Modern Problems of Science and Educationrae.ru
Scientific journal

Modern Problems of Science and Education

ISSN 2070-7428VAK ListRSCI IF = 0,936

MORPHOMETRIC CHANGES IN THE CEREBELLAR CORTEX AND DENTATE NUCLEUS OF RATS AFTER A TIBIAL BONE DEFECT FOLLOWING PRIOR ADMINISTRATION OF SODIUM BENZOATE AND TARTRAZINE

Churilin O.A.1,Luzin V.I.1,Zolotarevskaya M.V.1
1FSBEI HE ST. LUKA LSMU of MOH of Russia

Введение

Бензоат натрия (Е211) и тартразин (Е102) - один из самых распространенных консервантов и синтетический азокраситель, поступление которых с пищей носит длительный и практически повсеместный характер [1]. Допустимая суточная доза (ДСД) бензойной кислоты и ее солей, установленная Объединенным комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA), в 2021 г. увеличена с 0–5 до 0–20 мг/кг массы тела в пересчете на бензойную кислоту [2]; ДСД тартразина в 2016 г. повышена с 0–7,5 до 0–10 мг/кг [3]. В эксперименте бензоат натрия нарушает у мышей память и координацию движений и вызывает оксидативный стресс в головном мозге [4]; у крыс при 28-суточном введении он повышает содержание продуктов перекисного окисления липидов, фактора некроза опухоли α и активность каспазы-3 в стриатуме, гиппокампе, лобной коре и мозжечке [5]. Тартразин приводит к дегенеративным изменениям нейронов и реактивному астроглиозу в мозжечке [6; 7], а его нейротоксичность связывают с окислительным повреждением и апоптозом [8].

Травма опорно-двигательного аппарата сопровождается системной воспалительной реакцией, запускающей репаративный остеогенез [9]. На моделях перелома большеберцовой кости у грызунов показаны активация микроглии и астроцитов, повышение содержания провоспалительных цитокинов и утрата синапсов в головном мозге [10; 11]. Двунаправленная связь центральной нервной системы и скелета в настоящее время рассматривается в рамках концепции оси «мозг - кость» [12]. Ранее авторами установлено, что дефект большеберцовой кости сам по себе вызывает изменения структуры коры мозжечка крыс [13], а также описаны различия ультраструктуры крупных и малых нейронов латерального (зубчатого) ядра мозжечка [14], которые могут по-разному реагировать на повреждающие воздействия. Вместе с тем остается неясным, как предшествующее длительное введение пищевых добавок изменяет ответ мозжечка на костную травму и взаимодействуют ли эффекты двух факторов.

Цель исследования

Оценить морфометрические изменения коры и зубчатого ядра мозжечка крыс в динамике после нанесения дефекта большеберцовой кости на фоне предшествующего 60-суточного введения бензоата натрия и тартразина в двух дозах.

Материал и методы исследования

Исследование выполнено на 350 белых беспородных крысах-самцах репродуктивного возраста с исходной массой тела 200±10 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария (пластиковые клетки, температура 20–22 °С, влажность 40–45%) со свободным доступом к гранулированному корму и воде. Работу проводили в соответствии с Директивой 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22 сентября 2010 г. о защите животных, используемых в научных целях; протокол исследования одобрен Комиссией по биоэтике Луганского государственного медицинского университета им. Святителя Луки (протокол № 2 от 25.03.2022).

В рамках единого эксперимента животные были распределены на 10 групп по 35 особей (по 7 на каждый из пяти сроков наблюдения). Распределение животных по группам и срокам выведения из эксперимента проводили случайным образом. Обозначения групп: К - контрольная группа; К+Д - группа изолированного дефекта; Б - бензоат натрия, Т - тартразин, число после буквы - доза в мг/кг массы тела; «+Д» - нанесение дефекта после курса введения добавки. В статье анализируются группы с нанесением дефекта и контрольная группа (К, К+Д, Б500+Д, Б1000+Д, Т750+Д, Т1500+Д; 210 животных). Четыре группы, получавшие те же добавки без нанесения дефекта (Б500, Б1000, Т750, Т1500; 140 животных), выводили из эксперимента в те же сроки; их данные использованы для прямого сопоставления с сочетанными группами и для двухфакторного дисперсионного анализа. Результаты по коре мозжечка в группах Б500 и Б1000 частично опубликованы ранее [15; 16]; данные групп Т750 и Т1500, а также данные по зубчатому ядру во всех группах без дефекта приведены в дополнительных материалах к статье.

Животные групп К и К+Д ежедневно (с 7:00 до 10:00) внутрижелудочно через зонд получали 1 мл 0,9% раствора натрия хлорида, остальных групп - в том же объеме раствор бензоата натрия (Eastman Chemical B.V., Нидерланды) в дозе 500 или 1000 мг/кг либо тартразина (ROHA Dyechem Pvt. Ltd., Индия) в дозе 750 или 1500 мг/кг массы тела в течение 60 суток; дозу рассчитывали ежедневно по результатам взвешивания. Продолжительность введения превышает стандартный 28-суточный тест с повторным введением и была выбрана для оценки последствий длительного (субхронического) поступления добавок.

Дозы планировали в 2022 г. как 100- и 200-кратные значения ДСД для человека, принятые в качестве референтных: 5 мг/кг для бензоата натрия (групповая ДСД бензойной кислоты и ее солей, установленная JECFA в 1996 г. [17]) и 7,5 мг/кг для тартразина (ДСД JECFA, действовавшая до 2016 г. [3]). Эти значения установлены для человека; межвидовой пересчет доз при планировании не выполняли, поэтому кратность ДСД носит условный характер. Относительно действующих ДСД (20 мг/кг в пересчете на бензойную кислоту и 10 мг/кг [2; 3]) использованные дозы соответствуют примерно 21- и 42-кратной ДСД бензоатов (500 и 1000 мг/кг бензоата натрия эквивалентны 424 и 847 мг/кг бензойной кислоты) и 75- и 150-кратной ДСД тартразина. При пересчете по площади поверхности тела (коэффициент для крысы 6,2 [18]) эквивалентные дозы для человека составляют около 81 и 161 мг/кг для бензоата натрия и 121 и 242 мг/кг для тартразина. Таким образом, режим введения многократно превышает реальное алиментарное поступление и предназначен для выявления структурных эффектов добавок, а не для моделирования пищевой нагрузки человека.

По окончании введения животным групп К+Д, Б500+Д, Б1000+Д, Т750+Д и Т1500+Д под эфирным масочным наркозом наносили сквозной дырчатый дефект диаметром 2,2 мм в проксимальном отделе диафиза обеих большеберцовых костей с помощью твердосплавного бора и эндодонтического мотора X-Smart (Dentsply Maillefer, Швейцария). Толщина кости в этой области (не менее 3,5 мм) позволяла создать сквозное отверстие без нарушения ее целостности и осевой нагрузки на конечность. Учитывая возможное влияние диэтилового эфира на центральную нервную систему, эфирный наркоз применяли как кратковременный управляемый вид анестезии; он выполнялся одинаково во всех группах с дефектом, включая группу К+Д, которая служила контролем в отношении операции и анестезии, а первое исследование мозжечка проводили не ранее чем через 3 суток после вмешательства. Животных (по 7 на срок) выводили из эксперимента декапитацией после ингаляции летальной дозы диэтилового эфира на 3, 10, 15, 24 и 45-е сутки после операции, что соответствует фазам воспаления, дифференцировки клеток, минерализации, ремоделирования и исхода репаративного остеогенеза; животных групп без дефекта выводили в те же сроки после окончания введения. Состояние костного регенерата в настоящей работе не анализируется: кристаллическую структуру биоминерала регенерата исследовали методом рентгеноструктурного анализа по ранее описанной методике [19]; результаты будут представлены в отдельной публикации.

После декапитации вскрывали черепную коробку, извлекали головной мозг и отделяли мозжечок по ножкам. Мозжечок фиксировали 24 ч в 10%-ном нейтральном забуференном формалине, промывали в проточной воде, обезвоживали в изопропиловом спирте возрастающей концентрации на гистопроцессоре MTP (SLEE Medical, Германия), заливали в парафиновую среду Histomix и на ротационном микротоме изготавливали серийные срезы толщиной 5–6 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином и толуидиновым синим по Нисслю. Микрофотографии получали цифровой фотокамерой Olympus SP-500UZ (Olympus, Япония).

Морфометрию выполняли с помощью микроскопа Nikon Eclipse Ni, камеры Nikon DS-Fi3 и программы NIS-Elements BR 4.60.00 (Nikon, Япония) после калибровки по объект-микрометру по ранее описанной методике [20]. Ширину слоев коры и численную плотность нейронов определяли в 10 полях зрения на животное (кора - объектив ×20, площадь поля 0,085 мм²; зубчатое ядро - объектив ×10, площадь поля 0,340 мм²), площадь тел нейронов и их ядер - по 25 профилям каждого типа клеток на животное при объективе ×100, обводя в ручном режиме плазмолемму и кариолемму; измеряли только профили с различимым ядрышком. Для каждого животного рассчитывали среднее значение показателя, которое служило единицей статистического анализа. Морфометрическую оценку выполняли без кодирования препаратов (без ослепления); для уменьшения субъективности применяли единые критерии отбора полей зрения и клеточных профилей и одинаковые настройки калибровки для всех групп. Определяли 16 показателей: ширину молекулярного и зернистого слоев; численную плотность (клеток/мм²) нейронов молекулярного слоя, клеток-зерен и клеток Пуркинье; площадь профильного поля нейронов молекулярного слоя, клеток-зерен и клеток Пуркинье, площадь ядер клеток Пуркинье и их ядерно-цитоплазматическое отношение (ЯЦО); в зубчатом ядре - численную плотность и площадь крупных и мелких нейронов, площадь ядер и ЯЦО крупных нейронов. ЯЦО рассчитывали для каждого животного по формуле ЯЦО = Sя / (Sкл − Sя), где Sя - средняя площадь ядра, Sкл - средняя площадь профиля тела нейрона, включающая ядро.

Данные представлены в виде M±m, где M - среднее, m - стандартная ошибка среднего (n = 7 на срок). Нормальность распределения проверяли критерием Шапиро - Уилка, равенство дисперсий - F-критерием Фишера; при нормальном распределении и равенстве дисперсий применяли t-критерий Стьюдента, в остальных случаях U-критерий Манна - Уитни; в тексте приводятся точные значения p. Каждую сочетанную группу сравнивали с контролем и с группой К+Д соответствующего срока (по 80 сравнений: 16 показателей × 5 сроков), а также с группой, получавшей ту же добавку без нанесения дефекта. Для контроля ошибки I рода в пределах каждого семейства из 80 сравнений применяли процедуру Бенджамини - Хохберга (доля ложных открытий ≤ 0,05) [21] и более строгую процедуру Холма [22]. Совместное действие факторов оценивали двухфакторным дисперсионным анализом по схеме «доза добавки (0 / первая / вторая) × дефект (нет / есть)» отдельно для каждого вещества, показателя и срока (42 животных в каждом анализе); рассчитывали F-критерий, p и силу влияния η² = SSфактора / SSобщ × 100%. Расчеты выполняли в среде Python 3.11 (SciPy 1.17).

Результаты исследования и их обсуждение

Изолированное нанесение дефекта (группа К+Д) сопровождалось статистически значимыми отличиями от контроля в 6 из 80 сравнений (табл. 1–3). На 3-и и 10-е сутки численная плотность нейронов молекулярного слоя была меньше контрольной на 22,7% (p = 0,011) и 20,0% (p = 0,012), клеток-зерен - на 11,3% (p = 0,040) и 11,0% (p = 0,047). Площадь мелких нейронов зубчатого ядра на 10-е и 15-е сутки превышала контроль на 24,7% (p = 0,018) и 24,4% (p < 0,001); последнее отличие сохраняло значимость и после поправки Холма. Плотность клеток Пуркинье была ниже контроля на 6,3–9,9%, а площадь их перикарионов и ядер, как и площадь ядер крупных нейронов зубчатого ядра, превышала контроль (до 9,0%, 13,6% и 15,4% соответственно), однако эти различия статистически не значимы (p ≥ 0,11). Качественно в ранние сроки в молекулярном слое выявлялись обратимые изменения нейронов по типу острого набухания и гипохроматоза, а среди клеток Пуркинье - гиперхромные клетки (рис. 1). К 24–45-м суткам показатели группы К+Д от контрольных не отличались. Таким образом, при изолированной костной травме на 3–10-е сутки снижается численная плотность нейронов молекулярного и зернистого слоев, а к 10–15-м суткам увеличивается площадь мелких нейронов зубчатого ядра; увеличение размеров клеток Пуркинье и крупных нейронов носит характер тенденции.

Изолированная травма сказывалась и на органометрических показателях головного мозга: его длина в группе К+Д была меньше контрольной на 3, 10 и 45-е сутки (на 2,9–4,6%), ширина - на 10-е и 45-е сутки (на 4,3% и 2,5%), а масса на 45-е сутки составила 2,51±0,05 г против 2,62±0,01 г в контроле (p < 0,05). Следовательно, костная травма оказывает на головной мозг собственное, хотя и умеренное, влияние, которое необходимо учитывать при оценке сочетанных воздействий.

Таблица 1

Число статистически значимых отличий морфометрических показателей мозжечка от контроля и от группы К+Д на разных сроках после нанесения дефекта (из 16 показателей на срок, 80 сравнений на группу)

Группа

Отличия от группы К (p < 0,05)

От К после поправки (БХ / Холм)

От К+Д, всего (БХ / Холм)

От группы без дефекта

3-и сут.

10-е сут.

15-е сут.

24-е сут.

45-е сут.

всего

К+Д

2

3

1

0

0

6

1 / 1

-

-

Б500+Д

0

0

0

0

0

0

0 / 0

7 (2 / 1)

0

Б1000+Д

1

0

0

0

0

1

0 / 0

9 (2 / 2)

0

Т750+Д

3

2

2

1

0

8

1 / 1

17 (8 / 7)

0

Т1500+Д

6

5

4

3

0

18

9 / 3

27 (16 / 9)

0

Примечание: БХ - поправка Бенджамини - Хохберга, Холм - поправка Холма (в пределах 80 сравнений группы). Составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Рис. 1. Кора мозжечка крыс на 3-и сутки наблюдения: А, В - группа К; Б, Г - группа К+Д. А, Б - извилина коры (объектив ×10); В, Г - граница молекулярного и зернистого слоев (объектив ×40). 1 - молекулярный слой; 2 - клетки Пуркинье; 3 - зернистый слой.

Окраска гематоксилином и эозином.

Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования

После предшествующего введения бензоата натрия изменения были минимальными: в группе Б500+Д отличий от контроля не выявлено, в группе Б1000+Д зарегистрировано одно - уменьшение численной плотности нейронов молекулярного слоя на 3-и сутки на 15,7% (p = 0,026), не сохранившее значимость после поправки на множественность сравнений. Площадь ядер клеток Пуркинье в группе Б1000+Д была меньше контроля на 4,5–11,4%, площадь ядер крупных нейронов зубчатого ядра - на 0,6–7,8% (p ≥ 0,14). Реактивного увеличения размеров нейронов, характерного для группы К+Д, не отмечалось, поэтому от группы изолированного дефекта группы Б500+Д и Б1000+Д отличались в 7 и 9 сравнениях - прежде всего меньшей площадью мелких нейронов зубчатого ядра на 10–15-е сутки (p = 0,0001–0,0008) и площадью ядер клеток Пуркинье (p = 0,007–0,018).

Предшествующее введение тартразина вызывало наиболее выраженные изменения, затрагивавшие прежде всего ядерный аппарат нейронов (табл. 2, 3; рис. 2). В группе Т750+Д площадь ядер клеток Пуркинье была уменьшена на 3–24-е сутки на 31,4–20,7% (p = 0,0001–0,019), их ЯЦО - на 3-и и 15-е сутки на 31,2% (p = 0,010) и 26,0% (p = 0,016), площадь ядер крупных нейронов зубчатого ядра - на 3-и и 10-е сутки на 22,3% (p = 0,018) и 23,3% (p = 0,004). В группе Т1500+Д площадь ядер клеток Пуркинье была уменьшена на 3–24-е сутки на 38,5–27,1% (p от < 0,0001 до 0,002), их ЯЦО - на 34,8–26,4% (p = 0,004–0,050), площадь перикарионов - на 3–15-е сутки на 16,3–12,6% (p = 0,002–0,028), площадь ядер крупных нейронов зубчатого ядра - на 3–24-е сутки на 33,3–16,8% (p = 0,0007–0,046). Кроме того, в этой группе на 3-и сутки была снижена численная плотность клеток-зерен (на 14,5%, p = 0,012), а на 3-и и 10-е сутки - нейронов молекулярного слоя (на 20,0%, p = 0,007, и на 16,4%, p = 0,003). После поправки Бенджамини - Хохберга в группе Т1500+Д значимыми остались 9 из 18 отличий (площадь ядер клеток Пуркинье на 3–24-е сутки, площадь их перикарионов и ЯЦО на 3-и сутки, площадь ядер крупных нейронов зубчатого ядра на 3–10-е сутки, плотность нейронов молекулярного слоя на 10-е сутки), после поправки Холма - 3 (площадь ядер клеток Пуркинье на 3–15-е сутки); в группе Т750+Д обеими процедурами подтверждено уменьшение площади ядер клеток Пуркинье на 3-и сутки. Плотность клеток Пуркинье в группах тартразина была меньше контроля на 5,2–12,3% без статистической значимости (p ≥ 0,16). От группы К+Д группы Т750+Д и Т1500+Д отличались в 17 и 27 сравнениях из 80.

Таблица 2

Морфометрические показатели коры мозжечка крыс после нанесения дефекта большеберцовой кости (M±m, n = 7)

Сутки

Группа

Плотность нейронов молекулярного слоя, кл/мм²

Плотность клеток-зерен, кл/мм²

Площадь клеток Пуркинье, мкм²

Площадь ядер клеток Пуркинье, мкм²

ЯЦО клеток Пуркинье

3-и

К

1529,5±63,4

26006±1037

385,9±14,1

121,9±5,5

0,474±0,037

К+Д

1182,9±98,0*

23062±742*

420,8±30,5

128,5±7,6

0,462±0,043

Б500+Д

1359,4±62,2

25458±1761

381,6±12,8

115,9±5,4

0,448±0,039

Б1000+Д

1289,3±55,8*

24734±472

367,8±16,7

108,1±6,9

0,431±0,044

Т750+Д

1275,2±87,4

24422±846

349,2±14,6

83,7±3,3*#

0,326±0,031*#

Т1500+Д

1223,4±39,1*

22229±760*

323,1±7,5*#

75,0±3,2*#

0,309±0,027*#

10-е

К

1475,9±48,3

25657±664

382,1±12,0

119,0±5,1

0,460±0,032

К+Д

1180,5±86,9*

22833±1087*

416,5±21,7

131,8±4,5

0,491±0,054

Б500+Д

1385,5±64,3

25625±796

378,0±10,1

115,8±4,7#

0,451±0,035

Б1000+Д

1361,9±78,3

25105±1038

367,9±9,5

109,0±3,8#

0,424±0,019

Т750+Д

1270,9±87,9

24390±740

358,7±16,3

86,8±6,0*#

0,336±0,046

Т1500+Д

1234,2±45,1*

24123±1602

332,0±16,2*#

79,7±3,3*#

0,325±0,027*#

15-е

К

1414,7±109,9

26127±661

387,4±15,1

119,7±5,9

0,454±0,031

К+Д

1182,1±75,4

24712±1048

418,3±16,0

136,0±5,2

0,494±0,039

Б500+Д

1383,9±81,2

26668±1317

382,4±19,2

117,7±2,9#

0,464±0,044

Б1000+Д

1292,4±58,2

25538±907

369,8±10,8#

111,8±4,8#

0,440±0,032

Т750+Д

1220,0±50,6

25503±1290

367,5±15,8#

90,5±4,7*#

0,336±0,029*#

Т1500+Д

1219,5±102,8

25083±1324

338,6±12,1*#

82,9±3,8*#

0,334±0,031*#

24-е

К

1462,8±94,1

25771±1147

384,0±15,1

119,3±8,3

0,467±0,053

К+Д

1333,4±85,7

24716±579

404,3±7,8

133,4±7,0

0,499±0,039

Б500+Д

1461,0±72,4

26108±1015

384,7±14,8

119,7±4,8

0,466±0,039

Б1000+Д

1324,8±78,9

25722±1179

370,6±11,5#

110,5±8,1

0,443±0,062

Т750+Д

1281,8±35,9

25420±678

367,0±17,5

94,6±3,8*#

0,365±0,041#

Т1500+Д

1272,8±45,5

25248±1562

351,9±19,3#

87,0±2,4*#

0,339±0,025*#

45-е

К

1485,5±61,5

25915±599

385,7±13,3

120,0±6,3

0,476±0,065

К+Д

1389,9±78,5

25247±1080

393,7±10,7

116,5±3,9

0,428±0,031

Б500+Д

1593,9±98,5

27044±901

394,1±24,4

123,7±6,0

0,492±0,063

Б1000+Д

1474,8±47,3

26663±1132

377,9±14,8

114,7±6,3

0,461±0,061

Т750+Д

1386,5±81,2

25985±1273

368,5±14,9

113,1±8,1

0,472±0,070

Т1500+Д

1368,0±78,6

25860±858

360,9±12,2#

106,5±6,0

0,434±0,043

Примечание: * - статистически значимое отличие от группы К (p < 0,05); # - от группы К+Д (p < 0,05). ЯЦО = Sя / (Sкл − Sя). Составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Во всех сочетанных группах изменения были максимальными на 3-и сутки и затем уменьшались: число статистически значимых отличий от контроля на 3, 10, 15, 24 и 45-е сутки составило 3, 2, 2, 1 и 0 в группе Т750+Д и 6, 5, 4, 3 и 0 в группе Т1500+Д (табл. 1, рис. 2). На 45-е сутки ни в одной группе отличий от контроля не выявлено, хотя площадь ядер клеток Пуркинье в группе Т1500+Д оставалась меньше контрольной на 11,3% (p = 0,145).

Рис. 2. Площадь ядер клеток Пуркинье в группах с нанесением дефекта большеберцовой кости, % отклонения от контроля соответствующего срока (0 - уровень контроля).

Над столбцами указаны значения отклонения; * - статистически значимое отличие от контроля (p < 0,05).

Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования

Отделы зубчатого ядра реагировали на сочетанное воздействие неодинаково (табл. 3).

Качественно на 3-и сутки в группе Т750+Д в ганглионарном слое коры выявлялись сморщенные клетки Пуркинье с гомогенной гиперхромной цитоплазмой и нечетким ядром и единичные клетки-тени. В зубчатом ядре в группе К крупные нейроны располагались равномерно и имели четко контурированные ядро и ядрышко; в группе Б1000+Д наряду с такими нейронами встречались единичные сморщенные гиперхромные клетки, а в группе Т750+Д - многочисленные сморщенные гиперхромные нейроны веретеновидной формы, окруженные зоной перицеллюлярного отека (рис. 3). После введения тартразина изменения затрагивали прежде всего магноцеллюлярный отдел: на 3-и сутки площадь ядер крупных нейронов в группах Т750+Д и Т1500+Д была меньше контрольной на 22,3% и 33,3% соответственно (p = 0,018 и p = 0,0007), тогда как снижение численной плотности мелких нейронов в этих группах (на 13,9% и 17,4%) статистической значимости не достигало (p ≥ 0,32). После введения бензоата натрия площадь ядер крупных нейронов от контроля значимо не отличалась, а плотность мелких нейронов в группе Б1000+Д была ниже контрольной на 5,1–9,3% на протяжении всего наблюдения (p ≥ 0,47). При изолированном дефекте увеличивалась площадь мелких нейронов (на 24,7% и 24,4% на 10-е и 15-е сутки), а площадь ядер крупных нейронов имела тенденцию к увеличению (на 15,4% на 15-е сутки, p = 0,11). Различия в поведении отделов носят характер тенденции и могут отражать неодинаковую чувствительность нейронов магно- и парвоцеллюлярного отделов к двум добавкам, что требует проверки другими методами.

Рис. 3. Мозжечок крыс на 3-и сутки наблюдения: А - кора, группа Т750+Д (объектив ×40); Б - зубчатое ядро (обведено пунктиром), группа К (объектив ×10); В - зубчатое ядро, группа Б1000+Д (объектив ×40); Г - зубчатое ядро, группа Т750+Д (объектив ×40). 1 - сморщенные гиперхромные нейроны с гомогенной цитоплазмой и нечетким ядром; 2 - клетка-тень; 3 - нейрон с сохранными ядром и ядрышком; 4 - перицеллюлярный отек.

Окраска гематоксилином и эозином.

Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования

Таблица 3

Морфометрические показатели нейронов зубчатого ядра мозжечка крыс после нанесения дефекта большеберцовой кости (M±m, n = 7)

Сутки

Группа

Плотность мелких нейронов, кл/мм²

Площадь мелких нейронов, мкм²

Площадь крупных нейронов, мкм²

Площадь ядер крупных нейронов, мкм²

ЯЦО крупных нейронов

3-и

К

374,0±41,0

59,4±3,2

498,2±27,8

133,0±8,6

0,386±0,049

К+Д

332,0±20,6

66,9±5,8

532,9±34,3

149,7±11,3

0,423±0,066

Б500+Д

360,5±25,7

60,4±3,6

505,2±31,0

132,0±6,2

0,374±0,040

Б1000+Д

339,3±29,0

59,3±4,3

496,3±22,6

123,1±4,2#

0,336±0,022

Т750+Д

322,1±34,0

57,8±3,1

466,9±14,9

103,3±5,9*#

0,291±0,024

Т1500+Д

309,0±15,9

54,9±3,6

435,9±18,9

88,7±4,7*#

0,258±0,017#

10-е

К

381,7±28,6

61,0±3,4

504,4±29,4

136,9±7,9

0,416±0,076

К+Д

328,7±34,0

76,1±1,3*

544,8±30,5

154,3±8,3

0,399±0,019

Б500+Д

362,2±42,7

61,7±3,2#

508,8±31,7

136,6±7,1

0,391±0,051

Б1000+Д

346,4±38,2

60,5±2,5#

499,3±16,9

126,3±4,6#

0,346±0,026

Т750+Д

339,3±40,5

59,5±3,0#

470,1±30,3

105,0±4,6*#

0,303±0,032#

Т1500+Д

319,3±21,6

56,4±2,4#

441,9±19,3#

94,7±5,7*#

0,283±0,033

15-е

К

365,4±32,9

58,8±2,3

497,4±17,6

130,0±9,8

0,356±0,029

К+Д

317,3±31,5

73,2±2,0*

536,3±15,4

150,0±6,3

0,390±0,018

Б500+Д

354,1±32,4

59,9±2,2#

508,1±21,5

131,9±10,4

0,373±0,052

Б1000+Д

344,0±37,3

58,5±1,8#

500,9±34,8

121,5±4,9#

0,331±0,023

Т750+Д

337,5±25,9

57,3±2,6#

474,4±23,1#

105,9±5,6#

0,300±0,033#

Т1500+Д

321,8±24,8

54,6±1,5#

443,8±20,7#

99,6±4,2*#

0,294±0,017#

24-е

К

351,5±24,0

60,0±2,8

501,8±22,1

136,7±8,1

0,381±0,030

К+Д

310,3±30,3

63,7±3,0

513,0±34,3

145,0±7,0

0,409±0,035

Б500+Д

344,9±38,2

61,6±2,4

511,6±17,4

134,0±7,2

0,367±0,038

Б1000+Д

333,4±27,3

60,6±3,4

502,5±17,4

129,2±6,9

0,354±0,029

Т750+Д

323,3±25,7

58,6±3,9

481,7±28,0

123,4±5,7#

0,355±0,029

Т1500+Д

312,7±29,5

55,6±2,6

456,4±24,1

113,7±6,4*#

0,341±0,029

45-е

К

370,1±21,3

60,7±3,5

498,2±38,6

138,4±6,3

0,418±0,055

К+Д

336,1±16,1

58,7±2,5

481,7±18,8

132,1±8,9

0,389±0,043

Б500+Д

367,4±22,5

62,3±3,4

508,4±34,6

141,9±6,4

0,411±0,044

Б1000+Д

351,3±27,4

61,5±3,4

499,8±31,0

137,6±7,2

0,404±0,048

Т750+Д

343,7±22,7

59,3±2,4

484,4±25,1

134,9±5,9

0,397±0,034

Т1500+Д

333,4±26,3

57,3±3,0

457,9±20,7

132,1±9,2

0,416±0,038

Примечание: * - статистически значимое отличие от группы К (p < 0,05); # - от группы К+Д (p < 0,05). ЯЦО = Sя / (Sкл − Sя). Составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

При одинаковой кратности референтной ДСД (100- и 200-кратной) группы тартразина отличались от групп бензоата натрия в 10 (Т750+Д и Б500+Д) и 14 (Т1500+Д и Б1000+Д) сравнениях из 80 - преимущественно по площади ядер и ЯЦО клеток Пуркинье и площади ядер крупных нейронов зубчатого ядра, тогда как между дозами одного вещества различий не выявлено. Сочетанные группы не отличались от групп, получавших те же добавки без нанесения дефекта, ни в одной из четырех пар (0 из 80 сравнений в каждой).

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа для основных показателей приведены в таблице 4 (полностью - в дополнительных материалах). Для тартразина статистически значимое влияние фактора «доза» выявлено в 34 из 80 анализов; наибольшая сила влияния отмечена для площади ядер клеток Пуркинье (η² = 62,9–79,4% на 3–24-е сутки, p < 0,001) и площади ядер крупных нейронов зубчатого ядра (η² = 35,7–65,5%, p < 0,001). Для бензоата натрия влияние дозы было значимо в 10 анализах, и его сила не превышала 34,9% (площадь ядер клеток Пуркинье на 10-е сутки). Фактор «дефект» был значим в 5 (бензоат натрия) и 3 (тартразин) анализах, наиболее выраженно - для площади мелких нейронов зубчатого ядра на 10–15-е сутки (η² = 12,2–18,0%). Статистически значимое взаимодействие факторов «доза × дефект» выявлено лишь в 4 (бензоат натрия) и 6 (тартразин) анализах из 80 - для плотности нейронов молекулярного и зернистого слоев и ширины зернистого слоя на 3–10-е сутки и площади мелких нейронов зубчатого ядра на 10–15-е сутки (η² = 8,6–24,4%). Таким образом, статистически значимое взаимодействие факторов в большинстве анализов не выявлено; поскольку при α = 0,05 около 4 из 80 анализов могут оказаться значимыми случайно, единичные эффекты взаимодействия следует рассматривать как предварительные.

Таблица 4

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа «доза добавки × дефект» для основных показателей мозжечка (F; p; η², %)

Показатель

Сутки

Доза

Дефект

Доза × дефект

Бензоат натрия

Плотность нейронов молекулярного слоя

3

1,16; 0,324; 4,4

1,88; 0,179; 3,5

6,48; 0,004; 24,4

Плотность клеток-зерен

3

0,22; 0,805; 1,1

0,04; 0,834; 0,1

2,49; 0,097; 12,0

Площадь ядер клеток Пуркинье

3

4,80; 0,014; 20,5

1,20; 0,281; 2,6

0,01; 0,993; 0,0

Площадь ядер клеток Пуркинье

15

10,64; < 0,001; 31,9

7,10; 0,011; 10,7

1,12; 0,336; 3,4

ЯЦО клеток Пуркинье

3

0,52; 0,599; 2,8

0,11; 0,743; 0,3

0,15; 0,863; 0,8

Площадь мелких нейронов ЗЯ

10

7,73; 0,002; 22,4

10,48; 0,003; 15,2

3,56; 0,039; 10,3

Площадь мелких нейронов ЗЯ

15

9,88; < 0,001; 24,8

14,37; < 0,001; 18,0

4,78; 0,014; 12,0

Площадь ядер крупных нейронов ЗЯ

3

4,72; 0,015; 19,2

2,88; 0,098; 5,9

0,39; 0,679; 1,6

Тартразин

Плотность нейронов молекулярного слоя

3

2,15; 0,131; 8,6

1,35; 0,252; 2,7

4,31; 0,021; 17,1

Плотность клеток-зерен

3

6,86; 0,003; 23,5

0,14; 0,714; 0,2

4,31; 0,021; 14,7

Площадь ядер клеток Пуркинье

3

72,41; < 0,001; 79,4

1,55; 0,222; 0,8

0,06; 0,941; 0,1

Площадь ядер клеток Пуркинье

15

60,59; < 0,001; 73,8

4,77; 0,036; 2,9

1,17; 0,322; 1,4

ЯЦО клеток Пуркинье

3

16,41; < 0,001; 47,6

0,00; 0,975; 0,0

0,06; 0,944; 0,2

Площадь мелких нейронов ЗЯ

10

14,57; < 0,001; 35,1

10,35; 0,003; 12,5

3,70; 0,035; 8,9

Площадь мелких нейронов ЗЯ

15

13,46; < 0,001; 33,9

9,66; 0,004; 12,2

3,40; 0,044; 8,6

Площадь ядер крупных нейронов ЗЯ

3

28,76; < 0,001; 59,7

1,98; 0,168; 2,1

0,44; 0,649; 0,9

Примечание: число степеней свободы - 2 и 36 для фактора «доза» и взаимодействия, 1 и 36 для фактора «дефект»; ЗЯ - зубчатое ядро. Составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Полученные данные позволяют разграничить вклад двух факторов. Изменения при изолированном дефекте затрагивают прежде всего плотность нейронов молекулярного и зернистого слоев, модулирующих активность клеток Пуркинье, а увеличение размеров нейронов нарастает к 15-м суткам и исчезает к 24–45-м суткам. Такая динамика совпадает с периодом нарушения опороспособности конечности и перестройки локомоторного стереотипа. Мозжечок обеспечивает адаптацию локомоции на основе ошибок сенсорного прогноза [23], а освоение нового двигательного навыка, в отличие от простой двигательной нагрузки, вызывает у взрослых крыс синаптогенез и гипертрофию астроцитов в коре мозжечка [24; 25]. Кроме того, ноцицептивная импульсация модулирует активность клеток Пуркинье через бергмановскую глию [26]. Поэтому увеличение размеров нейронов при изолированном дефекте авторы рассматривают как возможное проявление функциональной нагрузки, а не токсического повреждения.

В сочетанных группах, особенно после введения тартразина, такой реакции не наблюдалось, а площадь ядер и ЯЦО нейронов уменьшались. Уменьшение размеров ядра может отражать снижение функциональной, в том числе синтетической, активности нейронов, однако морфометрические данные не позволяют оценить ее непосредственно: для такого заключения необходимы гистохимические, иммуногистохимические или ультраструктурные исследования. Выявленные изменения согласуются с данными о роли оксидативного стресса, воспаления и апоптоза в нейротоксичности обеих добавок [4; 5; 8] и о более выраженном повреждении коры мозжечка при действии тартразина [6; 7]. Можно предположить, что системная воспалительная реакция при переломе, сопровождающаяся активацией глии в головном мозге [10; 11], усиливает повреждение нейронов, антиоксидантный резерв которых снижен предшествующей интоксикацией. Однако единичные эффекты взаимодействия факторов и отсутствие различий между сочетанными группами и группами без дефекта указывают, что в условиях эксперимента вклад такого механизма, если он существует, невелик. Результаты следует интерпретировать с учетом высоких доз добавок, небольшой численности подгрупп и числа проведенных сравнений, поэтому основное внимание уделено отличиям, сохранившим значимость после поправки на множественность сравнений.

Полученные данные имеют прежде всего фундаментальное значение, раскрывая механизмы нейротоксичности пищевых добавок в эксперименте: они показывают, что предшествующее длительное введение высоких доз тартразина и в меньшей степени бензоата натрия изменяет морфометрический ответ мозжечка на травму опорно-двигательного аппарата. У животных, не получавших добавок, ответ на костный дефект проявлялся значимым увеличением площади мелких нейронов зубчатого ядра и тенденцией к увеличению размеров клеток Пуркинье и крупных нейронов и их ядер; после предшествующего введения тартразина такого ответа не наблюдалось, а площадь ядер нейронов уменьшалась. Дальнейшее изучение целесообразно направить на оценку эффектов добавок в дозах, близких к действующим ДСД, на обратимость изменений в более отдаленные сроки и на функциональную характеристику нейронов.

Заключение

Изолированное нанесение дефекта большеберцовой кости сопровождается умеренными и обратимыми изменениями коры и зубчатого ядра мозжечка крыс: снижением численной плотности нейронов молекулярного и зернистого слоев на 3–10-е сутки и увеличением площади мелких нейронов зубчатого ядра на 10–15-е сутки. На фоне предшествующего 60-суточного введения пищевых добавок в высоких дозах морфометрическая картина мозжечка определяется преимущественно видом и дозой добавки: после введения бензоата натрия отличия от контроля единичны, после введения тартразина уменьшаются площадь ядер и ЯЦО клеток Пуркинье и площадь ядер крупных нейронов зубчатого ядра (уменьшение площади ядер клеток Пуркинье сохраняет значимость после поправки на множественность сравнений), а увеличения размеров нейронов, характерного для изолированной травмы, не наблюдается. Изменения максимальны на 3-и сутки, к 45-м суткам статистически значимые отличия от контроля не выявляются. Статистически значимое взаимодействие факторов «доза × дефект» выявлено лишь в единичных анализах в ранние сроки.


Conflict of Interest
The authors declare that there is no conflict of interest.

Funding
The research was performed without external funding.

Bibliographic Reference

Churilin O.A., Luzin V.I., Zolotarevskaya M.V. MORPHOMETRIC CHANGES IN THE CEREBELLAR CORTEX AND DENTATE NUCLEUS OF RATS AFTER A TIBIAL BONE DEFECT FOLLOWING PRIOR ADMINISTRATION OF SODIUM BENZOATE AND TARTRAZINE // Modern Problems of Science and Education. 2026. No. 9.;
URL: https://science-education.ru/en/article/view?id=34738 (accessed: 07/11/2026).
DOI: https://doi.org/10.17513/spno.34738