CC BY
45
48
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
УДК 611.73: 616-009.17
С. Л. Попель1, Олег Баскевич2, Зеновий Дума3
'Кандидат медицинских наук,
доцент кафедры теории и методики физической культуры и спорта, Прикарпатский национальный университет имени В. Стефаныка, г. Иваново-Франковск, Украина 2Кандидат медицинских наук, доцент кафедры физической реабилитации, Прикарпатский национальный университет имени В. Стефаныка, г. Иваново-Франковск, Украина Научный консультант: доктор биол. н., проф. Мыцкан Б. М.
3Доктор медицинских наук, профессор доцент кафедры физической реабилитации, Прикарпатский национальный университет имени В. Стефаныка, г. Иваново-Франковск, Украина Научный консультант: доктор биол. н., проф. Мыцкан Б. М.
СТРОЕНИЕ НЕИРОЦИТОВ СПИННОГО МОЗГА КРЫС В ПОСТНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ ОНТОГЕНЕЗА В НОРМЕ И ПОСЛЕ ГИПОКИНЕЗИИ
Целью исследования было изучение соотношения различных форм нейроцитов спинного мозга крыс разного возраста в норме и после длительной гипокинезии. Исследование проведено на 255 крысах-самцах линии “Вистар ” разного возраста, которые были разделены на две группы: I группа - контрольная (15 крыс), II группа - экспериментальная (240 крыс), которую разделили на три возрастные подгруппы: 2, 12 и 24 месячные (в каждой по 80 животных). Использовали гистологические и электронномикроскопический методы исследования. В норме количество нейроцитов спинного мозга прогрессивно уменьшается от молодого до старческого возраста. В результате исследования показаны разные формы возрастной морфологической изменчивости нейроцитов спинного мозга крыс при длительной гипокинезии. Установлено, что независимо от возраста гипокинезия ведёт к стойкому уменьшению количества нейроцитов с признаками пограничной адаптационной изменчивости. Эти изменения сопровождаются увеличением процентного содержания морфологических форм с признаками деструктивных изменений.
Ключевые слова: спинной мозг, нейроцит, гипокинезия, крыса.
Введение
Онтогенез нервной системы - фундаментальная проблема биологии и медицины потому, что ее отдельные элементы имеют разную возрастную чувствительность к действию различных факторов внешней и внутренней среды [1]-[4]. Такие исследования обогащают современную нейроморфологию новыми данными, что, в свою очередь, наполняет ее методологическое содержание.
В большинстве случаев влияние на живой организм имеют экологические и медикосоциальные факторы [2], [5]. Наибольшим биотропным эквивалентом среди многочисленных антропогенных факторов [6] обладает понижение двигательной активности, или гипокинезия (ГК), связанная с научно-производственной и хозяйственной деятельностью современного человека [7], [8]. В настоящее время имеется большое количество данных о морфологической реакции различных органов и систем организма, в том числе и нервной системы, в ответ на действие ГК [1], [3], [4], [7].
Несмотря на свою многочисленность, эти сведения фрагментарны, несистематизированы и достаточно противоречивы. При этом касаются только отдельных отделов нервной системы. Наблюдаемые исследователями структурные изменения нейроцитов сводятся к описанию комплексных реакций или линейных параметров с подсчетом реактивных и деструктивных клеточных форм. При действии факторов моногенного происхождения такой подход в значительной мере затрудняет интерпретацию функционального состояния нейроцитов.
Ю. М. Жаботинский [9] и В. Н. Ярыгин [10] достаточно подробно исследовали возрастное многообразие форм нейроцитов, которые наблюдаются в норме, а также под влиянием физикохимических и болезнетворных факторов. В этом отношении особую роль сыграли работы
© Попель С. Л., Баскевич О., Дума З., 2015
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
49
Н. Н. Боголепова [11] и С. А. Саркисова [12], которые послужили поводом к обсуждению проблем по созданию универсальной классификации форм морфологической изменчивости нейроцитов.
На основе положений, сформулированных в вышеупомянутых работах, была разработана классификация типовых форм морфологической изменчивости нейроцитов [6]. Основанная на данных многолетних исследований реакции нейроцитов различных отделов нервной системы на влияние антропогенных факторов эта классификация на сегодняшний день является оптимальной при описании их структурно-функциональных изменений.
Цель исследования - изучение соотношения различных форм нейроцитов спинного мозга крыс в норме и при действии гипокинезии в онтогенезе.
Материал и методы исследования. Эксперимент был выполнен на 252 белых беспородных крысах-самцах в возрасте 2 мес (молодые), 12 мес (половозрелые) и 24 мес (старые) массой тела 60-250 г. Для моделирования ГК животных удерживали в специальных камерах-пеналах размером 5х10х5см в течение 30, 120 и 240 сут. Эвтаназия животных осуществлялась с соблюдением правил нормативных документов регламентирующих медико-биологические методы исследования. Объектом для изучения служили нейроциты передних рогов (ПР) и задних рогов (ЗР) спинного мозга (СМ). Для проведения морфологических исследований кусочки ткани СМ фиксировали в 10%-ном растворе нейтрального формалина с последующей заливкой в парафин. Парафиновые срезы толщиной 5-10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином. При окрашивании препаратов толуидиновым синим по методу Ниссля получали более детальную характеристику состояния нейроцитов. Для выявления структурных изменений, происходящих в нейроцитах при действии ГК, проводили морфометрическую оценку характера распределения базофильного вещества в их цитоплазме. На препаратах, окрашенных по Нисслю, выполняли морфометрию нейроцитов, проводили подсчет нервных клеток с разными типовыми формами морфологической изменчивости, которые выделяли в соответствии с классификацией [5]. Контролем служили результаты исследования нейроцитов вышеуказанных участков СМ интактных крыс соответствующего возраста. Материалы исследования обрабатывались методами дескрипционной статистики.
Результаты исследования и их обсуждение
В группе интактных крыс обнаруживаются различные морфологические формы нейроцитов: нормо-, гипер- и гипохромные, а также пикноморфные и клетки-тени.
Ядра нормохромных клеток всегда занимают центральное положение, отличаются четкими контурами и светлой нуклеоплазмой, содержат базофильное ядрышко. В нейроплазме базофильно окрашенное вещество Ниссля имеет вид мелких глыбок или пылевидной зернистости и характеризуется равномерным распределением. Однако в области аксонального холмика распределение рибонуклеопротеидного комплекса часто приобретает вид очаговых скоплений, что определяет мелкие участки просветления нейроплазмы.
Ядра и клеточные тела гипохромных нейроцитов характеризуются правильной формой. Нуклеоплазма светлая, ядрышко расположено в центре, базофильное. В цитоплазме таких клеток обнаруживаются крупные очаги хроматолиза. При этом хроматофильное вещество наблюдается в виде сконцентрированных вокруг ядра отдельных локусов или небольших скоплений под цитолеммой. Уровень хроматофилии в этих клетках, в целом, ниже, чем в нормохромных нейроцитах.
В структуре гиперхромных нейроцитов отмечается правильная форма ядра и клеточного тела. Их цитоплазма имеет повышенную интенсивность хроматофилии. Ядра окрашены темнее из-за наличия гетерохроматина. Ядрышки имеют крупные размеры и часто занимают центральное положение.
Клеточное тело пикноморфных нейроцитов характеризуются неправильной формой. В сравнении с другими видами нейроцитов их ядра имеют меньший размер, сморщены, гиперхромны и чаще всего не визуализируются. Аксон в этих клетках нередко поддается окрашиванию, имеет прямую или зигзагообразную форму. Иногда в центре таких клеток наблюдаются участки пониженной хроматофилии.
Клеточное тело клеток-теней имеет нечеткие контуры и разнообразный уровень хроматофилии. Идентификация ядра и ядрышка в таких клетках довольно затруднительна, поэтому ряд исследователей [4], [10], [12] клетки-тени идентифицируют как фрагменты деструктивно измененных нейроцитов. К этой же категории относятся нейроциты, ядра и ядрышки которых не попали в срез. Данные об относительном содержании разных форм нейроцитов в зависимости от возраста контрольных животных представлены на рисунке (поле А). У половозрелых животных среди нейронов СМ преобладают нормохромные клетки, а их содержание в ПР составляет 55,2%, в ЗР - 52,4% от общего количества нейроцитов.
50
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
12,4
10,6
39,2
55,2
34,1
19,8
52,4
10,9 7,5
—
8,5
6,2;
18,9
18,1
18
17,9
12,2
12,8
15,6
12,7
46,7 43,2
22,3 21,7
3,5
2,6
О) л X 2 О Q. X О с S |_ О) л X 2 О Q. X О 2 Q. О X О) л X 2 о Q. X Q. О) С S |_ О) л X -8- Q. О 2 О X X S с клетки-тени
ПР ЗР ПР ЗР ПР ЗР ПР ЗР ПР ЗР
8
■ старые
■ половозрелые □ молодые
А
■ старые
■ половозрелые И молодые
Б
Рисунок - Относительное содержание различных форм нейроцитов в передних (ПР) и задних (ЗР) рогах спинного мозга у животных контрольной (а) и экспериментальной (б) группы У
У молодых животных этих клеток насчитывается соответственно 46,7% и 43,2%. Количество нормохромных клеток у старых животных уменьшается и составляет только 39,2% в ПР и 34,1% в ЗР.
Г ипохромные нейроциты в контрольной группе половозрелых крыс составляют 10,9% в ПР и 7,5% в ЗР. У молодых крыс их количество уменьшается соответственно до 8,5% и 6,2% (p<0,05). У старых животных количество таких клеток, наоборот, увеличивается соответственно до 12,4% и 10,6% (p<0,05).
Количество гиперхромных нейроцитов в контрольной группе половозрелых крыс в ПР составляет 18,9%, в ЗР - не превышает 18,0%. У молодых и старых животных гиперхромные нейроциты составляют соответственно в ПР 22,3% и 19,8%, а в ЗР - 21,7% и 18,1% соответственно.
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
51
Среди нейроцитов СМ у старых животных контрольной группы встречаются пикноморфные клетки. Их содержание в ПР находилось в пределах 12,2%, а в ЗР - 12,8%. Количество таких нейроцитов у молодых и половозрелых животных статистически недостоверно (p>0,05) и поэтому не учитывались нами при подсчете общей клеточной популяции.
Содержание клеток-теней в ПР и ЗР увеличивается с возрастом и составляет соответственно 3,5% и 2,6% у молодых, 12,7 и 8,0% у половозрелых и 17,9% и 15,6% - у старых животных.
При действии ГК в обозначенные сроки исследования наблюдали изменения процентного соотношения различных морфологических типов нейроцитов СМ (рисунок, поле Б). При ГК у всех животных независимо от возраста мы наблюдали постепенное уменьшение числа нормохромных нейроцитов, линейные размеры которых достоверно отличались от таковых в контроле. При этом наблюдается разное процентное соотношение этих клеток в зависимости от срока ГК. Так, у молодых крыс разница между контрольными показателями и данными через 30 сут от начала моделирования ГК составляет 2,6%, через 120 сут - 4,5%, через 240 сут - 8,7% (p<0,05).
Сравнителый анализ количества нормохромнных нейроцитов у половозрелых крыс засвидетельствовал более выраженное уменьшение этих клеток на протяжении всего периода ГК. Через 30 сут от начала моделирования ГК их количество составляет на 4,8% меньше, чем у контрольных животных, через 120 сут - на 8,1%, а через 240 - на 14,5% (p<0,05).
У старых животных наблюдается самый низкий процент содержания нормохромных клеток: через 30 сут от начала моделирования ГК их насчитывается на 10,2% меньше, через 120 сут - на 12,8%, через 240 сут - на 17,5% (p<0,05).
С увеличением срока ГК увеличивается количество гипохромных нейроцитов. У молодых животных через 30 сут они выявляются на 17,8% чаще, чем в контроле; через 120 сут - на 22,6%, а через 240 - на 28,1% (p<0,05). У половозрелых животных разница менее выражена и составляет соответственно -12,7%, 14,2% и 14,8% (p<0,05). У старых животных количество гипохромных нейроцитов увеличивается в наибольшей степени и составляет соответственно 21,1%, 27,4% и 32,6% (p<0,05).
Изменения морфометрических показателей гиперхромных нейроцитов происходит приблизительно одинаково у всех животных независимо от возраста. Так, процент содержания этих клеток у молодых животных уменьшается только на 2,4%, у половозрелых на 2,2%, у старых животных - на 2,8% (p>0,05).
В отличие от контрольной серии исследования, где пикноморфные формы нейроцитов выявляются только у старых животных, при ГК в сером веществе ПР и ЗР СМ они появляются также у молодых и половозрелых крыс. При этом, если у половозрелых животных их количество ограничивается 6,0% в ПР и 4,4% в ЗР, то у молодых крыс таких нейроцитов насчитывается соответственно 14,2% и 10,0% (p<0,05). У старых животных количество пикноморфных нейроцитов увеличивается до 19,4% в ПР и до 17,3% в ЗР.
В течение всего эксперимента количество клеток-теней увеличивается незначительно: в среднем на 3,4% у молодых животных, на 2,9% у половозрелых и на 3,5% у старых животных.
Такие изменения исследователи [2], [6] относят к «пограничным» состояниям многих клеточных форм. Они отражают уровень метаболических процессов и представляют собой совокупность конформационных изменений внутриклеточных биополимеров, которые, с одной стороны, превышают объем физиологической изменчивости, а с другой - не достигают уровня типовых патологических изменений. Морфологические изменения такого характера являются «срочной» ответной реакцией клеток на резкое органичение двигательной активности и свидетельствуют о промежуточном, между вариантами бионормы и патологии, состоянии нейроцитов спинного мозга [4], [5], [10].
После длительной ГК, кроме этих форм изменчивости, мы наблюдали гипо- и гиперхромные клетки с признаками как дистрофических, так и некротических изменений. В клетках с признаками нейронодистрофии по гипо- или гиперхромному типам имелись множественные вакуоли в цитоплазме, смещение ядра и ядрышка к периферии. Морфометрические показатели этих нейроцитов достоверно отличались от контрольных. Эти формы морфологической изменчивости являются обратимыми. Клеткам с деструктивными изменениями соответствовали пикноморфные нейроны и клетки-тени как проявления апоптозного или колликвационного нейрононекрозов. Учитывая близкое по значению процентное содержание деструктивных форм нервных клеток в ПР и ЗР СМ, наблюдаемое к 240 сут эксперимента, можно предположить наличие сходных морфогенетических механизмов развития адаптационной реакции изучаемых отделов СМ при длительной ГК.
Выводы
1. В сером веществе передних и задних рогов спинного мозга интактных крыс преобладают нормохромные нейроциты, их содержание составляет более половины от наблюдаемых форм в нейронной популяции. Пикноморфные нейроциты и клетки-тени
52
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
представлены в меньшем количестве, их содержание увеличивается с возрастом, что указывает на процессы физиологической деструкции. Содержание гипо- и гиперхромных нейронов занимает промежуточное положение. Они отражают различные функциональные состояния и являются проявлением клеточной адаптационной изменчивости.
2. В условиях длительной гипокинезии в ядрах передних и задних рогов спинного мозга развиваются неспецифические морфологические реакции, которые проявляются значительной морфологической изменчивостью нейроцитов и заключаются в изменении процентного соотношения различных форм. При этом гипокинетический феномен определяется стойким уменьшением количества нейроцитов с признаками пограничной адаптационной изменчивости. Эти изменения сопровождаются увеличением процентного содержания морфологических форм с признаками альтернативных изменений.
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Багаутдинов, И. Р. Морфология двигательных ядер спинного мозга при хронической гипокинезии / И. Р. Багаутдинов, Ю. Г. Васильев // Фундаментальные исследования. - 2005. - № 5. - С. 104.
2. Меерсон, Ф. З. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам / Ф. З. Меерсон, М. Г. Пшенникова. - М. : Медицина, 1988. - С. 30-51.
3. Смирнов, А. В. Изменение структуры периферических отделов нервной и эндокринной систем растущего организма под влиянием гиподинамии и гипокинезии / А. В. Смирнов, Д. А. Чернов, Н. Ю. Иванаускене // Морфология. - СПб., 2000. - Т. 117, № 3. - С. 112.
4. Шевцов, В. И. Регенерация и рост тканей в условиях воздействия на них дозированных направленных механических нагрузок / В. И. Шевцов // Вестник РАМН. - 2000. - № 2. - С. 19-23.
5. Петров, А. В. Актуальные проблемы экологической нейрогисто-морфологии. 1. Методологические аспекты / А. В. Петров, В.П. Федоров, Е.М. Болтенков // ЦНИЛ - вчера, сегодня, завтра : сб. науч. тр., посвящ. 85-летию Воронежской ГМА им. Н. Н. Бурденко и 40-летию со дня организации ЦНИЛ. - Воронеж, 2003. - С. 122-137.
6. Федоров, В. П. Экологическая нейроморфология. Классификация типовых форм морфологической изменчивости ЦНС при действии антропогенных факторов / В. П. Федоров, А. В. Петров, Н. А. Степанян // Ж. теоретич. и практич. медицины. - 2003. - Т. 1, № 1. - С. 62-66.
7. Гипокинезия и гиперкинезия как факторы риска в экстремальных условиях / Т. М. Нарымбетова [и др.] // Успехи современного естествознания. - 2011. - № 5. - С. 64-66.
8. Смирнов, Я. И. Возрастающая гиподинамия в современном обществе - опасный недуг подрастающего поколения / З. Д. Смирнова, В. В. Ефранова, О. Ю. Фомин // Физическая культура и спорт в жизни общества : мат-лы междунар. науч.-практ. конф. - Челябинск, 2000. - С. 92-94.
9. Жаботинский, Ю. М. Нормальная и патологическая морфология нейрона / Ю. М. Жаботинский. - Л. : Медицина, 1965. - 323 с.
10. Ярыгин, Н. Е. Патологические и приспособительные изменения нейрона / Н. Е. Ярыгин. - М. : Медицина, 1973. - 191 с.
11. Боголепов, Н. Н. Ультраструктура мозга при гипоксии / Н. Н. Боголепов. - М. : Медицина, 1979. - 168 с.
12. Саркисов, С. А. Электронная микроскопия мозга / С. А. Саркисов, Н. Н. Боголепов. - М. : Медицина, 1977. - 171 с.
Поступила в редакцию 07.10.14 E-mail: serg [email protected]
S. L. Popel’, O. V. Baskevich, Z. V. Duma
STRUCTURE OF THE NEUROCYTES SPINAL CORD OF RATS IN THE POSTNATAL PERIOD OF ONTOGENESIS IN A NORM AND AFTER HYPOKINESIA
The study of correlation of different forms of neurocites of spinal cord of rats of a different age in a norm and after prolongated hypokinesia was a research purpose. Research was conducted on 155 rats-males of line of “Wistaf’ in different age, which were parted on two groups: Group I is control (15 rats), Group II is experimental (240 rats), which was divided into three age sub-groups: 2, 12 and 24 month old (in each for 80 animals). Histological and electronmicroscopic methods of the research were used. In a norm the amount of neurocites of spinal cord progressively diminishes from young to senile age. As a result of research different forms of age morphological changeability of neurocites of spinal cord of rats at protracted hypokinesia are shown. It is set that a hypokinesia effect consists in proof diminishment of morphological forms of boundary and adaptation changeability on a background growth of percentage of neurons with the signs of alteration changes.
Key words: spinal cord, neuron, hypokinesia, rat.
