ПОВЫШЕНИЕ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СРЕЗОВ МОЗГА ВЗРОСЛЫХ ЖИВОТНЫХ

     Широкое использование инкубируемых срезов мозга лабораторных животных для исследований и тестирования веществ имеет много преимуществ (сходство с тканью), но ограничивается их нестабильностью в условиях. Многие лаборатории перешли на использование культуры срезов новорожденных и молодых животных для тех же целей, однако, эти препараты имеют недостатки в связи с неполной дифференцировкой нейронов, а также быстрым разрастанием глиальных элементов.
     В ИБК РАН предложен и исследован новый метод принципиально повышающий структурно-функциональную стабильность срезов мозга взрослых морских свинок. Суть метода состоит в краткой обработке в период изоляции и резки срезов нестероидными ингибиторами цикло-оксигеназной активности (индометацин или аспирин). Дальнейшая инкубация препаратов осуществляется в стандартных средах. Предполагается, что во время изоляции и резки ткани образуется избыточное количество продуктов цикло-оксигеназной активности, которые участвуют в запуске и развитии последующих каскадов экзитотоксических процессов, ведущих к нарушению метаболизма, гомеостаза нейронов и их устойчивости к гипотермии.
     Эксперименты показали, что в срезах гиппокампа, обработанных ингибитором устраняется период электрического “молчания” нейронов, уже на 2-й мин появляются популяционные ответы (на 35-й мин в контроле). Наряду с этим возрастает резистентность срезов к условиям гипотермии (хранение между экспериментами) и жизнеспособность препаратов возрастает до 3-5 суток (не более 24 часов в контроле). По морфологическим критериям в контрольных срезах деструкция выражена уже к 3-му часу инкубации, тогда как обработанные срезы сохранны не менее 2 суток. Исследование имеет также более широкое фундаментальное и прикладное значение в биологии и медицине.

1. Pakhotin P.I., Pakhotina I.D., Andreev A.A. (1997) Functional stability of hippocampal slices after treatment with cyclooxygenase inhibitors. NeuroReport, 8, (in press).
Пахотин П. И., Пахотина И.Д., Андреев А.А., Павлик Л. (1997) Увеличение структурно-функциональной стабильности срезов гиппокампа после краткой обработки ингибиторами циклооксигеназ. Материалы III Международной конференции по функциональной нейроморфологии. Санкт-Петербург, с.70.

НОВЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ УЛЬТРАЗВУКА

     Установлено, что в тканях с наибольшей гетерогенностью и наличием большого количества границ возможно возбуждение и поглощение сдвиговых волн на всех этих границах. При определенных углах падения продольная волна может полностью преобразовываться в сдвиговую. Это может иметь важное биологическое значение, поскольку преобразование продольных волн в сдвиговые проходит без потерь энергии, но сдвиговая волна затухает на единицах длин волн, и это может сопровождаться заметным выделением тепла. Тепловыделение на границах тканей с разными акустическими и механическими свойствами может привести к развитию патологических процессов и воспалительных реакций.
     Наибольший практический интерес представляют случаи ультразвукового воздействия на одинаковые по акустическим характеристикам, но разные по механическим свойствам ткани. Термографический метод позволяет наблюдать в этом случае новый эффект - разогрев неоднородностей, различающихся по механическим свойствам. При этом наблюдается следующая динамика разогрева: первоначальный разогрев границ включения и последующий разогрев всего включения. Определены зависимости скорости изменения температуры на границах таких включений от соотношения скоростей сдвиговых волн во включении и модели. Наибольшая скорость разогрева наблюдается при воздействии на мозговую ткань на границах мозг- твердые оболочки, в области хрящевых и особенно костных тканей, когда перегрев может достигать крайне значительных величин. Поглощение и продольных и сдвиговых волн может приводить к еще большему росту температуры как на границах неоднородности, так и внутри ее. Показано, что степень разогрева на границе кость - мягкая ткань зависит от угла падения ультразвукового пучка. Максимум разогрева наблюдался на границах включения под углами, отличающимися от 90° по отношению к оси падения ультразвукового пучка. Такая величина разогрева объясняется трансформацией продольных мод колебаний в сдвиговые на границах неоднородностей.
     Полученные результаты позволили высказать предположение о возможности визуализации с помощью ультразвуковой диагностической аппаратуры гетерогенностей, обнаружение которых до настоящего времени было проблематичным для стандартных приборов ультразвуковой диагностики как отечественного, так и иностранного производства. Вследствие того, что на ранних стадиях развития акустические свойства, например, различного типа опухолей практически не отличаются от свойств нормальной ткани, ультразвуковая волна проходит через ткань как через гомогенную среду. При поглощении сдвиговых волн вследствие температурной зависимости скорости продольных волн появляется граница, отражающая сигнал, регистрируемый затем обычными приборами У3 -диагностики.

Рис. l. Пространственная структура тепловыделения в гетерогенной гелевой модели (VS1=17 м/с) с включением в центральную область неоднородности (VS2 =22 м/с), отличающейся по механическим свойствам (частота ультразвука 0.88 Мгц, средняя по пространству и времени интенсивность 1.0 Вт/см2, t=30 с), а - исходное (до воздействия) распределение температур, б - через 30 сек после включения ультразвука.

Рис. 2. Термограммы разогрева неоднородностей, отличающихся по акустическим и механическим свойствам, под действием ультразвука интенсивностью 0.5 Вт/см2, частотой 0.88 Мгц. А) через 30 сек воздействия, Б) через 60 сек воздействия.

1. Pashovkin T.M., Khizhnyak A.?., Sarvazyan A.?. (1984) Thermographic Investigation of Ultrasonically Induced Temperature Distribution in Tissues and Tissue-equivalent Phantoms. Archives of Acoustics, 9, 15-21.
2. Pashovkin T.M., Khizhnyak A.?., Sarvazyan A.? (1987) Thermal Ultrasonic Effects in the Heterogeneous Tissue-equivalent Phantoms as a Function of their Properties. Ultraschall in Biologie und Medizin (UBIOMED-YII, Halle/Saale), Vortrage, pp.119-122.
3. Pashovkin T.N., Airapetyan G.A. (1985) Velocities of longitudinal and shear waves in tissues of laboratory animals. Vortrage, Jahrestagung, Berlin, pp. 96-99.
4. Pashovkin T. N., Sarvazyan A. P., Asoyan K. V. (1988) Shear ultrasonic properties of soft biological tissues. J. of Ultrasound in Medicine, 7, ? 10 (Supplement), S131-S132.
5. Pashovkin T.N., Lyrchikov A.G. (1989) Dependence of acoustical properties of tissues on their structure. Proceed. suppl. Ed. by V. Iomstein UAIIIED YIII, Brno.3, 30.8-2.9.
Шорохов B.B., Воронков В.Н., Кляшко А.Н., Пашовкнн Т.Н. (1992) Распространение поверхностных сдвиговых возмущений продольной поляризациив моделях мягких биологических тканей. Механика композитных материалов, № 5, 669-677.

ГИПОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ТКАНИ МОЗГА ЗИМНЕСПЯЩИХ IN VITRO

     Разработаны новые методы исследования гипотермической резистентности срезов мозга различные конфигураций гибернирующих млекопитающих (якутские суслики, хомяки).
     Быстрое восстановление нейронной активности в срезах мозга суслика после травматического шока и высоких доз гамма-излучения свидетельствует о высокой толерантности ткани мозга сусликов к действию повреждающих факторов и наличии защитных клеточных механизмов, обеспечивающих устранение нарушений ионного гомеостаза даже при серьезных повреждениях клеток.
     Обнаружена уникальная резистентность инкубируемых препаратов мозга якутских сусликов к условиям глубокой гипотермии. Разработанные методы позволяют длительно инкубировать (до 5-7 суток) срезы мозга взрослых животных при сохранности нейронных сетей и пластических свойств нейронов.
     Разработан метод инкубации изолированного препарата целого мозга гибернирующего суслика, поддерживаемого за счет интра-артериальной перфузии с сохранностью гематоэнцефалического барьера.
     Исследованные в ИБК РАН уникальные характеристики in vitro препаратов зимнеспящих животных открывают новые возможности: (1) поиска эндогенных механизмов устойчивости клеток; (2) тестирования биологически активных препаратов в длительных экспериментах; (3) изучения действия различных физических факторов.

1. Pakhotin P.I., Belousov A.A. and Otmakhov N.A. (1990) Functional stability of the brain slices of ground squirrels, Citellus undulatus, kept in conditions of prolonged deep periodic hypothermia: electrophysiological criteria. Neuroscience , 38, 591 - 598.
2. Pakhotin P.I., Belousov A.B. and Pakhotina I.D. (1993) The study of brain slices from hibernating mammals in vitro and some approaches to the analysis hibernating problems in vivo. Progress in Neurobiology, 40,123-161.
3. Pakhotin P.I. and Pakhotina I.D. (1994) Preparation of isolated perfused ground squirrel brain. Brain Res. Bull. 33, 719-721.
Pakhotin P.I., Yemets 0.N., Voronkov V.N. and Pashovkin T.N. (1996) The influence of hypothermia on the restoration of neural activity of brain slices from hibernating ground squirrels. J. Therm. biol., 21, 297-304.