СТРУКТУРНАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ НЕЙРОНОВ ПОЛЯ СА1 ГИППОКАМПА КРЫС ПРИ 96-ЧАСОВОЙ ТОТАЛЬНОЙ ДЕПРИВАЦИИ СНА И ПОСЛЕ ЕЕ ОТМЕНЫ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

СТРУКТУРНАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ НЕЙРОНОВ ПОЛЯ СА1 ГИППОКАМПА КРЫС ПРИ 96-ЧАСОВОЙ ТОТАЛЬНОЙ ДЕПРИВАЦИИ СНА И ПОСЛЕ ЕЕ ОТМЕНЫ

Абушов Бабек Мамед

Доктор биологических наук, доцент. Институт физиологии им. А.И.Караева НАН Азербайджана, г. Баку

STRUCTURAL PLASTICITY IN RATca1 HIPPOCAMPAL NEURONS UNDER 96-HOURS TOTAL SLEEP DEPRIVATION AND AFTER ITS WITHDRAWAL

Abushov Babak, Doctor of sciences on Biology, assistant professor. Institute of Fiziology, n.a. A.I.Karayev Hational Academy of Sciences Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Целью данного исследования является изучение структурной пластичности (СП) нейронов поля СА1 гиппо-кампа при тотальной депривации сна (ТДС) и после ее отмены. Исследования выполнены электронномикроскопиче-ским методом на 6-месячных крысах. Установлено, что при ТДС СП нейронов в раннем периоде (12-24 час) проявляется в виде репаративных, а при длительном периоде (36-96 час) - в виде дистрофических изменений. После отмены 96-часовой ТДС наблюдается восстановление структуры нейронов за счет репаративной регенерации. При ТДС СП охватывает не только нейроны, но и их цитоплазматические органеллы.

ABSTRACT

The aim of this work was to study structural plasticity (SP) of neurons in CA1 area of the hippocampus under total sleep deprivation (TSD) and after its withdrawal. The studies were carried out on 6-mons old with the application of electron microscope technique. It has been revealed that SP of neurons under TSD at an early period (12-24 hours) is developed as reparative alterations, while under long-term period it is developed as dystrophic ones. After withdrawing 96-hours TSD the restoration of neuronal structures is observed which takes place at the expense of reparative regeneration. Under TSD SP covers not only does SP cover neurons is observed but it also covers their cytoplasmic orqanells.

Ключевые слова: тотальная депривация сна; нейрон; поле СА1 гиппокампа; структурная пластичность.

Keywords: total sleep deprivation; neuron; CA1 area hippocampus; structural plasticity.

Одной из наиболее фундаментальных и быстро развивающихся областей современной нейробиологии и медицины является изучение структурной пластичности (СП) нервной системы и ее механизмов [8, 9]. Нейроны, являясь основным структурным элементом нервной системы, одновременно выступают как клеточный уровень интегративных процессов мозга. По этой причине СП нейронов является одним из самых важных проблем теоретической и практической медицины [2, 9]. Кроме того, изучение возможности восстановления структурных изменений в нейронах после прекращения влияющих различных экстремальных и патогенных факторов, тоже имеет огромное значение для объяснения СП мозга [1, 5].

В представленной нами работе изучена СП нейронов поля СА1 гиппокампа при 96-часовой ТДС и после ее отмены.

Материалы и методы исследований. Эксперименты проведены на 6-ти месячных крысах-самцах линии Вистар. Животных разделили на 7 групп, а каждую группу на две подгруппы (10 крыс в каждой). Первые подгруппы, находящиеся в нормальном режиме бодрствование-сон, изучали как контрольные. Первые, вторые, третьи и чет-

вертые из вторых подгрупп изучали при 12, 24, 36, 96-часовой ТДС, пятые, шестые и седьмые из вторых подгрупп изучали через 10, 20, и 60 сут после отмены 96-часовой ТДС. Процедуру ТДС у животных осуществляли методом мягкого пробуждения. В конце эксперимента мозг наркотизированных эфиром животных перфузировали 2,5%-ным глутар-альдегидом и 2%-ным параформальдегидом. Материал для электронномикроскопического исследования обрабатывали по стандартной прописи. В тканях поля СА1 гиппокампа в объеме 0,01 мм3 определяли количество нормальных нейронов и клеток с субмикроскопическими изменениями. Результаты обрабатывали по правилам вариационной статистики с использованием пакета программы Ехсе1 2003. Достоверность различий между группами вычисляли ^критерием Стьюдента [3].

Результаты исследования. Выяснено, что при 12-часовой ТДС большинство нейронов сохраняет свою нормальную ультраструктуру, только в некоторых из них отмечаются субмикроскопические изменения репаратив-ного характера (таблица 1). В этих нейронах обнаруживается эктопия ядра и ядрышка, увеличение количества вещества хроматина в кариоплазме, инвагинация карио-

леммы, гиперплазия цитоплзматических органелл - цистерны гранулярной эндоплазматической сети (ГЭС), рибосом, полисом, митохондрий, аппарата Гольджи, лизо-сом (рис. 1).

При 24-часовой ТДС количество нейронов с репара-тивными изменениями увеличивается почти в 4 раза (таблица 1). В некоторых нейронах наблюдаются дистрофические изменения в виде уменьшения количества цитоплаз-матических органелл, хроматолиза и вакуолизации цитоплазмы (рис. 2).

При 36-часовой ТДС в нейронах выявлятся частичное угасание репаративных и развертывание дистрофических процессов (таблица 1).

При 96-часовой депривации не обнаруживаются нейроны с репаративными изменениями, а нейроны с дистрофическими изменениями еще более увеличиваются в количестве (таблица 1).

Следует отметить, что репаративные изменения ре-гистрируюся только в пирамидальных нейронах среднего размера (в диаметре 20-30 мкм).

Количество нейронов с нормальной ультраструктурой и с ( СА1 гиппокампа при различных сроках

Через 10 сут после отмены 96-часовой ТДС уменьшается количество дистрофически измененных нейронов, а число нервных клеток, подвергаю- щихся репаративной регенерации увеличивается. Однако, у этих животных по сравнению с животными, подвергающимися 96-часовой ТДС, количество нейронов с нормальной ультраструктурой почти не меняется (таблица 2). В нейронах с репаративной регенерацией активируется ядро (в кариоплазме увеличивается количество хроматина, число инвагинации кариолеммы и т. д.) и увеличивается количество цито-плазматических органелл. Увеличивается число канальцев ГЭС и удлиняются некоторые из них. В некоторых нейронах можно наблюдать образование новых канальцев ГЭС из кариолеммы. Увеличивается количество рибосом на канальцах ГЭС, а также число митохондрий, аппарата Гольджи, лизосом, появляются мелкие митохондрии, некоторые из них гипертрофируют (рис. 3). В этих нейронах привлекает внимание увеличение их объема.

Таблица 1

эмикроскопическими изменениями в 0,01 мм3 ткани поля ггальной депривации сна (М±т; п= 10)

Часы депривации Нейроны Животные

Контроль Опыт

12 часов Нормальные нейроны 54,1±.0,4 48,1±.0,3 р < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 5,9±.0,1 р < 0,001

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 0

24 часов Нормальные нейроны 54,0±0,4 28,1±0,2 р < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 23,9±0,1 р < 0,001

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 2,1±.0,1 р < 0,001

36 часов Нормальные нейроны 53,8±.0,3 28,1±.0,2 р < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 15,9±.0,1 р < 0,001

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 10,1±.0,1 р < 0,001

96 часов Нормальные нейроны 54,1±.0,2 28,0±.0,2 р < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 0

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 26,0±.0,2 р < 0,001

Рисунок 1. Фрагмент пирамидального нейрона среднего размера поля СА1 гиппокампа с репаративными изменениями при 12-часовой тотальной депривации сна. х10 000.

Рисунок 2. Фрагмент пирамидального нейрона среднего размера поля СА1 гиппокампа крыс с дистрофическими изменениями при 24-часовой тотальной депривации сна. х10 000

Через 20 сут после отмены 96-часовой ТДС увеличивается число нейронов с нормальной ультраструктурой, уменьшается число клеток с дистрофическими изменениями. Следует отметить, что во многих нейронах еще продолжается репаративная регенерация (таблица 2).

Обсуждение результатов. Результаты проведенных нами исследований доказывают, что нейроны поля СА1

гиппокампа имеют высокую СП, которая при ТДС в раннем периоде проявляется в виде репаративных, при длительном периоде - в виде дистрофических изменений, а после отмены 96-часовой ТДС наблюдается восстановление структуры нейронов за счет репаративной регенерации.

Таблица 2

Количество нейронов с нормальной ультраструктурой и с субмикроскопическими изменениями в 0,01 мм3 ткани поля СА1 гиппокампа при различных сроках после отмены 96-часовой тотальной депривации сна (M±m; n= 10)_

Сутки после отмены тотальной деприваци сна Нейроны Животные

Контроль Опыт

10 сут Нормальные нейроны 53,9±0,2 28,9+0,4 p < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 11,0+0,3 p < 0,001

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 15,0+0,3 p < 0,001

20 сут Нормальные нейроны 54,4±0,4 34,0±0,3 p < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 10,0±0,3 p < 0,001

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 10,0±0,3 p < 0,001

60 сут Нормальные нейроны 53,9±0,3 50,0±0,3 p < 0,001

Нейроны с репаративными изменениями 0 4,0±0,3 p < 0,001

Нейроны с дистрофическими изменениями 0 0

Рисунок 3. Фрагмент пирамидального нейрона среднего размера поля СА1 гиппокампа крыс с репаративной регенерацией через 10 сут после отмены 96-часовой тотальной депривации сна. х10 000.

За счет высокой способности СП после прекращения влияния экстремального фактора нейроны перестраивают свою ультраструктуру и приспосабливают свои функции к конкретным условиям [4, 7]. В этой ситуации компенсаторно-приспособительные процессы играют важную роль [5]. Физиологическая сущность компенсаторных процессов связана с тем, что при продолжительном влиянии сильного экстремального фактора в центральной нервной системе нарушается функция одной группы нейронов, в следствии чего другая группа берет на себя их функцию. Гипертрофия нейронов, берущих на себя дополнительную функцию, является морфологическим проявлением этого процесса и материальной основой компенсации функции. Процесс гипертрофии в принципе интенсивно обеспечивается восстановлением нарушенных функций и в основе его лежит активация ядра и гиперплазия цитоплазматических органелл [1, 5].

Все эти факты доказывают, что механизм пластичности нейронов весьма сложный процесс. Этого же мнение подтверждается с литературными данными, где высказано, что пластичность нейрона - это сложный и недостаточно изученный молекулярный процесс, приводящий к долгосрочным изменениям нейронов и опирающиеся на экспрессию генов [6].

В условиях ТДС СП нейронов определяется в основном двумя процесс-сами: 1) гиперплазией и гипертрофией внутриклеточных органелл и 2) де-струкцией уже существующих органоидов. Речь идет о двух процессах, протекающих одновременно и противоположно друг другу. Зависимо от продол-жительности ТДС, один из этих процессов доминирует над другим. При ТДС высокую СП демонстрируют не только нейроны, а также их цитоплазма-тические органеллы.

Литература 5.

1. Абушов Б.М. Репаративная регенерация в нейронах и синапсах после отмены депривации парадоксального сна / Сб. мат. Всерос. конф. с междунар. уча- 6. стием «Функциональная межполушарная асимметрия и пластичность мозга». M., 2010, с. 228-230.

2. Дамулин И.В. Основные механизмы нейропластич- 7. ности и их клиническое значение // Ж.неврол. и психиатр. им. С.С.Корсакова, 2009, т.109, № 4, с.

4-8.

3. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990,

352с. 8.

4. Норман Дойдж. Пластичность мозга. М.: Эксмо, 2010, 544с.

9.

Саркисов В.С. Структурные основы адаптации и компенсации нарушенных функций (Рук.под.ред. Д.С.Саркисова). М.: Медицина, 1987, 446с. Соколова О.О., Штарк М.Б., Лисачев П.Д. Нейро-нальная пластичность и экспрессия генов // Успехи физиол. наук, 2010, т. 41, № 1, с.26-44. Havekes R., Christopher G. Vecsey C.G., Abel T. The impact of sleep deprivation on neuronal and glial signaling pathways important for memory and synaptic plasticity // Cellular Signalling, 2012, v. 24, N 6, p.1251-1260.

Kujala T., Naatanen R. The adaptive brain: A neurophy-siological perspective // Prog. in Neurobiol., 2010, v. 91, N1, p.55-67.

Payne J.D. Learning, Memory, and Sleep in Humans // Sleep Med. Clin., 2011, v.6, N 1, p.15-30.

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ГРИБОВ РОДА FUSARIUM L. В АГРО- И ЕСТЕСТВЕННОМ

ЦЕНОЗАХ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Ашмарина Людмила Филипповна

Доктор с.-х. наук, заведующая сектором Федерального, Государственного Бюджетного Научного Учреждения «Сибирский Научно-исследовательский институт кормов», г. Новосибирск

THE PREVALENCE OF FUNGI OF THE GENUS FUSARIUM L. IN AGRO - AND NATURAL COMMUNITIES FOREST-STEPPE OF WESTERN SIBERIA

Ashmarina Lyudmila Filippovna, Dr. S. agricultural Sciences, head of Department of Federal State Budget Scientific Establishment Siberian research Institute of fodder АННОТАЦИЯ

В лесостепи Западной Сибири проведено изучение особенностей видового состава и численности грибов рода Fusarium L., на различных органах растений в агро- и естественном ценозах. На основании выделения в чистые культуры 1739 штаммов грибов этого рода проведена их идентификация по методике В.И. Билай. Выяснены различия видового состава: в агроценозе преобладали виды F.oxysporum, F.sambucinum, в естественном F.sporotrichiella var.poae. Установлено, что представители секции Elegans и Martiella доминировали на корнях, а секции Roseum и Sporotrichiella - на надземных органах растений.

Ключевые слова: грибы; распространенность; дикие злаки, яровая пшеница, агроценоз; естественный ценоз. ABSTRACT

In forest-steppe of Western Siberia conducted a study of the characteristics of Vidova on composition and abundance of fungi of the genus Fusarium L., on various organs of plants-mostly in agro - and natural communities. Based on the selection in pure cult-ture 1739 strains of fungi of this genus conducted their identification by the method of C. I. Bilai. Found differences in species composition: in the agro-ecosystem was dominated by the species F. oxysporum, F. sambucinum, F. natural sporotrichiella var.poae. Us-tableno that members of the section Elegans and Martiella dominated the cor-levels, and section Roseum and Sporotrichiella - on aboveground plant organs.

Keywords: fungi; prevalence; wild grains, spring wheat, agro-ecosystem; natural cenosis.

Грибы рода Fusarium L. широко распространены в природе и являются возбудителями многих заболеваний сельскохозяйственных растений [1]. В условиях Западной Сибири они вызывают пустоколосость зерновых культур. увядание растений. также входят в патогенный комплекс возбудителей корневых гнилей [2-5]. Кроме значительного вреда, снижающего урожайность сельскохозяйственных растений, фузарии представляют определенную угрозу качеству урожая, продуцируя микотоксины различной химической природы [6].

Грибы рода Fusarium представляют разнородную популяцию, состоящую из большого количества штаммов, относящихся к различным видам с неодинаковыми требованиями к способу питания. Многие виды фузариевых

грибов имеют широкий диапазон растений хозяев, и это приводит к тому, что в при роде всегда присутствует инфекционное начало. Кроме сельскохозяйственных растений они заселяют дикорастущие растения, которые в силу своей распространенности и длительного периода вегетации могут служить мощными резерваторами инфекции в природе.

Большинство грибов этого рода являются гемибио-трофами и обладают широкой амплитудой приспособительных реакций, что делает успешной интродукцию новых видовых возможностей. С этой точки зрения необходимо проведение тщательной идентификации и мониторинга видового состава грибов, что позволит отслеживать