Чувствительность нейронов и их способность воспринимать нервные импульсы не постоянны и меняются под влиянием ряда факторов, среди которых важное место принадлежит структуре межнейральных контактов [3, 6]. Изменение строения одного из компонентов синапсов неизбежно ведет к нарушению синаптической передачи. Особенности приспособительных изменений синаптического аппарата изучали на разных экспериментальных моделях (гипоксия, воздействие рентгеновского и светового облучения, экспериментального сахарного диабета) [[1, 2, 4, 5]. Однако на современном этапе развития радионейробиологии до сих пор крайне мало сведений о реакции и количественной оценке изменений синапсов сетчатки на световое и комбинированное облучения рентгеновских лучей и света.

Цель настоящей работы - установить характер модифицирующего влияния ионизирующей радиации на повреждения синаптического аппарата сетчатки, вызываемые светом различной интенсивности.

Материал и методы

Эксперименты проведены на 75 беспородных половозрелых белых крысах обоего пола массой 180-200 гр. В первой и второй серии опытов (n=30) животных в течение 2, 7, 30 сут подвергали равномерному облучению люминесцентными лампами ЛБ-40. Освещенность крыс в каждой группе составила 200 и 3500 лк соответственно. Животных третьей и четвертой групп (n=30) подвергали комбинированному тотальному воздействию рентгеновского излучения в дозе 5 Гр с помощью аппарата РУМ-17, и света (200, 3500 лк) с интервалом в один час. Количество животных на каждую экспериментальную точку - 5. В качестве контроля (n=15) использовали интактных крыс, содержавшихся в условиях искусственного светового режима 12 ч день, 12 ч ночь с интенсивностью дневного освещения 25 лк. Взятие материала осуществляли после умерщвления животных декапитацией сразу после окончания экспериментального воздействий. Центральные участки задней стенки глаза фиксировали в 2,5% глютаральдегиде на какодилатном буфере (PH 7,4), постфиксировали в 1% растворе четырехокиси осмия и заливали в эпон. Ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца, просматривали в электронном микроскопе JEM -100 CX-II. Для количественного изучения синаптического пула на этапе дегидратации без предварительного осмирования сетчатки контрастировали в 5% растворе фосфорно-вольфрамовой кислоты. Высчитывали общую численную плотность и количество симметричных и асимметричных контактов. Ассиметричные синапсы делили на плоские, положительно «+» и отрицательно «-» искривленные. По протяженности активной зоны контакта (АЗК) все контакты делили на очень мелкие (< 100 нм), мелкие (100 - 200 нм), малые (200 - 300 нм), средние (300 - 500 нм), крупные (500 - 700 нм) и очень крупные (> 700 нм). Для оценки достоверности различий при сравнении средних величин использовали критерий Манна-Уитни.

Результаты исследования

Ультраструктурный анализ плексиморфных слоев сетчатки указывает на высокую чувствительность их структурных компонентов к изучаемым воздействиям. После 2 сут низкоинтенсивного (200 лк) светового облучения в наружном и внутреннем сетчатых слоях изменения синаптических контактов в основном проявляются снижением числа органелл, отеком митохондрий. В ленточных синапсах отмечается агглютинация синаптических пузырьков и уменьшение длины активной зоны контакта. После 7 сут облучения низкоинтенсивного (200 лк) пресинаптические отростки увеличены в размерах, видна неровность контура мембраны. Количество синаптических пузырьков в них резко снижено, и некоторые из них теряют четкость очертания. После 30 сут пре- и постсинаптические отделы характеризуются просветлением цитоплазмы, в которой содержатся единичные гранулы и набухшие митохондрии. Синаптические пузырьки у пресинаптической мембраны в части контактов не выявляются.

После  2 сут высокоинтенсивного (3500 лк) светового облучения на большинстве участков сетчатки наружный сетчатый слой практически отсутствует. В сохранившихся синапсах наблюдается набухание и просветление нейроплазмы пресинаптического отдела с уменьшением числа, дезагрегацией и разнокалиберностью синаптических пузырьков, уменьшение содержания органелл. Митохондрии в них в большей массе разрушены, а сохранившиеся лишены крист и порой их трудно отличить от крупных вакуолей. После 7 сут светового воздействия (3500 лк) во внутреннем сетчатом слое увеличивается число синапсов в пресинаптических отростках которых, появляются мелкогранулярный матрикс, вакуоли разного размера, мультивезикулярные тельца, а синаптические пузырьки подвергаются агглютинации. После 30-х сут светового облучения (3500 лк) синапсы внутреннего сетчатого слоя характеризуются появлением в пресинаптическом отделе единичных разнокалиберных везикул, отсутствием содержания органелл и расширением синаптической щели.

После 2 сут комбинированного облучения (5 Гр, 200 лк) ленточные синапсы в подавляющем большинстве гипертрофированы, отмечается появление в их пресинаптических отростках осмиофильного, мелкогранулярного матрикса. Во внутреннем сетчатом слое наблюдается набухание и снижение электронной плотности нейроплазмы отростков. Изменения носят в основном реактивный характер, в синаптических контактах также отмечается набухание и очаговая деструкция крист митохондрий пресинаптических отделов. В аналогичный срок после комбинированного воздействия ионизирующей радиации в дозе 5 Гр и высокоинтенсивного света изменения синаптического аппарата носят неоднородный характер. На участках сетчатки с массовой гибелью нейросенсорных клеток синаптические контакты, образующие наружный сетчатый слой, практически отсутствуют. Во внутреннем сетчатом слое резко увеличивается число ленточных синапсов с деструктивными изменениями. Большинство обычных синапсов также вовлечено в дегенеративные процессы. На участках сетчатой оболочки, где сохранены слои, образованные нейросенсорными клетками, центральные отростки данных клеток содержат митохондрии с деструкцией крист и крупные вакуоли. Наблюдается выраженный отек синаптических отростков, а их везикулы характеризуются разнокалиберностью и значительным снижением количества.

После 7 сут комбинированного облучения ( 5 Гр, 200 лк) часть синапсов внутреннего сетчатого слоя характеризуется отсутствием в пресинаптическом отделе везикул и органелл и расширением синаптической щели. В аналогичный срок после комбинированного облучения воздействия ионизирующей радиации в дозе 5 Гр и высокоинтенсивного света изменения затрагивают как пре-, так и постсинаптические структуры. В пресинаптических отделах отмечается деструкция большинства органелл, в том числе и синаптических пузырьков. Постсинаптические части характеризуются гипоосмиофилией цитоплазмы, появлением мембранных комплексов. После 30 сут комбинированного облучения (5 Гр, 200, 3500Лк) изменения синаптических контактов не отличаются от таковых в серии с одним световым воздействием.

Динамика изменений общей численной плотности контактов с помощью ФВК контрастирования свидетельствует о том, что после 2 - 7 сут низкоинтенсивного (200 лк) светового воздействия она достоверно не отличается от таковой в контроле. После 30 сут светового облучения происходит уменьшение в 1,5 раза общей численной плотности контактов по сравнению с контрольными значениями в основном за счет «+» и «-» изогнутых асимметричных контактов. По сравнению с таковым в контроле наблюдается значительное уменьшение числа синапсов с длиной АЗК 200-500 нм (табл. 1). После 2 сут высокоинтенсивного (3500 лк) светового облучения происходит снижение в 1,8 раза данного показателя по сравнению с контрольными значениями, в большей степени за счет симметричных контактов (табл. 2). Снижение асимметричных контактов в основном происходит за счет плоских - неактивных синапсов и в меньшей степени за счет "+" изогнутых - активно функционирующих. В 2,5 раза, по сравнению с таковым в контроле, наблюдается уменьшение числа синапсов с длиной АЗК 300-500 нм и полное исчезновение контактов с длиной АЗК > 700 нм. Данное явление следует считать результатом деструкции синапсов. На 7-е сут светового (3500 лк) облучения происходит уменьшение численной плотности синапсов за счет асимметричных контактов и этот показатель становится в 1,6 раза меньше такового в контроле (р<0,05). Среди данных синапсов в 2,3 раза уменьшается количество плоских и «+» изогнутых, практически полностью исчезают «-» изогнутые. После 30 сут светового (3500 лк) облучения достоверных отличий в содержании общего числа синаптических контактов по сравнению с предыдущим сроком наблюдения не выявлено, только полностью исчезают синаптические контакты с длиной АЗК > 500 нм.

Таблица 1

Содержание синапсов внутреннего сетчатого слоя сетчатки с различной длиной АЗК после светового облучения различной интенсивности (на 100 мкм2)

Примечание:* - значимые (р<0,05) различия с контролем,

                     +  значимые (р<0,05) различия показателей после освещения 200 и 3500 лк в

                      аналогичные сроки

                     ◘ значимые (р<0,05) различия показателей после светового и комбинированного

                      облучения в аналогичные сроки

Таблица 2

Количественная характеристика ФВК позитивных синапсов внутреннего сетчатого слоя сетчатки после светового облучения различной интенсивности (на 100 мкм2)

После 7 сут комбинированного облучения ионизирующей радиацией в дозе 5 Гр и низкоинтенсивным светом общая численная плотность синапсов в 1,2 раза меньше таковой после светового воздействия (200 лк) в аналогичный срок. Уменьшение данного показателя происходит в основном за счет асимметричных контактов. После 30 сут комбинированного облучения (5 Гр, 200 лк) общая численная плотность синапсов в 1,6 раза больше таковой после светового воздействия в аналогичный срок и достигает контрольных значений. Увеличение количества происходит за счет симметричных контактов с длиной АЗК 100-200 нм.

После 2 сут комбинированного облучения ионизирующей радиацией в дозе 5 Гр и высокоинтенсивным светом отмечается уменьшение числа синапсов с длиной АЗК 200-500 нм и практически полное исчезновение их с длиной АЗК >700 нм. После 7 сут комбинированного облучения (5 Гр, 3500 лк) общая численная плотность синаптических контактов достоверно не отличается от таковой в серии с изолированным световым облучением, но в 6,2 раза по сравнению со значениями в световой серии уменьшается число межнейральных связей с длиной АЗК 300-500 нм. После 30 сут общее число синаптических связей уменьшается в 1,46 раза по сравнению с таковым в световой (3500 лк) серии эксперимента. Уменьшение контактов происходит в основном за счет симметричных синапсов (р<0,05). В 1,7 раза по сравнению с таковым после изолированного облучения светом уменьшается содержание синаптических контактов с длиной АЗК 100-300 нм, появляются гипертрофированные синапсы с длиной АЗК >500 нм.

Заключение

Таким образом, в ранний период (2-7 сут) после низкоинтенсивного светового воздействия изменения синаптического аппарата сетчатки характеризуются уменьшением числа и размеров везикул, количества органелл и деструкцией синаптической щели. В поздний период (30 сут) низкоинтенсивное световое воздействие приводит к уменьшению численной плотности синапсов преимущественно за счет асимметричных контактов. Эффекты высокоинтенсивного светового (3500 лк) и комбинированных облучений (5 Гр, 200, 3500 лк) возникают в более ранний период и проявляются уменьшением числа как симметричных, так и асимметричных синапсов. Необходимо отметить, что в поздний период эксперимента (30 сут) при комбинированных (5 Гр, 200, 3500 лк) облучениях хорошо заметна тенденция созревания средних синапсов из неактивных и гипертрофия сохранившихся контактов.

Солонский А.В., д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории клинической психонейроиммунологии и нейробиологии ФГБУ «Научно-исследовательский институт психического здоровья» СО РАМН, г. Томск;

Мустафина Л.Р., д.м.н., профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии ГБОУ ВПО Сибирский государственный медицинский университет Минздрава России, г. Томск.