Изменение площади клеток Пуркинье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе у белой мыши

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

99

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1

УДК 612.827 : 612.76 С.А. Есаков

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОЩАДИ КЛЕТОК ПУРКИНЬЕ КОРЫ МОЗЖЕЧКА В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ У БЕЛОЙ МЫШИ

На 30 белых нелинейных мышах в возрасте от 1 до 15 дней были проведены морфологические исследования по изучению динамики изменения площади клеток Пурки-нье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе. Было обнаружено, что дифференци-ровка клеток Пуркинье происходит на 6-е сутки постнатального развития мышонка. Были выявлены два скачкообразных увеличения размеров клеток Пуркинье (на 7-й и 11-й дни). Кроме этого обнаружено, что в период с 12-го по 14-й день постнатально-го онтогенеза белой мыши происходит достоверное снижение площади клеток Пур-кинье, что, видимо, указывает на их функциональное созревание.

Ключевые слова: мозжечок, клетки Пуркинье, постнатальный онтогенез, белая мышь.

Мозжечок на протяжении многих лет остается привлекательным отделом в изучении центральной нервной системы для нейрофизиологов и ней-роморфологов, так как он является главным центром сенсомоторного управления на уровне ствола головного мозга. Большинство работ посвящено в основном физиологическим аспектам деятельности мозжечка [1-6], в то время как морфологические характеристики его основных клеток оставались слабо изученными. Прежде всего, это касается клеток Пуркинье. Известно, что клетки Пуркинье - это единственные эфферентные нейроны коры мозжечка, посылающие свои аксоны к церебеллярным ядрам [7]. Кроме того, известно, что уровень функционирования клеток зависит от морфологической их зрелости, однако этот вопрос в литературе практически не освещен. Это и стало предметом нашего исследования.

Материал и методика исследования

Для выполнения поставленных задач нами были проведено морфологическое исследование 30 белых нелинейных мышей обоего пола в возрасте от 1 до 15 дней. После введения животному внутрибрюшинно летальной дозы (160 мг/кг массы тела животного) тиопентала натрия производилась перфузия и извлечение головного мозга. Далее проводилась фиксация мозга в 10%-м растворе формалина не менее суток. На замораживающем микротоме изготовлялись срезы толщиной 30-50 мкм. Полученные срезы окрашивались по методике Ниссля раствором метиленового синего [5]. После окраски срез фиксировался на предметном стекле с помощью полистирола. Фотографирование препаратов производилось с помощью цифрового фотоаппарата марки «Canon A410» через окуляр микроскопа при суммарном увеличении в 1003,2 раза. Площадь клеток вычислялась с помощью компьютерной программы Image-Pro Plus 3.0 Demo. Статистическую обработку результатов и графическое представление данных производили с помощью компьютерных программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel-97.

Результаты и их обсуждение

В результате проведенного исследования было выявлено, что в первый постнатальный день жизни у мышонка нет дифференцированных клеток (рис. 1а). Известно, что к моменту рождения кора и ядра мозжечка не достигают своей морфологической зрелости. В мозжечке новорожденных животных клетки Пуркинье ещё не дифференцированы, и развитие их дендритов начинается в первые дни после рождения, что совпадает с началом миграции клеток-зерен из наружного зернистого слоя во внутренний и образованием молекулярного слоя, включающего системы параллельных волокон, формирование которых у мышей завершается к 20 - 25-му дню постнатальной жизни [8].

В нашем исследовании показано, что у мышей можно четко дифференцировать клетки Пуркинье только к 6-му дню постнатальной жизни (рис. 1в), когда происходит становление ганглиозного слоя коры и уже четко определяется однослойный ряд грушевидных клеток (первый критический период). Сроки формирования структур мозжечка и дифференцировки составляющих их нейронов существенно отличаются у разных видов животных, однако основные принципы развития этого отдела ЦНС сходны. Из литературы известно, что, например, у мелких грызунов (мышей, крыс) клетки Пуркинье формируются на 11-13-й дни эмбриогенеза, мигрируют в закладку мозжечка, где образуют многорядный слой, который в течение первых десяти дней после рождения трансформируется в однорядный. У крысы, в частности, к 3-му дню по-стнатального развития ганглиозный слой коры мозжечка становится однорядным - клетки Пуркинье расположены как у взрослого животного [8; 9]. У котят клетки Пуркинье дифференцируются уже в первый день постнатального онтогенеза, а к 42 - 45-м суткам постнатальной жизни приобретают дефинитивную форму [10; 11].

На 7-е сутки жизни происходит резкий скачок (на 55,7%) в увеличении площади клеток Пуркинье (второй критический период) (рис.1г). Это, видимо, связано с тем, что в это время происходит заметное увеличение разнообразия в движениях мышонка, к тому же движения становятся более координированными.

С 7-го по 10-й день жизни животного происходит плавное увеличение площади клеток Пуркинье (рис. 1г, д, е, ж), в то время как на 11-е сутки наблюдается второе скачкообразное увеличение размеров грушевидных клеток (на 25,0%) (третий критический период) (рис. 1з). Кроме того, на 11-е сутки жизни мышонка отмечаются максимальные значения площади клеток Пуркинье (среднее значение 194,08 мкм2) (рис.2, табл. 1). Это, скорее всего, объясняется тем, что на 11-12-е сутки происходит открывание глаз у мышонка. Это важное событие приводит к резкому увеличению репертуара движений, которые характеризуются более совершенной координацией.

Кроме того, было обнаружено, что с 12-го по 15-й день наблюдается достоверное уменьшение клеток в среднем на 9,8% (четвертый критический период) (рис.1 и, к, л, м). Видимо, этот факт отражает их функциональное созревание. Также известно, что возрастной период 12 - 14 дней характеризуется важными изменениями и в функциональной организации мотонейронов коры головного мозга. В частности, значительно уменьшаются пороговые токи вызова двигательных ответов при микростимуляции моторного неокор-текса белой мыши.

Изменение площади клеток Пуркинье... 101

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1

Рис.1. Микрофотографии срезов коры мозжечка белой мыши в разные возрастные периоды (толщина 30-50 мкм; общее увеличение х 1003,2): а) 1 день; б) 5 дней; в) 6 дней; г) 7 дней; д) 8 дней; е) 9 дней; ж) 10 дней; з) 11 дней; и) 12 дней; к) 13 дней; л) 14 дней; м) 15 дней

250 200

1 150

2 100

со

50 0

*** *** ***

1kick - -kick =

"kick ieick

/ J* J* J' J* J* J' J*

<Ь* ^ ** ^ ^ ^

дни

Рис.2. Площадь клеток Пуркинье в коре мозжечка белой мыши в разные возрастные периоды постнатального онтогенеза (n=975): *** - P < 0,001

Изменение площади клеток Пуркинье.

103

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1

Таблица 1

Средние площади клеток Пуркинье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе у белой мыши

Возраст, сут. n S, мкм2 ±m SD

5 30 63,09 2,57 14,09

6 20 64,82 3,52 11,12

7 20 100,92*** 2,86 12,79

8 190 123,55 *** 2,59 35,80

9 59 132,09 *** 2,92 22,43

10 75 155,21*** 4,58 39,18

11 169 194,08*** 3,18 41,29

12 111 184,21*** 3,19 33,49

13 154 180,41 2,68 33,23

14 78 161,49 *** 2,90 25,62

15 69 181,12 *** 2,79 23,14

Примечание. *** - p < 0,001

Таким образом, на основании полученных результатов можно говорить о том, что развитие клеток Пуркинье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе у белой мыши происходит неравномерно с наличием нескольких критических периодов.

Выводы

1. В морфологическом развитии клеток Пуркинье коры мозжечка в постнатальном онтогенезе у белой мыши выделяются четыре критических периода.

2. Клетки Пуркинье у мышат дифференцируются к 6-м суткам постна-тальной жизни, образуя однорядный ганглиозный слой (1-й критический период).

3. На 7-е сутки жизни мышонка происходит резкий скачок (на 55,7%) в увеличении площади клеток Пуркинье (2-й критический период).

4. На 11-е сутки наблюдается второе скачкообразное увеличение размеров грушевидных клеток (на 25,0%) (3-й критический период) и в это же время отмечаются максимальные значения площади клеток Пуркинье.

5. С 12-го по 14-й день наблюдается достоверное уменьшение размеров грушевидных клеток коры мозжечка в среднем на 9,8% (4-й критический период).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фанарджян В.В. Мозжечок и организация поведения: сравнительно-

физиологический аспект (обзор) // Журн. эвол. биохим. и физиол. - 2000. - Т. 36,

№ 3. - С. 178-183.

2. Фанарджян В.В. Тормозные механизмы мозжечка. Функциональные особенности (обзор) // Успехи физиол. наук. - 1992. - Т. 23, № 4. - С. 3-29.

3. Fukushima K., Fukushima J., Kaneko C.R., Fuchs A.F. Vertical Purkinje cells of the monkey floccular lobe: simple-spike activity during pursuit and passive whole body rotation // J. Neurophysiol. - 1999. - Vol. 82, № 2. - P. 787-803.

4. Robinson F.R. Role of the cerebellum in movement control and adaptation // Curr. Opin. Neurobiol. 1995. - Vol. 5, iss. 6. - P. 755-762.

5. Their P., Dicke P.W. Haas R., Barash S. Encoding of movement time by populations of cerebellar Purkinje cells // Nature. - 2000. - Vol. 405, № 6782. - P. 72-76.

6. Аматуни А.С. Функциональная организация и участие центральных ядер мозжечка в интегративной деятельности мозжечка. - Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1987. - 273 с.

7. Микроскопическая техника: Руководство / Под ред. Д. С. Саркисова, Ю.Л. Перова. - М.: Медицина. 1996. - 544 с.

8. Викторов И.В. Развитие нейронов в органотипической культуре мозжечка новорожденной мыши // Нейронные механизмы интегративной деятельности мозжечка. - Ереван, 1983. - С. 15-21.

9. Викторов И.В. Современные представления о функциях мозжечка. Морфогенез клеток Пуркинье in vitro и in situ // Функциональная эволюция ЦНС. - Л.: Наука, 1983. - С. 10-15.

10. Олейник Т.Л., Григорьян Р.А. Морфометрические показатели хода созревания клеток Пуркинье мозжечка у котят // Журн. эвол. биохим. и физиол. - 2005. - Т. 41, № 3. - С. 79-89.

11. Котенкова Е.В., Мешкова Н.Н., Шутова М.И. О крысах и мышах. - М.: Наука, 1989. - 176 с.

Поступила в редакцию 04.05.08

S.A. Esakov

Change in the area of Purkinje cells of cerebellar cortex in postnatal ontogenesis by white mouse

At 30 white nonlinear mice in age from 1 to 15 days have been lead morphological researches on studying dynamics of change of the area of Purkinje cells of cerebellar cortex in postnatal ontogenesis. It was discovered, that the differentiation of Purkinje's cells occurs to the 6th day of the postnatal development of little mouse. Two spasmodic increases in the sizes of the cells of Purkinje were revealed (on the 7th and 11th days). In addition to this it is discovered, that in the period from the 12th on the 14th day postnatal ontogenesis of white mouse occurs reliable reduction in the area of Purkinje's cells, that, apparently, he indicates their functional ripening.

Есаков Сергей Анатольевич

ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 1) Е-mail: tinco@udm.ru