THE STUDY OF THE EFFECT OF STRESS ON THE MORPHOLOGICAL CHANGES IN THE HIPPOCAMPUS AFTER SURGICAL INTERVENTIONS IN THE NASAL REGION

Full Text

Любое хирургическое вмешательство является стрессогенным фактором для организма и проявляется как изменениями в нейрогуморальной регуляции, так и появлением психоэмоциональных и поведенческих расстройств [31, 39]. Особая роль в регуляции поведения в головном мозгу отведена гиппокампу [11, 26]. Структура гиппокампа, ключевые функции которого включают контекстуальное обучение и формирование памяти [14], может влиять на чувствительность к депрессогенному воздействию окружающей среды [40]. Исследования показывают, что внешнесредовые факторы оказывают влияние на морфофункциональное развитие гиппокампа у детей и подростков [10, 29], а также что гиппокамп обладает сенситивностью к внешним воздействиям [40]. В экспериментах, проведенных на грызунах, установлено, что стресс может влиять на объем и функцию гиппокампа [3], а длительное воздействие стресса вызывает атрофию дендритов у нейронов гиппокампа, что приводит к дефициту памяти [4]. N. Tottenham и соавт. [36] высказали предположение о том, что стресс может приводить к заметным функциональным нарушениям гиппокампа у подростков. Результаты других исследований, проведенных как на животных, так и с участием людей, показали, что положительный стресс и опыт обучения могут приводить к увеличению объема гиппокампа и улучшению его функционирования [22]. Известно также, что функциональная активность гиппокампа способствует новообразованию нейронов в зернистом слое зубчатой извилины (DG). Активирующие воздействия на новообразованные нейроны инициируют дифференцировку нейронов зернистого слоя [38]. Однако роль нейронных цепей, которые регулируют функцию новых нейронов, зависящих от DG, до сих пор изучается, и определение этих взаимосвязей находится на стадии интенсивных исследований [24]. Ранее нами было показано, что хирургические вмешательства в области лица связаны с острой болью, что делает прогнозирование ее уровня и борьбу с ней актуальной проблемой [2]. Постоперационный болевой синдром является одной из составляющих хирургического стресса при таком виде ринохирургии, как пластика носовой перегородки (септопластика). В предыдущих наших исследованиях было показано значение оценки уровня боли в постоперационной аналгезии [16]. На сегодняшний день в доступной нам литературе не отражены результаты исследований, посвященных изучению взаимосвязи между хирургическим стрессом после септопластики и морфологическими изменениями в гиппокампе. Цель - изучить морфологические изменения в гиппокампе мозга крыс при моделировании пластики носовой перегородки. Материал и методы. Исследование было проведено на 80 беспородных половозрелых крысах-самцах в возрасте 12-18 мес. Все крысы были разделены на 4 группы. 1-я и 2-я группы (по 30 крыс в каждой группе) подвергались хирургическому вмешательству на перегородке носа. 3-я и 4-я группы включали по 10 крыс и служили контролем (таблица). Дизайн исследования и само исследование были одобрены этическим комитетом Медицинского института ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов» (протокол № 8 от 19.10.2016 г.). Исследования на животных проводились согласно требованиям приказа Министерства высшего и среднего специального образования СССР № 742 от 13.11.1984 г. «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных». Перед операцией в хвостовую вену крысы вводили раствор фенозепама (0,05 мг/кг). После местной инфильтрационной анестезии проводили зигзагообразную скарификацию слизистой оболочки перегородки носа острым зондом в каудокраниальном направлении. В 1-й группе использовали 0,5 мл раствора лидокаина (20 мг/мл), во 2-й - 0,5 мл раствора артикаина (20 мг/мл) с эпинефрином (0,5 мг/100 мл). Во 2-й группе перед операцией и в течение 6 сут после нее внутрибрюшинно вводили раствор диклофенака натрия в дозировке 2 мг/кг. Животных выводили из эксперимента при помощи гильотинизации. В обеих экспериментальных группах (1-я и 2-я группа) крыс выводили из эксперимента по 10 шт. на 2-, 6-е и 14-е сутки после операции. В первых 3 группах фиксацию головного мозга проводили предтрепанационно путем введения через сердце изотонического раствора NaCl, а затем 10 % раствора формалина в течение 5-10 мин. В 4-й группе (группе контроля) предтрепанационной фиксации не проводили. После трепанации черепа головной мозг фиксировали в 10 % растворе формалина, после чего заключали в парафиновые блоки. От каждой крысы получали 4 среза головного мозга во фронтальной плоскости толщиной 4 мкм и окрашивали гематоксилином и эозином. Изучали поля гиппокампа СА1, СА2, СА3 и зубчатую извилину (DG). Подсчитывали абсолютное число темных нейронов (ТН) в пирамидном слое на каждом срезе. Вычислялись средние значения и стандартные ошибки для срезов каждого животного и группы в соответствующем поле. Для оценки значимости различий между группами использовали критерий Манна-Уитни и различия считали значимыми при p<0,05. Результаты исследования. Сравнивая результаты между экспериментальными группами, установили, что на 2-е сутки после операции число ТН в СА2 было значимо больше в 1-й группе (рис. 1, б; 2, г), а в СА3 и DG - во 2-й группе (см. рис. 1, в, г; 3, в, г). В СА1 между 1-й и 2-й группами никаких отличий не наблюдалось (см. рис. 1, а; 2, а; 3, а). В обеих экспериментальных группах на 14-е сутки отмечалось значимое снижение числа ТН в СА1 (см. рис. 2, к; 5, а), во 2-й группе на 6-е и 14-е сутки их было значительно меньше (см. рис. 1, а; 4, а) по сравнению со 2-ми сутками после хирургического вмешательства. В СА2 на 6-е и 14-е сутки после операции ТН преобладали в 1-й группе (см. рис. 2, ж, л), тогда как во 2-й группе их число значимо уменьшалось по сравнению с предыдущим сроком и по сравнению с 1-й группой (см. рис. 1, б; 3, б; 4, б; 5, б). В 1-й группе на 6-е сутки наблюдали увеличение числа ТН, однако на 14-е сутки их стало меньше даже в сравнении со 2-ми сутками после операции. В СА3 у животных 1-й группы наблюдалась похожая картина, что и в СА2, а именно: рост числа ТН на 6-е сутки и его уменьшение на 14-е сутки (см. рис. 1, в; 2, г-м). Во 2-й группе в СА3 число ТН с каждым сроком уменьшалось по сравнению с предыдущими сутками наблюдения (см. рис. 1, в; 3, в; 4, в; 5, в). В DG на 6-е сутки наблюдалось увеличение числа ТН в 1-й группе по сравнению со 2-й группой и по сравнению со 2-ми сутками после выведения животных из эксперимента (см. рис. 1, г; 2, д, и; 3, г; 5, г). На 14-е сутки число ТН в 1-й группе значимо уменьшилось (см. рис. 2, н) по сравнению с 6-ми и 2-ми сутками. У животных 2-й группы в зубчатой извилине наблюдалась отрицательная динамика числа ТН на 14-е сутки (см. рис. 5, г). Обсуждение полученных данных. Анестезиологическое пособие при моделировании септопластики. В клинической практике септопластика может проводиться как в хрящевом, так и в костном отделах носовой перегородки [16]. Одним из самых распространенных местных анестетиков, наряду с прокаином, является лидокаин. Учитывая, что в процессе септопластики у человека заинтересована и костная ткань (сошник, решетчатая кость, твердое небо), нам представилось интересным изучить влияние на стрессовый ответ артикаина. Для уменьшения носового кровотечения, вызванного травматизацией слизистой оболочки полости носа, мы использовали сочетание артикаина с эпинефрином (0,5 мг/100 мл). Известно, что среди всех местных анестетиков именно артикаин обладает наилучшей проницаемостью в костную ткань [20, 35]. Для уменьшения послеоперационного воспаления во 2-й экспериментальной группе мы также применили распространенный неселективный блокатор циклооксигеназ - диклофенак натрия. Формирование ТН и артефактные ТН. Отличительной особенностью всех ТН являются гипербазофилия, гипераргирофилия, гиперэлектронная плотность и резкое уплотнение ультраструктурных элементов [19]. Среди темных нейронов в настоящее время по обратимости процесса формирования ТН и причинам возникновения ТН выделяют следующие типы: необратимые эксайтотоксические, необратимые неостриатальные, обратимые и артефактные [13]. Однако для каждого из этих типов характерны общие морфологические характеристики, проявляющиеся в виде резкого уплотнения всех ультраструктурных элементов в области перикариона и дендритов. Согласно гипотезе F. Gallyas и соавт. [8], формирование «темных» нейронов состоит из инициирующего и исполнительного процессов. В то время как инициирующий фактор демонстрирует широкое разнообразие биохимических процессов (различные патобиохимические каскады или мгновенные физические повреждения, например, ишемия или травма головы), процесс исполнения является одним и тем же физическим событием - фазовым переходом гель-гель [7]. Самая важная особенность дегенерации нейронов заключается в том, что она неоднородна по внешнему виду, тогда как артефактные темные нейроны всегда мономорфны [9]. В связи с существующим мнением, что ТН всегда представляют собой артефакт [15], в нашем исследовании мы ввели дополнительную группу контроля (4-я группа артефактных ТН) без предтрепанационной перфузии головного мозга для того, чтобы подтвердить или опровергнуть значимость влияния хирургического стресса в формировании ТН. Число ТН в группе контроля 4 во всех полях гиппокампа было значимо больше, чем в группе контроля 3. На 2-е послеоперационные сутки во всех группах и во всех зонах (исключение - DG 2-й группы, где число ТН не отличалось от 4-й группы) ТН было больше в экспериментальных группах по сравнению с группой артефактных нейронов (рис. 6). В аммоновом роге (СА1, СА3) на 14-е сутки в 4-й группе число ТН было значимо больше (см. рис. 1, а, в; рис. 6, д, ж) по сравнению со 2-й группой, и только в 1-й группе их число было больше в СА1 и СА2 по сравнению с группой артефактных ТН (см. рис. 1, а, б). По нашему мнению, полученные данные свидетельствуют о том, что в экспериментальных группах если и имело место возникновение артефактных ТН, то оно не повлияло значимо на общее количество темных нейронов. Об этом говорит и различие между обеими контрольными группами (см. рис. 6, а-з). Экспериментальные исследования свидетельствуют, что хирургическая травма вызывает нарушение поведения и провоцирует нейровоспалительные реакции в мозгу крыс [5, 23]. У человека психологический стресс сопутствует основной операции и возникает до ее начала. Известно, что он воздействует на 60-80 % пациентов хирургических отделений [32]. Провоспалительные цитокины ингибируют нейрональные функции гиппокампа в формировании и поддержании памяти [37]. В частности, интерлейкин-1β модулирует NMDA- , AMPA-рецепторы в гиппокампе [21]. Каспазный каскад также может активировать глутаматные рецепторы, что приводит к формированию темных нейронов в головном мозгу [34]. В нашем исследовании число ТН преобладает именно в 1-й группе, где проводилось минимальное анестезиологическое пособие. Аммонов рог. В исследовании D. Kim и соавт. [17] в эксперименте на крысах по перерезке обоих подъязычных нервов, выполняющих двигательную иннервацию языка, было выявлено, что моторные повреждения языка сопровождались уменьшением числа нейронов в полях CA1 и CA3 гиппокампа. Известно, что атрофия апикальных дендритов или снижение плотности нейронов в CA1 и CA3 приводит к нарушениям памяти у крыс и мышей [25, 27], а уменьшение объема гиппокампа в поле CA3 или DG у людей связаны с проблемами обучения и памяти [41]. Результаты настоящего исследования четко показывают, что имеются различия между экспериментальными группами по числу ТН в полях СА1 и СА2 на 6-е и 14-е сутки после операции. Так, число ТН было значительно больше в группе с заведомо неадекватным обезболиванием. В зоне СА3 большее число ТН наблюдалось на 6-е сутки после хирургической травматизации перегородки носа именно в 1-й группе. Данные настоящего исследования подтверждаются результатами предыдущих наших работ, в которых было показано, что само хирургическое вмешательство в области перегородки носа ведет к изменениям в поведенческих реакциях у крыс - уменьшению двигательной активности и нарушению неассоциативной памяти [1]. Зубчатая извилина. Известно, что новые нейроны в течение жизни продолжают возникать в зубчатой извилине гиппокампа [28, 30]. Созревая, они одновременно мигрируют в различные отделы гиппокампа [30]. Этот процесс связан с обучением и памятью, стрессом и физическими нагрузками. Есть мнение, что на него влияют неврологические заболевания. В одних исследованиях было показано, что у взрослых людей в зубчатой извилине ежедневно возникают сотни новых нейронов [6, 18, 33]. Показано, что нейрогенез в зубчатой извилине представляет собой многоступенчатый процесс, посредством которого стеблеподобные клетки-предшественники пролиферируют в предэволюционные предшественники, дифференцируются в незрелые нейроны и затем созревают в полностью функциональные нейроны клеток зернистого слоя гиппокампа [12]. Предполагается, что уменьшение нейрогенеза в зубчатой извилине может способствовать уменьшению числа клеток в полях CA1 и CA3 гиппокампа у крыс с моторными нарушениями, которые является частью нейронных механизмов, ответственных за когнитивные нарушения, индуцированные повреждениями [17]. На основании данных настоящего исследования, а также результатов, полученных другими авторами, можно предположить, что существует баланс между погибающими нейронами и появлением новых дифференцированных нейронов в норме. Появление ТН, возможно, свидетельствует о нарушении этого баланса. Безусловно, что такие данные требуют дополнительных исследований в области изучения ассоциативной памяти и расстройств обонятельного анализатора при моделировании септопластики. Заключение. Подсчет темных нейронов в полях СА1, СА2 и зубчатой извилине гиппокампа может служить критерием для оценки степени послеоперационного стресса и качества периоперационного анестезиологического пособия в эксперименте при моделировании хирургических вмешательств в области носа. Во избежание формирования артефактных ТН необходимо проводить предтрепанационную перфузионную фиксацию головного мозга. Неполноценная анальгетическая и противовоспалительная постоперационная терапия в периоперационном периоде провоцирует выраженный хирургический стресс-ответ и нарушение функционирования нейронов гиппокампа, что проявляется в возникновении темных нейронов во всех его отделах. Вклад авторов: Концепция и дизайн исследования: И. В. К., И. З. Е. Сбор и обработка материала: И. В. К., Г. В. Х., М. Г. К. Статистическая обработка данных: И. В. К., Г. В. Х., М. Г. К. Анализ и интерпретация данных: И. В. К., М. Г. К., Н. В. Е., В. И. Т., Т. Х. Ф. Написание текста: И. В. К., Н. В. Е., М. Г. К., И. З. Е., Ю. Ш. Г. Авторы сообщают об отсутствии в статье конфликта интересов.

About the authors

I. V. Kastyro

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: ikastyro@gmail.com
Department of Histology, Embryology and Cytology; Department of Physiology

M. G. Kostyaeva

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Histology, Embryology and Cytology

V. I. Torshin

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Physiology

I. Z. Eremina

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Histology, Embryology and Cytology

N. V. Ermakova

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Physiology

G. V. Khamidulin

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Physiology

T. K. Fatkhudinov

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Histology, Embryology and Cytology

Yu. Sh. Guschina

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Pharmacology

V. V. Surovtsev

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Physiology

G. A. Drozdova

Peoples’ Friendship University of Russia

Department of Pathophysiology and General Pathology

References

Supplementary files