|
Репаративная и адаптивная реорганизация межнейронных отношений в коре
большого мозга в отдаленном постишемическом периоде как основа усиления
межполушарной асимметрии
Грицаенко О.С., Семченко В.В., Черба А. Р., Новицкий Н.А.,
Степанов С.С.
Омская государственная медицинская академия, Омский НИЦ СО
РАМН, Россия,
ФГУ «Западно-Сибирский медицинский центр» (serg_stepanov@mail.ru)
Изучение закономерностей реорганизации межнейронных отношений
головного мозга при его диффузно-очаговом ишемическом
повреждении является актуальным направлением нейроморфологии
[1]. Это связано с необходимостью понимания механизмов
повреждения и восстановления структурно-функционального
состояния различных уровней головного мозга и выяснения
структурной основы психо-неврологических проявлений
постишемической энцефалопатии [2, 4]. Особое значение при этом
имеют данные о роли репаративной и адаптивной реорганизации
межнейронных отношений коры большого мозга в изменении степени
межполушарной асимметрии и нарушении интегративно-пусковой
деятельности конечного мозга.
Целью настоящего экспериментального исследования было изучение
закономерностей изменения синаптического пула молекулярного слоя
сенсомоторной коры в симметричных участках правого и левого
полушария большого мозга в отдаленном периоде после 20-минутной
окклюзии общих сонных артерий.
Материал и методы исследования.
Острая ишемия головного мозга моделировалась на белых
половозрелых крысах самцах массой 210-250 г путем 20-минутной
окклюзии общих сонных артерий. Летальность в течение всего
эксперимента составила 54,0%. Наибольшая летальность отмечалась
в течение 3 суток после ишемии. Соблюдались правила гуманного
обращения с животными, эксперимент проводили под эфирным
наркозом. Контролем служили ложнооперированные животные (наркоз,
рассечение кожи,
n=5).
Материал для исследования синаптического пула молекулярного слоя
сенсомоторной коры (СМК) забирали через 1 (n=5)
и 7 (n=5)
суток, 1 (n=5)
5 (n=5)
и 9 (n=5)
месяцев после острой ишемии. Головной мозг экспериментальных
животных (n=25)
фиксировали иммерсионным способом в смеси 4% раствора
параформальдегида, 1% раствора глютарового альдегида, 5%
раствора сахарозы на 0,1 М фосфатном буфере (рН 7,4) в течение 3
часов. После фиксации выделяли СМК [5], рассекали правую и левую
половины на 50 ориентированных в виде пирамид и пронумерованных
кусочков, которые затем контрастировали в 1% растворе
четырехокиси осмия и заключали в смесь эпона и аралдита.
Расположение полученных блоков было симметричным (блок №1
правого полушария соответствовал по расположению блоку №1 левого
полушария и т.д.). Полученные таким образом блоки СМК правого
полушария подвергали процедуре рандомизации с помощью генератора
случайных чисел. Из 50 блоков СМК каждой крысы для исследования
брали по 5 блоков. Блоки СМК левого полушария отбирали по
номерам, соответствующим симметричным блокам правого полушария
(вариант
I)
и путем случайного отбора (вариант
II).
Таким образом, на срок исследования сравнивали по 25
симметричных и несимметричных участков СМК правого и левого
полушария.
Из отобранных блоков с помощью ультрамикротомов УМТП-4 и «Ultracut-E»
(фирма Reichert-Jung) готовили ультратонкие срезы в
тангенциальной плоскости на уровне молекулярного слоя. Срезы
помещали на сетки, контрастировали уранилацетатом и цитратом
свинца. С каждого блока на электронных микроскопах «ЭМВ-100ЛМ» и
«Hitachi-600H» фотографировали по 10 полей зрения при
стандартном увеличении 10000. На оцифрованных микрофотографиях с
помощью программы
Photoshop
6.0 подсчитывали количество поперечных срезов синапсов, на
основании чего рассчитывали общую численную плотность синапсов
на 100 мкм2. В динамике исследования определяли также
содержание деструктивно измененных терминалей, перфорированных
синапсов и средний диаметр контакта.
Различия между независимыми выборками по всем показателям
правого и левого полушария определяли с помощью рангового
дисперсионного анализа Краскела-Уоллиса, критерия
Колмогорова-Смирнова, точного критерия Фишера или критерия
c2
[4].
Результаты и их обсуждение. В группе контрольных
животных и в остром периоде после ишемии (1 сутки) статистически
значимых различий по изученным показателям синаптоархитектоники
молекулярного слоя СМК правого и левого полушария большого мозга
выявлено не было (таблица).
В отдаленном периоде после ишемии (1-9 месяцев) процесс
реорганизации синаптоархитектоники СМК обоих полушарий большого
мозга был связан с тремя основными типами изменений нейропиля:
1) увеличением относительного содержания неглиальных
составляющих нейропиля, 2) увеличением глиальных составляющих и
3) реорганизацией синаптоархитектоники без изменения соотношения
глиальных и неглиальных составляющих нейропиля.
Таблица
Сравнительная морфометрическая характеристика
синаптоархитектоники молекулярного слоя сенсомоторной коры
правого и левого полушария большого мозга белых крыс в
постишемическом периоде
Показатель
|
Сравниваемые участки сенсомоторной
коры
|
Симметричные
(вариант
I)
|
Случайные
(вариантII)
|
I.
Контроль
|
|
I.1.
Численная плотность синапсов, на 100 мкм2
|
H=2,2;
p=0,10
|
H=2,5;
p=0,09
|
I.2.
Деструктивно измененные терминали, %
|
H=3,1;
p=0,08
|
H=3,4;
p=0,09
|
I.3.
Средний диаметр контакта, мкм
|
H=2,5;
p=0,11
|
H=2,2;
p=0,10
|
I.4.
Перфорированные синапсы, %
|
H=2,6;
p=0,12
|
H=2,4;
p=0,11
|
II.
Постишемический период, 1 сут
|
|
II.1.
Численная плотность синапсов, на 100 мкм2
|
H=5,1;
p=0,07
|
H=5,6;
p=0,06
|
II.2.
Деструктивно измененные терминали, %
|
H=6,2;
p=0,06
|
H=4,4;
p=0,07
|
II.3.
Средний диаметр контакта, мкм
|
H=2,2;
p=0,11
|
H=3,0;
p=0,08
|
II.4.
Перфорированные синапсы, %
|
H=3,5;
p=0,07
|
H=3,6;
p=0,07
|
III.
Постишемический период, 7 сут
|
|
III.1.
Численная плотность синапсов, на 100 мкм2
|
H=9,6;
p=0,01*
|
H=5,9;
p=0,06
|
III.2.
Деструктивно измененные терминали, %
|
H=8,8;
p=0,03*
|
H=5,2;
p=0,07
|
III.3.
Средний диаметр контакта, мкм
|
H=10,5;
p=0,01*
|
H=6,9;
p=0,04*
|
III.4.
Перфорированные синапсы, %
|
H=9,8;
p=0,01*
|
H=4,6;
p=0,07
|
IV.
Постишемический период, 1 мес
|
|
IV.1.
Численная плотность синапсов, на 100 мкм2
|
H=6,9;
p=0,04*
|
H=5,7;
p=0,07
|
IV.2.
Деструктивно измененные терминали, %
|
H=7,5;
p=0,03*
|
H=5,3;
p=0,07
|
IV.3.
Средний диаметр контакта, мкм
|
H=9,9;
p=0,01*
|
H=5,8;
p=0,06
|
V.4.
Перфорированные синапсы, %
|
H=8,5;
p=0,03*
|
H=4,2;
p=0,08
|
V.
Постишемический период, 5 мес
|
|
V.1.
Численная плотность синапсов, на 100 мкм2
|
H=7,8;
p=0,03*
|
H=3,6;
p=0,09
|
V.2.
Деструктивно измененные терминали, %
|
H=4,5;
p=0,07
|
H=3,9;
p=0,08
|
V.3.
Средний диаметр контакта, мкм
|
H=9,5;
p=0,02*
|
H=5,9;
p=0,06
|
V.4.
Перфорированные синапсы, %
|
H=9,7;
p=0,02*
|
H=5,1;
p=0,08
|
VI.
Постишемический период,
9мес
|
|
VI.1.
Численная плотность синапсов, на 100 мкм2
|
H=7,6;
p=0,03*
|
H=7,7;
p=0,03*
|
VI.2.
Деструктивно измененные терминали, %
|
H=5,5;
p=0,06
|
H=4,3;
p=0,08
|
VI.3.
Средний диаметр контакта, мкм
|
H=6,9;
p=0,04*
|
H=6,9;
p=0,04*
|
VI.4.
Перфорированные синапсы, %
|
H=7,5;
p=0,03*
|
H=4,1;
p=0,08
|
Примечание. * - статистически значимые изменения параметров,
характеризующих синаптоархитектонику, в посттравматическом
периоде(ANOVA,
H- критерий
Краскела-Уоллиса).
При первом типе изменений в нейропиле увеличивалась объемная
плотность дендритов, шипиков, аксонных терминалей в результате
активации механизмов внутриклеточной гиперплазии цитоскелета
(микротрубочки, микрофиламенты, нейрофиламенты), клеточных
органелл (митохондрии, шипиковый аппарат). Как правило,
вышеназванные изменения сопровождались увеличением содержания
филоподий дендритов, крупных простых и сложных (перфорированные,
усложненные синаптические устройства по конвергентному и
дивергентному типу) синапсов, активацией механизмов
неосинаптогенеза.
При втором типе изменений преобладали атрофические изменения
дендритов и аксонов, сопровождающиеся редукцией общей численной
плотности синапсов. При третьем типе изменений реорганизация
межнейронных синапсов происходила без увеличения объемной
плотности дендритов и аксонов, только за счет трансформации
терминалей и шипиков. Эти изменения имели диффузно-очаговый
характер и отличались в соседних участках СМК.
Частота встречаемости признаков того или иного типа
вышеназванных изменений в симметричных участках молекулярного
слоя СМК правого и левого полушария (вариантI)
статистически значимо отличалась в подостром (через 7 суток) и в
отдаленном (через 1 и 5 месяцев) постишемическом периоде
практически по всем изученным параметрам (таблица).
При случайном отборе блоков СМК (вариант
II)
статистически значимые различия отмечались только через 7 суток
после ишемии по содержанию мелких контактов (пресинапсы) и через
9 месяцев - по общей численной плотности синапсов и среднему
диаметру их контакта (таблица).
Полученные данные свидетельствуют о том, что в
постишемическом периоде усиливалась степень
структурно-функциональной асимметрии СМК большого мозга за счет
неравномерной локальной (очаговой) реорганизации межнейронных
отношений. При этом суммарно показатели синаптоархитектоники СМК
правого и левого полушария большого мозга статистически значимо
не различались. Это свидетельствовало о том, что различия были
обусловлены в основном за счет усиления степени рассеяния
признака (стандартное отклонение, интерквартильный размах,
дисперсия).
Изложенное выше свидетельствует о том, что в отдаленном
постишемическом периоде происходит реорганизация межнейронных
отношений в основном за счет очаговой активации механизмов
синаптической пластичности. Следовательно, именно феномен
синаптической пластичности становится ведущей формой изменения
коммуникации нейронов головного мозга и усиления асимметрии СМК
в отдаленном периоде после ишемии.
Мы полагаем, что в процессе
реорганизации межнейронных отношений в постишемическом периоде
значительную роль играют именно локальные автономные механизмы
изменения формы уже существующих синапсов, образования филоподий
и неосинаптогенеза. Полученные данные свидетельствуют о том, что
разрушение межнейронных связей происходит в основном за счет
популяции мелких и средних контактов. Существующее в норме
равновесие процесса «образование
Ûраспад контактов» в раннем
постишемическом периоде смещается в сторону распада мелких и
средних контактов. Это осуществляется на фоне компенсаторного
увеличения содержания перфорированных контактов, обусловленного
смещением равновесия «крупный неперфорированный
Ûперфорированный контакт» в
сторону расщепления контакта. Это изменяет межнейронные
взаимоотношения за счет более высокой эффективности
перфорированных синапсов. Существенно то, что вышеназванные
изменения в симметричных участках правого и левого
полушария статистически значимо различаются. Появление
асимметрии подобного типа неизбежно приведет к изменению
двусторонних корково-корковых взаимоотношений и окажет влияние
на интегративно-пусковую деятельность СМК как единого отдела
головного мозга.
Литература
1. Семченко В.В., Степанов С.С., Алексеева Г.В.
Постаноксическая энцефалопатия. – Омск: Омская областная
типография, 1999. – 448 с.
2. Семченко В.В., Боголепов Н.Н., Степанов С.С. и др.
Синаптическая пластичность неокортекса белых крыс при
диффузно-очаговых повреждениях головного мозга // Морфология. –
2005. – Т.128, № 4. – С. 76-81.
3. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных.
Применение пакета прикладных программ
STATISTICA.
– М., МедиаСфера, 2002. – 305
c.
4. Duffau
H. Brain plasticity: from pathophysiological mechanisms to
therapeutic applications // J Clin Neurosci. – 2006. – V. 13,
N9. – P.:885-897.
5.
Paxinos G., Watson Ch.А.
The rat brain in stereotaxic coordinates. – Toronto: Acad.
Press, 1982. – 90 p.
|
|
|