CC BY
40
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯ
УДК 616.831-091.81-005.4-036.12-092.4 © О.С. Грицаенко, В.В. Семченко, С.С. Степанов, 2009
О.С. Грицаенко, В.В. Семченко, С.С. Степанов МЕЛКО- И КРУПНОКЛЕТОЧНЫЕ ПОПУЛЯЦИИ НЕЙРОНОВ СЕНСОМОТОРНОЙ КОРЫ БОЛЬШОГО МОЗГА БЕЛЫХ КРЫС В ОТДАЛЕННОМ ПОСТИШЕМИЧЕСКОМ ПЕРИОДЕ НА ФОНЕ ХРОНИЧЕСКОГО СТРЕССА
Омская государственная медицинская академия Омский научно-исследовательский центр СО РАМН Западно-Сибирский медицинский центр Росздрава г. Омск
В эксперименте на 50 половозрелых белых крысах проведено изучение роли хронического стресса на характер изменений нейронов III-IV и V слоев сенсомоторной коры большого мозга в отдаленном периоде после перенесенной острой ишемии головного мозга в результате 20-минутной окклюзии общих сонных артерий. Установлено, что в отдаленном по-стишемическом периоде стрессовое воздействие уменьшает количество нейронов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс, а в большей степени повреждается популяция мелких нейронов слоев III-IV. Вероятно, это может быть причиной нарушения интегративно-пусковой деятельности коры большого мозга в отдаленном постишемическом периоде вообще, а на фоне хронического стресса в особенности.
Ключевые слова: нейрон, сенсомоторная кора, отдаленный постишемический период, хронический стресс.
O.S. Gritsayenko, V.V. Semchenko, S.S. Stepanov SMALL AND LARGE CELLULAR NEURONS POPULATION OF THE SENSORIMOTOR CORTEX OF ALBINO RATS CEREBRUM IN THE REMOTE POSTISCHEMIC PERIOD
WITH CHRONIC STRESS
The influence of chronic stress on the nature of changes in neurons of layers III-IV and V of the cerebral sensorimotor cortex in the remote period after acute cerebral ischemia resulting from 20-minute occlusion of the general carotids has been studied on 50 sexually mature albino rats.
It has been shown that in the remote postischemic period the stress influence results in reducing the number of neurons of the cerebral sensorimotor cortex of albino rats, and the population of neurons in layers III-IV and V is mostly damaged. This may probably be a cause of abnormalities in the integrative stimulated activity of the cerebral cortex in the remote postischemic period on the whole, and with chronic stress in particular.
Key words: neuron, sensorimotor cerebral cortex, remote postischemic period, chronic stress.
Различная степень чувствительности мелких и крупных нейронов коры большого мозга к острой ишемии мозга подтверждена экспериментально и в настоящее время не вызывает сомнения [3, 5, 7]. Однако в литературе практически отсутствуют экспериментальные работы, посвященные сравнительному изучению мелко- и крупноклеточных популяций нейронов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс в отдаленном пости-шемическом периоде на фоне хронического стресса. Является ли хронический стресс фактором, способствующим увеличению степени неравномерности повреждения мелких и крупных нейронов в отдаленном постишемическом периоде, неизвестно. Это затрудняет понимание механизмов изменения взаимоотношения эфферентных и афферентных (специфических и неспецифических) слоев сенсомоторной коры и определения степени изменения информационной емкости функциональных комплексов коры по количеству входящих в них нейронов в отдаленном постишемиче-ском периоде.
В предыдущих наших работах было показано, что у белых крыс в отдаленном постишемиче-ском периоде при хроническом стрессе количественные показатели реорганизации межнейронных
контактов статистически значимо отличаются от таковых у животных без стресса. Это свидетельствует о более высокой уязвимости системы меж-нейронных взаимоотношений при хроническом стрессе у животных, перенесших острую ишемию мозга [4].
Целью настоящего исследования было сравнительное изучение нейронов слоев ГГГ-ГУ и V сенсомоторной коры большого мозга в отдаленном постишемическом периоде у белых крыс при воздействии хронического стресса и без такового.
Материал и методы
Основу работы составили результаты острых и хронических экспериментов, выполненных на лабораторных белых крысах-самцах массой 210-250 граммов. Использованные в эксперименте животные содержались в обычных условиях вивария ЦНИЛ ОГМА, регламентируемых приказом МЗ СССР № 1179 от 10.10.1983 г. Опыты проводили в соответствии с приказами МЗ СССР № 755 от 12.08.77 и № 701 от 27.07.78 об обеспечении принципов гуманного обращения с животными.
Острая ишемия головного мозга моделировалась путем 20-минутной окклюзии общих сонных артерий (летальность - 54,0%). Эксперимент проводили под эфирным наркозом. Контролем
служили ложнооперированные животные (наркоз, рассечение кожи, п=5).
Животные группы I (п=15) в течение 2, 4 и 8-го месяцев после острой ишемии два раза в неделю подвергались аудиогенному воздействию (ниже порога судорожной готовности, произвольно для исключения выработки условного рефлекса). Животные группы II (п=15, перенесшие острую ишемию) содержались в условиях тишины. Животные группы III (п=15, без ишемии), как и животные группы I, два раза в неделю подвергались аудиогенному воздействию. Используемая интенсивность аудиогенного воздействие вызывала только двигательную активность животных.
Материал для исследования нейронов сен-сомоторной коры животных всех групп забирали через 1, 5 и 9 месяцев после острой ишемии. Головной мозг фиксировали иммерсионным способом в смеси 4% раствора параформальдегида, 1% раствора глютарового альдегида, 5% раствора сахарозы на 0,1 М фосфатном буфере (рН 7,4) в течение 3 часов.
После фиксации материал промывали в фосфатном буфере и заключали в парафин. Готовили фронтальные серийные срезы толщиной 5-7 мкм на уровне сенсомоторной коры большого мозга [6], помещали на предметные стекла и окрашивали гематоксилином и эозином и по Нисслю [7].
На препаратах определяли общую численную плотность нейронов, абсолютное и относительное (%) содержание нормохромных, гипер-
хромных несморщенных, гиперхромных сморщенных, гипохромных нейронов и клеток-теней
[7].
Различия между полученными выборками по всем показателям в сравниваемых группах определяли с помощью непараметрического рангового дисперсионного анализа Краскела-Уоллиса, критериев Манна-Уитни, Колмогорова-Смирнова для независимых выборок и точного критерия Фишера [2].
Результаты и обсуждение
По данным дисперсионного анализа при обычном содержании (без стресса) у контрольных животных (ложнооперированные) в течение 9 месяцев наблюдения цитоархитектоника сенсомо-торной коры была стабильной. Статистически значимых различий не было выявлено ни по одному из изученных параметров (критерий Н<4,0, р>0,05). Это свидетельствовало о существовании в неповрежденном головном мозге механизмов, обеспечивающих устойчивый структурный гомеостаз популяции мелких (слои III, IV) и крупных (слой V) нейронов на протяжении длительного периода обычного содержания в виварии.
Сравнение цитоархитектоники слоев III, IV и V сенсомоторной коры животных I, II и III группы по срокам исследования показало, что через 1 месяц постишемического периода по всем показателям имелись статистически значимые различия (табл. 1).
Таблица 1
Сравнительная морфометрическая характеристика мелко- (слои ІІІ-ІУ) и крупноклеточной (слой V) популяции нейронов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс І, II и III групп в отдаленном постишемическом периоде
Постишемический период, месяц
3 5 9
Слои ІІІ-^
Общая численная плотность нейронов Н=12,7; р=0,001* Н=8,6; р=0,03* Н=10,6; р=0,01*
Нормохромные нейроны Н=11,2; р=0,01* Н=7,9; р=0,04* Н=7,4; р=0,04*
Гиперхромные несморщенные нейроны Н=13,8; р=0,001* Н=8,5; р=0,03* Н=5,8; р=0,06
Гиперхромные сморщенные нейроны Н=8,2; р=0,03* Н=7,2; р=0,04* Н=5,7; р=0,06
Гипохромные нейроны Н=7,7; р=0,04* Н=7,2; р=0,04* Н=6,7; р=0,04*
Клетки-тени Н=11,8; р=0,01* Н=4,7; р=0,08 Н=3,8; р=0,09
Слой V
Общая численная плотность нейронов Н=11,5; р=0,01* Н=7,6; р=0,04* Н=8,6; р=0,03*
Нормохромные нейроны Н=8,2; р=0,03* Н=4,9; р=0,07 Н=4,4; р=0,07
Гиперхромные несморщенные нейроны Н=14,2; р=0,001* Н=4,5; р=0,08 Н=4,2; р=0,08
Гиперхромные сморщенные нейроны Н=9,4; р=0,02* Н=4,2; р=0,07 Н=4,5; р=0,07
Гипохромные нейроны Н=8,3; р=0,03* Н=4,3; р=0,07 Н=3,8; р=0,09
Клетки-тени Н=7,8; р=0,04* Н=3,5; р=0,09 Н=3,2; р=0,09
* Статистически значимые различия параметров, характеризующих цитоархитектонику сенсомоторной коры большого мозга в постишемическом периоде при р<0,05 (ANOVA Краскела-Уоллиса).
Через 5 и 9 месяцев после острой ишемии характер различий цитоархитектоники слоев Ш-ГУ и V существенно отличался. В мелкоклеточной популяции нейронов различия между группами животных были более выраженными и касались практически всех показателей. В слое V различия между группами животных были только по показателю общей численной плотности нейронов (табл. 1).
Это свидетельствовало о том, что в отдаленном постишемическом периоде стрессовое воздействие оказывает различное влияние на нейроны слоев Ш-ГУ сенсомоторной коры большого мозга белых крыс, перенесших острую ишемию мозга. В
большей степени изменяется популяция мелких нейронов слоев Ш-ГУ.
С помощью парного сравнительного анализа по срокам исследования было установлено, что наибольшее уменьшение общей численной плотности нейронов по сравнению с контролем и с различными сроками отдаленного постишемического периода обеих изученных уровней сенсомоторной коры большого мозга характерно для животных группы I (ишемия + стрессовое раздражение) (табл. 2).
Общая численная плотность нейронов в слоях III и IV сенсомоторной коры большого мозга у животных группы I через 9 месяцев наблюдения уменьшилась на 51,2% (р<0,001) в сравнении с
контролем и на 16,9% в сравнении с 3-м месяцем (р<0,05). У животных группы II снижение показателя составило 44,6 (р<0,001) и 13,5% (р<0,05) соответственно, а у животных группы III - 14,8 и 15,7% (р<0,05).
Таблица 2
Сравнительная морфометрическая характеристика общей численной плотности нейронов (на 1 мм3) мелко- (слои ШЛУ) и крупноклеточной (слой V) популяции сенсомоторной коры большого мозга белых крыс I, II и III групп в отдаленном постишемическом периоде (парный сравнительный анализ по срокам исследования)
Статистически значимые различия в сравнении с контролем при р<0,05. ** При р<0,01. *** При р<0,001.
Л Статистически значимые различия в сравнении с группой I при р<0,05. ЛЛ При р<0,01. ллл При р<0,001 (критерий Манна-Уитни и Колмогорова-Смирнова).
Общая численная плотность нейронов в слое V сенсомоторной коры большого мозга у животных группы I через 9 месяцев наблюдения уменьшилась на 31,3% (р<0,01) в сравнении с контролем и на 9,2% в сравнении с 3-м месяцем (р<0,05). У животных группы II снижение показателя составило 21,8 (р<0,01) и 8,8% (р<0,05) соответственно, а у животных группы III статистически значимых изменений не выявлено.
Анализ изменения общей численной плотности нейронов по срокам исследования показал, что в отдаленном постишемическом периоде стрессовое воздействие уменьшает количество нейронов сенсомоторной коры большого мозга белых крыс, а в большей степени повреждается популяция мелких нейронов слоев Ш-ГУ.
С помощью морфологических и электрофи-зиологических исследований показано, что у белых крыс сенсомоторную кору большого мозга можно условно представить в виде четырех функциональных нейронных комплексов, отличающихся функциональными особенностями. Первичный проекционный комплекс объединяет в своем составе большие пирамидные нейроны слоя V, образует нисходящие кортикальные проекции, осуществляющие билатеральные кортикальные и субкортикальные связи и трактуется как "кортикаль-
ный выход". Вторичный проекционноассоциативный комплекс представлен афферентными нейронами нижней трети слоев III и IV и специализирован на восприятии, переработке и распределении по коре специфической афферентной импульсации, является "кортикальным входом". Третичный ассоциативный комплекс объединяет в единую субсистему мелкие эфферентные нейроны слоя II и верхних 2/3 слоя III. Третичный комплекс осуществляет внутрикортикальные связи. Глубинный комплекс нейронов представлен слоем VI и в функциональном плане осуществляет наиболее филогенетически старые интегративные функции коры [1, 5]. Подобное деление необходимо для четкой идентификации эфферентных и афферентных (специфических и неспецифических) слоев коры и определения их функциональных возможностей по количеству входящих в них нейронов.
Выводы
Таким образом, с позиции вышеприведенных представлений изученная нами мелкоклеточная популяция нейронов слоев Ш-ГУ может быть отнесена к вторичному проекционноассоциативному и третичному ассоциативному комплексам, осуществляющим восприятие и распределение информации по коре большого мозга. Крупные нейроны слоя V входят в состав первичного проекционного комплекса и выполняют функцию эфферентного выхода коры большого мозга. Согласно полученным результатам в отдаленном постишемическом периоде в большей степени страдают вторичный проекционноассоциативный и третичный ассоциативный комплексы. Вероятно, это может быть причиной нарушения интегративно-пусковой деятельности коры большого мозга в отдаленном постишемиче-ском периоде вообще, а на фоне хронического стресса в особенности. Изменяя таким образом внутрикорковые отношения различных функциональных типов нейронов, хронический стресс может быть причиной включения механизмов образования патологических систем мозга, в основе которых лежит дисбаланс тормозных и возбуждающих, афферентных и эфферентных систем головного мозга.
Контроль Группа Постишемический период, месс
3 5 9
Слои III-IV 72600±2660 I 42640±3580*** 40510±2500*** 35440±3170***
II 46500±5500*** 47840±3580**л 40220±2880***л
III 73400±4850ллл 64650±4280*лл 61860±5160*лл
Слой V 42450±3150 I 32110±4120** 30290±3310** 29170±3230**
II 36380±4350** 32090±3200** 33190±2880**
III 44560±2880л 43850±5250лл 41270±6030лл
ЛИТЕРАТУРА
1. Поляков Г.И. Основы систематики нейронов новой коры большого мозга человека.- М.: Медицина.-1973.- 309 с.
2. Реброва О. Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA.- М.: МедиаСфера.- 2002.- 305 c.
3. Семченко В.В. Постаноксическая энцефалопатия / В.В. Семченко, С.С. Степанов, Г.В. Алексеева.-Омск, 1999.- 448 с.
4. Семченко В. В., Степанов С. С., Боголепов Н. Н. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты).- Омск; 2008.- 400 с.
5. Чиженкова Р. А. Структурно-функциональная организация сенсомоторной коры.- М.: Наука, 1986.240 с.
6. Paxinos G., Watson Ch.А. The rat brain in stereotaxic coordinates. Toronto: Acad. Press; 1982; 90 p.
7. Semchenko V.V., Stepanov S.S., Akulinin V.A. Structural basis of information capacity changes of sensory-motor cerebral cortex of rat brain during post-resuscitation period // Resuscitation; 1996; V.31; P.151-158.
