Ультраструктурное исследование коры головного мозга и гиппокампа белых крыс при экспериментальном неврозе

УЛЬТРАСТРУКТУРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА И ГИППОКАМПА БЕЛЫХ КРЫС ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ НЕВРОЗЕ

П.П. Кругляков, Д.И. Медведев , И.З. Еремина, О.Б. Саврова, Е.П. Кругликова, М.А. Подрезов

Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии Российский университет дружбы народов Ул. Миклухо-Маклая, 8, 117198 Москва, Россия

A.B. Ховряков, Н.П. Шиханов

Курс нейрохирургии и кафедра нормальной анатомии Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева Ул. Большевистская, 68, 430000 Саранск, Россия

В работе изучены морфофункциональные изменения коры головного мозга и гиппокампа белых крыс при экспериментальном неврозе, обусловленном хроническим стрессом. Показано, что экспериментальный невроз вызывает как деструктивные, так и компенсаторно-адаптационные ультраструктурные изменения в нейронах коры головного мозга и гиппокампа. В изученных отделах головного мозга при хроническом стрессе отмечено повышенное содержание «темных» осмиофильных нейронов с признаками выраженной дегенерации, проявляющейся в деструкции всех цитоплазматических органелл.

В настоящее время доминирующими в патологии нервной системы являются многочисленные невротические, неврозоподобные и психосоматические расстройства, среди которых по распространенности первое место занимают неврозы. В последнее время получено много данных, освещающих разные стороны патогенеза неврозов [4; 6; 7]. Вместе с тем, остается не выясненным вопрос о возможных структурных нарушениях в центральной нервной системе (ЦНС) при этой форме патологии высшей нервной деятельности. Если раньше на этот вопрос отвечали однозначно и рассматривали невроз как чисто функциональное, обратимое заболевание, то в последнее время появились работы, описывающие изменения в ЦНС на субмикроскопическом уровне [2; 3; 8; 9; 10]. В связи с этим изучение ультраструк-турных особенностей тканевых элементов коры головного мозга и гиппокампа имеет важное значение для выяснения центральных механизмов развития невротических растройств.

Работа выполнена на 24 половозрелых крысах самцах линии Вистар в возрасте 6-ти месяцев и массой тела 170-190 гр. Все животные содержались в условиях вивария. Крысы были разделены на две группы: I группа — невротизированные животные (хронический стресс) и II группа — контрольные животные. Невротизацию проводили по методике, разработанной в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН [1; 5]. Для электронномикроскопического исследования использовали кусочки коры головного мозга

использовали кусочки коры головного мозга (область центральной извилины и прилежащие зоны) и гиппокампа (поле САЗ). После стандартной обработки получали ультратонкие срезы и изучали на электронном микроскопе ЭМ-125.

При электронно-микроскопическом исследовании коры головного мозга и гиппокампа невротизированных животных нами было выявлено изменение объема, формы и структуры ядра, что проявлялось в уменьшении его объема и появлении складчатости. По-видимому, увеличение складчатости ядерной поверхности за счет инвагинаций кариолеммы является начальным признаком изменений нейронов коры головного мозга и гиппокампа. При этом в инвагинированных участках цитоплазмы, окруженных кариолеммой, обнаруживаются канальцы гранулярной эндо-плазматической сети, а также множество рибосом. Такие изменения конфигурации ядер можно рассматривать как проявление адаптационных реакций, приводящих к увеличению площади контакта ядра и цитоплазмы для поддержания высокого уровня метаболизма, что достигается сближением структур, ответственных за транскрипцию и трансляцию информации при интенсификации биосинтетической активности клетки.

Нарушения белоксинтезирующей функции нейронов при хроническом стрессе коррелируют также и с изменениями ядрышек. Наряду с уменьшенными в размерах ядрышками встречались и клетки с гипертрофированными ядрышками. Как правило, ядрышко занимало эксцентрическое положение, располагаясь непосредственно у ядерной мембраны. Гипертрофию ядер и ядрышек можно трактовать как проявление адаптационно-компенсаторных перестроек, направленных на увеличение числа свободных рибосом и поддержание синтеза белка в условиях хронического стресса.

Одним из наиболее типичных проявлений изменения нейронов при хроническом стрессе является поэтапное нарастание осмиофильности кариоплазмы за счет изменения ее коллоидных свойств. Возможно, данный процесс может оказывать влияние на функционирование генетического аппарата нейронов и считаться одним из факторов, приводящих к гибели клеток при неврозах.

В некоторых нейронах коры и гиппокампа встречались фибриллярные внутриядерные включения, представляющие собой пучки филаментов. Возможно, все эти изменения отражают глубокие перестройки ядерных белков и нарушения внутриклеточного метаболизма, что может приводить к необратимым деструктивным процессам.

При экспериментальных неврозах, на фоне снижения скорости локального мозгового кровотока и развития гипоксии, происходят морфофункциональные нарушения как в энергообразующих, так и в белоксинтезирующих цитоплазматических структурах. На электронно-микроскопическом уровне отмеченные выше изменения связаны, прежде всего, с изменением структуры гранулярной эндоплазматической сети (ЭПС) (редукция и фрагментация ее цистерн, уменьшение числа рибосом на мембранах). Комплекс Гольджи (КГ) можно считать одной из наименее изменяемых структур при неврозах. Как правило, фрагментация КГ и расширение его мембранных элементов наблюдается только в гибнущих «темных» осмиофильных нейронах, что может свидетельствовать о застойных явлениях и снижении образования везикулярных компонентов его транс-поверхностью.

В нейронах коры и гиппокампа без признаков нейродегенерации встречались митохондрии с незначительно просветленным матриксом и сохраненной четкостью крист (умеренное набухание), что может свидетельствовать о повышении их функциональной активности. В некоторых нейронах наблюдались компенсаторные изменения в виде гипертрофии митохондрий с сохранением наружной и внутренней

мембран. В то же время в «темных» осмиофильных погибающих нейронах наблюдались деструктивные изменения в виде резкого набухания митохондрий с разрушением их крист. Следует отметить, что такие гигантские измененные митохондрии наблюдались не только в перикарионе, но и в отростках нейронов, особенно в гиппокампе, что могло приводить к нарушению аксонального тока и, как следствие, к ухудшению синаптической активности нейрона. В некоторых измененных «темных» нейронах гиппокампа встречались концентрические структуры, представляющие собой слоистые ламеллярные тельца с разрыхленными мембранами, образующими вакуоли.

Накопление у молодых животных при экспериментальном неврозе в нейронах липофусцина (Лф), конечного продукта перекисного окисления липидов, индуцируемого свободными радикалами, можно считать наиболее постоянным и универсальным признаком патологии нервной системы. У молодых животных в норме встречаются лишь единичные, как правило, гомогенные гранулы ЛФ. В нейронах коры головного мозга и гиппокампа встречались различные типы Лф: гомогенный, мелкогранулярный, вакуолизированный, крупногранулярный и гетерогенный. Характерно, что гранулы ЛФ располагались как в перикарионе нейронов, так и в их отростках. Наиболее значительные отложения пигмента наблюдались в «темных» осмиофильных нейронах коры и гиппокампа. По-видимому, накопление Лф связано с особенностями энергетического метаболизма, перекисного окисления липидов, активностью дыхательных ферментов. Гранулы ЛФ часто образовывали конгломераты. По-видимому, такая аккумуляция липопигмента при экспериментальном неврозе отражает более глубокие нарушения клеток.

Таким образом, накопление Лф на фоне хронического стресса с развитием экспериментального невроза является проявлением и результатом деструктивных и дистрофических процессов в нейронах. Появление Лф в клетке еще нельзя расценивать как начало ее гибели, однако прогрессирующее нарастание количества пигмента, формирование его крупных скоплений можно считать проявлением необратимых изменений в клетке, поскольку его интенсивное накопление, как правило, сопутствует клеточной гибели.

При электронно-микроскопическом исследовании в миелинизированных аксонах коры головного мозга и гиппокампа экспериментальных животных при неврозе наблюдается появление внутриаксонных вакуолей, варикозных расширений по ходу волокон, разрыхление и истончение миелина, что является следствием дистальной аксонной дегенерации. Структурные изменения аксонов (в первую очередь миелинизированных) в коре и гиппокампе при невротизации приводят к изменению скорости и характера проведения нервных импульсов, а также к уменьшению скорости аксоплазматического переноса различных веществ. В нейропиле гиппокампа среди миелиновых волокон встречались миелиноподобные тельца, представляющие собой спиральные структуры, со «свободным» расположением мембран.

В качестве наиболее характерных изменений дендритов при электронномикроскопическом исследовании коры головного мозга и гиппокампа у невротизи-рованных животных можно отметить их вакуолизацию и набухание. Поскольку дендриты и их шипики представляют собой постсинаптические элементы специализированных нервных контактов, их изменения приводят к существенным нарушениям деятельности синаптического аппарата нейронов и ухудшению передачи нервных импульсов в подобных терминалях.

Характерной ультраструктурной чертой для экспериментального невроза можно считать наличие, особенно в гиппокампе, большого количества нервных терми-

налей, перегруженных синаптическими пузырьками, без активных зон. Данное обстоятельство косвенно указывает на уменьшение количества синапсов, что может расцениваться как морфологический показатель, изменения функциональной активности невротизированных животных. По-видимому, в процессе невротизации происходит не только атрофия дендритов и деструкция в синапсах и их активных зонах, но и уменьшение способности нервных терминалей формировать новые синапсы. При этом ухудшаются межнейрональные контакты в различных областях ЦНС, нейроны как бы подвергаются «деафферентации», в связи с чем нарушается их ответная реакция на сигналы внешней среды, нервные и гормональные стимулы, т.е. повреждаются синаптические механизмы деятельности мозга, что приводит к развитию патологии высшей нервной деятельности.

По мере развития морфо-функциональных изменений в популяции нейронов на ультраструктурном уровне обнаруживались нейроциты, различающиеся по степени осмиофильности их нуклео- и цитоплазмы: 1) «молодые» нейроны со светлым, правильной формы ядром и умеренной осмиофильностью цитоплазмы. Внутриклеточные органеллы в таких нейронах по своей ультраструктуре не отличались от таковой у постмитотических нейронов; 2) повышенно осмиофильные клетки, в которых наблюдалось нарастание осмифильности цитоплазмы и содержимого ядра. Такие нейроны, как правило, содержали ядра с многочисленными инвагинациями ядерной оболочки; 3) гиперосмиофильные нейроны гомогенно и интенсивно окрашены, визуально не представляется возможным идентифицировать ядерный аппарат клетки. В таких «темных» осмиофильных нейронах наблюдалась деструкция цитоплазматических органелл с их перемещением в отростки клеток. По-видимому, сохранение интенсивности стрессорных воздействий на эти функционально перегруженные клетки может способствовать исчерпыванию их адаптационных резервов, что в конечном итоге приводит к их гибели путем некроза или апоптоза.

Таким образом, все ультраструктурные изменения, развивающиеся при экспериментальном неврозе во всех элементах нервной ткани как на клеточном уровне, так и в сфере межклеточных взаимодействий, можно условно разделить на деструктивные, отражающие функциональные нарушения, и адаптационные, направленные на поддержание специфической морфофункциональной активности нервной системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айрапетянц М.Г., Вейн А.М. Неврозы в эксперименте и клинике. — М: Наука. 1982. —271 с.

2. Валъдман A.B., Александровский Ю.А. Психофармакотерапия невротических растройств. — М: Медицина, 1987. — 288 с.

3. Гехт К.,Эме П., Айрапетянц М.Г.,Кольдиц М. Неврозы и нейропептиды. Исследования механизмов нервной деятельности. — М: Наука, 1984. — 258 с.

4. Захаржевский В.Б., Суворов Н.Ф. Неврозы. Экспериментальные и клинические исследования. — Л: Наука, 1989. — 222 с.

5. Левшина И.П., Александрин В.В., Курочкина Е.В. и др. Микроциркуляция и активность дегидрогеназ СД и НАДН-ДГ мозга при невротических нарушениях высшей нервной деятельности у белых крыс // Журнал высшей нервной деятельности. — 1995, — Т.45, — №4. — С. 811.

6. Ливанова Л.М., Саркисова К.Ю. Дыхание и окислительное фосфорилирова-ние митохондрий мозга крыс с разным типом поведения // Журнал высшей нервной деятельности. — 1991. — Т. 41. —№5. — С. 973-980.

7. Минина А.А., Хананашвши М.М., Лазуко Н.Н. Структурно-функциональные исследования коры больших полушарий при экспериментальном неврозе // Журнал высшей нервной деятельности. — 1975. — Т. 25. — №2. — С. 363.

8. Ховряков А.В., Подеров В.Н., Сосунов А.А. и др. Изменения ультраструктуры нейронов коры большого мозга крыс при хроническом стрессе // Морфология. — 2003. — Т. 124. — № 5. _ с. 57.

9. Blisss Т. V., Collngridge G.L. A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus // J. Nature. — 1993. — V. 4. — P. 31-39.

10. Matsumoto Т., Ohmori K„ Fujiwara M. Microglial and astroglial reactions to inflammatory lesions of experimental autoimmune encephalomyelitis in the rat central nervous system // J. Neuroimmunol. — 1992. — V. 37. — P. 23-33.

ULTRASTRUCTURAL STUDY OF THE CEREBRAL CORTEX AND THE HIPPOCAMPUS UNDER CHRONIC STRESS IN WHITE RATS

P.P. Kruglyakov, D.I. Medvedev |, I.Z. Eremina,

O.B. Savrova, E.P. Kruglyakova, M.A. Podrezov

Department of Histology, Cytology and Embryology Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya st. 8, 117198 Moscow, Russia

A.V.Khovryakov, N.P. Shikhanov

The course of Neurosurgery and Department of Anatomy The Ogarev’ University of Mordovia Bolshevitskaya st., 68, 430000 Saransk, Russia

Morphologic changes in the cerebral cortex and the hippocampus under chronic stress in white rats were studied. It was shown that the experimental neurosis caused both destructive and compensatory-adaptive ultrastructural changes in neurons of the cerebral cortex and the hippocampus. Under chronic stress the percentage of “dark”, osmiophilic neurons with pronounced degeneration signs, becoming apparent as all cytoplasmic organelles’ destruction, was increased in the investigated parts of the brain.