< Back      Конференция 2007       Next>

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
 (вариант II)

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, 9 мес

 

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 (вариант I) 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 Û распад 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 Û перфорированный 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.

< Back      Конференция 2007       Next> 

Hosted by uCoz