-
периментальних груп (рис. 5). Ефекти введення
МТБЕ у цих випадках відрізнялися в основному
тим, що вони виникали в значно меншій частині
досліджених нейронів кори, а інтенсивність пато-
логічних структурних змін зазвичай була помірні-
шою. Отже, негативний вплив інтоксикації МТБЕ
на ультраструктурні характеристики нейронів нео-
кортексу при щоденних дозах МТБЕ, на три або
навіть чотири порядки менших за LD50, хоча і був
відносно помірним, але відрізнявся від дії агента
в дозах, на один-два порядки вищих, в основному
кількісно, але не якісно.
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6480
В. Г. ЧЕРКАСОВ, Д. А. ВАСИЛЕНКО, А. А. ПАРАХІН
Таким чином, наші дані свідчать про те, що про-
градієнтне наростання негативних ультраструктур-
них змін нервових клітин кори під дією МТБЕ су-
проводжується появою великих вакуолей, більш
грубою деструкцією мітохондрій і, нарешті, утво-
ренням у цитоплазмі анормальних мембранних
комплексів та/або мієліноподібних тіл. Поява в ци-
топлазмі великих вакуолей або мембранних вклю-
чень є ознакою вираженої деструкції клітини, па-
тологічної перебудови всієї її ультраструктури.
Утворення великих вакуолей в цитоплазмі є оче-
видним результатом згасання репаративних мож-
ливостей клітини і початком її загибелі.
Більшість вакуолей в нервових клітинах кори в
умовах наших експериментів розвивалася з елемен-
тів гранулярного ЕР і мітохондрій. Вакуолі, утво-
рені з елементів ЕР, досягали іноді досить великих
розмірів порівняно з вихідними розмірами цистерн
даної органели. Набрякання мітохондрій також
може бути перехідною стадією або до утворення ва-
куолей з цих органел, або до їх фрагментації.
Отримані дані про вплив МТБЕ на нейрони фрон-
тальної частки кори великих півкуль щура свідчать
про характерну і досить інтенсивну дію цього аген-
та на внутрішньоклітинні мембрани вказаних клі-
тин. Комплекс внутрішньоклітинних мембран у те-
перішній час розглядається як єдина інтегральна
система [8]. До її складу входять мембрани грану-
лярного і агранулярного ЕР та мітохондрій. Ця сис-
тема сполучена анастомозами з перинуклеарною
цистерною і плазматичною мембраною, що оточує
клітину. Така система цитомембран відповідаль-
на за реалізацію низки життєво важливих функ-
цій клітини – трофічної, структуроутворюючої, ви-
дільної та ін.
Тому в світлі отриманих даних вакуолізація кор-
тикальних нейронів під впливом МТБЕ повинна
розглядатись як результат не тільки гідропічних
змін цих клітин, але й кардинальної перебудови
системи їх мембран. Вакуолізація органел клітини
є ознакою серйозних пошкоджень ліпопротеїдного
каркасу клітини, який забезпечує її структуроутво-
рюючу функцію. У той же час набухання (загаль-
не або осередкове) цистерн ЕР разом зі зменшен-
ням кількості таких цистерн є свідченням значного
порушення трофічних функцій клітини. Тому сту-
пінь вакуолізації осміофільної нервової кліти-
ни фактично є істотним критерієм оцінки вираже-
ності репаративних процесів у ній або визначення
продовження розвитку деструктивного процесу.
Останній внаслідок порушення трофічних функцій
призводить через якийсь період часу до незворот-
них змін у клітині за сценарієм апоптозу. Перекон-
ливими свідченнями апоптогенної та мембрано-
тропної дії МТБЕ є руйнація ядерної оболонки та
такий екстремальний феномен, як поява в каріо-
плазмі нервових клітин вакуолей і пучків мікрофі-
ламентів.
Загалом слід відзначити, що апоптоз – виключ-
но складне явище – характеризується біохімічною
альтерацією ядра і цитоплазми і наступними мор-
фологічними змінами останніх; ці зміни склада-
ються з послідовних фаз. Вважається, що кожна
фаза запускається відповідною генетичною програ-
мою. Вона реалізується через генну індукцію пев-
них синтетичних процесів, продукцію сигнальних
молекул та завершується активацією ендонукле-
аз [7, 9]. Початкова, зворотна, фаза апоптозу прак-
тично не ідентифікується морфологічно. Її початок
пов’язаний із дією внутрішньоклітинних факторів
та індукторів апоптозу [9]. Більш глибокі чітко ви-
димі зміни структури клітини відповідають кінце-
вій, необоротній, фазі апоптозу [4–6, 9]. Зрозумі-
ло, що інтенсивний апоптоз драматично впливає на
розвиток і стабілізацію певного порядку міжней-
ронних зв’язків. Розбалансування процесів репа-
рації та “природного” зменшення кількості клітин
виступає як вирішальний фактор патологічної ре-
організації та дегенерації нейронних ланцюгів [4,
5]. Останнє слід враховувати при визначенні мож-
ливих патогенетичних механізмів нейротропного
впливу МТБЕ.
Отже, результати нашого дослідження вказують
на те, що патерн наслідків тривалої інтоксикації ор-
ганізму ссавців, зумовленої уведенням МТБЕ, є до
певної міри парадоксальним. Цей агент не впливає
катастрофічно на інтегральну життєздатність екс-
периментальних тварин (щурів), але спроможний
індукувати дуже істотні ультраструктурні зрушен-
ня у значній частині нейронів фронтальної част-
ки кори великих півкуль. При достатній тривалос-
ті введення МТБЕ такі зрушення можуть вилитися
в інтенсивний процес апоптозу, що призводить до
масової загибелі кортикальних нейронів. Зрозумі-
ло, що в даному випадку функції відповідних ней-
ронних систем неокортексу будуть обов’язково
підлягати кардинальній негативній модифікації.
Може виникнути питання, чому ж настільки значні
патологічні процеси в неокортексі відносно помір-
но позначилися (навіть при найвищих дозах МТБЕ)
на поведінці експериментальних тварин. Очевид-
но, інтоксикація МТБЕ індукувала менш інтенсив-
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 6 481
УЛЬТРАСТРУКТУРНІ ЗМІНИ НЕЙРОНІВ ФРОНТАЛЬНОЇ КОРИ ЩУРА
ні негативні структурно-функціональні зрушення в
“нижчих” ділянках ЦНС, відповідальних за конт-
роль основних автономних функцій та певні аспек-
ти моторного контролю, а також безпосередньо в
тканинах різних функціональних систем організму.
Це зумовлювало збереження основних життєвих
функцій тварин на більш-менш задовільному рівні,
а негативні модифікації поведінки в “тепличних”
умовах утримання даних тварин у віварії, без спе-
ціального тестування, були відносно малопоміт-
ними. Проте очевидно, що після хронічної інток-
сикації МТБЕ такі щури, у котрих значна частина
нейронів неокортексу загинула або зазнала істот-
них необоротних патологічних змін, мали б дуже
низькі шанси на успішне виживання в умовах, на-
ближених до природних. Останні потребують адек-
ватного рівня реалізації вищих функцій ЦНС, на-
самперед когнітивних, а на подібний рівень при
тому стані нейронних систем неокортексу, який
спостерігався в наших експериментах, очевидно,
годі сподіватися.
Наше повідомлення в основному торкалось якіс-
ного аспекту модифікацій, котрі відбуваються в ней-
ронах кори великих півкуль в умовах інтоксикації
МТБЕ. Для того, щоб визначити кількісні характе-
ристики цих ефектів, потрібні подальші спеціальні
дослідження. Аналогічних досліджень, очевидно,
потребує такий комплекс питань, як порівняль-
на чутливість різних структур ЦНС до дії даного
агента. Самостійний інтерес становить проблема
вірогідних змін різних аспектів поведінки та ког-
нітивних функцій під впливом цього токсиканта.
Проте вже зараз стає очевидним, що для МТБЕ є
характерною потужна нейротропна дія, і він здат-
ний викликати дуже істотні негативні структурно-
функціональні зрушення в ЦНС. Особливу небез-
пеку становить той факт, що ефекти інтоксикації
МТБЕ в ЦНС є кумулятивними і проявляються при
дії дуже низьких кількостей даного агента, на де-
кілька порядків (!) менших за ті, котрі зумовлюють
небезпечний вплив на інтегральну життєздатність
організму. Це ще раз підкреслює ту обставину, що
значення МТБЕ як дуже небезпечного глобального
забруднювача довкілля не можна недооцінювати.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Ю. О. Паустовський, “Екологічно-токсикологічна оцінка
глобального забруднювача довкілля – метилтретбутилового
ефіру (стан та перспективи)”, в кн.: Пріоритетні проблеми
гігієни праці, професійної та виробничо-зумовленої
захворюваності в Україні, НМУ, Київ (2008), с. 150-159.
2. О. П. Яворовський, В. І. Зенкіна, “Метилтретбутиловий
ефір як глобальний забруднювач довкілля. Токсикологічні
та екологічні аспекти ризику впливу в Україні”, Довкілля
та здоров’я, 35, № 4, 75-80 (2005).
3. О. П. Яворовський, Ю. О. Паустовський, В. А. Дроботенко
та ін. “Гігієнічна оцінка умов праці та стан здоров’я
робітників, зайнятих виготовленням метилтретбутилового
ефіру на Лисичанському НПЗ”, Довкілля та здоров’я, 40,
№ 1, 34-38 (2007).
4. Ю. А. Челишев, Г. В. Черепнев, К. И. Сайткулов, “Апоптоз
в нервной системе”, Онтогенез, 32, № 2, 118-129 (2001).
5. С. Г. Калиниченко, Н. Ю. Матвеева, “Морфологическая
характеристика апоптоза и его значение в нейрогенезе”,
Морфология, 131, № 2, 16-28 (2007).
6. G. Hacker, “The morphology of apoptosis,” Cell Tissue Res.,
310, 5-17 (2000).
7. O. M. Hengarten, “The biochemistry of apoptosis,” Nature,
407, 770-775 (2000).
8. N. Yan and Y. Shi, “Mechanism of apoptosis through structural
biology,” Ann. Rev. Cell Dev. Biol., 21, 35-56 (2005).
9. М. А. Пальцев, “Молекулярные основы апоптоза”, Вестн.
РАМН, 72, № 1, 13-21 (2002).
|