CC BY
124
МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ
УДК 616.831-005.4-036.12-091.8 в. д. АКУЛИНИН
А. В. СЕРГЕЕВ С. С. СТЕПАНОВ А. В. МЫЦИК Т. Ю. ПОНКРАТОВА Г. А. ХОНИН
Омский государственный медицинский университет
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
ЦИТОАРХИТЕКТОНИКА РАЗЛИЧНЫХ ДОЛЕЙ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ИШЕМИИ
Исследование посвящено изучению цитоархитектоники различных долей коры головного мозга человека при хронической ишемии. Для этого на интраоперационном материале (п=19) гистологическими, иммуногистохимическими (нейронспецифическая ено-лаза) и морфометрическими методами определяли особенности реорганизации цито-архитектоники всех слоев лобной, теменной, височной и затылочной коры головного мозга в неповрежденных и поврежденных ее участках. Морфометрический анализ проводили с помощью специально разработанных алгоритмов верификации нейронов и их элементов на 8-битных цветных и 2-битных изображениях. Установлено, что снижение общей численной плотности нейронов в зоне ишемической полутени коры головного мозга сопровождалось компенсаторным усилением экспрессии нейронспеци-фической енолазы в сохранившихся нейронах. Предполагается, что при хронической ишемии головного мозга во всех долях и слоях коры головного мозга человека происходила реорганизация цитоархитектоники и межнейронных отношений за счет компенсаторной активации функции сохранившихся нейронов.
Ключевые слова: человек, неокортекс, цитоархитектоника, ишемия, гистология, им-муногистохимия.
Основная информация о гистологическом стро- КГМ человека в норме и при хронической ишемии,
ении (структуре) коры головного мозга (КГМ) чело- практически нет [1] (ПО). Это связано со сложнос-
века получена на аутопсийном материале, а прижиз- тями получения достаточного объема подобного
ненных сравнительных исследований, посвященных материала. Однако знания о закономерностях изме-
изучению цитоархитектоники всех долей и слоев нения цитархитектоники «живой» КГМ необходимы
для теоретического обоснования достижений практической неврологии [2, 3]. Несомненно, что в основе компенсаторно-восстановительных процессов, происходящих в нервной ткани после любого ишемиче-ского воздействия, лежит реорганизация нейронных сетей и межнейронных взаимоотношений [3 — 6]. Поэтому, изучая изменения цитоархитектоники различных слоев КГМ и активности сохранившихся нейронов, мы можем определить логику адаптации и функционального восстановления нейронных сетей при хронической ишемии мозга.
Цель исследования — получение новых данных о структурно-функциональном состоянии нейронов различных долей и слоев коры головного мозга человека в норме и при хронической ишемии с помощью сравнительного гистологического, иммуноморфоло-гического и морфометрического исследования.
Материал и методы исследования. Для достижения поставленной цели был использован комплексный гистологический, иммуноморфологический и морфометрический анализ нейронов КГМ человека, проведенный на интраоперационном материале. Исследование одобрено локальным этическим комитетом Омской государственной медицинской академии (протокол № 61 от 19.06.2014).
Материал получен в ходе операций по удалению опухолей головного мозга (n = 53, возраст пациентов 23 — 42 года). В удаляемый материал попадали как участки КГМ из перифокальной зоны (хроническая ишемия), так и частично неповрежденная кора. Сразу после изъятия материал фиксировали в 4 % растворе формалина, готовили блоки ткани размером 5 х 5 х 3, заключали в парафин. На срезах, окрашенных гематоксилином-эозином, определяли содержимое материала, отбирали только блоки, содержавшие фрагменты КГМ. На этом этапе исследования были отобраны блоки, содержавшие все слои КГМ, только от 19 пациентов. В полученном материале были фрагменты из лобной (ЛКГМ, поля 9, 10), теменной (ТКГМ, поля 7, 40), височной (ВКГМ, поле 20, 21, 22) и затылочной (ЗКГМ, поля 18, 19) долей КГМ (по Брод-ману). Основную массу составили участки теменной и височной доли. После лечения все пациенты были выписаны из стационара в удовлетворительном состоянии.
Биоптаты фиксировали в 4 % растворе формалина (0,1 М фосфатный буфер, pH 7,2 — 7,4), заключали в парафин. Изготавливали фронтальные серийные срезы (4 |i) через все слои КГМ, окрашивали гематоксилин-эозином и тионином по Нисслю, просматривали и фотографировали с помощью микроскопа Leica DM 1000 [5, 6].
Иммуногистохимическое исследование проводили по стандартным прописям с помощью первичных кроличьих поликлональных антител (ImG) к ней-ронспецифической енолазе (NSE). Визуализация иммунной реакции осуществлялась поликлональ-ными вторичными антителами к иммуноглобулину кролика, ассоциированными с флюоресцентным красителем Texas Red. На микроскопе Axioskop 40, Karl Zeiss (ртутная лампа HBO 100, камера Axio CamMRc, объектив EC Plan-Neofluar) делали цифровые микрофотографии (размер изображения 1300x1030 пикселов, реальный размер поля зрения 220x174 мкм) [6].
Морфометрический анализ изображений проводили с помощью программы ImageJ 1.46 [2]. Определяли общую численную плотность нейронов, относительное содержание реактивно измененных клеток. На иммуногистохимических препаратах (на масках реального изображения) определяли площадь
Рис. 1. Фронтальный срез (слой V) интактного участка височной коры головного мозга пациента, оперированного по поводу глиобластомы. Тотальное превалирование нормохромных нейронов с хорошо выраженным круглым ядром и базофильной цитоплазмой, дендриты не прокрашены. Окраска тионином по Нисслю. Ув. Х20, шкала 100 мкм
Рис. 2. Участок ВКБМ из зоны хронической ишемической полутени со значительным содержанием реактивно измененных (пикноморфных) нейронов. Окраска по Нисслю тионином. Об. Х10, шкала 100 мкм
(мкм2) и количество флуоресцирующих гранул маркера в поле зрения (38280 мкм2) препарата.
Проверку статистических гипотез осуществляли с использованием программ MedCalc, StatSoft Statis-tica 8.0 при помощи U-критерия Манна —Уитни для парного сравнения, ANOVA (однофакторный дисперсионный анализ) Фридмана для множественного сравнения. Нулевая гипотеза отвергалась при p<0,05.
Результаты. По данным обзорного гистологического исследования, неповрежденные участки ЛКГМ, ТКГМ, ВКГМ и ЗКГМ содержали большое количество нормохромных нейронов, для которых было характерно отсутствие признаков деструктивных изменений. Нормохромные пирамидные нейроны представляли собой округлые клетки крупного и среднего размера с хорошо прокрашенной сомой и ядром. В цитоплазме этих нейронов были видны темные глыбки гранулярной эндоплазматической сети, в центре — ядро, занимавшее основную часть тела клетки, с темноокрашенным ядрышком. При этом в пирамидных нейронах верифицировались только
Таблица 1
Относительное содержание (%) реактивно измененных нейронов в интактной коре головного мозга человека и в зоне ишемической полутени
Нейроны Участки коры головного мозга Уровень р
Интактные Ишемически измененные
Нормохромные 85,6 (83,8-93,9) 45 (41,9-48,1) < 0,0000*
Вакуолизированные 2,4 (1,6-3,6) 6 (4,6-7,7) 0,04*
Гипохромные 2 (1,3-3,1) 8 (6,4-9,9) 0,02*
Гиперхромные несморщенные 8 (6,4-9,9) 14 (11,9-16,3) 0,03*
Пикноморфные 1 (0,5- 1,8) 24 (21,4-26,8) < 0,0000*
Клетки тени 1 (0,5- 1,8) 3 (2,0-4,3) 0,045*
Примечание. * — различия статистически значимы в сравнении с интактными участками при р < 0,05 (критерий с2). В скобках — 95 % доверительный интервал.
начальные сегменты проксимальной части дендрита (рис. 1).
При гистологическом исследовании участков из зоны хронической ишемической полутени во всех слоях изученных отделов КГМ выявлялось значительное количество реактивно измененных нейронов (рис. 2). Реактивно и деструктивно измененные клетки (гиперхромные несморщенные и пикноморфные, гипохромные нейроны, реже клетки-тени, фагоцитируемые нейроны) зоны ишемической полутени КБМ человека имели типичную структурную организацию, описанную нами ранее при острой и хронической ишемии [2, 7].
Относительное содержание реактивно измененных нейронов существенно отличалось в разных участках КГМ. Крайними вариантами было: 1) преобладание нормохромных нейронов в поле зрения и 2) тотальные гиперхромные изменения со сморщиванием практически всех клеток. Наименьшее содержание реактивно измененных нейронов отмечалось в слоях II, IIIa и IIIb (%2 = 8,0; р = 0,005) (табл. 1).
Морфометрический анализ нейронов (табл. 2 — 5) мы проводили только на участках КГМ, содержавших некоторое количество типичных нормохромных нейронов (рис. 2). Именно эти участки, по данным литературы [4, 8], имели потенциальные возможности структурно-функционального восстановления после устранения причины хронической ишемии. Установлено, что в зоне ишемической полутени общая численная плотность нейронов была статистически значимо (критерий Манна —Уитни, при p<0,05) ниже, чем в интактной КБМ, не содержавшей реактивно измененных нейронов.
Таким образом, по данным гистологического морфометрического изучения нейронов зоны хронической ишемической полутени, доказано, что в ЛКГМ, ТКГМ, ВКГМ и ЗКГМ происходило выпадение на 24 — 25 % нейронов, при этом 20 — 50 % сохранившихся нейронов имели признаки реактивных изменений. Больше всего таких нейронов выявлялось в слоях IIIc, IV и V. Преобладали гиперхромные сморщенные нейроны. Остальные нейроны — типичные нормохромные, вероятно, именно за счет них происходила компенсаторно-восстановительная реорганизация поврежденных нейронных сетей КБМ.
В ходе иммуногистохимического исследования установлено, что редукция общей численной плотности нейронов ЛКГМ, ТКГМ, ВКГМ и ЗКГМ при хронической ишемии сопровождалась компенсатор-
ной активацией экспрессии ИББ в сохранившихся функционирующих нейронах (табл. 6).
Увеличение площади ИББ-позитивного материала в поле зрения КГМ происходило за счет пирамидных и непирамидных нейронов. Однако в крупных пирамидных нейронах ИББ было больше, чем в мелких пирамидных и непирамидных клетках. В участках КГМ из зоны ишемической полутени с преобладанием деструктивно измененных пикноморфных нейронов компенсаторная активация экспрессии ЫБЕ не выявлялась.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что при хронической ишемии в зонах ЛКГМ, ТКГМ, ВКГМ и ЗКГМ с высоким содержанием неповрежденных нормохромных нейронов происходила компенсаторная активация экспрессии ЫБЕ.
На основании полученных данных можно утверждать следующее:
1. Хроническая ишемия приводит к уменьшению общей численной плотности нейронов во всех слоях лобной, теменной, височной и затылочной КГМ человека, а также компенсаторно-восстановительной реорганизации цитоархитектоники. В большей степени страдают нейроны слоев II и V.
2. Редукция общей численной плотности нейронов (на 24 — 25 %) при хронической ишемии сопровождается изменениями тинкториальных свойств нервной ткани КГМ, высоким содержанием реактивно и деструктивно измененных нейронов. Преобладают гиперхромные несморщенные (11,9 — 16,3 %) и пикноморфные (21,4 — 26,8 %) нейроны.
3. Дефицит общей численной плотности нейронов и высокое содержание реактивно измененных нейронов при хронической ишемии функционально компенсируются за счет значительной активации сохранившихся нормохромных нейронов, в которых содержание ЫБЕ увеличивается в 1,5 — 2 раза по сравнению с нормой. Компенсаторное усиление экспрессии ЫБЕ характерно для пирамидных и непирамидных нейронов.
Обсуждение. При хронической ишемии, вызванной компрессией головного мозга, происходит уменьшение общей численной плотности нейронов в ЛКГМ, ТКГМ, ВКГМ и ЗКГМ, а в сохранившихся нейронах существенно усиливается экспрессия ЫБЕ, обеспечивающая компенсаторную активацию метаболизма этих нейронов. В результате гибели и необратимой деструкции части нейронов, при хронической ише-
Таблица 2
Общая численная плотность нейронов (на 1 мм2)
различных слоев лобной коры головного мозга человека (биопсийный материал), в интактных участках и в зоне ишемической полутени, окраска тионином по Нисслю, Ме (ОЬ-ОИ)
Таблица 5
Общая численная плотность нейронов (на 1 мм2)
различных слоев затылочной коры головного мозга человека (биопсийный материал), в интактных участках и в зоне ишемической полутени, окраска тионином по Нисслю, Ме (ОЬ-ОИ)
Слой Участки коры головного мозга Уровень р
Интактные Ишемически измененные
I 134 (118-143) 112 (97-135) > 0,05
II 498 (442-535) 456 (410-522) > 0,05
IIIa 417 (365-512) 368 (343-404) 0,032*
IIIb 389 (344-435) 314 (286-333) 0,01*
IIIc 312 (266-321) 278 (254-289) 0,042*
IV 523 (489-587) 432 (389-498) 0,01*
V 205 (187-285) 168 (123-210) 0,045*
VI 255 (226-426) 234 (205-256) > 0,05
Слой Участки коры головного мозга Уровень р
Интактные Ишемически измененные
I 136 (121- 152) 112 (101-134) > 0,05
II 525 (475-554)* 434 (402-475)* 0,02*
IIIa 423 (387-490) 408 (326-455) > 0,05
IIIb 385 (312-415) 344 (301-352) > 0,05
IIIc 282 (241-314) 260 (206-301) > 0,05
IV 578 (533-604)* 457 (433-512) 0,01*
V 236 (196-276) 192 (154-195) 0,046*
VI 397 (333-415) 354 (342-408) 0,03*
Примечание. Здесь и в таблицах 3 — 6
различия между участками статистически значимы (*)
при р < 0,05 (критерий Манна —Уитни).
Данные представлены как медиана (Ме),
нижний (ОЦ и верхний (ОН) квартили —
интерквартильный размах.
Таблица 3
Общая численная плотность нейронов (на 1 мм2)
различных слоев теменной коры головного мозга человека (биопсийный материал), в интактных участках и в зоне ишемической полутени, окраска тионином по Нисслю, Ме (ОЬ-ОИ)
Слой Участки коры головного мозга Уровень р
Интактные Ишемически измененные
I 138 (125- 154) 127 (111-136) > 0,05
II 554 (486-614) 487 (453-502) 0,03*
IIIa 345 (287-362) 302 (256-311) 0,042
IIIb 326 (289-352) 278 (245-296) 0,01*
IIIc 201 (157-211) 187 (134-208) > 0,05
IV 512 (478-523) 418 (387-480) 0,01*
V 256 (218-289) 212 (158-234) 0,042*
VI 308 (254-325) 289 (234-312) > 0,05
Таблица 6
Площадь (мкм2) NSE-позитивного материала в поле зрения лобной, теменной и височной коры головного мозга человека в интактных участках и в зоне ишемической полутени, Ме (ОЬ ОИ)
Слой Участки коры головного мозга
Интактные Ишемически измененные
ЛКГМ
III 267 (178; 306) 0,70 % 387 (340; 405)** 1,02 %
V 363 (317; 380)" 0,95 % 504 (483; 529)***""" 1,32 %
ТКГМ
III 212 (182; 275) 0,56 % 287 (340; 405)* 0,75 %
V 298 (265; 343)"" 0,78 % 412 (386; 443)***""" 1,10 %
ВКГМ
III 215 (190; 256) 0,57 % 325 (305; 376)** 0,85 %
V 475 (412; 488)"" 1,25 % 609 (511; 628)***""" 1,60 %
Таблица 4
Общая численная плотность нейронов (на 1 мм2)
различных слоев височной коры головного мозга человека (биопсийный материал), в интактных участках и в зоне ишемической полутени, окраска тионином по Нисслю, Ме (ОЬ-ОИ)
Слой Участки коры головного мозга Уровень р
Интактные Ишемически измененные
I 145 (120- 160) 122 (109-172) > 0,05
II 672 (545-912) 503 (445-589) 0,01*
IIIa 360 (325-395) 300 (244-322) 0,045*
IIIb 300 (220-355) 278 (212-308) > 0,05
IIIc 240 (195-262) 232 (225-270) > 0,05
IV 542 (480-635) 469 (422-501) 0,01*
V 268 (245-340) 204 (154-237) 0,02*
VI 312 (302-380) 286 (243-301) 0,045*
мии в сохранившихся нейронах количество Ы8Е увеличивается в 1,5 — 2 раза в сравнении с нормой. Это свидетельствует о высоком уровне метаболической активности функционирующих нейронов при
Примечание. ** — различия статистически значимы в сравнении с интактными участками при p < 0,01 и *** — при p < 0,001; — в сравнении со слоем III при p < 0,01
и — при p < 0,001 (критерий Манна —Уитни). % — относительная площадь маркера в поле зрения (38280 мкм2).
хронической ишемии. Усиление экспрессии Ы8Е отмечается в пирамидных и непирамидных нейронах. Мы рассматриваем это как компенсаторную реакцию на дефицит нейронов (функциональный императив) и структурно-функциональную основу реорганизации межнейронных отношений КГМ. Возможность подобной реорганизации сохранившихся нейронов показана после ишемии в эксперименте и на клиническом материале [4, 5].
По данным литературы, иммуноцитохимическая реакция на Ы8Е является хорошим индикатором активности всех типов нейронов. Ы8Е-гликолитиче-ский фермент (2-фосфо-Э-глицерат гидролаза), относящийся к семейству енолаз, участвует в предпоследнем этапе гликолиза — катализирует переход 2-фосфо-О-глицериновой кислоты в фосфоенолпи-руват. Усиление метаболической активности нейро-
нов сопровождается увеличением количества этого белка в их цитоплазме [8].
Заключение. Полученные в ходе гистологического, иммуногистохимического и морфометриче-ского исследования биопсийного материала данные позволяют углубить понимание общих закономерностей и особенностей структурно-функциональных изменений нейронов в разных слоях лобной, теменной, височной и затылочной долей коры головного мозга человека при хронической ишемии.
при хронической ишемии / А. В. Сергеев [и др.] // Журнал анатомии и гистопатологии. — 2013. — Т. 2, № 3. — C. 37 — 45.
7. Структурно-функциональное состояние пирамидных нейронов неокортекса человека в постреанимационном периоде /
B. А. Акулинин [и др.] // Вестник НГУ. - 2012. - Т. 10, № 4. -
C. 21-28.
8. Immunocytochemistry of neuron specific enolase (NSE) in the rat brain after single and repeated epileptic seizures / M. Yardimoрlu [et al.] // Int J Neurosci. - 2008. - Vol. 118, № 7. - P. 981-993.
Библиографический список
1. Современные проблемы морфологического изучения цитоархитектоники коры большого мозга человека в норме и при ишемии [Электронный ресурс] / А. В. Сергеев [и др.] // Вестник новых медицинских технологий : электрон. журн. — Т. 8, № 103. - 06.2014. - DOl 10.12737 / ISSN 2075-4094. -Режим доступа : http://www.naukaru.ru/journal/issue/168/ (дата обращения: 11.12.2014).
2. Тинкториальные свойства нервной ткани неокортекса человека в зоне ишемической полутени (интраоперационный материал) / А. В. Сергеев [и др.] // Сибирский медицинский журнал. - 2014. - Т. 126, № 5. - C. 35-39.
3. Fiala, J. C. Reconstruct: a free editor for serial section microscopy / J. C. Fiala // Journal of Microscopy. - 2005. -Vol. 218, № 1. - P. 52-61.
4. Семченко, В. В. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты) / В. В. Сем-ченко, С. С. Степанов, Н. Н. Боголепов. - М. : Директ-Ме-диа, 2014. - 499 с.
5. Иммунофлуоресцентная верификация и морфометрия аксосоматических синапсов неокортекса человека при острой и хронической ишемии / А. В. Мыцик [и др.] // Морфологические ведомости. - 2012. - № 3. - С. 53-60.
6. Морфофункциональная характеристика возбуждающих и тормозных нейронов лобной коры большого мозга человека
АКУЛИНИН Виктор Александрович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии Омского государственного медицинского университета (ОмГМУ). СЕРГЕЕВ Андрей Владимирович, аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии ОмГМУ. СТЕПАНОВ Сергей Степанович, доктор медицинских наук, старший научный сотрудник кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии ОмГМУ. МЫЦИК Алексей Владимирович, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии ОмГМУ.
ПОНКРАТОВА Татьяна Юрьевна, ассистент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии ОмГМУ. ХОНИН Геннадий Алексеевич, доктор ветеринарных наук, директор института ветеринарной медицины Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина.
Адрес для переписки: 644043, г. Омск, ул. Ленина, 12.
Статья поступила в редакцию 10.06.2015 г. © В. А. Акулинин, А. В. Сергеев, С. С. Степанов, А. В. Мыцик, Т. Ю. Понкратова, Г. А. Хонин
Книжная полка
Иванова, В. Гормональные заболевания. Что советуют врачи / В. Иванова. - М. мир, 2015. - 128 с. - ISBN 978-5-4423-0105-2.
Газетный
Узловой зоб, эндометриоз, диабет, аденома простаты, полиурия... Что объединяет все эти, казалось бы, абсолютно разные заболевания? Оказывается, то, что возникают они из-за гормонального дисбаланса. Гормоны отвечают в нашем организме за обмен веществ, формирование новых клеток и за общее самочувствие. Даже стрессы и неправильное питание могут нарушить равновесие гормонов. Часто гормональным заболеваниям подвержены женщины, потому что испытывают физиологические «бури», связанные с беременностью, кормлением грудью, климаксом. Для мужского же здоровья большое значение имеет уровень тестостерона. Как определить уровень гормонов в организме? Каковы меры профилактики гормональных нарушений? В чем плюсы и минусы гормональной заместительной терапии? Об этом и о многом другом вы прочитаете в нашей книге.
Самищенко, С. Судебная медицина : учеб. / С. Самищенко. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Юрайт, 2014. - 472 с. - ISBN 978-5-9916-4259-0.
В учебнике рассматриваются все основные вопросы теоретической и практической судебной медицины. Представлены научные и организационные основы судебной медицины, ее история, правовые аспекты судебно-медицинской деятельности. Рассмотрены возможности судебной медицины при установлении различных обстоятельств в ходе расследования убийств и других тяжких преступлений против личности. В данный учебник включена современная информация, нашедшая отражение в научной, учебной и методической судебно-медицинской литературе, а также основополагающие данные этой медицинской науки. Некоторые традиционные разделы судебной медицины дополнены сведениями из пограничных областей правовых наук. В конце каждой части книги даны вопросы и задания для самоконтроля, а также рекомендуемая литература по теме.
