CC BY
29
Теоретическая и экспериментальная
медицина
УДК 611.313.1/612.825:611.813.3/612.826.5:577.15.02]-018.1:599.323.4 Б.Я. Рыжавский, И.Р. Еременко, Д.И. Жильников, О.В. Лазинская
ОСОБЕННОСТИ НЕЙРОНОВ ПРЕФРОНТАЛЬНОЙ КОРЫ МОЗГА КРЫС ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АКСЕЛЕРАЦИИ
Дальневосточный государственный медицинский университет, 680000, ул. Муравьева-Амурского, 35, тел. 8-(4212)-76-13-96, e-mail: [email protected], г. Хабаровск
Резюме
Исследовалась префронтальная кора мозга 14-, 30- и 60-суточных крыс с экспериментальной акселерацией. Морфометрический анализ показал, что толщина слоя I дорсальной зоны, концентрация РНК в цитоплазме нейронов слоев II и V была во всех исследованных возрастных группах близкой и не имела достоверных межгрупповых различий. Морфометрическое изучение нейронов выявило статистически достоверное увеличение размеров ядер в нейронах слоя V у 30-суточных и 60-суточных крыс. У 14-суточных животных-акселератов имелось достоверное увеличение размеров цитоплазмы в нейронах слоя П, у 30-суточных - в слое V. У 30-суточных - были достоверно увеличены также размеры ядрышек.
Ключевые слова: мозг, развитие, акселерация, префронтальная кора.
B.Ya. Rizhavskii, I.R. Eremenko, D.I. Zhilnikov, О^. Lazinskaya
PECULIARITIES OF PRE-FRONTAL CORTEX OF THE BRAIN IN RATS EXPOSED TO EXPERIMENTAL ACCELERATION
Far Eastern state medical university, Khabarovsk Summary
The authors studied pre-frontal cortex of the brain in 14-, 30- and 60-days rats exposed to experimental acceleration. Morphometric analysis showed that the thickness of I layer of dorsal zone, RNA concentration in neurons cytoplasm in layer II and V age groups were similar in all examined age groups and did not demonstrate a reliable difference between groups. Morphometric study of neurons revealed statistically reliable increase of nuclei in the neuron layer V in 30-and 60-days old rats. 14-days animals accelerators demonstrated a reliable increase of cytoplasm size in layer V. 30-days old animals showed also significantly increased sizes of nucleoli.
Key words: brain, development, acceleration, pre-frontalal cortex development.
В работах, ранее выполненных в нашей лаборатории, было показано, что при экспериментальной акселерации, обусловленной уменьшением численности пометов крыс в однодневном возрасте, в последующем - в возрасте 5, 14, 30 суток, животные отличаются от контрольных большей массой и длиной тела, увеличенной массой гонад, гистологическими, гистохимическими признаками их опережающего развития по сравнению с контролем. В возрасте 40 и 60 суток выраженность отличий от контроля уменьшается, но они сохраняются [4, 5, 7]. При этом у подопытных крыс-акселератов были выявлены гравиметрические, морфометрические, гистохимические признаки опережающего развития головного мозга (ГМ). Они были найдены при изучении коры ГМ в переднетеменной и
собственно теменной доле неокортекса, а также в гип-покампе.
В настоящей работе исследовалась префронтальная кора (ПрФК) животных-акселератов. Она представляет собой переднюю часть лобных долей, в мозге человека включает в себя 9, 10, 11, 12, 46 и 47 поля, связана с другими кортикальными образованиями, субкортикальными и стволовыми нейронами. Интерес к этой зоне коры в значительной степени определяется тем, что дорсальная префронтальная кора тесно взаимосвязана с регионами мозга, обеспечивающими внимание, когнитивную деятельность и моторику, в то время как вентральная зона взаимосвязана с областями мозга, отвечающими за эмоции. Медиальная префронтальная кора участвует в генерации фазы «глубокого сна», и ее
атрофия связывается с сокращением его доли, ведет к ухудшению консолидации памяти. Важной особенностью префронтального отдела коры является то, что она формируется лишь на поздних этапах филогенеза, развита у приматов и наиболее выражена у человека [3, 10-12]. При этом в настоящее время продолжается дис-
Материалы
В работе исследовался ГМ крыс линии Вистар в возрасте 14, 30 и 60 суток, потомство 4-5-месячных самцов и самок. Все животные содержались одновременно в условиях одного вивария, корм и воду получали ad libitum. Экспериментальную акселерацию моделировали путем уменьшения численности пометов через сутки после родов. Исследовались 14-, 30-, 60-суточные крысы из искусственно уменьшенных (через сутки после рождения) пометов. В каждой экспериментальной возрастной группе было 3 помета, оставленное число крысят в каждом помете - 4. Контролем служили 14-, 30- и 60-суточные крысята из интактных пометов (по 2 помета каждой возрастной группы, число крысят в каждом помете - 10-13).
Забой животных контрольных и экспериментальных групп производили одновременно, декапитаци-ей. Определяли гравиметрические показатели: массу тела, головного мозга, правого полушария. Левое по-
куссия о природе префронтальной коры у видов, не относящихся к приматам. Получены данные, о том, что у крыс есть функционально разделенная префронтальная кора, имеющая свойства медиальной и орбитальной областей и некоторые особенности дорсолатеральной префронтальной коры у приматов [10-12].
и методы
лушарие фиксировали в жидкости Карнуа, заливали в парафин. Срезы толщиной 7 мкм, ориентированные перпендикулярно длиннику и поверхности полушария в зоне префронтальной коры (ПрК), на основании [13], готовили на микротоме фирмы Reichert, окрашивали 1% метиленовым синим и галлоцианином по Эйнар-сону на нуклеиновые кислоты [1]. Морфометрическое исследование проводили на препаратах ПрФК, окрашенных галлоцианином по Эйнарсону. Были произведены измерения площади сечения цитоплазмы, ядер и ядрышек нейронов. При помощи окуляр-микрометра МОВ-15 измеряли толщину слоя I дорсальной зоны ПрФК. В каждой зоне в каждом случае измеряли по 25 клеток в 5 полях зрения. На этих же препаратах на аппарате «Мекос» измеряли концентрацию РНК в цитоплазме данных клеток. Статистический анализ данных проводился с помощью программы Statistica 6.0.
Результаты
Масса ГМ и полушария у подопытных животных изученных возрастных групп превышала ее у контрольных (таблица). Изучение гистологических препаратов 14-, 30- и 60-суточных крыс показало, что в ПрФК как контрольных, так и подопытных, отсутствует разделение на серое и белое вещество. Это определяется тем, что в самой передней части полушария, где локализована ПрФК, серое вещество дорсолатеральной, медиальной и вентральной зон ПрФК «сходятся» в его центральной части, обусловливая отсутствие отграниченного от него белого вещества (рис. 1). Эти наши данные согласуются с микрофотографиями препаратов ПрФКв атласах ГМ крысы [13]. Деление на слои в связи с этим представляется затруднительным. Хорошо отграниченным при этом является слой I, образованный преимущественно нервными волокнами, содержащий небольшое число нейронов. Под ним располагается
и обсуждение
слой, соответствующий по топографии слою II, нейроны которого имеют небольшие размеры, располагаются на небольшом расстоянии друг от друга (рис. 1, 2). Остальные слои не имеют четких границ. В то же время, в глубине дорсальной ПрФК, находится слой, имеющий признаки слоя V (ганглиозного) -меньшую плотность расположения нейронов, более крупные размеры их перикарионов, большую базо-филию цитоплазмы, светлую кариоплазму, крупные ядрышки (рис. 1, 3). Однако, в связи с отсутствием четкой стратификации коры, по-видимому, этот слой ПрФК в мозге крысы более обоснованным будет называть внутренней зоной, а слой, расположенный под слоем I - наружной зоной. В соответствии с этими данными, морфометрическое изучение нейронов было проведено в слое II, четко отграниченном от слоя I, и во внутреннем слое коры, имевшем признаки, характерные для слоя V.
Таблица
Морфометрические особенности префронтальной коры крыс при экспериментальной акселерации
Возраст 14-суток 30-суток 60 суток
Показатель опыт контроль опыт контроль опыт контроль
Масса полушария 431±14,5* 397±6,4 550±10,5* 514±11,8 662±20,5* 592±36,3
Толщина слоя I, мкм 165±8,5 157±11 158±6,0 152±8,3 211±5,0 206±15
Цитоплазма, площадь, слой II, мкм2 55±1,6* 49,0±2,5 72±3,6 68,4±3,3 51±1,8 49±1,4
Ядра, площадь, слой II, мкм 2 83±3,2 73±4,3 104±3,8 100±4,0 75±4,0 70±3,4
Ядрышки, площадь, слой II, мкм2 4,9±0,18 4,6±0,23 6,3±0,36 5,7±0,22 4,6±0,2 4,8±0,33
Концентрация РНК в цитоплазме, слой II, усл. ед. 0,262±0,015 0,241±0,024 0,193±0,015 0,23±0,010 0,216±0,019 0,222±0,023
Цитоплазма, площадь, слой V, мкм2 65±2,9 66±3,6 91±6,0* 75±3,0 61±4 54±1,4
Ядра, площадь, слой V 100±4,8 96±4,6 126±7,4* 109±4,6 81±5,0* 68±1,8
Ядрышки, площадь, слой V, мкм 2 5,5±0,26 5,4±0.2 8,0±0,51* 6,6±0,2 5,9±0,4 5,3±0,24
Концентрация РНК в цитоплазме, слой V, усл. ед. 0,255±0,05 0,310±0.011 0,254±0,02 0,222±0,015 0,24±0,021 0,268±0,022
Размеры нейронов, мкм2, слой II слой V 137±3,7* 165±5,8 101±3,6 151±5,7 176±5,9 216±12,9* 169±7,2 184±7,8 125±5,6 143±9,3* 119±2,6 121±2,1
Рис. 1. Префронтальная кора 14-суточной крысы. Вверху - дорсальная зона, внизу - вентральная. Окраска галлоцианином. Увеличение 4*10
Рис. 2, 3. Префронтальная кора 14-суточной крысы. Слой II (рис. 2), слой V (рис. 3). Окраска галлоцианином. Увеличение 100*10
Морфометрический анализ показал, что толщина слоя I дорсальной зоны ПрФК была во всех исследованных возрастных группах близкой и не имела достоверных межгрупповых различий (таблица). Морфометрическое изучение нейронов выявило статистически достоверное увеличение ядер в нейронах слоя V у 30-суточных и 60-суточных крыс. У 14-су-точных животных-акселератов имелось достоверное увеличение площади сечения цитоплазмы в нейронах слоя II, у 30-суточных - в слое V. У последних были достоверно увеличены также размеры ядрышек. В результате увеличения площади сечения как ядер, так и цитоплазмы нейронов, размеры их перикарионов в ПрФК у подопытных крыс были больше, чем у контрольных (статистически достоверно в слое II у 14-су-точных, в слое V - у 30- и 60-суточных животных (таблица).
Концентрация РНК в цитоплазме нейронов слоя II и V ПрФК не имела статистически значимых различий в мозге животных всех возрастных групп (таблица). Оценивая это, следует учитывать большие размеры перикарионов в коре у подопытных крыс и, по-видимому, большие размеры их отростков (в связи с большей массой/размерами мозга и полушарий. В связи с этим можно высказать предположение, что содержание РНК в «пересчете на нейрон» у подопытных животных большее, чем в контроле. Однако, данное предположение требует проверки.
Описанные морфометрические особенности нейронов, согласно данным литературы, можно, по-видимому, расценивать как свидетельство их большей, чем у контрольных крыс, функциональной активности [2, 9]. При этом заслуживает внимания тот факт, что выявленные при изучении ПрФК отличия нейронов по направленности однотипны с описанными ранее в неокортексе переднетеменной и собственно теменной доли а также в гиппокампе у крыс-акселератов [4-6]. Эта однонаправленность изменений нейронов коры разных отделов мозга, в сочетании с другими мор-фофункциональными особенностями, отмеченными ранее, подтверждает положение о том, что развитие мозга при экспериментальной акселерации происходит опережающими темпами [4-7].
Изложенные данные об особенностях ПрФК согласуются также с ранее полученными материалами о том, что исследованные в настоящей работе крысы-акселераты в 25-суточном возрасте отличались от контрольных (по медиане) в 1,5 раза большим временем стоек и в 1,4 раза их количеством, а также большим временем пребывания в открытых рукавах лабиринта и большим числом выходов в них. Эти отличия расцениваются как свидетельство большей исследовательской активности 25-суточных крыс с экспериментальной акселерацией [8].
Таким образом, ПрФК ГМ крыс-акселератов, как и кора переднетеменной и собственно теменной долей гиппокампа, имеет ряд морфометрических отличий от контрольной. Эти отличия могут, с одной стороны, рассматриваться как один из факторов, определяющих выявленные ранее особенности поведения подопытных животных, а с другой - как способные влиять на функциональные свойства ГМ в последующем.
Литература
1. Бухвалов И.Б. Руководство. Микроскопическая техника. - М.: Медицина, 1996. - 545 с.
2. Герштейн Л.М., Сергутина А.В. Некоторые мор-фохимические особенности гиппокампа крыс, различающихся по двигательной активности в «открытом поле // Нейрохимия. - 2003. - Т. 20, № 2. - С. 116-119.
3. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. - 6-е изд. -Academia, 2008. - 384 с.
4. Рыжавский Б.Я., Лазинская О.В. Особенности головного мозга крыс при экспериментальной акселерации // Морфология. - 2017, № 3. -С. 99-100.
5. Рыжавский Б.Я., Литвинцева Е.М., Учакина Р.В. Влияние численности пометов крыс на показатели развития мозга, гонад и надпочечников // Дальневосточный медицинский журнал. - 2009. - № 1. -С. 85-87.
6. Рыжавский Б.Я., Литвинцева Е.М., Учакина Р.В. Сопоставление величины массы мозга с морфометри-ческими и гистохимическими характеристиками нейронов коры, показателями высшей нервной деятельности у крыс в препубертатном периоде онтогенеза // Бюл. эксперим. биологии и медицины. - 2009. - Т. 148, № 8. - С. 236-240.
7. 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.
8. Ткач О.В., Демидова О.В., Рыжавский Б.Я. Особенности поведения одномесячных и двухмесячных крыс при акселерации // Дальневосточный медицинский журнал. - 2015. - № 3. - С. 86-89.
9. Ченцов Ю.С. Общая цитология. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 384 с.
10. Goldman-Rakic P.S., Porrino L.J. The primate mediodorsal (MD) nucleus and its projection to the frontal lobe // J Comp Neurol. - 1985. - Vol. 242 (4). -P. 535-560.
11. Preuss TM. Do rats have prefrontal cortex? The rose-woolsey-akert program reconsidered // J. Cogn. Neurosci. 1995. - Vol. 7 (1). - P. 1-24.
12. Uylings H.B., Groenewegen H.J., Kolb B. Do rats have a prefrontal cortex? // Behav Brain Res. - 2003. -Vol. 146 (1-2). - P. 3-17.
13. Watson C., Paxinos G. The Rat Brain in stereotak-sis coordinates. - London, San Diego: Academic Press, 2007. - 456 р.
Literature
1. Bukhvalov I.B. A guide. Microscopic equipment. -M.: Medicine. - 1996. - 545 p.
2. Gershtein L.M., Sergutina A.V. Some morpho-chemical features of the hippocampus of rats that differ in motor activity in the 'open field' // Neurochemistry. -2003. - Vol. 20, № 2. - P. 116-119.
3. Luriya A.R. Fundamentals of neuropsychology. -6th Edition. Academia, 2008. - 384 p.
4. Ryzhavsky B.Ya., Lazinskaya O.V Peculiarities of rat' brain in experimental acceleration // Morphology. -2017. - № 3. - P. 99-100.
5. Ryzhavsky B.Ya., Litvintseva E.M., Uchakina R.V Effect of litter size on indices of brain, gonads and adrenal development of rats // Far Eastern Medical Journal. -2009. - № 1. - P. 85-87.
6. Ryzhavsky B.Ya., Litvintseva E.M., Uchakina R.V Comparing the value of brain mass with mor-phometric and histochemical characteristics of neurons, indices of higher nervous activity in rats in prepubertal ontogenesis // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. - 2009. - Vol. 148, № 8. -P. 236-240.
7. Ryzhavsky B.Ya., Tkach O.V Morphological peculiarities of rats' brain in acceleration during neonatal ontogenesis // Pacific Medical Journal. - 2016. - № 2. -P. 93-96.
8. Tkach O.V., Demidova O.V, Ryzhavsky B.Ya. Behavioral peculiarities of one and two-month old rats in acceleration. // Far Eastern Medical Journal. - 2015. -№ 3. - P. 86-89.
9. Chentsov Yu.S. Fundamentals of Cytology. - M.: Publishing House of MSU. - 2005. - 384 p.
10. Goldman-Rakic P.S., Porrino L.J. The primate mediodorsal (MD) nucleus and its projection to the frontal lobe // J Comp Neurol. - 1985. - Vol. 242 (4). - P. 535-560.
11. Preuss TM. Do rats have prefrontal cortex? The rose-woolsey-akert program reconsidered // J. Cogn. Neurosci. 1995. - Vol. 7 (1). - P. 1-24.
12. Uylings H.B., Groenewegen H.J., Kolb B. Do rats have a prefrontal cortex? // Behav Brain Res. - 2003. -Vol. 146 (1-2). - P. 3-17.
13. Watson C., Paxinos G. The Rat Brain in stereotak-sis coordinates. - London, San Diego: Academic Press, 2007. - 456 p.
Координаты для связи с авторами: Рыжавский Борис Яковлевич - д-р мед. наук, профессор, зав. кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии ДВГМУ, тел. 8-(4212)-76-13-96; Еременко Инна Рамазановна - канд. мед. наук, доцент кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии ДВГМУ; Жильников Дмитрий Игоревич - аспирант кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии ДВГМУ; Лазинская Ольга Владимировна - доцент кафедры биологии ДВГМУ.
□□□
