CC BY
36
УДК 616.89-008.441.13:618.33
Е. И. БОНЬ, С. М. ЗИМАТКИН, Т. Л. АЛАДЬЕВА
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕЙРОНОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС В ПОЗДНИЕ ПЕРИОДЫ ПОСТНАТАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
Гродненский государственный медицинский университет, Гродно, Республика Беларусь
E. I. BON, S. M. ZIMATKIN, T. L. ALADIEVA
MORPHOLOGICAL FEATURES OF RAT BRAIN CEREAL NEURONS IN LATE PERNATAL DEVELOPMENT PERIODS
Grodno State Medical University, Grodno, Republic Belarus
РЕЗЮМЕ
Цель. Цель работы - сравнительное изучение морфологических особенностей внутренних пирамидных нейронов фронтальной коры головного мозга 90-суточных и двухлетних крыс.
Методика. Опыты выполнены на 12 самках беспородных белых крыс с начальной массой 230 ± 20 г и их потомстве (16 крыс). Забор материала осуществлялся на 90-е сутки и спустя 2 года после рождения.
Результаты. Проведено микроскопическое изучение размеров, формы, степени хроматофи-лии цитоплазмы и содержания рибонуклеопроте-инов в пирамидных нейронах фронтальной коры головного мозга в разные сроки постнатального развития.
Заключение. Возрастная перестройка совершается в нервной системе в течение всей жизни индивидуума, причем в период старения в нейронах преобладают инволюционные изменения, заканчивающиеся их атрофией и гибелью. Эти возрастные особенности строения нейронов мозга следует учитывать при изучении ее патоморфологии.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ПОСТНАТАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ, МОЗГ, НЕЙРОНЫ.
ABSTRACT
Objective. The purpose of the work is a comparative study of the morphological features of the internal pyramidal neurons of the frontal cortex of 90-day and two-year-old rats.
Methods. The experiments were performed on 12 females of outbred white rats with an initial weight of
230 ± 20 g and their offspring (16 rats). Material was taken on the 90th day and 2 years after birth.
Results. A microscopic study of the size, shape, degree of chromatophilia of the cytoplasm and the content of ribonucleoproteins in the pyramidal neurons of the frontal cortex at different periods of postnatal development was carried out.
Conclusion. Age-related perestroika takes place in the nervous system throughout the life of an individual, and during aging, involutional changes predominate in neurons, ending with their atrophy and death. These age-related structural features of brain neurons should be considered when studying its pathomorphology.
KEY WORDS: POSTNATAL DEVELOPMENT, BRAIN, NEURONS.
ВВЕДЕНИЕ
Большая часть исследований развития коры головного мозга и влияние на этот процесс различных экспериментальных воздействий проводится на лабораторных крысах. Это определяет необходимость ясных представлений об онтогенезе коры головного мозга у этих животных. Средняя продолжительность жизни крыс составляет 3 года. Половозрелыми животные становятся в 2 месяца. Возрастная перестройка коры больших полушарий головного мозга происходит в течение всей их жизни, причем в раннем постнатальном периоде преобладают процессы пролиферации и дифференцировки нервных элементов с усложнением их структуры, а в период старения - инволюционные изменения. В процессе онтогенеза снижается плотность расположения клеточных элементов, нервные
клетки укрупняются, нарастает их вариабельность по форме и величине. В цитоплазме нейронов формируются глыбки хроматофильного вещества, уменьшается число ядрышек и относительные размеры ядра, но увеличиваются размеры перикариона, число и длина отростков и усложняется их ветвление [4, 6, 9, 10]. В наших предыдущих работах было описано становление морфофункциональных характеристик нейронов в раннем постнатальном онтогенезе [2, 5, 6, 14]. Вместе с тем представляет интерес количественный анализ гистологических характеристик внутренних пирамидных нейронов фронтальной коры головного мозга крысы в поздние периоды постнатального развития.
Задачей настоящей работы было сравнительное изучение морфологических особенностей внутренних пирамидных нейронов фронтальной коры головного мозга 90-суточных и двухлетних крыс.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Опыты выполнены на 12 самках беспородных белых крыс с начальной массой 230 ± 20 г и их потомстве (16 крыс). Все опыты проведены с учетом «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» [7]. На данное исследование получено разрешение комитета по биомедицинской этике Гродненского государственного медицинского университета. Животные находились на стандартном рационе вивария. Забой крыс осуществлялся на 90-е сутки и спустя 2 года после рождения. После декапитации быстро извлекали головной мозг, кусочки переднего отдела коры больших полушарий фиксировали в жидкости Карнуа. Серийные парафиновые срезы окрашивали 0,1 % толуидиновым синим по методу Ниссля и на выявление рибонуклеопротеинов (РНП) по Эйнарсону.
Изучение гистологических препаратов, их микрофотографирование, морфометрию и денси-тометрию осадка хромогена в гистологических препаратах проводили с помощью микроскопа Axioscop 2 plus (Zeiss, Германия), цифровой видеокамеры (LeicaDFC320, Германия) и программы анализа изображения ImageWarp (Bitflow, США). Расположение фронтальной коры в гистологических препаратах мозга крыс определяли с помощью стереотаксического атласа [3, 12]. У каждого
животного оценивали не менее 30, а в каждой экспериментальной группе - 150 нейронов пятого слоя коры, что обеспечивало достаточный объем выборки для последующего анализа.
Полученные средние цифровые данные по каждому животному анализировали методами непараметрической статистики с помощью программы «Statistica 6.0» для Windows (StatSoft, Inc., США). В описательной статистике для каждого показателя определяли значения медианы (Ме), границы про-центилей (от 25 до 75) и интерквартильного диапазона (IQR). Количественные результаты представлены в виде Me - медиана, LQ - верхняя граница нижнего квартиля, UQ - нижняя граница верхнего квартиля. Достоверными считали различия между контрольной и опытной группами при значениях р < 0,05 (Mann - Whitney U-test) [1].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При подсчете количества нейронов было обнаружено снижение (на 15 % (p < 0,05)) плотности расположения нейронов на единицу площади среза у двухлетних крыс по сравнению с показателями в группе 90-суточных крыс. Плотность расположения нейронов во фронтальной коре крыс на 90-е сутки составила 4575 (4306; 4575), в то время как у двухлетних животных - 3903 (3633; 4172). Это может быть связано с инволюционными процессами в коре головного мозга и нейронофагией, наблюдаемой на гистологических препаратах (рис. 1).
На препаратах, окрашенных по Нисслю, в оба срока исследования преобладали нормохромные клетки, но в то же время у двухлетних крыс обнаружены некоторые особенности. Так, наблюдалось увеличение количества гиперхромных несморщенных нейронов на 22 % (p < 0,05). Число гиперхромных сморщенных нейронов у них составляло 17 % от общего количества нейронов, а у 90-суточных крыс такие нейроны практически не встречались (рис. 1, 2).
Нейроны фронтальной коры двухлетних крыс были меньше по размерам на 8 % (p < 0,05), в то время как форма их перикарионов существенно не изменялась (табл. 2). Площадь нейронов 90-суточных крыс составила 85 (82; 87) мкм2, а у двухлетних - 78 (71; 80) мкм2.
Рисунок 1 - Нейроны пятого слоя фронтальной коры 90-суточных (А) и двухлетних крыс (Б). Стрелками отмечены явления нейронофагии. Цифровая микрофотография. Окраска по Нисслю. Ув. объектив х 40
и разрушение митохондрий, редуцирование эн-доплазматической сети и рибосом, комплекса Гольджи, разрушение мембран лизосом). С возрастом в нейронах снижается тканевое дыхание и синтез белков, уменьшается содержание гликогена, аскорбиновой кислоты, повышается содержание мукопротеинов и активность щелочной фосфатазы [9, 11, 13].
Морфологически инволюция нервных клеток сопровождается их сморщиванием, фрагментацией и расплавлением нейрофибрилл, упрощением структуры, распадом и исчезновением дендритических отростков, истончением осевых цилиндров и растворением миелина нервных волокон, уплотнением, гомогенизацией и разрушением си-наптических окончаний. Ядро атрофирующихся клеток либо несколько уменьшается в размерах, приобретает неровные контуры и становится ги-перхромным, либо оказывается пузырькообраз-ным. Очень часто перечисленные изменения сочетаются с прогрессирующим накоплением в теле соответствующих нервных клеток липофусцина. Нередко пигментная атрофия нейронов заканчивается их гибелью [10, 11, 13].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Таким образом, приведенные факты свидетельствуют о том, что возрастная перестройка совершается в нервной системе в течение всей жизни индивидуума, причем в период старения в нейронах преобладают инволюционные изменения, заканчивающиеся их атрофией и гибелью. Эти возрастные особенности строения
Установлено, что содержание РНП в цитоплазме нейронов двухлетних крыс было выше на 11 % (р < 0,05) по сравнению с показателями в группе 90-суточных животных, что связано с увеличением количества гиперхромных и гиперхромных сморщенных нейронов у двухлетних крыс.
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ
Известно, что с возрастом в коре мозга происходит снижение плотности расположения функционирующих капилляров, что приводит к нарушениям трофического обеспечения нейронов и снижению их функциональной активности. Инволютивные возрастные процессы нейронов проявляются атрофией и глубоким изменением биохимических процессов (дезорганизация высокомолекулярных соединений цитоплазмы, обезвоживание) и их ультраструктуры (деформация
А Б
Рисунок 2 - Процентное соотношение форм нейронов с различной хроматофилией в коре двухлетних (А) и 90-суточных крыс (Б), % 1 - нормохромные нейроны; 2 - гиперхромные нейроны; 3 - гиперхромные сморщенные нейроны; 4 - гипохромные нейроны; 5 - клетки-тени
0 f.i cr
n 1 Q
' it
> *
â
л*>
'л. ^
Л ^
m* _¿_^ ~__ ы
Рисунок 3 - Нейроны 5-го слоя фронтальной коры пятого слоя фронтальной коры 90-суточных (А) и двухлетних крыс (Б)
нейронов мозга следует учитывать при изучении
ее патоморфологии.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Батин, Н. В. Компьютерный статистический анализ данных : учебно-методическое пособие / И. В. Батин. - Минск: Институт подготовки научных кадров Национальной академии наук Беларуси - 2008. - 235 с. - ISBN 978-985-6820-13-8. - Текст: непосредственный.
2. Бонь, Е. И. Измененияхроматофилии цитоплазмы больших пирамидных нейронов новой коры мозга крысы в постнатальном онтогенезе / Е. И. Бонь, С. М. Зиматкин : Текст : непосредственный // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2019. - № 1. - С. 10-16.
3. Бонь, Е. И. Микроскопическая организация изокор-текса крысы / Е. И. Бонь, С. М. Зиматкин: Текст: непосредственный // Новости медико-биологических наук. - 2017. - № 4. - С. 80-88.
4. Бонь, Е. И. Онтогенез коры головного мозга крысы / Е. И. Бонь, С. М. Зиматкин: Текст: непосредственный // Новости медико-биологических наук. - 2014. -№ 4. - С. 238-244.
5. Бонь, Е. И. Постнатальный морфогенез внутренних пирамидных нейронов неокортекса крысы/Е. И. Бонь, С. М. Зиматкин: Текст: непосредственный// Тюменский медицинский журнал. - 2019. - № 1. - С. 44-49.
6. Зиматкин, С. М. Строение и развитие коры головного мозга крысы : монография / С. М. Зиматкин, Е. И Бонь. - Гродно : ГрГМУ, 2019. - 155 с. - ISBN 978-985-595-049-4. - Текст : непосредственный.
7.
S.
9.
Каркищенко, Н. Н. Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях / Н. Н. Каркищенко, С. В. Грачева. - Москва : Профиль-2С, 2010. - 241 с. -ISBN978-5-903950-10-2. - Текст : непосредственный. Оленев, С. Н. Развивающийся мозг / С. Н. Оленев. - Ленинград : Наука, 1978. - 220 с. -Текст : непосредственный.
Попова, З. А. О возрастных изменениях строения коры больших полушарий белой мыши в постэмбриональной жизни / З. А. Попова // В книге : Вопросы нейроморфологии. - Ярославль : [б. и.], 1959. - 117 с. - Текст : непосредственный.
10. Попова, Э. Н. Морфология приспособительных изменений нервных структур : монография/Э. Н. Попова,
C. К. Лапин, Г. Н. Кривицкая. - Москва : Медицина, 1976. - 264 с. - Текст : непосредственный.
11. Jellinger, K. A. Cell death mechanisms in neurodegeneration / К. А. Jellinger : Text : immediate // Cell. mol. med. - 2001. - Vol. 5, № 1. - P. 1-17.
12. Paxinos, G. The Rat Brain in stereotaxic coordinates / G. Paxinos, C. Watson. - Academic Press, Australia, 1998. - 242 p. - ISBN 0125476183, 9780125476188. -Text : immediate.
13. Skovronsky, D. Neurodegenerative diseases: new concepts of pathogenesis and their therapeutic implications /
D. Skovronsky : Text : immediate // Annu Rev Pathol. -2006. - № 1. - P. 151-170.
14. Zimatkin, S. M. Postnatal Organellogenesis in Pyramidal Neurons in the Cerebral Cortex in Rats/ S. M. Zimatkin,
E. I. Bon : Text : immediate //Neuroscience and Behavioral Physiology. - 2018. - Vol. 48. - P. 377-381.
