Гистоструктура головного мозга взрослых животных при малобелковом питании

ГИСТОСТРУКТУРА ГОЛОВНОГО МОЗГА ВЗРОСЛЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ МАЛОБЕЛКОВОМ ПИТАНИИ

Д.И.МЕДВЕДЕВ, Н.Н.БОГОЛЕПОВ, И.З.ЕРЕМИНА, О.Б.САВРОВА, И.Н.БОГОЛЕПОВА

Лаборатория экспериментальной морфологии, НИИ общей и клинической патологии, Российский университет дружбы народов.

г Москва, 117198, ул. Миклухо-Маклая, 8

На экспериментальной модели белково-энергетической недостаточности было изучено влияние малобелкового питания на гистоструктуру различных отделов гЪловнош мозга Стареющих животных Показано, что малобелковое питание оказывает отрицательное влияние на структурно-функциональное состояние нейронов мозга, о чем свидетельствует увеличение количества дистрофических нейронов во всех отделах мозга, накопление липофусцина в нейронах и комплекс структурных изменений в синаптических контактах.

Проблему алиментарной недостаточности по-прежнему относят к нерешенным проблемам человечества. По глобальной оценке ВОЗ и ФАО (1997 г.) около 800 млн. человек в развивающихся странах хронически голодают. Наиболее уязвимы к действию белково-энергетической недостаточности дети раннего возраста. В связи с этим, основное внимание исследователей направлено на изучение последствий белковой недостаточности в развивающемся организме. Однако остается проблема белковой недостаточности питания пожилых людей. Актуальность проблемы связана с мировой тенденцией к увеличению количества пожилых людей в популяции, называемой феноменом старения населения Земли. В сегодняшнем мире 540 миллионов людей перешагнули порог шестидесяти лет. По оценкам экспертов ВОЗ в 2020 году на Земле будет жить более миллиарда человек старше 60 лет.

Проблема алиментарной недостаточности существует и в экономически развитых странах мира, в основном, как случаи, возникающие в результате нервно-психических и соматических заболеваний, сложных оперативных вмешательств, при этом чаще страдают пожилые люди. В последние годы в России, в связи со сложной экономической ситуацией, значительно увеличилось число людей, в основном старшего возраста, не получающих полноценного белкового питания. С другой стороны, в печати неоднократно появлялись утверждения, что низкокалорийный малобелковый рацион способствует увеличению продолжительности жизни, хотя ряд исследователей оспаривает подобные выводы [1, 4, 5, 8]. При этом серьезных исследований, вскрывающих морфологические основы тех или иных функциональных изменений в организме, не проводилось.

Как известно, процессы старения сопровождаются значительными изменениями в центральной нервной системе, как неспецифическими (естественный процесс старения), так и специфическими (различные дегенеративные заболевания старческого возраста) [2, 3]. По морфологической картине состояния головного мозга можно судить о степени старения организма и о влиянии различных факторов, ускоряющих или замедляющих процесс старения в целом.

В связи с вышеизложенным была поставлена цель данной работы - экспериментальное изучение воздействия белково-энергетической недостаточности на гистоструктуру отделов головного мозга взрослых животных.

Белково-энергетическая недостаточность создавалась путем содержания подопытных животных на малобелковом рационе. Экспериментальная работа была выполнена на мышах линии СВА. Отбирались взрослые мыши в возрасте около 3-х месяцев, весом 25 г. Подопытная группа мышей (10 животных) получала синтетический крахмало-казеиновый корм со сниженным вдвое в сравнении с нормой количеством белков, жиров и углеводов. При этом содержание белка в таком рационе составляло 5%, тогда как в рационе контрольных животных - 10%. Мышей кормили таким синтетическим рационом в течение месяца, затем под эфирным наркозом их забивали, а участки мозга фиксировали для

изучения методами световой (фиксатор. Карнуа) или электронной микроскопии (перфузия раствором Карновского. смесь параформальдегида). После стандартной обработки проводили морфометрическую оценку состояния гистоструктуры некоторых отделов головного мозга: сенсомоторной коры, мозжечка и гиппокампа.

Результаты эксперимента

За месяц содержания на малобелковом рационе масса тела мышей контрольной группы несколько увеличилась (26,8 ± 3,0 г), а в подопытной группе - снизилась (20,1 ± 2,2 г), то есть масса тела недостаточно питавшихся животных оказалась на 25% ниже, чем в норме (р < 0,001). Однако снижение массы тела мышей практически не отразилась на весовых показателях мозга: масса большого, мозга и мозжечка в контрольной и подопытной группе достоверно не различалась (норма: 394 ± 5 мг; опыт: 386 ± 3 мг).

Изучение срезов мозга, окрашенных гематоксилин-эозином и толуидиновым сини(м не выявило выраженных патологических нарушений как в общем состоянии гистоструктуры мозга, так и со стороны составляющих ее элементов (нейронов, глии, сосудистого русла) во всех отделах мозга мышей, получавших малобелковое питание.

В коре головного мозга подопытных животных морфометрические показатели, характеризующие степень развития нейронных элементов, такие как: толщина неокортекса и его отдельных слоев, объемы тел пирамидных нейронов (ядер и цитоплазмы), доли объемов мозга, занятые телами нейронов и нейропилем, плотность расположения клеток, не имели статистически достоверных отличий от аналогичных показателей в контроле. В то же время количественный анализ показал, что в неокортексе недоедавших взрослых животных наблюдается возрастание числа нейронов с признаками выраженного хроматолиза (5,3% от общего числа нейронов) и сморщенных гиперхромных нейронов (0,7%). В норме эти показатели составили 2,1% (хроматолиз) и 0,4 % (гиперхроматоз).

Более выраженные в сравнении с нормой изменения были выявлены при электронномикроскопическом изучении неокортекса недостаточно питавшихся взрослых мышей. Так, в перикарионе крупных пирамидных нейронов было отмечено появление большого числа вторичных лизосом, вакуолей и липофусциновых гранул. Одновременно наблюдается уменьшение числа канальцев гранулярной эндоплазматической сети и расширение цистерн аппарата Гольджи.

Результаты количественного анализа синаптических контактов на шипиковых выростах дендритов, проведенного в нейропиле V слоя, свидетельствуют о том, что ряд показателей в группе подопытных животных достоверно отличается от контроля: уменьшается число синаптических везикул (на 5%), сокращаются ширина синаптических щелей (на 14%) и толщина постсинаптических уплотнений мембран (на 10%), а также увеличение длины активных зон (на 3%). При исследовании конфигурации активных зон отмечено увеличение числа прямых* активных зон. Одновременно с этим обнаружены увеличение степени изменения структуры шипикового аппарата (на 21%) и уменьшение числа его цистерн (на 7%).

Изменения, наблюдаемые в коре мозжечка взрослых мышей, подвергнутых действию недостаточного питания, во многом повторяют картину изменений в неокортексе. Малобелковое питание взрослых мышей в течение месяца не приводит к достоверному изменению морфологических показателей общей гистоструктуры мозжечка (толщина коры мозжечка, его слоев, плотность расположения нейронов в отдельных слоях, объемы -тел клеток Пуркинье) в сравнении с контрольной группой. В то же время отмечается роет числа нейронов с признаками дистрофического характера: с признаками хроматолиза (от 3,6% в норме до 8,1% в опыте с недоеданием) и в меньшей степени выраженного гиперхроматоза (от 0,9% в контроле до 1,6% в опыте).

Ультрамикроскопические исследования показали, что у взрослых животных, содержавшихся на малобелковом рационе, значительно возрастает количество темных клеток Пуркинье (на 21% в сравнении с контролем). Субмикроскопические изменения в телах клеток Пуркинье подопытных животных менее выражены, чем в пирамидных

нейронах неокортекса, и состоят, главным образом, в увеличении числа вторичных лизосом и гранул липофусцина в перикарионе этих клеток. Количественный анализ в нейропиле молекулярного слоя коры мозжечка обнаружил сокращение доли площади аксонных терминалей, заполненных синаптическими пузырьками (на 10% в сравнении с контролем), уменьшение ширины синаптических щелей (на -7%) и толщины постсинаптического уплотнения мембран (на 8%); длина активных зон синапсов при этом увеличивается.

В гиппокампе взрослых животных, подвергнутых действию белково-энергетической недостаточности, измерение толщины слоев поля СА, а также дорсального и вентрального плечей гранулярного слоя зубчатой извилины гиппокампа, объемы тел, ядер и цитоплазмы клеток поля СА 1 гиппокампа, также не выявило статистически достоверных отличий от аналогичных показателей, характерных для контрольных животных, за исключением некоторого увеличения объемов цитоплазмы нейронов (на 23% в сравнении с нормой; р < 0,05). Так же как в неокортексе, в мозжечке увеличивается число нейронов с признаками хроматолиза; в опыте с недоеданием в str. oriens они составляют 7,4% от всей популяции нейронов (в норме - 3,4%; р < 0,001).

Таким образом, морфологическое изучение действия малобелкового питания показало, что оно оказывает отрицательное влияние на структурно-функциональное состояние нейронов мозга, увеличивая количество дистрофически измененных нейронов во всех изученных отделах мозга. Особенно демонстративны в этом отношении результаты ультрамикроскопических исследований, свидетельствующих о накоплении липофусцина в нейронах - своеобразном маркере старческих изменений в головном мозге [6, 7], и комплексе структурных изменений в синаптических контактах, являющихся проявлением затруднения медиаторной функции в группе подопытных животных.

ЛИТЕРАТУРА

1. Casper R. Nutrition and its relationship to aging// Exp. Gerontol. 1995.30. №3-4. P. 299-314.

2. Davison A.N. In: “Modification Cell to Cell signals Norm. And Pathol” Aging. Proc. NATO Adv. Res Workshop. Berlin. 1987. P. 1-16.

3. Hof P.R. et al. The neuropatliologieal changes associated with normal brain aging // Histol. Histopathol. 1996.JJL №4. P. 1075- 1088.

4. Lipman R. et al. Is late - life caloric restriction beneficial? //Aging (Milano). 1995.'7. №2. P. 136- 139.

5. Masoro E. Dietary restriction and aging//Exp. Gerontol. 1995. 30. №3-4. P. 291-298.

6. Moore W. et al. Lipofuscin accumulation in mouse brain with age: Effects of caloric restriction // Age 1995.18. №4. P. 217-218.

7. Porta E. Et al. Lipofuscin accumulation and cathepsin В activity in rat brain and heart during development and aging // Age. 1995. ]8. №4. P. 220.

8. Roth Get al. Slowing ageing by caloric restriction//Nat. Med. 1995.1. №5. P. 414-415:

THE. MORPHOLOGICAL CHANGES IN CEREBRAL BRAIN OF AGEING ANIMALS UNDER L.OW-

v PROTEIN MALNUTRITION

D.I. MEDVEDEV, N N. BOGOLEPOV, I.Z EREMINA, O.B. SAVROVA, I N. BOGOLEPOVA

Laboratory of experimental morphology, Scientific Research Institute of General and Clinical Pathology,

Russian Peoples'Friendship University Moscow, 117198. Mikiukho-Maklaya st.. 8

The main task of the study wfcs investigation the l-ffcCf of protein-energy undemutrition on brain histoslriiCture of ageing animals'. Ag’i-related mflipholbgieal changes were analyzed in: different brain ; regions (sensomotor cortex, cerebellum, hippocampus) using the experimental inode!;(low-protem diet feeding to nvice)„lt had been showij that protein-energy undemutrition lead to increase ofdystrophic changed neurons quantity. The electron-microscopic,analysis revealed the change for tlie worse of synaptic contacts parameters and growing of lipofuscin in neurons bodies.