Особенности строения дофаминергических ядер вентральной покрышки среднего мозга Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ, ЦИТОЛОГИЯ, Г^ч J ГИСТОЛОГИЯ. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ

УДК 611.81.82.018.8:616-005.4:599323.4

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ДОФАМИНЕРГИЧЕСКИХ ЯДЕР ВЕНТРАЛЬНОЙ ПОКРЫШКИ

СРЕДНЕГО МОЗГА

***А.В.Дробленков, *А.В. Федоров, *П.С.Бобков, *И.Ю.Тиссен, *Н.Г.Наумов

THE FEATURES OF THE STRUCTURE OF THE DOPAMINERGIC NUCLEI OF THE VENTRAL

MIDBRAIN TIRE

***A.V.Droblenkov, *A.V.Fedorov, *P.S.Bobkov, *I.Yu.Tissen, *N.G.Naumov

*Институт экспериментальной медицины (Санкт-Петербург), **Институт медицинского образования Нов-

ГУ, Droblenkov_a@mail.ru

Работа посвящена установлению особенностей строения дофаминергических ядер вентральной покрышки среднего мозга у здоровых крыс в пубертатном периоде, важные для последующей оценки эффективности моделирования алкогольной зависимости. Были использованы методики объемной реконструкции дофаминергических ядер среднего мозга, нарушения выработки дофамина нейронами которых предрасполагает развитие зависимостей: паранигрального (ПНЯ), линейного (ЛЯ) и межпучкового (МПЯ), методы количественной морфометрии (подсчет числа неизмененных, сморщенных гиперхромных и теневидных нейронов в 0,01 мм2 площади этих ядер, вычисление площади тел неизмененных нейронов и глиоцито-нейронального индекса). Установлено, что наибольший объем передней части ПНЯ и передней части переднего ЛЯ среднего мозга, а также наибольшая площадь тел их нейронов, наименьшая доля измененных нейронов (прежде всего клеток-«теней) в передней части переднего ЛЯ представляет данные подотделы дофаминергических ядер как основные источники дофаминовой и электрической стимуляции мотивационных центров системы «положительного подкрепления». Полученные параметры нейронов в передней части ПНЯ, МПЯ и переднего ЛЯ представляют собой стандарт нормы для последующего моделирования зависимостей и установления терапевтического эффекта как непосредственные модуляторы проекционных зон системы «положительного подкрепления». Ключевые слова: дофаминергические ядра, нейроны, строение

The work is devoted to establishing the features of the structure of the dopaminergic nuclei of the ventral midbrain tire in healthy rats during the pubertal period, important for the subsequent evaluation of the effectiveness of modeling alcohol dependence. Methods were used for the volumetric reconstruction of dopaminergic nuclei of the midbrain, dysfunction of dopamine production by neurons predisposes the development of dependences: paranigral (PNN), linear (LN), and interfascicular (IFN), methods of quantitative morphometry (counting the number of unchanged, shrunken hyperchromic and shadow neurons to 0.01 mm2 of the area of these nuclei, the calculation of the area of bodies of unchanged neurons and the gliocytic neuronal index). It has been established that the largest volume of the anterior part of the PNN and the anterior part of the anterior LN of the midbrain, as well as the largest area of the bodies of their neurons, the smallest proportion of altered neurons (primarily the "shadow"cells) in the anterior part of the anterior LN represents these subfamilies of dopaminergic nuclei as the main sources of dopamine and electrical stimulation of the motivational centers of the "positive reinforcement" system. The obtained parameters of the neurons in the anterior part of the PNN, IFN and anterior LN represent the norm standard for the subsequent modeling of the dependencies and the establishment of the therapeutic effect as direct modulators of the projection zones of the "positive reinforcement" system. Keywords: dopaminergic nuclei, neurons, structure

Несмотря на долгую историю изучения дофаминергических ядер комплекса вентральной покрышки среднего мозга при помощи световой, электронной микроскопии, биохимических и функциональных методик [1, 2], особенности клеточного строения различных частей этих ядер и степени их участия в функциональном обеспечении мозга остаются мало изученными. Между тем, знание сравнительных структурно-количественных особенностей нейронов среди дофаминергических ядер вентральной покрышки — основного источника дофамина в подкре-

пляющей системе мозга [2—4] является важным для выяснения механизмов зависимости и способов их коррекции.

Цель исследования — установить морфологические особенности дофаминергических ядер вентральной покрышки среднего мозга у здоровых крыс в пубертатном периоде, важные для последующей оценки эффективности моделирования алкогольной зависимости.

Материал и методы. Исследовали 50 фронтальных серийных срезов среднего мозга 5 интактных

Таблица 1

Количество, долевое соотношение субпопуляций нейронов и площадь их тел в различных частях

паранигрального ядра среднего мозга на площади 0,01 мм2 (X ± S— )

Уровни фронтальных срезов па-ранигрального ядра (согласно рис. 1) Количество и доля нейронов в популяции (количество исследованных площадей, m = 12) Суммарное количество нейронов Площадь тел неизмененных нейронов, мкм (n = 30)

неизме-нённых пикно-морфных теневидных

1 (bregma —4,8) 4,7±0,4 63,5±4,7% 0,5±0,2 6,8±1,2% 2,2±0,2 29,7±3,3% 7,4±0,6 100% 643,0±43,6

2 (bregma —5,3) 4,9±0,5 65,2±5,6% 0,5±0,1 6,0±2,3% 2,2±0,5 17,4±3,8% 7,7±0,5 100% 465,6±50,1*

3 (bregma —5,6) 4,6±0,5 65,7±8,1% 0,4±0,2 5,7±2,4% 2,0±0,4 28,6±5,2% 7,0±0,6 100% 387,3±26,3*

Примечание.

* — различия с параметрами клеток в других отделах мозга значимы (р<0,05); п — количество измерений

Таблица 2

Количество, долевое соотношение субпопуляций нейронов и площадь их тел в различных частях переднего

линейного ядра среднего мозга на площади 0,01 мм2 (X ± Sx )

Уровни фронтальных срезов переднего ядра (согласно рис. 1) Количество и доля нейронов в популяции (количество исследованных площадей, m = 12) Суммарное количество нейронов Площадь тел неизмененных нейронов, мкм (n = 30)

неизме-нённых пикно-морфных теневидных

2 (bregma —5,3) 6,3±0,5 90,0±2,9% 0,4±0,2 5,7±2,0% 0,3±0,2 17,4±3,8% 7,0±0,6 100% 684,1±59,5

3 (bregma —5,6) 6,1±0,5 62,9±4,9% 1,0±0,3* 10,3±2,1%* 2,6±0,4* 26,8±4,4%* 9,7±0,4* 100% 341,4±24,2*

Примечание.

* — различия с параметрами клеток в других отделах мозга значимы (р<0,05); п — количество измерений

самцов крыс Вистар, выполненных через одинаковый интервал после окрашивания гематоксилином-эозином. Дофаминергические ядра среднего мозга — ПНЯ, а также ЛЯ и МПЯ, обладающие наиболее высоким турновером дофамина [2], устанавливали согласно стереотаксическому атласу [5]. Срезы фотографировали и составляли объемную реконструкцию ПНЯ, ЛЯ и МПЯ при помощи программы Reconstruct, США. После окрашивания срезов по Нисслю в трех последовательных квадратах площадью 0,01 мм2 подсчитывали количество неизмененных, сморщенных гиперхромных и теневидных клеток, устанавливали площадь тел неизмененных нейронов и глиоцито-нейрональный индекс (отношение клеток-сателлитов к числу нейронов). Морфометрию проводили с помощью программы Imagescope (Электронный анализ, Россия). Различия средней величины и ее ошибки (X ± Sx ) считали значимыми при р<0,05.

Полученные результаты и их обсуждение.

Объем ПНЯ и переднего ЛЯ оказался наибольшим в их передней части (уровни 1 и 2, рис. 1). Именно передние части этих ядер и передний подотдел МПЯ посылают большую часть аксонов в прилежащее ядро и цингулярную кору [4] — основные центры системы «положительного подкрепления». Тела большинства неизмененных нейронов исследованных ядер на всем

их протяжении были насыщены мелкими глыбками субстанции Ниссля, обладали отчетливыми ровными контурами клеточной и ядерной поверхности. Единичные нейроны данного фенотипа (гипохромные) глыбок не содержали и являлись недофаминергиче-скими [4]. Небольшую долю клеток составили измененные клетки — сморщенные гиперхромные и клет-ки-«тени» (рис. 2 и 3), выявленные также у здоровых крыс-самок и людей [6].

Доли субпопуляций нейронов в частях ПНЯ не различались, но площадь тел неизмененных клеток была наибольшей в переднем отделе (табл. 1). В передней части ЛЯ доля неизмененных клеток, а также площадь их тел были больше, а измененных — меньше, чем в задней (табл. 2).

В передней и задней части короткого межпучкового ядра параметры нейронов значимо не различались (табл. 3). Глиоцито-нейрональный индекс был минимальным в передней части переднего ЛЯ и наибольшим в остальных частях исследованных ядер (р<0,05) — там, где была наибольшей доля клеток-«теней».

Считается, что повреждающее влияние катехо-ламинов проявляется при их избыточном и частом выделении в синаптическую щель [7]. Через заднее ЛЯ, МПЯ и все отделы ПНЯ проходит ствол катехо-ламинергического медиального пучка переднего моз-

5КЗ)

4^-6,0)

Б

Рис. ! Ооьем ная реконструкция левосторонних дофаминергических ядер С|>елнего мозга ннтантной крысы (61 сутки жизни). А передне-медиальная проекция. Б передняя проекция. Ростро-каудальные уровни фронтальных срезов среднего мозга (выполненные в плоскостях, аналогичных пластинам №№ 39. 40, 42. 44 л 45 а!ласа Рахшоз О.. 1993» обозначены цифрами: в скобках указано расстояние от орегмы. Направпення главных осей: С-В. - каудо-росграпьное и\И- уел но-латеральное. Другие оси: 5-1 - верхне-нижняя

и ргУ! - парашщшльноеядро. - переднее линейное ядро.

- межпучковое ядро.

и ^^ - заднее л инеиное ядро. - черное вещество- компактная часть. 1 | * черное вещество, сетчатая часть, □ н - ножка иозга. ЕЛ п □ - м

медиальная петля ствола мозга.

-____- ствол медиального пучка переднего мозга Iвентральный: к цннгудярнои коре,

прилежащему ядру и дорсальный" к полосатому телу)

тп

о--»

V

н—'

о

0

к

л о

£> &

тС

С--'

о

о

- ж

ъм,-.

*

К ф

ог * ? ;

о ^

а ©

«

о :

V оГ

.Си

О

О

Шя

га

О

■I 1

.. %

О:

ф щ

Щ......*

- ад*_■ -^п

Рис. 2. Строение частей паранигрального ядра: а — передней (уровень 1), б — средней (уровень 2), в — каудальной (уровень 3) на площади 0,01 мм2 (пунктир). Нейроны: Н — неизмененные, С — сморщенные гиперхромные, Т — теневидные. Окраска по Нисслю. Ок. х10, об. х100

Г*.......

у

ГЛ1

и?

о *

и

Ф т", • и

'б I

ц?

о

6

<3

• • .*

Л"' '

О

•н ■

о

а

Ч'.....-..........и;!

\

¿0*

В

¿1 ■ г

А_

И

:Л н

шя

га

• Ъ <7 '

с ?

м.....ъ

50 мим

♦

*

Щ

л

V 4

О Ч ¿Л.

, Ч I

V., ■

О

50 м¥м

п ; ■Ё

Рис. 3. Строение частей переднего линейного ядра: а — передней (уровень 2), б — каудальной (уровень 3) и межпучкового ядра: в — передней (уровень 2), г — каудальной (уровень 3). Нейроны: Н — неизмененные, С — сморщенные гиперхромные, Т — теневидные. Окраска по Нисслю. Ок. х10, об. х100

Таблица 3

Количество, долевое соотношение субпопуляций нейронов и площадь их тел в различных частях

межпучкового ядра среднего мозга на площади 0,01 мм2 (X ± S— )

Уровни фронтальных срезов межпучкового ядра (согласно рис. 1) Количество и доля нейронов в популяции (количество исследованных площадей, m = 12) Суммарное количество нейронов Площадь тел неизмененных нейронов, мкм (n = 30)

неизме-нённых пикно-морфных теневидных

2 (bregma —5,3) 2,7±0,4 70,0±7,5% 0,3±0,2 7,9±4,2% 0,9±0,2 21,7±4,2% 3,8±0,8 100% 457,8±30,3

3 (bregma —5,6) 3,1±0,5 73,8±6,9% 0,4±0,2 9,5±4,6% 0,7±0,2 16,6±4,2% 4,2±0,5 100% 444,7±38,2

n — количество измерений

га. Дорсальная ветвь этого пучка к полосатому телу проходит через заднюю часть переднего ЛЯ, тогда как передняя часть этого ядра содержит минимум транзитных волокон, что и может быть причиной отсутствия гиперполяризационного повреждения его нейронов.

Выводы. Наибольший объем передней части ПНЯ и передней части переднего ЛЯ среднего мозга, а также наибольшая площадь тел их нейронов, наименьшая доля измененных нейронов (прежде всего клеток-«теней) в передней части переднего ЛЯ представляет данные подотделы дофаминергических ядер как основные источники дофаминовой и электрической стимуляции мотивационных центров системы «положительного подкрепления». Полученные параметры нейронов в передней части ПНЯ, МПЯ и переднего ЛЯ представляют собой стандарт нормы для последующего моделирования зависимостей и установления терапевтического эффекта как непосредственные модуляторы проекционных зон системы «положительного подкрепления».

1. Medeiros H.H., Santana M.A., Leite M.D. et al. The cytoarchitectonic and TH-immunohistochemical characterization of the dopamine cell groups in the substantia nigra, ventral tegmental area and retrorubral field in a bat // Neurosci Res. 2016. Vol. 112. Р. 37-46.

2. Oads R.S., Halliday G.M. Ventral tegmental system: neurobiology. 1. Anatomy and connectivity // Brain Res. Rev. 1987. Vol. 12. P. 117-165.

3. Дробленков А.В., Шабанов П. Д. Дофаминергические механизмы алкогольной зависимости. СПб: Art-Xpress, 2014. 256 с.

4. Bjorklund A., Lindvall O. Dopamine-containing systems in the CNS // Handbook of neuroanatomy. Vol. 2: Classical

neurotransmitters in the CNS, Part 1. Amsterdam; New York; Oxford: Elsevier Science Publ., 1984. Р. 55-122.

5. Paxinos G., Watson C. The rat brain atlas in stereotaxic coordinates. Fourth Edition. Elsevier Acad. Press, 1998. Copyright, CD-Rom design by Halasz P.

6. Дробленков А.В. Патологические изменения нейронов мезокортиколимбической дофаминергической системы у здоровых людей и крыс // Морфология. 2010. Т. 137. Вып. 3. С. 11-17.

7. Richards J.G. Ultrastructural effects of 6-hydroxydopamine on catecholamine-containing neurons in the rat brain. Amsterdam: North-Holland Publ., 1971. P. 151-161.

References

1. Medeiros H.H., Santana M.A., Leite M.D. et al. The cytoarchitectonic and TH-immunohistochemical characterization of the dopamine cell groups in the substantia nigra, ventral tegmental area and retrorubral field in a bat. Neurosci Res. 2016, vol. 112, pp. 37-46.

2. Oads R.S., Halliday G.M. Ventral tegmental system: neurobiology. 1. Anatomy and connectivity. Brain Res. Rev., 1987, vol. 12, pp. 117-165.

3. Droblenkov A.V., Shabanov P. D. Dofaminergicheskie mekhanizmy alkogol'noy zavisimosti [Dophaminergic mechanisms in alcohol abuse]. Saint Petersburg, 2014. 256 p.

4. Bjorklund A., Lindvall O. Dopamine-containing systems in the CNS. In: Handbook of neuroanatomy. Vol. 2: Classical neurotransmitters in the CNS, Part 1. Amsterdam; New York; Oxford: Elsevier Science Publ., 1984, pp. 55-122.

5. Paxinos G., Watson C. The rat brain atlas in stereotaxic coordinates. Fourth Edition. Elsevier Acad. Press, 1998. Copyright, CD-Rom design by Halasz P.

6. Droblenkov A.V. Patologicheskie izmeneniya neyronov mezokortikolim-bicheskoy dofaminergicheskoy sistemy u zdorovykh lyudey i krys [Pathologic changes of neurons of mesocorticolimbic dopaminergic system in healthy humans and rats]. Morfologiya, 2010, vol. 137, iss. 3, pp. 11-17.

7. Richards J.G. Ultrastructural effects of 6-hydroxydopamine on catecholamine-containing neurons in the rat brain. Amsterdam, North-Holland Publ., 1971, pp. 151-161.