CC BY
15
2017, том 19 [2]
УДК 597.838:591.481.13:504.5
ВЗАИМОСВЯЗЬ НЕЙРОН-ГЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ КРЫШИ СРЕДНЕГО МОЗГА СИБИРСКОЙ ЛЯГУШКИ (RANA AMURENSIS) С УРОВНЕМ АНТРОПОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕРРИТОРИЙ
Афанаскина Л.Н., Медведева Н.Н.
ФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого», г. Красноярск, Российская Федерация
Аннотация. В статье анализируются морфо-цитохимические адаптивные преобразования нейрон-гли-альных популяций VI слоя крыши среднего мозга сибирской лягушки, обитающей на территории южной части Красноярского края, характеризующейся высоким и повышенным уровнем загрязнения. У земноводных средний мозг является высшим интегративным центром и наряду с мозжечком обеспечивает взаимосвязь организма с окружающей средой, регуляцию и координацию движений амфибий. При воздействии антропогенных факторов у Rana amurensis на популяционно-клеточном уровне в VI слое крыши среднего мозга отмечается ряд компенсаторно-приспособительных реакций: изменение площади нейронов, увеличение плотности распределения нейронов и глиоцитов, уменьшение числа нормохромных клеток, но увеличение гиперхромных нейронов, снижение содержания и концентрации в цитоплазме и ядрах нейронов общих водонерастворимых белков.
Ключевые слова: земноводные, антропогенные биотопы, средний мозг, клеточные популяции, адаптация
Введение. Вопросы морфологии структур нервной системы, пластичности цитохимических показателей нейронов при активации функционально-приспособительных способностей организмов под действием факторов внешней среды в настоящее время являются актуальными для современной биологической науки, поскольку позволяют понять материальную основу широты компенсаторных
возможностей организма и нервной системы [1, 2]. Структурная пластичность нервной системы амфибий и изменение морфоцитохи-мических показателей нейрон-глиальных популяций VI слоя крыши среднего мозга сибирской лягушки (Я. ашигвтг^) в антропоге-низированных условиях существования отра-
— 3 —
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999
e-ISSN 2226-7417
On line scientific & educational Bulletin "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 2
жают адаптации, происходящие на уровне одной из ведущих интегративных систем организма - нервной системы.
Цель работы: изучение взаимосвязи между морфоцитохимическими показателями нейрон-глиальных популяций VI слоя крыши среднего мозга сибирской лягушки (Rana amurensis) и уровнем антропогенной трансформации территорий южной части Красноярского края.
Материалы и методы. Исследования проведены на половозрелых сибирских лягушках (Rana amurensis Boulenger), отловленных в июне 2008 - 2009 гг. на территории Красноярского края: 1 группа - искусственный пруд Канского района (n = 6, m = 19,1 ± 1,2 г), 2 группа - оз. Кунгул Иланский район (n = 8, m = 21,6 ± 0,9 г). Биотопы для забора материала, относятся к зоне малоэтажной застройки (типизация урбанизации В. Л. Вершинина). Искусственный пруд Канского района характеризуется высоким уровнем загрязнения, а оз. Кунгул Иланского района имеет повышенный уровень загрязнения. Подразделение районов на группы по уровню загрязнения осуществлялось на основании данных о состоянии окружающей среды в Красноярском крае [3].
У земноводных в крыше среднего мозга выделяют поверхностный, центральный и пе-ривентрикулярный слои. Два последние слоя объединяются в центральное серое вещество. В перивентрикулярный слой входят 1 - 6 слои крыши среднего мозга [4]. В данной работе изучены эфферентные нейроны VI наружного зернистого слоя крыши среднего мозга земноводных, идентичные IV слою крыши среднего мозга костных рыб. У амфибий ихтиоп-
сидныи тип головного мозга с высшим интегрирующим центром в среднем мозге. Он, совместно с мозжечком, обеспечивает взаимосвязь с окружающей средоИ, регуляцию и координацию движении в наземно-воднои среде обитания.
Забор материала произведен в соответствии с приказом Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 23.08.2010 № 708н г. Москва «Об утверждении правил лабораторной практики». Головной мозг фиксировали по стандартной гистологической методике для нервной ткани. Серийные срезы, толщиной 5-7 мкм, изготовлены на санном микротоме «Slide 2002». После депарафинизации срезы окрашивали тио-нином по Нисслю в модификации И.В. Викторова на выявление рибонуклеопротеидных комплексов [5] и амидочерным (АЧ 10Б) на содержание общего белка [6]. Для морфомет-рии препараты срезов мозга фотографировали на микроскопе Olympus BX45 с насадкой для фото-видеодокументации Olympus DP25 и пакетом программного обеспечения CellAD (объектив *40). В работе использовали программы «NIS-Elements D» и «JMicroVision 1.2.7». В клетках VI слоя крыши среднего мозга изучены площадь сечения: тела - S^ цитоплазмы - S^ ядра - Sя и рассчитан структурный ядерно-цитоплаз-матический коэффициент (сЯЦК, отношение Sя / S^. Проведен анализ плотности распределения нейронов и глиоцитов на единицу фиксированной площади (1 мм2). Подсчитано число нейронов с разной степенью хромато-филии цитоплазмы: нормохромные, гипо-хромные и гиперхромные [7]. На препаратах, окрашенных амидочерным 10Б определено
~ 4 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 e-ISSN 2226-7417
On line scientific @ educational Bulletin "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 1
—-g^OC^B--
суммарное содержание и концентрация общих водонерастворимых белков [8]. Полученные результаты обработаны непараметрическим критерием Манна-Уитни. Значимыми принимали значения при р < 0,05. Статистические данные представлены в виде Ме [25; 75].
Результаты исследования. Популяции Rana amurensis обитают у больших открытых водоемов, берега которых локально заросли гидро- и гигрофитными травянистыми (рогоз,
камыш, хвощ, осока) и кустарниковыми растениями (смородина, ива, сведина) [9].
В VI слое крыши среднего мозга Я. amurensis наибольшую Sт нейронов 19,2 мкм2 имеют лягушки группы 2, наименьшую 15,6 мкм2 1 группы. Кариохромные клетки имеют показатели Sя, преобладающие над Sц (в 1,5 раз у особей группы 1, в 1,4 раза у амфибий группы 2). У особей разных групп значения сЯЦК находятся примерно на одном уровне (1,4 - 1,6) (таблица 1).
Таблица 1
Сравнительные морфоцитохимические характеристики нейронных популяций VI слоя крыши среднего мозга сибирской лягушки (И. amurensis)
Показатель 1 группа R. amurensis 2 группа R. amurensis Значение p
Me [25%; 75%]
Площадь нейронов (мкм2) и их структур
Площадь тела нейрона, 8т 15,6 [13,2; 18,8] 19,2 [16,3; 22,0] p < 0,001
Площадь ядра, 8я 9,5 [7,9; 12,0] 11,1 [9,2; 12,9] p = 0,004
Площадь цитоплазмы, 8ц 6,2 [5,4; 6,9] 7,9 [6,8; 9,3] p < 0,001
Структурный ядерно-цитоплазматиче-ский коэффициент, сЯЦК 1,6 [1,4; 1,8] 1,4 [1,2; 1,6] p < 0,001
Показатели системы «нейрон-глия» (1 мм2), абс. число
Плотность нейронов 8728,3 [7204,3; 9605,7] 7619,9 [6650,1; 8589,7] p < 0,001
Плотность глии своб. (астроциты и олигодендроциты) 3602,1 [2770,9; 4433,4] 2355,2 [1662,5; 2770,9] p < 0,001
Плотность глии сат. (олигодендро-циты) 2216,7 [1662,5; 2586,2] 1662,5 [1330,0; 1939,6] p < 0,001
Глио-нейрональный индекс свободная глия, ГНИ своб. 0,4 [0,4; 0,5] 0,3 [0,3; 0,4] p < 0,001
Глио-нейрональный индекс сателлит-ная глия, ГНИ сат. 0,3 [0,2; 0,3] 0,2 [0,2; 0,3] p < 0,001
Хроматофилия нейронов, %
Нормохромные нейроны 70,2 [66,7; 73,9] 61,7 [56,7; 67,7] p < 0,001
Гиперхромные нейроны 17,5 [13,6; 22,2] 25,0 [21,1; 30,0] p < 0,001
Гипохромные нейроны 11,9 [8,8; 13,6] 12,3 [8,7; 16,0] p = 0,478
Состояние фонда общих водонерастворимых белков, пкг/мкм2
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 e-ISSN 2226-7417
On line scientific & educational Bulletin "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 2
Концентрация белков в цитоплазме, Сц 0,5 [0,4; 0,5] 0,5 [0,4; 0,5] p = 0,015
Концентрация белков в ядре, Ся 0,2 [0,2; 0,3] 0,3 [0,2; 0,4] p = 0,002
Регуляторный ЯЦК (Ся/Сц), рЯЦК 0,6 [0,4; 0,6] 0,6 [0,5; 0,8] p < 0,001
Содержание белков в цитоплазме, Мц 2,9 [2,6; 3,3] 3,7 [3,2; 4,4] p < 0,001
Содержание белков в ядре, Мя 2,5 [1,7; 3,2] 3,2 [2,5; 4,3] p < 0,001
Функциональный ЯЦК (Мя/Мц), фЯЦК 0,8 [0,7; 1,0] 0,9 [0,6; 1,0] p = 0,692
Примечание: значимость различий по сравнению с показателями особей группы 1 (критерий Манна- Уитни).
Показатели плотности эфферентных нейронов VI слоя в 1,5 раза выше у лягушек группы 1, чем у лягушек 2 группы. Плотность свободных и сателлитных глиоцитов у лягушек группы 1 в 1,5, и в 1,3 раза преобладает над аналогичными показателями у сибирских лягушек 2 группы. У лягушек группы 1 ГНИ своб. выше в 1,3 раза, а ГНИ сат. выше в 1,5 раза, чем у сибирских лягушек 2 группы. Оценивая соотношение плотности нейронов и глии в VI слое, следует отметить более высокие значения показателей у особей группы 1, что отражает оптимизацию работы глиоцитов, направленную на адаптацию амфибий к обитанию в искусственном пруду Канского района, который характеризуется высоким уровнем загрязнения (таблица 1).
У Я amurensis 1 и 2 групп в клеточных популяциях VI слоя преобладают клетки с нормальным уровнем хроматофилии цитоплазмы (60 - 70 %). В клеточной популяции также присутствуют гиперхромные нейроны (17 до 25 %) и небольшое количество гипо-хромных клеток, работающих в активном режиме (12 %). Данная вариабельность свидетельствует о функционировании нейрональ-ных популяций в пределах нормы. У Я. amurensis оз. Кунгул Иланского района необходимо отметить уменьшение количества
нормохромных клеток с пропорциональным увеличением числа гиперхромных, активно накапливающих тигроид, и гипохромных нейронов (таблица 1).
У сибирской лягушки 1 и 2 групп средние значения концентрации белков в цитоплазме нейронов (Сц) превышают аналогичные значения показателей в ядре (Ся) в 2,5 и 1,7 раза соответственно. При этом значения рЯЦК у особей обеих групп достоверно не различаются. Содержание белков в цитоплазме (Мц) превышает содержание белков в ядре (Мя) в 1,2 раза у лягушек обеих групп. Значения фЯЦК у лягушек обеих групп значимо не различаются (таблица 1).
Высокие значения показателей Мц и Мя свидетельствуют об увеличении содержания белков в цитоплазме и ядрах клеток у Я amurensis из оз. Кунгул Иланского района (группа 2) и повышении функциональной активности нейронов данного слоя, направленной на восстановление белкового запаса, для оптимального функционирования клеток после его активного использования.
Заключение. В данной статье отражена взаимосвязь морфоцитохимических показателей нейрон-глиальных клеточных популяций VI слоя крыши среднего мозга сибирской лягушки (Я. amurensis) и уровня
~ 6 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 e-ISSN 2226-7417
On line scientific @ educational Bulletin "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 1
—-g^OC^B--
(повышенного и высокого) антропогенной трансформации районов Красноярского края. В клеточных популяциях VI слоя Я. amurensis искусственного пруда Канского района (группа 1), обитающих на территории с высоким уровнем загрязнения, наблюдается достоверное уменьшение площади нервных клеток на 18,8%, увеличение плотности распределения нейронов (на 12,7%), свободных (астроцитов и олигодендроцитов) на 34,6% и сателлитных (олигодендроцитов) глиоцитов на 25%, уменьшение количества гиперхромных нейронов на 30%, снижение содержания и концентрации в нейронах (на 22%) общих водонерастворимых белков. Данные изменения свидетельствуют об адаптивных перестройках в изучаемых клеточных популяциях под действием негативных факторов среды. У сибирских лягушек из района с повышенным уровнем загрязнения (Иланский район, группа 2) также отмечаются морфоцитохимические преобразования нейрон-глиальных популяций: происходит увеличение площади тела, ядер и цитоплазмы нервных клеток, уменьшение числа нормохромных (на 12%) и увеличение в популяции гипо- и гиперхромных нейронов, увеличение на 22% содержания общих водо-нерастворимых белков. Структурная пластичность нервной системы амфибий и функционально обусловленная перестройка нервных структур в условиях жизнедеятельности лягушек на территории южной части Красноярского края с повышенным и высоким уровнем воздействия антропогенных факторов направлены на поддержание го-меостаза в организме амфибий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Радионов С. Н., Шубина О. Ю., Кувенёва О. Н., Захаров А. А., Радионова О. И. Анализ плотности нейронов в ядрах кортико-медиального отдела миндалевидного тела головного мозга крыс неполовозрелого возраста после хронической интоксикации барбитуратами // Таврический медико-биологический вестник. - 2013. - Т. 16, № 1, Ч. 1 (61). - С. 206-209.
2. Устинова Т. И., Медведева Н. Н., Салмина А. Б., Малиновская Н. А. Морфологическая характеристика нейро-глиальных популяций спинного мозга крыс после воздействия табачным дымом // Сибирское медицинское обозрение. - 2015. - №3.- С.38-41.
3. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае за 2007 год» / М-во природ. ресурсов и лесн. комплекса адм. Краснояр. края, Енисейс. упр. Федерал. службы по экол., технол. и атом. надзору, Упр. Федерал. службы по надзору в сфере природопользования по Краснояр. краю. - Красноярск: 2008. - 266 с.
4. Ноздрачев А.Д., Поляков Е.Л., Анатомия лягушки: практ. пособие для биол., медиц. и с.-х. спец. вузов - М.: Высшая школа, 1994. - 320 с.
5. Викторов И.В. Окраска нервной ткани забуфе-ренным раствором кризилового фиолетового прочного // Современные методы морфологических исследований мозга. - М.: изд. Ин-та мозга, 1969. - С. 5-7.
6. Луппа Х. Основы гистохимии. Пер. с нем. - М.: Мир, 1980. - 343 с.
7. Лютикова Т. М., Яценко А. Д. Морфометриче-ские и цитохимические особенности мотонейронов медиальных ядер спинного мозга диких грызунов // Материалы III межрегиональной заочной науч.-практ. конф. Фундаментальные науки - практика. - Ижевск. 2011. - С. 44-47.
8. Савоненко А. В. Экспериментальное изучение психического влечения к алкоголю у крыс линии Ви-стар и некоторые цитохимические корреляты этого состояния : дис. .канд. биол. наук : 03.00.13. - М.: МГУ, 1994. - 155 с.
9. Баранов А. А., Городилова С. Н. Земноводные лесостепи Средней Сибири. - Красноярск: Краснояр. гос. пед. ун-т им. В. П. Астафьева, 2015. - 193 с.
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 e-ISSN 2226-7417
On line scientific & educational Bulletin "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 2
RELATIONSHIP NEURAL-GLIAL CELL POPULATIONS OF THE ROOF MIDBRAIN SIBERIAN FROG (RANA AMURENSIS) WITH THE LEVEL OF ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION AREAS
Afanaskina L.N., Medvedeva N.N.
Krasnoyarsk State Medical University n.a. V. F. Voyno-Yasenetsky, Krasnoyarsk, Russian Federation Annotation. The article analyzes morphocytochemical adaptive transformations of the neuron-glial populations of the VI layer roof midbrain Siberian frog inhabiting the southern part of the Krasnoyarsk territory, is characterized by high and elevated levels of pollution. Amphibians midbrain is the highest integrative center and along with the cerebellum provides the connection of the organism with the environment, regulation and coordination of the movements of amphibians. Under the influence of anthropogenic factors in Rana amurensis on population-cellular level in the VI layer roof midbrain detect a number of compensatory-adaptive reactions: changes in the area of neurons, increased neuronal density distribution and glial cells, reducing the number of normochromic cells, but increase hyperchromic neurons, the reduction of contents and concentration in the cytoplasm and nuclei of neurons in general water-insoluble proteins. Key words: amphibians, anthropogenic habitats, midbrain, cell populations, adaptation.
REFERENCES
1. Radionov S. N., Shubina O. Ju., Kuvenjova O. N.. Zaharov A. A., Radionova O. I. Analiz plotnosti nejronov v jadrah kortiko-medial'nogo otdela mindalevidnogo tela golovnogo mozga krys nepolovozrelogo vozrasta posle hronicheskoj intoksikacii barbituratami // Tavricheskij mediko-biologicheskij vestnik. 2013, vol. 16, no. 1, pp. 206-209.
2. Ustinova T. I., Medvedeva N. N., Salmina A. B., Malinovskaya N. A. Morfologicheskaya kharakteristika neyro-glialnykh populyatsiy spinnogo mozga krys posle vozdeystviya tabachnym dymom // Sibirskoye med-itsinskoye obozreniye. 2015, no 3, pp.38-41.
3. Gosudarstvennyj doklad «O sostoyanii i ohrane okru-zhayushchej sredy v Krasnoyarskom krae za 2007 god» / M-vo prirod. resursov i lesn kompleksa adm. Krasnoyar. kraya, Enisejs. upr. Federal. sluzhby po ehkol., tekhnol. i atom. nadzoru, Upr. Federal. sluzhby po nadzoru v sfere prirodopol'zovaniya po Krasnoyar. krayu. - Krasnoyarsk: 2008, 266 p.
4. Nozdrachev A.D., Poljakov E.L., Anatomija ljagushki: prakt. posobie dlja biol., medic. i s.-h. spec. vuzov - M.: Vysshaja shkola, 1994, p.320.
5. Viktorov I. V. Okraska nervnoj tkani zabuferennym rastvorom krizilovogo fioletovogo prochnogo // Sovremennye metody morfologicheskih issledovanij mozga. Moscow: izd. In-ta mozga. 1969. pp. 5-7.
6. Luppa Kh. Osnovy gistohimii. Per. s nem. Moscow: Mir, 1980, 343 p.
7. Lyutikova T. M., Yatsenko A. D. Morfometricheskie i citohimicheskie osobennosti motonejronov medial'nyh yader spinnogo mozga dikih gryzunov // Materialy III mezhregional'noj zaochnoj nauch.-prakt. konf. Fundamental'nye nauki - praktika. -Izhevsk, 2011, pp. 44-47.
8. Savonenko A. V. Ehksperimental'noe izuchenie psihicheskogo vlecheniya k alkogolyu u krys linii Vistar i nekotorye citohimicheskie korrelyaty ehtogo sostoyaniya: dis. .kand. biol. nauk: 03.00.13 Moscow, 1994, 155 p.
9. Baranov A. A., Gorodilova S. N. Zemnovodnye lesostepi Srednej Sibiri. - Krasnojarsk: Krasnojar. gos. ped. un-t im. V. P. Astafeva, 2015, p.193.
— 8 —
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
