CC BY
62
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Физиология человека и животных
УДК 612.827 : 612.76 С.А. Есаков
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КЛЕТОК ПУРКИНЬЕ КОРЫ МОЗЖЕЧКА В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ У БЕЛОЙ МЫШИ
На 41 белой нелинейной мыши шести возрастных групп (1-, 5-, 10-, 15-, 20- и 30дневные) были проведены морфологические исследования по изучению динамики изменения площади клеток Пуркинье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе. Было выявлено, что клетки Пуркинье у мышей дифференцируются только к 5-м суткам постнатального онтогенеза. Кроме этого выявлено, что с возрастом животного площади клеток достоверно увеличиваются, заканчивая своё развитие к 20-м суткам.
Ключевые слова: мозжечок, клетки Пуркинье, постнатальный онтогенез, белая мышь.
Мозжечок на протяжении многих лет остается привлекательным отделом в изучении центральной нервной системы для нейрофизиологов и нейроморфологов, так как он является главным центром сенсомоторного управления на уровне ствола головного мозга. Большинство работ посвящено в основном физиологическим аспектам деятельности мозжечка [1-5], в то время как морфологические характеристики его основных клеток оставались слабо изученными. Прежде всего, это касается клеток Пуркинье. Известно, что клетки Пуркинье - это единственные эфферентные нейроны коры мозжечка, посылающие свои аксоны к церебеллярным ядрам [6]. Кроме того, известно, что уровень функционирования клеток зависит от морфологической их зрелости, однако этот вопрос в литературе практически не освещен. Это и стало предметом нашего исследования.
Материал и методика исследования
Для выполнения поставленных задач нами были проведено морфологическое исследование 41 белой нелинейной мыши обоего пола. Животные были разделены на 6 возрастных групп (1-дневные в количестве 1 животного, 5-, 10-, 15-, 20- и 30-дневные в количестве 8 животных в каждой возрастной группе). После введения животному внутрибрюшинно летальной дозы (160 мг/кг массы тела животного) тиопентала натрия производилась перфузия и извлечение головного мозга. Далее проводилась фиксация мозга в 10%-м растворе формалина не менее суток. На замораживающем микротоме изготовлялись срезы толщиной 30 мкм. Полученные срезы окрашивались по методике Ниссля раствором метиленового синего [7]. После окраски срез фиксировался на предметном стекле с помощью полистирола. Фотографирование препаратов производилось с помощью цифрового фотоаппарата марки «Canon A410» через окуляр микроскопа при суммарном увеличении в 1003,2 раза. Площадь клеток вычислялась с помощью компьютерной программы Image-Pro Plus 3.0 Demo. Статистическую обработку результатов и графическое представление
данных производили с помощью компьютерных программ Statistica'99 и Microsoft Excel-97.
Результаты и их обсуждение
В результате проведенного исследования было выявлено, что в первый постнатальный день жизни у мышонка нет дифференцированных клеток (рис. 1а). Можно определить их размеры (их площади были в районе 15-20 мкм2), но не структурную принадлежность к какому-то определенному типу клеток. Известно, что к моменту рождения кора и ядра мозжечка не достигают своей морфологической зрелости. В мозжечке новорожденных животных клетки Пуркинье ещё не дифференцированы, и развитие их дендритов начинается в первые дни после рождения, что совпадает с началом миграции клеток-зерен из наружного зернистого слоя во внутренний и образованием молекулярного слоя, включающего системы параллельных волокон, формирование которых у мышей завершается к 20-25-у дню постнатальной жизни [8].
В нашем исследовании показано, что у мышей можно четко дифференцировать клетки Пуркинье только к пятому дню постнатальной жизни, при этом они ещё не образуют четкого одиночного ряда, так как происходит их перестройка из многорядного слоя в однорядный и видно, что клетки Пуркинье частично погружены в нижележащий слой мозжечка (рис. 2). Площадь клеток Пуркинье у 5-дневных мышат варьировалась в пределах от 14,56 мкм2 до 40,00 мкм2 (среднее 27,02 + 1,22 мкм ; n = 31) (рис. 1б, табл.).
Сроки формирования структур мозжечка и дифференцировки составляющих их нейронов существенно отличаются у разных видов животных, однако основные принципы развития этого отдела ЦНС сходны. Из литературы известно, что, например, у мелких грызунов (мышей, крыс) клетки Пуркинье формируются на 11-13-й дни эмбриогенеза, мигрируют в закладку мозжечка, где образуют многорядный слой, который в течение первых десяти дней после рождения трансформируется в однорядный. У крысы, в частности, к третьему дню постнатального развития ганглиозный слой коры мозжечка становится однорядным - клетки Пуркинье расположены как у взрослого животного [8; 9]. У котят клетки Пуркинье дифференцируются уже в первый день постнатального онтогенеза, а к 42-45-м суткам постнатальной жизни приобретают дефинитивную форму [10].
В возрастной группе 10 дней площадь клеток Пуркинье находилась в пределах от 24,40 мкм до 85,19 мкм2 (среднее 48,25 + 2,92 мкм2; n = 41) (рис. 1 в, табл.).
В группе 15-дневных мышат площадь клеток Пуркинье варьировалась от 57,13 мкм2 до 193,06 мкм2 (среднее 120,08 + 2,83 мкм2; n = 100) (рис.1 г, табл.).
В 4-й возрастной группе (20 дней) площадь клеток Пуркинье была от 63,25 мкм2 до 176,81 мкм2 (среднее 113,33 + 1,39 мкм2; n = 151) (рис.1 д, табл.).
В последней возр астной группе (30 дней) площадь клеток Пуркинье составляла от 51,88 мкм до 214,94 мкм2 (среднее 116,99 + 2,84 мкм2; n = 145) (рис.1 е, табл.).
В нашей работе мы обнаружили нелинейное увеличение площадей клеток Пуркинье. Так, в частности, наибольший прирост площадей клеток (на
149%, то есть почти в 2,5 раза) наблюдался в период с 10-х по 15-е сутки по-стнатального развития (рис. 2). Подобное явление в мозжечке наблюдается у котят в период с 21-х по 30-е сутки. Видимо, это объясняется тем, что у мышат и у котят в указанные сроки происходит открытие глаз [11]. Это важное событие приводит к резкому увеличению репертуара движений, которые характеризуются более совершенной координацией.
д) е)
Рис. 1. Микрофотография среза коры мозжечка (толщина среза 30 мкм; общее увеличение х 1003,2): а) 1-дневный мышонок; б) 5-дневный мышонок; в) 10-дневный мышонок; г) 15-дневный мышонок; д) 20-дневный мышонок; е) 30-дневная мышь
Средние площади клеток Пуркинье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе у белой мыши (п=41)
Возраст, дни n S, мкм2 + m SD
5 31 27,02 1,22 6,81
10 41 48,25 2 92*** 18,71
15 100 120,08 2 83*** 22,29
2G 151 113,33 1,93* 23,68
3G 145 116,99 2,84 34,16
Примечание: * - p<0,05; ** - p<0,01; *** - p<0,001
Рис. 2. Площадь клеток Пуркинье в коре мозжечка белой мыши в разные возрастные периоды постнатального онтогенеза (п=468): * - Р<0,05; ** - Р<0,01;
*** - Р<0,001
Кроме этого, было обнаружено, что в период с 15-го по 20-й день происходило достоверное уменьшение средней площади клеток Пуркинье на 5,6% (рис. 2). Данный факт, видимо, отражает процесс их функционального созревания.
Таким образом, на основании полученных результатов можно заключить, что развитие клеток Пуркинье у белой мыши в постнатальном онтогенезе происходит неравномерно с наличием критических периодов.
Выводы
1. В морфологическом развитии клеток Пуркинье коры мозжечка в по-стнатальном онтогенезе у белой мыши выделяются три критических периода.
2. Клетки Пуркинье у мышат дифференцируются к 5-м суткам постна-тальной жизни (1-й критический период).
3. К десятому дню постнатального онтогенеза формируется четко различимый однорядный ганглиозный слой в церебеллярной коре (2-й критический период).
4. В период с 10-го по 15-й день происходит значительное (на 149%) увеличение средней площади изучаемых клеток (3-й критический период).
5. Окончательное созревание клеток Пуркинье происходит к двадцатому дню постнатального развития белой мыши.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фанарджян В.В. Мозжечок и организация поведения: сравнительно-
физиологический аспект (обзор) // Журн. эвол. биохим. и физиол. 2000. Т. 36, № 3. С. 178-183.
2. Фанарджян В.В. Тормозные механизмы мозжечка. Функциональные особенности (обзор) // Успехи физиол. наук. 1992. Т. 23, № 4. С. 3-29.
3. Fukushima K., Fukushima J., Kaneko C.R., Fuchs A.F. Vertical Purkinje cells of the monkey floccular lobe: simple-spike activity during pursuit and passive whole body rotation // J. Neurophysiol. 1999. Vol. 82, № 2. P. 787-803.
4. Robinson F.R. Role of the cerebellum in movement control and adaptation // Curr. Opin. Neurobiol. 1995. Vol. 5. Is. 6. P. 755-762.
5. Their P., Dicke P.W. Haas R., Barash S. Encoding of movement time by populations of cerebellar Purkinje cells // Nature. 2000. Vol. 405, № 6782. P. 72-76.
6. Аматуни А.С. Функциональная организация и участие центральных ядер мозжечка в интегративной деятельности мозжечка. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1987. 273 с.
7. Микроскопическая техника: Руководство / Под ред. Д.С. Саркисова, Ю.Л. Перова. М.: Медицина, 1996. 544 с.
8. Викторов И.В. Развитие нейронов в органотипической культуре мозжечка новорожденной мыши // Нейронные механизмы интегративной деятельности мозжечка. Ереван, 1983. С. 15-21.
9. Викторов И.В. Современные представления о функциях мозжечка. Морфогенез клеток Пуркинье in vitro и in situ // Функциональная эволюция ЦНС. Л.: Наука, 1983. С. 10-15.
10. Олейник Т.Л., Григорьян Р.А. Морфометрические показатели хода созревания клеток Пуркинье мозжечка у котят // Журн. эвол. биохим. и физиол. 2005. Т. 41, № 3. С. 79-89
11. Котенкова Е.В., Мешкова Н.Н., Шутова М.И. О крысах и мышах: Серия «Человек и окружающая среда». М.: Наука, 1989. С. 172-176.
Поступила в редакцию 20.09.06
56
БИОЛОГИЯ
2006. №10
S.A. Yesakov
Morphological individuality of the cerebellar cortex Purkinje cells in postnatal ontogenesis of white mouse
Morphological experimentation on 41 white nonlinear mice of six age groups (1-, 5-, 10-, 15-, 20-and 30-day's) has been carried out in order to study the dynamics of the cerebellar cortex Purkinje cells area in postnatal ontogenesis. It has been revealed, that Purkinje cells of mice are differentiated only by the 5th day of postnatal ontogenesis. Furthermore it is revealed, that in the course of life the animal cells area is increasing, finishing its development by the 20th day.
Есаков Сергей Анатольевич Удмуртский государственный университет 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1, корп.1 E-mail: [email protected]
