2022 год № 4

Аннотация:

Ключевые слова:

Abstract:

Key words:

Введение

Корковые колонки (модули) рассматриваются как морфофункциональные единицы ассоциативной коры полушарий млекопитающих [2, 3, 5, 11, 13]. Их образование происходит в пренатальном периоде онтогенеза. Количество колонок в коре ГМ человека - около 600 миллионов, а каждая из них состоит из 3-10 тысяч различных по строению и функциям нейронов, связанных между собой синаптическими связями [3].

Кора ГМ в постнатальном периоде претерпевает значительные изменения: она утолщается, нейроны увеличиваются в размерах, их численная плотность уменьшается, а численная плотность глиоцитов возрастает [1, 6, 8, 10]. В связи с этим возникает вопрос о том, как это влияет на структурные характеристики колонок, какова динамика данных изменений в разные периоды постнатального онтогенеза. Особого внимания заслуживают эти изменения, происходящие в неонатальном и молочном периоде, в течение которых как у человека, так и у других млекопитающих, ГМ претерпевает особенно масштабные изменения численной плотности нейронов и глиоцитов, объема нейропиля, толщины коры, морфометрических и гистохимических характеристик нейронов [6, 8, 9, 10]. В связи с этим встает вопрос о том, каким образом они отражаются на показателях, являющихся важными в определении свойств корковых колонок. При этом следует учитывать тот факт, что темпы развития ГМ в течение этих периодов могут быть как замедленными, так и ускоренными [6, 7, 8, 12]. Последнее было показано при экспериментальной акселерации, в частности, обусловленной уменьшением численности пометов до 4 или 6 крысят, через 1 сутки после родов [1, 6, 8].

В связи с изложенным, целью работы явился анализ изменений морфометрических показателей в ассоциативной зоне коры, в собственно теменной доле (СТД), происходящих в возрасте от 5 до 14 суток (в неонатальном и раннем молочном периодах онтогенеза), непосредственно связанных со структурой ее колонок, у крыс, отличавшихся темпами развития ГМ.

Материалы и методы

Изучался ГМ крыс линии Вистар, составивших 2 группы. Первая состояла из 5- и 14-суточных животных, родившихся и содержавшихся в пометах средней численности (n=9-12). Исследован ГМ 12 5-суточных крысят из 2 пометов, 12 крысят 14-суточных из 4 пометов (n=12). Вторая группа состояла из крысят, также родившихся в пометах средней численности, уменьшенных через 1 сутки после родов до 4 (5-суточные) или до 6 крысят (14-суточные). Исследован ГМ 12 5-суточных крысят из 3 пометов, и 12 14-суточных (n=12) из 4 пометов. Животные из контрольных и уменьшенных пометов содержались одновременно, в условиях одного вивария, получали в свободном доступе воду и корм ad libitum, с соблюдением документа ГОСТ 33216-2014 "Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными". Эвтаназия крыс проводилась декапитацией. Определялись масса тела, ГМ, полушария (правого). Левое полушарие фиксировали в жидкости Карнуа, заливали в парафин. Срезы полушария толщиной 7 мкм, изготовленные на микротоме Leica, в области СТД [14], окрашивали для обзорного изучения метиленовым синим и галлоцианином для проведения морфометрического изучения неокортекса СТД. Измеряли толщину коры, размеры перикарионов нейронов слоя II и V, а также - численную плотность нейронов в этих слоях, как подробно описано в [1, 6, 8]. Кроме того, определяли число нейронов в срезе коры, проходящем по всей высоте колонки, то есть от поверхности полушария до границы коры с белым веществом. Для этого коронарные срезы коры фотографировали цифровой камерой, импортировали снимки в компьютер, проводили визуальное изучение неокортекса СТД. Затем изготавливали микрофотографии размером А4 (рис. 1-4). На каждой микрофотографии проводили по 6 линий, идущих по высоте колонок (перпендикулярно поверхности полушария), после чего считали количество нейронов, с которыми эти линии контактировали, и определяли их среднее число в срезе СТД каждого животного. Морфометрическое изучение неокортекса СТД проведено в ГМ 48 крыс (по 12 в каждой группе). Статистическая обработка результатов проведен с помощью программы Statistica10, StatSoft, Inc.2011, с применением опции "дескриптивная статистика". Межгрупповые различия считали статистически значимыми при P<0,05.

Рис. 1. Кора СТД 5-дневной крысы контрольной группы. Окраска галлоцианином. Увеличение 10×15

Рис. 2. Кора СТД 14-дневной крысы контрольной группы. Окраска галлоцианином. Увеличение 10×15

Рис. 3. Кора СТД 5-дневной крысы-акселерата. Окраска галлоцианином

Рис. 4.Кора 14-дневной крысы-акселерата. Окраска галлоцианином

Результаты и обсуждение

Изучение коры ГМ 5- и 14-суточных крыс контрольной группы показало, что ее толщина у 14-суточных превышает ее у 5-суточных на 376 мкм (таблица), то есть на 43,5 %. Поскольку корковые колонки проходят через все слои коры, их высота также значительно возрастала в течение исследованного возрастного интервала. В определенной степени это может обусловливаться изменениями размеров нейронов, как в слое II, так и в слое V. У 14-суточных крыс площадь их сечения превышала ее у 5-суточных более, чем в 2 раза (таблица). Вторым фактором увеличения толщины коры в постнатальном онтогенезе является увеличение объемной плотности нейропиля [9, 10]. Эти изменения обусловливают уменьшение численной плотности нейронов коры в слое II и, особенно, в слое V (таблица), что свидетельствует об увеличении расстояния в корковых колонках между нейронами, что меняет условия их взаимодействия.

Изучение числа нейронов, расположенных в срезе, идущем по колонкам по всей толщине коры, от 1-го до 6-го слоя, показало, что у 14-суточных крыс контрольной группы оно на 23,9 % меньше, чем у 5-суточных (таблица). Таким образом, толщина коры и число нейронов в срезе, расположенном по высоте колонки, в возрастном интервале от 5 до 14 суток меняются разнонаправлено. В связи с этим возникает вопрос о том, чем обусловлено выявленное уменьшение числа нейронов. Одним из механизмов, который мог бы вызывать данный эффект, является гибель клеток. Однако микроскопическое изучение препаратов не выявило в неокортексе клеток с признаками апоптозов, данных литературы о гибели нейронов в коре мозга интактных крыс исследованных возрастных групп нами также не обнаружено. В то же время известно, что в постнатальном периоде онтогенеза происходят значительные изменения конфигурации нейронных группировок, композиционное и пространственное оформление нейронных ансамблей, разрежение нейронов в группировках, нарастание расстояния между ними [9, 10]. Уменьшение численной плотности нейронов у 14-суточных крыс по сравнению с таковым у 5-суточных, выявленное нами (таблица), согласуется с этими данными. Это дает основания предполагать, что увеличение размеров нейронов, объема, приходящегося на нейропиль, определяющие расширение колонок, способствуют изменениям локализации нейронов, приводящим к уменьшению их числа в ряду клеток, расположенных по высоте колонок и возрастанию ширины последних. В связи с этим, нам представляется логичным предположение о том, что в исследованном возрастном интервале происходит разделение рядов нейронов, перемещение части их по направлению от центра периферию. Если данное предположение является правильным, то в процессе постнатального развития ГМ колонки становятся не только более высокими, но и более широкими, состоящими из большего числа рядов клеток, ориентированных по высоте колонки. При этом число нейронов, составляющих один ряд в высоте среза колонки, уменьшается. Увеличение ширины и высоты колонок происходит параллельно с увеличением объема и массы полушарий, которая у 14-суточных крыс превышает ее у 5-суточных в 2,77 раза (таблица).

Крысы из уменьшенных пометов как в 5-, так и в 14-суточном возрасте, отличались достоверно большей массой тела. Они имели большую массу ГМ, полушария, толщину коры, меньшую численную плотность нейронов, чем у контрольных животных, то есть совокупность признаков опережающего развития органа (таблица). Большая толщина коры свидетельствует о том, что высота корковых колонок у них превышает ее у крыс контрольной группы. При этом у 14-суточных крыс-акселератов толщина коры была больше, чем у 5-суточных на 368 мкм, то есть примерно настолько, насколько у крыс контрольной группы (таблица). Таким образом, в возрастном интервале между 5-м и 14-м днем жизни темпы увеличения этого показателя, а, стало быть, и высоты корковых колонок, были одинаковыми у крыс контрольной группы и крыс-акселератов, и превышение толщины коры у 14-суточных крыс-акселератов по сравнению с ее толщиной у 14-суточных крыс контрольной группы является следствием различий, сформировавшихся уже к 5-суточному возрасту.

В 5-суточном среднее число нейронов, расположенных в срезе по высоте колонки, у крыс-акселератов было достоверно меньше, чем в контроле и к 14 суткам оставалось на том же уровне, тогда как у контрольных животных за этот же промежуток времени происходило значительное снижение данного показателя (таблица). У 14-суточных крыс-акселератов число нейронов в срезе ряда клеток колонки не отличалось от такового у контрольных 14-суточных животных. Эти данные могут рассматриваться как свидетельство того, что у животных данной группы процессы ускоренного развития коры ГМ обусловили более раннее уменьшению числа нейронов, расположенных по высоте колонки уже к возрасту 5 суток. Об этом же свидетельствует и тот факт, что этот показатель у 14-суточных крыс-акселератов был достоверно меньше, чем у 5-суточных крыс из группы контроля (таблица).

Изложенные результаты говорят о том, что в неонатальном и молочном периодах кора СТД претерпевает ряд изменений, сходных у крыс контрольной группы и крыс из пометов уменьшенной численности. Кроме описанных выше, к ним относится изменение по мере взросления животных соотношения численной плотности нейронов в слое II и V с 2,35 до 3,98 у крыс контрольной группы и с 2,56 до 3,58 - у крыс-акселератов (таблица, рис. 1-4). Это свидетельствуют об изменениях соотношения количества нейронов неокортекса, относящихся к ассоциативным, расположенных в слое II, и эфферентных, локализованных в слое V [5], и может рассматриваться как фактор, способный оказывать влияние на функциональные свойства корковых колонок.

Полученные данные свидетельствуют о том, что показатели, отражающие важные стороны структуры корковых колонок, в ранние периоды постнатального онтогенеза, подвергаются существенным изменениям. При этом их возрастная динамика может зависеть от темпов развития ГМ. Выявленные возрастные изменения корковых колонок у крыс в неонатальном и молочном периодах могут представлять интерес в связи с тем, что они рассматриваются не только как структурные, но и как функциональные единицы коры ГМ. Они могут учитываться при оценке функциональных изменений ГМ, поведения, происходящих в ранние периоды постнатального онтогенеза.

Авторы указывают на отсутствие конфликта интересов.

Вклад авторов:

Рыжавский Б.Я. - идея работы, постановка экспериментов, дизайн исследования, написание статьи;

Васильева Е.В. - морфометрический анализ;

Еременко И.Р. - морфометрический анализ;

Жильников Д.И. - постановка экспериментов, обработка материала;

Лазинская О.В. - постановка экспериментов, обработка материала.

Список источников

1. 1. Жильников Д.И., Рыжавский Б.Я. Некоторые особенности головного мозга крыс линии Вистар, развивавшихся в пометах разной численности // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2022. - № 1. - С. 79-84.
2. 2. Кириченко Е.Ю., Логвинов А.К., Повилатите П.Е., Гранкина А.О. Распределение нейрональных и глиальных антигенов в колонках соматосенсорной коры мозга крысы (иммуногистохимическое исследование) // Морфология. - Т. 145, № 2. - С. 7-11.
3. 3. Максимова Е.В. Онтогенез коры больших полушарий. - М.: Наука, 1990. - 184 с.
4. 4. Мотавкин П.А. Введение в нейробиологию. - Владивосток: Медицина ДВ, 2003.
5. 5. Руководство по гистологии. Т.1. - СПб.: СпецЛит, 2011. - 832 с.
6. 6. Рыжавский Б.Я., Жильников Д.И. Влияние экспериментального сокращения численности пометов у крыс в неонатальном и молочном периодах онтогенеза на некоторые показатели развития их головного мозга в 30-дневном возрасте // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2021. - Т. 172, № 10. - С. 509-514.
7. 7. Рыжавский Б.Я., Лебедько О.А., Лазинская О.В. Влияние эмоционального стресса в период, предшествующий беременности, на показатели развития головного мозга их потомства // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2002. - Т. 134, № 8. - С. 146-150.
8. 8. Рыжавский Б.Я., Ткач О.В. Морфологические особенности головного мозга крыс при акселерации в неонатальном и молочном периодах онтогенеза // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2016. - № 2. - С. 93-96.
9. 9. Цехмистренко Т.А., ,Васильева В.А. Структурные преобразования ассоциативных зон коры больших полушарий как морфологическая основа формирования когнитивных функций мозга человека от рождения до 20 лет // Физиология человека. - 2001. - Т. 27, № 5. - С. 41-48.
10. 10. Цехмистренко Т.А., Козлов В.И. Гистофизиологический подход к изучению структурной организации коры мозга человека в онтогенезе // Тихооокеанский медицинский журнал. - 2016. - № 2. - С. 103-108.
11. 11. De Felipe J., Matkram H., Rockland K. The neocortical column // Frontiers in neuroanatomy. - 2012. - Vol. 6. - P. 4-5.
12. 12. Ryzhavskii B.Ya., Lebedko O.A., D.S. Belolyubskaya, Baranova S.N. Long-term consequences of prenatal exposure to lead on brain development in rats // Neurosci Behav Physiol. - 2008. - Vol. 38 (2). - P. 145-149.
13. 13. Sowell E.R., Thompson P.M., Leonard C.M. Longitudinal mapping of cortical thickness and brain growth in normal children // Neuroscience. - 2004. - Vol. 24, № 38. - P. 8223-8231.
14. 14. Watson C., Paxinos G. The Rat Brain in stereotaksis coordinates. London, San Diego: Academic Press, 2007.