Диссертация (Реакция глии спинного мозга мыши в условиях космического полёта и опорной разгрузки задних конечностей), страница 7

В результатечеловек находится практически в условиях безопорности. Эта модельгипогравитации воспроизводит характерное для невесомости состояниегипокинезии, опорной и механической разгрузки. Ключевым отличиемданноймоделиявляетсяиспользованиеткани,обладающейвысокоэластичными и гидроизоляционными свойствами, которая полностью35облегает тело испытуемого и отграничивает его от воды, предупреждая темсамым побочное действие жидкой среды на ткани (мацерация кожи,неудобства для испытуемого). В данной модели, так же как и в модели«мокрой»иммерсии,воссоздаютсяопорно-двигательные,сердечно-сосудистые и ряд других эффеков пребывания человека в условиях реальногокосмического полѐта [Григорьев и др., 2004].Широкоиспользуетсямодельантиортостатическойпостельнойгипокинезии с пониженным головным концом тела (6-8°) для исследованияэффектов гипогравитационного двигательного синдрома.

Основной вклад вразработке этой модели гипогравитации принадлежит группе исследователейпод руководством Л.И. Какурина [Какурин и др., 1970]. Модель воссоздаетследующие эффекты пребывания человека в условиях невесомости:уменьшениединамическихистатическихнагрузокнамышцы,перераспределение весовой нагрузки жидкостей (в т.ч. и крови) в организмечеловека, а также ограничение афферентного входа с рецепторнойповерхности стоп[Григорьев и др., 2004].Наземная модель ОРЗК на сегодняшний день представляет собой однуиз наиболее используемую и эффективно воспроизводящую условияневесомости методику исследования таких негативных реакций со стороныорганизма живых объектов как снижение/устранение опорных и осевыхнагрузок.

Это осуществляется благодаря тому, что у животных (грызунов)есть возможность опираться о пол клетки только передними конечностями,при этом задние лапы находятся в состоянии опорной и механическойразгрузки. Крысу или мышь «подвешивают» в специальных клетках такимобразом, что передний отдел тела располагается немного ниже каудального(30-45°). Таким образом, исчезают эффекты опорной и механическихнагрузок на мышцы задних конечностей, типичные в условиях невесомости.Принято считать, что собственно опорная разгрузка мышц конечностейслужит одним из запускающих механизмов, которые ведут развитиюгипогравитационного двигательного синдрома [Григорьев и др., 2004]. В36этой модели такое положение тела становится причиной накопленияжидкости, в т.ч. и крови, к верхней части тела и голове, что также имитируетэффект нахождения живых объектов в условиях гипогравитации.

К тому жеживотное с помощью передних конечностей имеет свободный доступпередвигаться по полу решѐтчатой клетки в любом направлении и подходитьк воде и корму. В работах Ильина и Новикова [1980] на крысах показанадостоверная схожесть изменений опорно-двигательного аппарата в условияхреального космического полѐта на борту биоспутника «Космос» и при ОРЗК.Такжевсравнительноманализерезультатовисследованиявлияниягипогравитации выявлены аналогичные изменения со стороны мышечноймассы и атрофии скелетных мышц конечностей в условиях космическогополѐта и ОРЗК [Riley et al., 1990; Jiang et al., 1992; Sandona et al., 2012; Piernoet al., 2002]. Положительным аспектом модели ОРЗК является сохранениеподвижности животного, что благоприятно сказывается на самочувствииэкспериментальныхобъектов,атакжевбольшеймереснимаетстрессогенные факторы, характерные для экспериментов с иммерсией.

Крометого, модель позволяет проследить за восстановлением параметров послеразгрузки конечностей. Можно заключить, что модель ОРЗК у грызуновявляется наиболее оптимальной на сегодняшний день для проведенияисследований по имитации эффектов микро-/гипогравитации на Земле.2.5 Исследование нервной ткани в условиях реальной невесомости имоделирующих еѐ на ЗемлеОднимизключевыхнаправленийвисследованияхвлияниякосмических полѐтов являются работы, посвященные развитию различныхпатологическихсостоянийу космоновтов,вчастностивоздействиекосмического полѐта на ЦНС.

В особенности, наиболее интересныизменения, связанные с развитием нервно-дегенеративных расстройств,поведенческих девиаций и нарушения психических процессов, участвующихв нормальном обучении и памяти [Rea et al., 2016]. За последние два37десятилетиязасчетразвитиямолекулярно-генетическихтехнологийувеличелось количество исследований в этом направлении, посвященныхизучению механизмов развития нервно-мышечных патологий, а такжевозможной генной терапии при этих заболеваниях [Phan et al., 2005].В работах Feuilloley et al. [1993] показано изменения мРНК и белканатрийуретического фактора в различных областях головного мозга амфибийв условиях 9-дневного космического полѐта. При изучении воздействияОРЗК у крыс было установлено выраженное (на 61%) уменьшениеактивностинейроновиннервирующихвзадниеобластипервичнойконечности,смоторнойкорыодновременным(М1),сниженниемкортикоспинальной возбудимости [Langlet et al., 2012].

Полученныерезультаты свидетельствуют о возникновении значимых морфологических ибиохимических сдвигов, проявляющихся в нервной ткани и развивающихся вответ на снижение опорной и механической нагрузки у животных в условияхреальной и моделируемой гипогравитации. Становится очевидным, что такиетрансформации обусловлены сдвигами в процессах биосинтеза белка и,соответственно,вреализацииправильнойгенетическойпрограммынейральных клеток. На 14 сутки космического полѐта в астроцитахгиппокампа крыс было обнаружено значительное снижение экспрессиимРНК GFAP [Day et al., 1998].

Позже в работе Sarkar et al. [2006] быловыявленодостоверноеснижениеэкспрессиигенов,кодирующихструктурные белки (такие, как тубулин, фодрин и прочие), а также белки,участвующиевметаболизме,вгиппокампемышейподвергнутыхвоздействию искусственной микрогравитации. Позже данные авторы спомощью 2-мерного гель-электрофореза обнаружили снижение содержанияглутатиона и супероксиддисмутазы-2 с одновременным повышением уровнямалатдегидрогеназыипероксиредоксина-6вгипоталамусемышей,находящихся в условиях моделируемой микрогравитации. Данные изменениясвязаны со снижением активности антиоксидантной защиты и развитииокислительного стресса в клетках гипоталамуса [Sarkar et al., 2008]. Ранее в38исследовании Wise et al.

[2005] было также показано в гиппокампе мышей вусловиях искусственной модели гипогравитации развитие окислительногостресса,усилениеперекисногоокислениялипидовприактивациитранскрипционного фактора NF-kB.Различными методами в условиях, имитирущих микрогравитацию,был выявлен процесс активации запрограммированной гибели клеток.

Спомощью метода медленного клиностатирования в клеточной культуреастроцитов было обаружены ядра с фрагментированной ДНК и активациякаспазы7;методомэлектронноймикроскопиибыливыявленыморфологические такие признаки апоптоза, как кариопикноз, конденсацияхроматина,образованиеядерныхпузырьков,фрагментацияДНКвнейральных клетках [Uva et al., 2002]. Изменения количества и активностивышеупомянутых белков, в том числе сопряжѐнных с окислительнымстрессом, описаны при нейродегенеративных заболеваниях, таких какболезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также заболеваниях, связанныхнейротрансмиссию и метаболизм глюкозы. Роль этих белков выявлена внарушенииорганизациицитоскелетаикаскадахапоптозаклеток.Выявленные сдвиги в экспрессии генов у грузынов, подвергнувшиесявоздействию микрогравитации, свидетельствуют об изменении в мозгеэкспрессииспецифическихбелков,участвующихвподдержаниижизнеспособности клеток в условиях микрогравитации [Rea et al., 2016].Ввиду того, что глиальные клетки выполняют нейротрофическую инейропротекторную функции, то можно предположить, что сдвиги в глиебудут отрицательно сказываться на функциональное состояние нервныхклеток, в том числе и мотонейронов.

К сегоняшнему дню накопилосьзначительное количество данных, демонстрирующих развитие изменений вЦНС, в т.ч. и спинном мозге, в ответ на воздействие реальной имоделируемой гипогравитации. При ОРЗК было выявены изенения вфундаментальныхнейрональныхмеханизмах,которыеконтролируютактивность моторных пулов мышц задних конечностей гузынов [Edgerton et39al., 2000]. В условиях гипогравитации зрегистрировано снижение активностиантиоксидантных белков в сенсорных нейронах спинномозговых ганглиев ив мотонейронах спиного мозга, учасвтующие в иннервации мышечныхволокон медленного типа [Ishihara et al., 2004].