CC BY
34
УДК 612.82 : [599.323.4 : 591.35] - 092.9 Б.Я. Рыжавский1, Е.М. Литвинцева1, Ю.Б. Колмакова1. Р.В. Учакина2
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПОТОМСТВА СТАРЫХ САМОК-КРЫС В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО УМЕНЬШЕННЫХ ПОМЕТАХ
Дальневосточный государственный медицинский университет1, 680000, ул. Муравьева-Амурского, 35, тел.: 8-(4212)-32-63-93, e-mail: [email protected]; НИИ охраны материнства и детства СО РАМН2, 680022, ул. Воронежская, 49, кор. 1, тел.: 8-(4212)-98-05-91, г. Хабаровск
Ранее нами было показано, что новорожденные крысы, являющиеся потомством «старых» самок, отличались от потомства «молодых» самок большей массой тела, головного мозга, имели морфометрические признаки опережающего развития неокортекса и гиппокампа. В 40-дневном возрасте масса тела и мозга у потомства «старых» и «молодых» самок уже не имела достоверных межгрупповых различий. При этом количество различий морфометрических показателей, отражающих уровень развития неокортекса и гиппокампа, было значительно меньшим, чем в однодневном возрасте. Вместе с тем, показатели поведения в приподнятом крестообразном лабиринте (ПКЛ) у 30-дневных крысят сравниваемых групп различались: потомство «старых» самок имело более высокую исследовательскую активность и меньший уровень тревожности [6].
Таким образом, к препубертатному периоду, когда морфология мозга близка к таковой у взрослых, потомство «старых» самок в значительной мере утрачивало морфологические признаки опережающего развития мозга, имевшиеся в неонатальном периоде онтогенеза. Особенно наглядно это проявлялось по такому показателю, как масса органа. Поскольку в дорепродуктивный период онтогенеза данный показатель отражает (вместе с другими) степень развития мозга, это свидетельствует об «исчезновении» к 40-дневному возрасту, т. е. к препу-бертатному периоду, одного из признаков опережающею развития мозга потомства «старых» самок, имевшегося в однодневном возрасте, что согласуется с принципом эквифинальности [5]. Оценка нивелирования различий массы мозга вызывает значительные трудности. Это обусловливается тем, что, с одной стороны, мозг людей с выдающимся интеллектом может иметь массу как большую, так и меньшую, чем в среднем [2], с другой — риск развития болезни Альцгеймера уменьшен у лиц с большими размерами органа [3], а отличающийся значительно уменьшенными размерами мозг глубоко недоношенных детей в последующем отстает по темпам роста и характеризуется сниженными функциональными характеристиками [6-9].
В связи с вышеизложенным, целью данной работы явилось выяснение вопроса о том, изменятся ли морфо-метрические и функциональные характеристики мозга потомства «старых» самок при экспериментальном увеличении массы их мозга в препубертатном периоде, в частности, как изменятся показатели исследовательской активности, тревожности, которые были выявлены ранее у потомства «старых» самок по сравнению с таковыми у
Резюме
Экспериментальное уменьшение численности пометов у «старых» самок крыс приводило к тому, что их 40-дневное потомство отличались большей массой тела, мозга, надпочечников и гонад. У самок подопытной группы выявлены увеличенные размеры ядер и цитоплазмы нейронов слоя II собственно теменной доли, а также концентрации РНК в цитоплазме нейронов слоя II переднетеменной доли. У потомства женского пола подопытной группы активность НАДН-дегидрогеназы в нейронах гиппокампа была ниже, а активность НАДФН-дегидрогеназы — выше, чем в контроле. 25-дневные крысята обоего пола из уменьшенных пометов отличались от контрольных большей исследовательской активностью. В 30-дневном возрасте у самцов опытной группы выявлялась достоверно повышенная исследовательская активность, у самок — уменьшение числа груминга и уровня тревожности.
Ключевые слова: мозг, развитие, уменьшенные пометы, «старые» самки.
В^а Ryzhavskii, E.M. Litvintseva, Ju^. Kolmakova, R.V. Uchakina
PECULIARITIES OF BRAIN DEVELOPMENT OF «OLD» FEMALE RATS' POSTERITY IN EXPERIMENTALLY DECREASED LITTERS
Far Eastern Stale Medical University; Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences - Mother and Child Care Institute, Khabarovsk
Summary
Experimental decrease of a number of «old» female rats' litters was the reason that their 40-days old posterity has increased body mass, brain, adrenasl and gonads. Females from experimental group differed from the control one by increased size of cytoplasm and nuclei of neurons of layer II neocortex lobus parietal and increased concentration of RNA in cytoplasm of neurons of layer II neocortex lobus parietoanterior. They have decreased activity of NADH-dehydrogenase and increased activity of NADPH-dehydrogenase in neurons of hippo camp. 25-days old rats from experimental litters (male and female) had increased investigational activity as compared with the control one. 30 days old, males have increased investi-gational activity, while females revealed decreased number of grumping and anxiety level.
Key words: brain, development, decreased litter, «old» female.
Таблица 1
Показатели развития потомства «старых» самок
Показатель Контрольные Экспериментальные
самцы самки самцы самки
Масса тела, г - 7-дневные 11,2±0,37 10,7±0,48 15,4±0,74* 15,4±0,62*
- 14-дневные 17,5±0,38 16,3±0,51 28±1,29* 26,8±1,04*
- 21-дневные 26±0,68 24±0,54 42,1±1,82* 42,3±1,44*
- 30-дневные 46,5±1,68 43,3±1,12 74,3±4,26* 73,7±1,87*
- 40-дневные 66,6±2,92 60±2,45 105,2±7,85* 102,2±4,62*
- мозга, мг 1481±12,1 1429±26 1577±32,4* 1564±16,7*
- полушария, мг 536±4,4 509±10,5 557±12,9 567±6,7*
- надпочечников, мг 8±0,3 7,5±0,29 10±0,3* 9,9±0,5*
- семенников, мг 234±25,4 - 489±41,9* -
- яичников, мг - 14,5±0,64 - 20,8±2,1*
Толщина коры надпочечников, мкм 757±22,8 770±34,8 847±22* 819±26,4*
Диаметр овариаль-ного фолликула, мкм - 532±46,1 - 584±48
Диаметр семенного канальца, мкм 202±8,8 - 234±12* -
Концентрация - тестостерона, нмоль/л 2,25±0,79 - 4,02±0,58 -
- эстрадиола, пг/мл - 133±37,2 - 136±14
Примечание. * — различия с контролем статистически достоверны (р<0,05).
потомства «молодых» самок. В настоящей работе для получения крыс с увеличенной массой мозга мы уменьшали численность пометов, учитывая, что: 1) многоплодные животные из малочисленных пометов имеют массу тела большую, чем животные из многочисленных пометов [5, 6] и 2) между массой тела и мозга в дорепродуктив-ном периоде онтогенеза имеется прямая корреляционная связь [1, 5, 6].
Материалы и методы
Изучалось потомство интактных 9-10-месячных («старых») самок, спаривавшихся с 4-5-месячными самцами. В 4 пометах (опытных) через сутки после родов было оставлено по 4-6 крысят. В одном помете были оставлены все (11) крысята (контроль). В 25- и 30-дневном возрасте крысят тестировали в ПКЛ. Регистрировали по времени и числу следующие «элементарные» показатели: свешива-ния, стойки, принюхивания, движения, заходы в закрытые и открытые рукава, груминг. На основании их определяли интегральные показатели: исследовательскую активность и уровень тревожности по временным (Г) и частотным (п) показателям. В 7-, 14-, 21-, 30- и 40-дневном возрасте определяли массу тела животных. В 40-дневном возрасте их декантировали, определяли массу мозга, правого полушария, надпочечников и гонад. В сыворотке крови исследовали концентрацию эстрадиола (у самок), тестостерона (у самцов). Левое полушарие фиксировали в жидкости Кар-нуа, затем из него вырезали участок в переднетеменной доле (ПТД) и собственно теменной доле (СТД), которые заливали в парафин. На срезах, окрашенных на нуклеиновые кислоты галлоцианином по Эйнарсону, методом
компьютерной морфометрии на аппарате «Мекос» исследовали размеры ядрышек, ядер и цитоплазмы, а также концентрацию РНК в цитоплазме в нейронах слоев II и V ПТД и СТД, гиппокампа. На этих же препаратах окуляр-микрометром МОВ-15 измеряли толщину коры в ПТД и СТД. Из СТД правого полушария тотчас после забоя животных готовили криостатные срезы толщиной 20 мкм, на которых проводили реакции на НАДН-дегидрогеназу (НАДН-д) и НАДФН-дегидрогеназу (НАДФН-д) по [4]. Криостатные срезы готовили также из гонад и надпочечников. На них проводили реакцию на 3Р-гидроксистероиддегидрогеназу (ГСДГ). Ее активность определяли на аппарате «Мекос». Определение концентрации РНК в нейронах и активности ГСДГ измеряли в 25 клетках каждой локализации органа, у каждого животного. На препаратах гонад и надпочечников окуляр-микрометром измеряли также величину наиболее крупного овариального фолликула, средний диаметр извитого семенного канальца, толщину коркового вещества надпочечников. Полученные данные обрабатывали по программе 6.
Результаты и обсуждение
Животные обоего пола из уменьшенных пометов имели достоверно большую массу тела в возрасте от 7 до 40 дн. При забое в 40-дневном возрасте — увеличенную массу мозга, надпочечников, гонад. У самцов выявлялась тенденция к увеличению концентрации в крови тестостерона, тогда как концентрация эстрадиола у самок в сравниваемых группах практически не различалась. Морфометри-ческий анализ выявил увеличение диаметров семенных канальцев у самцов, толщины коры надпочечников у самцов и самок. Активность ГСДГ во всех зонах этой железы не имела достоверных межгрупповых различий. Таким образом, крысята из экспериментальной группы имели ряд отличий в показателях соматического, эндокринного и полового развития от контрольных (табл. 1).
Толщина неокортекса в ПТД и СТД, как и число нейронов в поле зрения их II и V слоев в мозге животных сравниваемых групп, не имела достоверных различий (табл. 2). Поскольку масса полушария у крысят экспериментальной группы была достоверно больше, чем в контроле, можно предполагать, что суммарный объем коры и число нейронов в ее исследованных зонах в мозге подопытных животных превышали таковые в контроле. Размеры цитоплазмы, ядер и ядрышек в нейронах исследованных зон неокортек-са и гиппокампа в мозге самцов не имели достоверных межгрупповых различий. У самок подопытной группы были выявлены увеличенные размеры ядер (52,6±1,1 мкм2, в контроле — 48,8±1,3 мкм2) и цитоплазмы (42±0,6 мкм2, в контроле — 35,7±1,5 мкм2), нейронов слоя II СТД, а также концентрации РНК в цитоплазме нейронов слоя II ПТД (0,324±0,02 усл. ед. против 0,269±0,18 усл. ед.) Активность НАДН-д и НАДФН-д у самцов в цитоплазме нейронов всех исследованных локализаций также не имена достоверных межгрупповых различий. У самок активность НАДН-д в нейронах гиппокампа была в подопытной группе ниже, чем в контроле (0,729±0,08 и 0,816±0,04 усл. ед. соответственно), активность НАДФН-д в этих нейронах у крыс подопытной группы была, напротив, повышена (0,733±0,022 усл. ед. против 0,597±0,057 усл. ед.). Тестирование поведения 25-дневных крысят в ПКЛ показало, что животные обоего пола экспериментальной группы отличались от кон-
Таблица 2
Показатели поведения 25- и 30-дневных крыс в приподнятом крестообразном лабиринте
Показатели 25-дневные контроль 25-дневные экспериментальные 30-дневные контроль 30-дневные экспериментальные
самцы самки самцы самки самцы самки самцы самки
Время (1), с: - стойки 3,02±1,09 2,11±0,39 6,48±1,09* 6,41±1,22* 2,09±0,73 5,59±2,48 3,79±1,13 3,02±1,27
- свешивания 0,20±0,20 0,68±0,50 1,13±0,41* 2,85±0,82* 0,84±0,38 0,15±0,15 1,24±0,57 0,37±0,21
- груминг 7,35±3,16 13,83±5,82 6,88±1,83 8,64±2,32 9,63±3,60 16,18±3,05 11,97±3,83 11,88±4,39
- в открытых рукавах 1,37±1,36 7,40±3,61 9,88±2,91* 19,31±5,18 4,63±2,26 2,71±1,58 14,58±4,12 5,88±2,24
- в закрытых рукавах 177,36±1,36 171,25±3,75 169,11±2,98 159,44±5,24 173,83±2,47 176,22±2,04 164,56±4,14 173,13±2,29
Исследовательская активность (1) 4,67±3,16 10,83±4,09 18,93±3,48* 33,06±7,34* 7,94±2,80 8,58±1,53 22,43±5,99* 9,82±2,82
Уровень тревожности (1) 366,80±8,25 360,99±15,45 341,96±9,97 318,15±14,11* 361,01±12,78 380,85±9,77 338,87±13,59 363,38±12,51
Число (п): - стойки 3,43±1,13 4,25±0,63 6,75±0,95* 6,20±0,93 2,14±0,51 5,00±1,87 5,17±1,39* 3,00±0,82
- свешивания 0,14±0,14 0,75±0,48 1,17±0,44* 2,20±0,59 0,86±0,34 0,25±0,25 1,33±0,53 0,60±0,34
- груминг 2,43±0,57 3,00±0,71 5,08±0,86* 3,70±0,93 3,43±0,84 7,00±0,41 4,83±1,01 3,60±0,67*
- выход в открытые рукава 0,14±0,14 1,25±0,25 1,08±0,29* 1,50±0,34 0,86±0,40 0,50±0,29 1,58±0,58 0,60±0,16
- заход в закрытые рукава 1,14±0,14 2,25±0,25 1,92±0,26* 2,20±0,33 1,57±0,29 1,25±0,25 2,33±0,59 1,30±0,15
Исследовательская активность (п) 3,74±1,06 6,52±0,54 9,61±1,16* 11,05±1,42* 4,00±0,92 5,82±1,54 9,05±2,53 4,37±0,89
Уровень тревожности (п) 7,08±1,13 10,19±1,73 13,53±1,58* 11,07±1,88 9,83±1,73 16,31±1,19 13,56±2,48 9,63±1,27*
Примечание. * — различия с контролем статистически достоверны ((р<0,05).
трольных большим числом заходов и временем, приходящимся на пребывание в открытых рукавах, а также числом свешиваний, стоек, движений, заходов в закрытые рукава, что в совокупности свидетельствует о большей исследовательской активности. В 30-дневном возрасте большая часть межгрупповых различий «элементарных» показателей сохранялась, однако, в связи с их значительной вариабельностью, они становились статистически недостоверными. В то же время, у самцов опытной группы выявлялась достоверно повышенная исследовательская активность, рассчитанная по временным показателям, и близкая к достоверной—рассчитанная по частотным показателям, у самок — уменьшение числа груминга и уровня тревожности, рассчитанного по частотным показателям (табл. 2).
Учитывая полученные ранее данные о том, что потомство «старых» самок при содержании их в пометах, не подвергшихся уменьшению численности, в 30-дневном возрасте имело более высокую исследовательскую активность и меньшую тревожность, по сравнению с потомством «молодых» самок [6], можно полагать, что содержание потомства «старых» самок в пометах уменьшенной численности, приводящее к увеличению у них массы мозга, более увеличивает различия потомства «старых» и «молодых» самок, т.е. происходит суммирование эффекта, обусловленного различиями возраста матери, оказывающего влияние на развитие мозга потомства, исследовательскую активность ко времени окончания дорепродуктивного периода онтогенеза. Этот эффект представляется нам принципиально важным, т. к. экспериментально показывает, что для направленного воздействия на развивающийся мозг 1) характер воздействия целесообразно подбирать, учитывая период развития органа, 2) для достижения пролонгированного эффекта, стимулирующего развитие мозга, целесообразен подбор нескольких действующих агентов, каждый из которых влияет в определенном периоде онтогенеза.
Литература
1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфомефия. - М., Медицина, 1990. - 265 с.
2. Боголепова И.Н. Структурные основы индивидуальной вариабельности мозга человека // Вестник РАМН.
- 2002. - №6. - С. 31-35.
3. Дамулин И.В. Основные механизмы нейропластичнос-ти и их клиническое значение // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. - 2009. - Т. 109, №4. - С. 4-8.
4. Лойда З., Госсрау Р., Шиблер Т.М. Гистохимия ферментов. Лабораторные методы. - М.: Мир, 1974. - 272 с.
5. Мина М.В., Клевезаль Г. А. Рост животных. - М.: Наука, 1976. - 291 с.
6. Рыжавский Б.Я. Развитие головного мозга: отдаленные последствия влияния некомфортных условий. -Хабаровск: Изд-во ДВГМУ, 2006. - 232 с.
7. Cooke R.W., Abernethy L.J. Cranial magnetic resonance imaging and school performance in very low birth weight infants in adolescence // Arch. Dis. Child. Fetal Neonatal Ed.
- 1999. - Vol. 81, №2, - P. 116-121.
8. Gale C.R., Callaghan F.J., Godfrey K.M. Critical periods in brain growth and cogninive function in children // Brain. - 2004. - Vol. 127, №2. - P. 321-329.
9. Martinez-Cruz C.F., Poblano A., Fernandez-Carrocera L.A. Association between intelligence quotient scores and extremely low birth weight in school-age children // Arch. Med. Res. - 2006. - Vol. 37, № 5. - P. 639-645.
Координаты для связи с авторами: Рыжавский Борис Яковлевич — доктор мед. наук, профессор, проректор по НИР, заведующий кафедрой гистологии ДВГМУ; Лит-винцева Екатерина Марковна — аспират кафедры гистологии ДВГМУ; Колмакова Юлия Борисовна — аспирант кафедры гистологии ДВГМУ; Учакина Раиса Владимировна — доктор биол. наук, профессор, главный научный сотрудник НИИ охраны материнства и детства СО РAMН.
□□□
