CC BY
39
Бонь Е. И., Зиматкин С. М.
УО Гродненский государственный медицинский университет, г. Гродно, Республика Беларусь
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАГИППОКАМПАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ КРЫСЫ
В настоящей работе проведен анализ и обобщение данных литературы о морфологической, нейрональной и ме-диаторной организации парагиппокампа крысы, включающего такие отделы как субикулум, пресубикулум, па-расубикулум, зубчатая извилина и энторинальная кора, для последующего изучение нарушений развития этого отдела коры мозга и экстраполяции полученных экспериментальных данных на человека. Ключевые слова: крысы, головной мозг, парагиппокамп, нейроны.
Кора больших полушарий головного мозга - высший отдел центральной нервной системы. Она представляет собой наиболее молодой филогенетически и наиболее сложный по морфофункциональной организации отдел головного мозга. Это место высшего анализа и синтеза всей информации, поступающей в мозг. Здесь происходит интеграция всех сложных форм поведения. Кора мозга отвечает за сознание, мышление, память, способность к обобщениям, открытиям. Среди различных отделов коры особое место занимает гиппокамп и прилежащие к нему корковые структуры - субикулум, парасубикулум, пресубикулум, зубчатая извилина и энторинальная кора. Они играют важную роль в обонятельных реакциях, а именно в запоминании запахов, обеспечивают ориентацию в пространстве, имеют важное значение в формирование новых воспоминаний (эпизодическая память). У крыс при повреждении данных отделов коры ухудшается обученное пассивное избегание в связи с тем, что они не способны локализовать предметы в пространстве, животные плохо справляются с переключением навыка. Наиболее характерным нарушением является затруднение выработки отставленных условных рефлексов [2].
Крыса - один из важных объектов экспериментальных исследований, в том числе и при изучении коры головного мозга в норме и при различной патологии. Для экстраполяции полученных в эксперименте на животных данных на человека необходимо четкое понимание морфофункциональных особенностей разных отделов коры мозга крысы, включая па-рагиппокамп.
Парагиппокамп все еще остается недостаточно изученной частью коры головного мозга, и целью настоящей статьи является анализ и обобщение данных литературы о морфологической организации парагип-покампа крысы для последующего изучение нарушений развития этого отдела коры мозга и экстраполяции полученных экспериментальных данных на человека.
Субикулум. Согласно гистологической терминологии, в субикулуме (рис. 1, 2) выделяют следующие слои: молекулярный, пирамидный, мультиформный, прободающий тракт, лоток, спайку свода, слои дорсальных и вентральных волокон. Первые три слоя содержат перикарионы нейронов, а нижележащие - их отростки. Основными нейронами субикулума являются большие пирамидные нейроны [10].
Рис. 1. Расположение субикулума, пресубикулума и парасуби-кулума головного мозга крысы [18]
Эти клетки относительно однородны по форме и размеру, их апикальные дендриты простираются в молекулярный слой, а базальные дендриты расположены в более глубоких участках пирамидного слоя. Интернейроны субкулума в основном аналогичные тем, которые имеются в собственно гиппокампе. Ней-ромедиаторами их являются ГАМК, соматостатин и парвальбумин (табл. 1). Интернейроны образуют синаптические связи с волокнами перфорантного пути [3, 26].
Таблица 1
Нейронная и трансмиттерная организация субикулума
Название нейрона Слои коры Медиатор
Непирамидные интернейроны Молекулярный ГАМК, соматостатин, парвальбумин
Непирамидные интернейроны Мультиформный ГАМК, соматостатин, парвальбумин
Пирамидные нейроны Пирамидный Ацетилхолин
Корзинчатые нейроны Пирамидный ГАМК,
Клетки-канделябры Пирамидный ГАМК
Сведения о субикулярных проекциях противоречивы. Комбинированное электрофизиологическое
и нейроанатомическое исследование позволило установить афферентные и эфферентные связи неокор-текса с субикулумом [25]. Однако другие нейроана-томические исследования этого не подтвердили [24].
В то же время, связи субикулума с подкорковыми структурами исследованы достаточно подробно. Афферентные волокна из септального комплекса и ядра медиальной перегородки ядро образуют синапсы с нейронами пирамидного и молекулярного слоев [23]. Афференты каудомедиального парвицеллюлярного базального ядра, паравентрикулярных ядер и ядер та-ламуса идут в молекулярный слой субикулума [21].
Субикулум образует эфферентные связи с медиальной частью префронтальной коры, агранулярной частью ретросплениальной коры (слои 11-1У), передним обонятельным ядром, ядрами гипоталамуса и септального комплекса [25].
Пресубикулум. В пресубикулуме (рис. 1) выделяют молекулярный, наружный и внутренний мелкопирамидный, сетчатый, пирамидный и мультиформные слои (рис. 2).
Мелкопирамидные слои состоят из небольших темных, при окрашивании по методу Ниссля, нейронов. В наружном мелкопирамидном слое они располагаются более плотно, чем во внутреннем. II, III и IV слои, помимо пирамидных, содержат и звездчатые ГАМКергические нейроны, апикальные дендриты которых достигают молекулярного слоя (табл. 2) [23].
Тормозные интернейроны располагаются в поверхностных слоях, образуя аксонные корзинки вокруг тел пирамидных нейронов, их медиаторами являются ГАМК и парвальбумин, они встречаются только в дорсальной части пресубикулума. Калрети-нин-положительные интернейроны мультиформного и молекулярного слоя являются возбуждающими [4].
Таблица 2
Нейронная и трансмиттерная организация пресубикулума
Название нейрона Слои коры Медиатор
Тормозные непирамидные интернейроны Молекулярный ГАМК, парвальбумин
Возбуждающие непирамидные интернейроны Молекулярный мультиформный кальретинин
Пирамидные нейроны Наружный и внутренний мелкопирамидный, пирамидный Ацетилхолин
Корзинчатые нейроны Наружный и внутренний мелкопирамидный, пирамидный ГАМК,
Клетки-канделябры Наружный и внутренний мелкопирамидный, пирамидный ГАМК
Звездчатые нейроны Наружный и внутренний мелкопирамидный, пирамидный ГАМК
Электрофизиологические исследования показали, что нейроны поверхностных слоев оказывают выраженные моносинаптические эффекты на нейроны глубоких слоев, тогда как обратная связь практически отсутствует. Пресумбулум образует двухсторонние синаптические контакты с субкулюмом, полями гип-покампа, молекулярным слоем зубчатой извилины и энторинальной корой (преимущественно слой III).
Афференты идут в пресубикулум от ретроспле-ниальной коры дорсальной части медиальной преф-ронтальной коры, дорсальных ядер таламуса, эндопи-ридного ядра, ядер гипоталамуса.
Эфференты пресубикулума образуют аксоны пирамидных нейронов. В основном они образуют связи с гранулярной ретросплениальной корой и ядрами таламуса [8].
Парасубикулум. Парасубикулум (рис. 1) содержит молекулярный, пирамидный и мультиформный слои. II, основной слой, образован перикарионами крупных пирамидных нейронов. Кроме них, там же располагаются клетки-канделябры и корзинчатые нейроны, оказывающие тормозное влияние на пирамидные нейроны. I и III слои состоят из тормозных ГАМКер-гических и возбуждающих кальретинин-положитель-ных непирамидных интернейронов (табл. 3) [4].
Таблица 3
Нейронная и трансмиттерная организация парасубикулума
Название нейрона Слои коры Медиатор
Тормозные непирамидные интернейроны Молекулярный ГАМК, парвальбумин
Возбуждающие непирамидные интернейроны Молекулярный мультиформный кальретинин
Пирамидные нейроны Пирамидный Ацетилхолин
Корзинчатые нейроны Пирамидный ГАМК,
Клетки-канделябры Пирамидный ГАМК
Афференты в парасубикулум идут из гиппокам-па, субикулума, зубчатой извилины, энторинальной коры, миндалины и таламуса. В основном они образуют синапсы на нейронах молекулярного и пирамидного слоев.
Эфферентые волокна, образованные аксонами пирамидных нейронов, образуют связи с гиппокам-пом, пресубикулумом, энторинальной корой (преимущественно слой II) [7].
Зубчатая извилина. Зубчатая извилина (пара-гиппокамп) в передней части мозга находится под собственно гиппокампом, а в задней части - меди-альнее его. Она состоит из трех слоев. Самый глубокий на фронтальных срезах - молекулярный (stratum moleculare), затем зернистый слой (stratum granulare), а самый верхний - мультиформный (stratum multiforme) (рис. 2). В этих слоях располагаются 9 типов нейронов (табл. 4).
AIvbus
CA2 Stratum oriens Stratum pyramidale
Substratum radiatum and lacunosum stratum moleculare
СА1
Наружное сплетение нерв волокон
Полиморфный слой зубчатой извилины
щттж
- Субикулум -' £ I
Рис. 2. Схема организации гиппокампа и парагиппокампа крысы [18]
Таблица 4
Зубчатая извилина Молекулярный лой
Энторинальная кора
Нейронная и трансмиттерная организация зубчатой извилины
Название нейрона Слой коры Медиатор
Корзинчатые нейроны Молекулярный ГАМК/ парвальбумин
Клетки-канделябры Молекулярный ГАМК/ парвальбумин
Зернистые нейроны Зернистый Глутамат/ динорфин
Корзинчатые нейроны Зернистый ГАМК/ парвальбумин
Моховидные нейроны Полиморфный ГАМК
Веретеновидные нейроны Полиморфный ГАМК
Мелкие полиморфные нейроны Полиморфный ГАМК
Звездчатые нейроны Полиморфный ГАМК
Клетки-канделябры Полиморфный ГАМК
В молекулярном слое располагаются тела мелких корзинчатых нейронов, чьи аксоны заканчиваются на корзинчатых клетках зернистого слоя, а дендриты не покидают молекулярного слоя. Второй тип нейронов молекулярного слоя - клетки-канделябры. Их аксоны идут в зернистый слой, а дендриты ветвятся в пределах молекулярного слоя. Данные типы нейроны получают импульсы по возбуждающему перфо-рантному пути, являются ГАМКергическими (также содержат и парвальбумин) и оказывают тормозное влияние на зернистые нейроны (табл. 4). Кроме того, в этом слое располагаются дендриты зернистых, корзинчатых и полиморфных нейронов [1, 5, 6].
В зернистом слое располагаются 2 типа нейронов. Зернистые нейроны имеют перикарионы эллиптической формы. Ветвления их дендритов направлены в молекулярный слой. Между зернистыми и полиморфными нейронами находятся корзинчатые клетки. Их аксоны оплетают перикарионы зернистых клеток, апикальные дендриты направляются в молекулярный слой, а базальные - в полиморфный. Зернистые ней-
роны используют в качестве медиаторов глутамат и динорфин, а кор-зинчатые - ГАМК и парвальбумин. Особенно важным является тот факт, что нейроны зернистого слоя продолжают свою дифференциров-ку и у взрослых крыс [20, 22] (табл. 2).
В полиморфном слое находится пять типов нейронов. Самые распространенные из них - моховидные. Их перикарионы имеют пирамидную или полигональную форму. Дендриты образуют ветвления в пределах полиморфного слоя, а аксоны оканчиваются на других нейронах этого же слоя и на пирамидных нейронах полей гиппокам-па. Кроме моховидных клеток, существуют веретеновидные, мелкие полиморфные, звездчатые нейроны и клетки-канделябры (табл. 2). Афферентную иннервацию они получают от моховидных волокон, а их аксоны либо образуют синапсы в пределах полиморфного слоя, либо простираются в поля гиппокампа, к его пирамидным нейронам. Все нейроны полиморфного слоя содержат медиатор ГАМК и оказывают тормозное влияние на пирамидные клетки полей гиппокампа и на соседние нейроны своего же слоя [9, 17, 19].
Энторинальная кора. Энторинальная кора занимает большую часть парагиппокампальной извилины [11] и располагается на вентромедиальной поверхности мозга) (рис. 2, 3).
Гиппокамп
Рис. 3. Схема расположения энторинальной коры головного мозга крысы [18]
В энторинальной коре можно выделить следующие слои: молекулярный, звездчатый, пирамидный, крупноклеточный, мелкоклеточный и мультиформ-ный [12]. Пирамидный, крупноклеточный и мелкоклеточный слои отграничены друг от друга разделяю-
щим подслоем (табл. 5). Глубже мультиформного слоя проходит прободающий и альвеолярный тракты.
Таблица 5
Нейронная и трансмиттерная организация энторинальной коры
Название нейрона Слой коры Медиатор
Горизонтальные нейроны Молекулярный, мелкоклеточный, мультиформный ГАМК
Звездчатые нейроны Звездчатый, мультиформный Кальретинин
Пирамидные нейроны Пирамидный, крупноклеточный, мелкоклеточный Аспартат/ глютамат, калретинин, кальбиндин.
Корзинчатые нейроны Звездчатый, пирамидный ГАМК/ парвальбумин
Клетки-канделябры Звездчатый, пирамидный ГАМК/ парвальбумин
Веретеновидные нейроны -//- -//-
Биполярные нейроны Мелкоклеточный, мультиформный Калретинин, кальбиндин, соматостатин, субстанция Р
Полиморфные нейроны Пирамидный, мелкоклеточный, мультиформный Калретинин, кальбиндин, соматостатин, субстанция Р
Первый слой практически лишен нейронов и содержит поперечно-ориентированные нервные волок-
Слой II в основном содержит средние и крупные звездчатые нейроны. Они, как правило, группируются в кластеры (клеточные острова), каудально они сливаются, образуя непрерывный слой.
Слой III содержит пирамидные нейроны.
Слой IV наиболее выражен в каудальном отделе энторинальной коры. На остальных участках он фрагментарен.
Слой V в верхней части содержит редко раполо-женные пирамидные и полиморфные нейроны. Затем, в нижнем его подслое, нейроны лежат плотнее.
Слой VI содержит гетерогенную популяцию нейронов, плотность расположения перикарионов которых снижается в нижних отделах, прилежащих к белому веществу [13, 14].
Энторинальная кора играет роль связующего звена при обмене информацией между ассоциативными областями неокортекса и гиппокампом [15]. Она образует связи с собственно гиппокампом, зубчатой извилиной, субикулумом, передней цингулятной корой, обонятельными луковицами, грушевидной корой и участвует в восприятии запахов [16].
Таким образом, изложенные выше сведения о морфологической организации парагиппокампа крысы дают основу для дальнейшего изучения данного отдела коры головного мозга в норме и при различных патологиях и позволяют экстраполировать на человека полученные экспериментальные данные
в тех их аспектах, которые не связаны со второй сигнальной системой, уникальной для человека.
Литература
1. Altman J., Bayer S. A. Mosaic organization of the hippocampal neuro epithelium and the multiple germinal sources of dentate granule cells // J. Comp. Neurol.- 1990.-V. 301.- P. 325-342.
2. Amaral D. G. A Golgi study of the cell types in the hilar region of the hippocampus in the rat // J. Comp. Neurol., 1978.- V. 182.- P. 851-914.
3. Baimbridge K. G., Miller J. Immunohistochemical localization of calcium-binding protein in the cerebellum, hippocampal formation and olfactory bulb of the rat // Brain Res.- 1982.- V. 245.- P. 223-229.
4. Bakst I., Avendano C., Morrison J. H., Amaral D. G. An experimental analysis of the origins of somatostatin-like immunoreactivity in the dentate gyrus of the rat // J. Neurosci.- 1986.- V. 6.- Р. 1452-1462.
5. Bayer S. A. Changes in the total number of dentate granule cells in juvenile and adult rats: a correlated volumetric and [3H] thymidine autoradiographic study // Exp Brain Res, 1982.- V. 46.- P.315-323.
6. Bayer S. A., Yackel W., Puri S. Neurons in the rat dentate gyrus granular layer substantially increase during juvenile and adult life // Science.- 1982.- V. 216.- P. 890-892.
7. Caballero-Bleda M., Witter M. P. Regional and laminar organization of projections from the presubiculum and the parasubiculum to the entorhinal cortex: An anterograde tracing study in the rat // J. Comp. Neurol.- 1993.- V. 328.-Р. 115-129.
8. Funahashi M., Stewart M. Presubicular and parasubicular cortical neurons of the rat: Electrophysiological and morphological properties // Hippocampus.- 1997. V. 56.-Р. 117-129.
9. Han Z. S. A high degree ofspatial selectivity in the axonal and dendritic domains of physiologically identified local-circuit neurons in the dentate gyrus of the rat hippocampus // Eur. J. Neurosci.- 1993.- V. 5.- P. 395-410.
10. Ishizuka N. Laminar organization of the pyramidal cell layer of the subiculum in the rat // Comp. Neurol.- 2001.-V. 435.- P. 89-110.
11. Köhler C. A projection from the deep layers of the entorhinal area to the hippocampal formation in the rat brain // Neurosci. Lett.- 1985.- V. 56.- Р. 13-19.
12. Köhler C. Intrinsic connections of the retrohippocampal region in the rat brain. II. The medial entorhinal area // J. Comp. Neurol.- 1986.- V. 246.- Р. 149-169.
13. Köhler C. Intrinsic connections of the retrohippocampal region in the rat brain: III. The lateral entorhinal area // J. Comp. Neurol.- 1988.- V. 271.- Р. 208-228.
14. Köhler C., Chan-Palay V. The distribution and orientation of serotonin fibers in the entorhinal and other retrohippocampal areas: An immunohistochemical study with antiserotonin antibodies in the rat's brain // Anat. Embryol.- 1981.- V. 161.- Р. 237-264.
15. Köhler C., Chan-Palay V., Wu J. Y. Septal neurons containing glutamic acid decarboxylase immuno-reactivity project to the hippocampal region in the rat brain // Anat. Embryol.- 1981.- V. 169.- Р. 41-44.
16. Köhler C., Chan-Palay, V. Somatosatin and vasoactive intestinal polypeptide-like immunoreactive cells and
terminals in the retrohippocampal region of the rat brain // Anat. Embryol.- 1983.- V. 167.- P. 151-172.
17. Kosaka T. Axon initial segments of the granule cell in the rat dentate gyrus: Synaptic contacts on bundles of axon initial segments // Brain Res.- 1983.- V. 274.- P. 129-134.
18. Rat hippocampus (picture). National Library of medicine, NIH.- 2012.- (http://www.fic.nih.gov/anatomy-of-hippocampus.aspx). Accessed on 25.05.2017.
19. Ribak C. E., Seress L. Five types of basket cell in the hippocampal dentate gyrus: A combined Golgi and electron microscopic study // Neurocytol., 1983.- V. 12.- P. 577-597.
20. Seress L., Ribak C. GABAergic cells in the dentate gyrus appear to be local circuit and projection neurons // Exp. Brain Res., 1983.- V. 50.- P. 173-182.
21. SesackS. R., Deutsch A. Y., Roth R. H., Bunney B. S. Topographical organization of the efferent projections of the medial prefrontal cortex in the rat: An anterograde study with Phaseolus vulgaris leucoagglutinin // J. Comp. Neurol.- 1989.- V. 290.- P. 213-242.
22. Sik A., Penttonen M., Buzsaki G. Interneurons in the hippocampal dentate gyrus: An in vivo intracellular study // Eur. J Neurosci.- 1997.- V. 9.- P. 573-588.
23. Swanson L. W., Sawchenko P., Cowan W. Evidence for collateral projections by neurons in Ammon's horn, the dentate gyrus, and the subiculum: A multiple retrograde
labeling study in the rat // J. Neurosci.- 1981.- V. 1.- Р. 548559.
24. Vogt B. A., Vogt, L., Perl D., Hof P. Cytology of human caudomedial cingulate, retrosplenial and caudal parahippocampal cortices // J. Comp. Neurol.- 2001.-V. 438.- Р. 353-376.
25. White T., Tan A. M., Finch D. Functional reciprocal connections of the rat entorhinal cortex and subicular complex with the medial frontal cortex: An in vivo intracellular study // Brain Res.- 1990.- V. 533.- Р. 95-106.
26. Witter M. P., Jorritsma-Byham B., Wouterlood F. Perforant pathway projections to the ammons horn and the subiculum in the rat. An electron microscopical PHA-L study // Soc. Neurosci.- 1992.- V. 1.- P. 323-354.
Сведения об авторах
Бонь Елизавета Игоревна, к. биол. наук, старший преподаватель кафедры патологической физиологии имени Д. А. Маслакова УО «Гродненский государственный медицинский университет», г. Гродно, Республика Беларусь.
Зиматкин Сергей Михайлович, д. биол. наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии УО «Гродненский государственный медицинский университет», г. Гродно, Республика Беларусь.
Bon E. I., Zimatkin S. M.
PARAHIPPOCAMPAL REGION MORPHOLOGY IN RATS
In the present work analyzes and summarizes literature data on the morphological, neuronal and mediator organization of rat parahyppocamp, including such regions as subiculum, presubiculum, parasubiculum, dentate gyrus and entorinal cortex, for the subsequent study of disorders of this part of the cerebral cortex and extrapolation of the experimental data on humans. Keywords: rat, brain, parahippocampus, neurons.
