Пластичность нервной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЛАСТИЧНОСТЬ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Давно известна и часто используется в научно-популярной литературе фраза, что мозг - это жидкий кристалл. Эта фраза при всей своей кажущейся тривиальности несет в себе обширное смысловое значение, которое и по настоящее время требует весьма пристального рассмотрения. Морфологическая организация нервной системы, особенно центрального его отдела, весьма значима не только с точки зрения анализа информации, но и ее хранения. В эволюции нервная система описывается уже у кишечнополостных, где она имеет эктодермальное происхождение и сформирована двумерной сетью нейронов, связанных с сенсорными эпителиоцитами. Нейроны связаны между собой синаптическими контактами и способны к формированию медленноволновой спонтанной активности. ЦНС у кишечнополостных не формируется, пусть и у некоторых видов нервные клетки могут образовать примитивные клеточные скопления. У червей образование значительных скоплений нейронов уже можно с некоторой натяжкой считать проявлениями примитивной ЦНС. Модифицируясь и в какой-то степени усложняясь, такой ганглионарный тип организации ЦНС наблюдается у членистоногих и моллюсков. Более сложно устроена ЦНС у осьминогов и кальмаров, определяя их довольно сложную поведенческую активность.

Совершенно по другом принципу организуется ЦНС у хордовых. Развиваясь из иного, по сравнению с нехордовыми животными зачатка, ЦНС у них образует нервную трубку. По мере усложнения эволюционной организации, головное утолщение нервной трубки формирует наиболее сложно и совершенно устроенные структуры головного мозга (Слоним А.Д., 1967; Эрман Л., Парсонс П., 1985).

Даже в пределах отдельного вида у высших позвоночных можно встретить весьма существенные колебания индивидуальных ответов. Особенно значимы эти различия у высших млекопитающих, и в первую очередь у человека. Тогда само по себе создается предположение о весьма значительном разнообразии структурной организации мозга, которая усиливается в ходе его усложнения в эволюции.

Резкое усложнение нервной системы, и особенно центрального ее отдела, у млекопитающих чрезвычайно расширило возможности мозга к анализу и сохранению информации. В то же время важным элементом деятельности мозга является сохранение структурной организации мозга. Стабильность основных ее составляющих элементов может явиться основой для сохранения индивидуальных особенностей, поддержания долговременной памяти. По сути, мозг является неким объемным накопителем информации. Трехмерная пространственная организация нервной системы создает неоспоримые преимущества, позволяющие значимо увеличить ее способность к сохранению максимального объема информации. Это настолько значимо расширяет возможности мозга, что создает предположение о способности мозга сохранять в памяти все события, имевшие место в жизни индивида. С учетом значительного объема мозга человека это вполне возможно. Уменьшение абсолютного количественного содержания элементов мозга, исходя из последнего положения, должно значимо уменьшать его мнестические возможности. Это предположение подтверждается данными о том, что у животных с более примитивными нервными системами сохранение условных рефлексов обычно носит кратковременный характер, в то время как млекопитающие, например слоны, отличаются хорошей способностью к запоминанию.

Обширные мнестические возможности мозга, с другой стороны, сопровождаются проблемами избирательного воспроизведения нужной именно в данный конкретный момент информации. Эта избирательность, во всяком случае у высших млекопитающих, обеспечивается специализированными центрами мозга. К ним можно отнести гиппокамп, а также, в какой-то степени, обонятельные зоны мозга.

Признавая роль так называемых центров памяти, в то же время нельзя не указать, что они, вероятно, контролируют процессы воспроизведения, но это вовсе не значит, что мнестические функции не ложатся и на другие мозговые центры. В частности, различные специализированные центры мозга могут служить не только механизмами анализа внешних и внутренних стимулов, но и составлять основу для поддержания стандартных поведенческих операций, контроля над базовыми, безусловно-рефлекторными, инстинктивными ответами организма (Роуз С., 1995).

Участкам ассоциативной коры млекопитающих приписывается функция формирования условных рефлексов, обеспечения многих проявлений высшей нервной деятельности, особенно связанных с процессами обучения, эмоционально-волевым компонентом поведения.

Комплекс структурно-функциональных взаимодействий различных отделов мозга служит основой для интеграции жизнедеятельности животного в соответствии с изменениями внешней и внутренней среды. У высших млекопитающих, и в особенности у человека, усложнение структуры мозга облегчает их приспособление к конкретным условиям существования, расширяет приспособительные возможности (Максимова О.А., Балабан П.М., 1984; Балабан П.М., Захаров И.С., 1992). В связи с этим бесценную роль играет приобретенный в ходе жизнедеятельности личный опыт. Это позволяет животному и человеку подобрать оптимальные способы приспособления к конкретным, подчас весьма разнообразным внешним условиям.

Однако и по настоящее время актуальным остается вопрос собственно о самих механизмах памяти. В связи с этим особенно важен вопрос о пластичности нервной системы.

Наряду с достаточной устойчивостью морфологической и функциональной организации нервной системы, пластичность является ее важнейшим свойством. Как уже указывалось, морфологическая стабильность строения нейронных ансамблей и межнейронных взаимодействий создает предпосылки для сохранения поведенческих, мнестических, индивидуальных особенностей. В то же время не менее важна способность нервной системы к постоянному изменению, формированию новых функциональных взаимодействий, без чего обучение было бы вообще невозможно. Если принимать во внимание то, что у многих животных формирование условных рефлексов невозможно, или, во всяком случае, весьма затруднительно, а у других, в том числе у человека и других высших млекопитающих, является важнейшей основой их жизнедеятельности, то можно предполагать, что в основе функционирования нервной ткани данных систем могут лежать несколько иные механизмы. При этом данные механизмы вряд ли ограничиваются одними нейронами как единицами функционирования нервной системы, которые, как известно, по данным классической нейрофизиологии, имеют схожие принципы организации у разных животных. Эти механизмы могут быть обусловлены как чрезвычайным усложнением межнейронных взаимодействий и специфическими особенностями специализации последних, так и могут быть связаны с особенностями организации нейроглии.

Общеизвестно, что у млекопитающих происходит не увеличение, а уменьшение численности популяции нейронов в постнатальном онтогенезе, таким образом, научение и формирование новых поведенческих актов у них происходит явно не за счет роста и развития нервной ткани. Этот процесс еще может быть связан с усложнением и увеличением контактных межнейронных взаимодействий в ранние сроки после рождения, но по достижению полового созревания эти структуры также количественно существенно не возрастают. Остается предположить, что в основе процессов научения лежат тонкие макромолекулярные изменения в нейронах или динамика глиальной организации мозга.

Вопрос усложнения межнейронных взаимодействий после рождения был и остается актуальным. На сегодня представляется неоспоримым тот факт, что данный механизм имеет место. У человека и млекопитающих он наиболее выражен в ранние сроки после рождения, но сохраняется вплоть до взрослого состояния и даже старости. Этот процесс может быть связан с прорастанием нервных отростков, образованием ими новых ветвлений (особенно дендритов, терминальных участков и коллатералей аксона) и синапсов. Это явление показано в многочисленных исследованиях, посвященных онтогенезу. Возможность прорастания отростков предполагается и в ряде экспериментальных работ. Так, выявляется, что и в корковых, и стволовых отделах мозга после рождения существенно усложняется число и степень ветвлений дендритного дерева, возрастает число шипиков, как признаков постсинаптических образований. Это сопровождается значительным увеличением объема нейропиля и мозга в целом. В то же время этот механизм после рождения имеет существенное значение, повидимому, лишь в динамике локальных межнейронных взаимодействий, так как показано блокирующее влияние нейроглии, и в первую очередь астроцитов, в формировании новых лонгитудинальных взаимодействий в ЦНС. Этому препятствует в том числе и малый объем межклеточного вещества в ЦНС, что существенно затрудняет рост нервных волокон, являясь механическим препятствием. Способность к перераспределению объема отростков, их длины, способность к локальным перемещениям астроцитов является известным фактом. Это может быть одним из механизмов прорастания отростков нервных клеток, значимым при формировании дендритов и местных ветвлений аксонов, но не для мозга в целом.

В течение ХХ в. и по настоящее время ведущий интерес вызывали динамические перестройки нейронов, которые рассматривались и рассматриваются как основа обучения и памяти. Во второй половине ХХ в. важную роль в объяснении механизмов памяти приписывали химическим макромолекулярным соединениям. В частности, активно дискутировался вопрос о роли РНК, как возможном носителе памяти. Придавалось значение липидам, внутриклеточным белковым комплексам в нейроне и т. д. Особенное значение придавалось модификациям макромолекул в механизме некоторых видов памяти (Соколов Е.Н., 1981; Сторожук В.М., 1986; Котляр И., 1989). Однако уже с 60-х гг. прошлого века стало ясно, что вряд ли в основе памяти лежит лишь один механизм, а пластичность нейрона и нервной ткани предполагает различные механизмы сохранения информации.

В их числе предполагается и пластичность нейроглиальных взаимоотношений. В частности, по аналогии с другими тканями возможны реципрокные взаимодействия, во многом повторяющие процессы в пренатальном развитии. В такой модели предполагается, что динамика активности нейрона в соответствии с изменением его стимуляции может существенно варьировать его взаимодействие с окружающими глиальными структурами, что вторично меняет их активность, стимулируя синтетические процессы, выработку биологически активных факторов, аналогичную в ходе нейрогенеза. Это может быть фактором, обеспечивающим формирование новых межнейронных контактов и функциональных связей нервных клеток, обеспечивающих следовую помять. Важной в этом случае была бы способность нейронов к реактивации локусов ДНК с образованием эмбриональных модификаций белковых комплексов, что могло бы стимулировать соответствующие реакции нейроглии с выработкой последней биологически активных факторов, моделирующих процессы нейрогенеза. Со стороны нейроглии, однако, включение эмбриональных боксов ДНК представляется не столь обязательным, так как и у зрелых астроцитов, и олигодендроцитов сохраняется способность к активному перемещению и, возможно, к делению.

Согласно указанной точке зрения, изменение пространственной и функциональной организации нейроглиальных ансамблей является показателем динамики функциональной активности и, возможно, мнестических процессов в мозге. Это тем более важно с учетом способности астроцитов к модуляции и интеграции межнейронной передачи. Таким образом, показателем изменения направления развития и функции мозга, в числе прочего, может служить и динамика глиального окружения, в первую очередь астроцитов. Данное предположение согласуется с многочисленными морфофункциональными исследованиями глиоархитектоники мозга. В частности, обнаруживается высокая динамичность строения астроцитов, особенностей их распределения как в ранние сроки разнообразных воздействий на мозг, так и особенность организации нейроглиальных ансамблей в отдаленном периоде после воздействий. Нейроглиальные взаимоотношения чрезвычайно важны для нормальной функции головного мозга. Нейроглия поддерживает постоянство экстрацеллюлярного матрикса. Глиальные клетки - это структурные и функциональные системы, обеспечивающие медленные сигналы между собой и нейронами. Они влияют на нормальную синаптическую передачу и на ее нарушение при нервных заболеваниях. За ними закреплена функция повышения пластичности при нарушениях в нервной системе (Banati R.B., 2003). Показано, что именно астроциты первыми, еще до реакций нейронов, реагируют на травмы черепа спустя 0,5-24 ч после повреждения (Zhao X. et al., 2003). Это установлено с помощью иммуногистохимических методов выявления глиального фибриллярного кислого белка и глютамин синтетазы. При этом обнаруживается, что изменения в структуре и функции астроцитов тем существеннее, чем раньше в постнатальном онтогенезе произошло то или иное повреждающее или экстремальное воздействие. Обнаруживается также усиление дивергентного характера организации нейроглии, а в соответствии с этим и ангиоархитектоники с увеличением сроков воздействия. Создается впечатление, что отдаленные сроки после экстремальных воздействий и при непосредственных повреждениях мозга характеризуются динамикой в первую очередь именно глиально-трофического окружения. Реакции же собственно самих нейронов проявляются в поздние сроки, в первую очередь в виде очаговой гибели нервных клеток и компенсаторной гипертрофии, с гиперплазией отростков оставшихся клеток. Данное предположение подкрепляется нейрофизиологическими данными об изменении медленных потенциалов соединений в ходе индивидуального обучения. Данные изменения могут быть временными, либо вести к формированию устойчивых функциональных взаимосвязей, сопровождающихся динамикой нейронной организации. Таким образом, для фиксации в мозгу следов памяти - энграмм - требуется время. Эта динамика вполне сопоставима с динамикой изменений в комплексной организации нервного центра. В этом отношении весьма показательна динамика посттравматических и постэпилептических нарушений памяти. Выявлено, чем далее по времени отстоит процесс сохранения следовой информации, тем с большей степенью вероятности он будет сохранен при повреждении (Chorover S.L., Schiller P.H., 1965).

Таким образом, одним из механизмов памяти может быть структурно-функциональная перестройка нейроглии под действием сильного возбуждающего сигнала в нейронах, с развитием гиперкалиемии в перинейральном пространстве, массовом выделении нейромедиаторов и нейромодуляторов, изменении скорости энергетических процессов. Реакции астроцитов с последующим формированием кальциевых волн и сокращения и (или) набухания астроцитов могут изменять пространственную организацию перинейронального окружения и обеспечивать формирование нейронами новых отростков, с возможностью образования новых связей. Последнее обстоятельство ведет к образованию устойчивых следовых изменений в нервной ткани, обеспечивая долговременную память. Как видно из предположения, на эти процессы требуется значительный промежуток времени. Новая сигнальная информация, накладываясь на уже устойчивую систему, пополняет ее, добавляя новые взаимодействия к уже имеющимся структурным и функциональным связям. Это и ведет к дивергентной направленности изменений в нейроглиальных ансамблях, усиливающихся во временном аспекте.

Немаловажное значение в ходе межклеточных взаимодействий и поддержании ГЭБ играет содержание внутриклеточного кальция в эндотелиоцитах, но это играет роль лишь в условиях повреждения (гипоксия, гипогликемия) (Rachel C. et al., 2004).

Значимой представляется способность нейроглии влиять на скорость и степень ангиогенеза (Shiratsuchi T. et al., 1997). Это может указывать на то, что в ЦНС имеются структуры, которые могут выполнять первичную гомеостатическую функцию. Астроциты, в соответствии с энергетическими потребностями, способны специфически регулировать сосудистый тонус, расширяя при необходимости регионарные артерии (Ройтбак А.И., 1993; Murphy S. et al., 1994). Стимуляция астроцитов может вызвать синтез ими вазоактивных веществ: простагландинов, активирующего фактора тромбоцитов, закиси азота (Pearce B., Wilkin G.P., 1995). Нейроглия оказывает влияние и на процессы ангиогенеза (Assimakopoulou M., 1997), выделяя, в числе прочих, фактор роста сосудистого эндотелия (Cheng S.Y., 1997). Данный гормон оказывает мощное стимулирующее действие на ангиогенез в зонах повреждений и участвует в опосредовании нарушений гематоэнцефалического барьера (Nag S., 1997). Фактор роста сосудистого эндотелия является важным в формировании кровеносного русла в ЦНС и активно выделяется астроцитами при недостаточной оксигенации (Ment L.R. et al., 1997).

Учитывая роль нейроглии, и в особенности астроцитов, нами была предпринята попытка выяснить динамику изменений в глиоархитектонике при разнообразных воздействиях. В качестве модели была рассмотрена амблиопия, которая изучалась на крысах совместно с О.А. Корепановой (2006). Амблиопия моделировалась у крысят в сроки, соответствующие прорезыванию глаз. Для ее моделирования под обезболиванием в правый глаз закапывался раствор колларгола, который вызывал последующее помутнение роговицы. Изменения в мозге исследовали в ранние (от 1 до 30 суток) и поздние (до 9 мес.) сроки после воздействия комплексом гистологических, гистохимических и иммуногистохимических методов.

При амблиопии динамика формирования глиоархитектоники в постнатальном онтогненезе в латеральном коленчатом теле весьма отличается от контрольной. Астроциты при амблиопии более динамично увеличиваются по длине и степени развития отростков, быстрее нарастает относительное число астроцитов по сравнению с контролем. Это сопровождается значительным морфологическим разнообразием астроцитов, формированием ими скоплений, гипертрофией отростков. Данные различия по сравнению с контролем усиливаются в лонгитудинальном аспекте и достигают максимальных в отдаленные сроки после экспериментального воздействия. Интересна динамика изменений ГФКБ в латеральном коленчатом теле (ЛКТ) при амблиопии. Глиальный фибриллярный кислый белок имеет молекулярную массу около 50 кД. Он образует промежуточные филаменты в астроглии и в клетках глиального происхождения (Коржевский Д.Э. и др., 2004), и его содержание динамично при изменении функционального состояния головного мозга (Дзяк Л.А. и др., 1999). В частности, его выявляемость может сильно изменяться при нервных и психических заболеваниях (Коржевский Д.Э., 2005), а также под влиянием длительного воздействия, модулирующего активность нейронов. При этом динамика изменений тем значительнее, чем раньше в онтогенезе произошло это воздействие и чем существеннее оно было. Роль может играть как длительность, так и интенсивность влияния, что было показано в предыдущих наших работах (Васильев Ю.Г. и др., 1999; Гурина О.Ю., Васильев Ю.Г. и др., 2000). Это мнение соотносится с данными других исследователей. Так, изучено содержание глиального фибриллярного кислого белка в структурах головного мозга крыс, родившихся у интактных самок, и самок, подвергнутых стрессу. Установлено, что содержание белка в сером и белом веществе мозга на 15-е сутки постнатального развития потомства крыс, испытавших стресс, снижено. На 30-е сутки постнатального развития обнаруживалось повышенное содержание ГФКБ в коре и варолиевом мосту и несколько сниженное - в полосатом теле и мозжечке. Полученные результаты свидетельствуют о заметных нарушениях в формировании промежуточных филаментов астроцитов у животных, испытавших пренатальный стресс (Дука Т.И., Черная В.И., 1999). Не менее выражена динамика изменений под влиянием длительного воздействия фактора гиподинамии, особенно при условии развития животных с раннего возраста (Васильев Ю.Г. и др., 2004, 2005).

Увеличение содержания и изменение распределения указанного белка наблюдается и в связи с гипертрофией астроцитов в пожилом возрасте (Лещинська И.О. и др., 2000). Полученные нами данные указывают на весьма значимые различия в содержании ГФКБ-позитивных астроцитов у контрольных и опытных крыс в ходе их постнатального онтогенеза при проведении нами экспериментальной амблиопии в критический момент развития, начиная с 30-х суток от начала эксперимента. Наиболее сильно возрастает экспрессия ГФКБ к этому сроку в дорсальном субъядре ЛКТ (примерно на 70%), в вентральном субъядре изменения менее существенны (около 30%). В отличие от показателей в нейроархитектонике, динамика между контролем и опытом подолжает нарастать с возрастом, достигая максимума к 266-м суткам. Происходит не только увеличение числа ГФКБ-позитивных клеток, но меняется их распределение и степень накопления ГФКБ, распространенность отростков ГФКБ-позитивных астроцитов. При амблиопии астроциты отличаются большей распространенностью отростков, их обилием, повышенной экспрессией белка по сравнению с соответствующим контролем. Известно, что волокнистые астроциты, характерные для белого вещества мозга, имеют более развитый цитоскелет и высокую экспрессию ГФКБ. Увеличение числа таких клеток в ЛКТ может явиться показателем существенной структурнофункциональной перестройки ядра с изменением специализации астроцитов, участвующих в формировании ядерного центра.

Наблюдаемые изменения в астроцитах с помощью выявления ГФКБ соотносятся с данными по изучению белка S100. Выявление белка S100 может изменяться в различных физиологических и патологических состояниях (Коршунов А.Г., Лахтеева С.В., 1998; Лещинська И.О. и др., 2000). Он относится к одним из наиболее изученных белков. Является водорастворимым, но примерно 15% его связано с мембранами клеток и синаптосомами. Огромный интерес к нему вызван его способностью связывать ионы кальция и взаимодействовать с ними. Данный белок способен контролировать процессы регенерации в нервной ткани, стимулируя их, он обеспечивает межклеточные коммуникации, энергетические метаболические процессы (Дудина Ю.В., 2005).

Известно, что к семейству белков S100 относятся 16 сходных веществ. Наибольшей концентрации в нервной системе они достигают в глиальных клетках ЦНС и нейролемоцитах. Наиболее часто рассматриваются S100?-протеины, которые наиболее специфичны для головного мозга (Pelinka L.E. et al., 2003).

Предпринятое нами иссследование по S100? показало, что в контроле его экспрессия характерна в основном для нейропиля. Наибольшая экспрессия обнаруживается в телах астроцитов и периваскулярных участках, характерных для терминальных расширений этих клеток. Высокое содержание S100? можно наблюдать в цитоплазме некоторых олигодендроцитов, во всех рассмотренных сроках субъядер латеральных коленчатых тел. В опыте изменяется концентрация и распределение S100. Обнаруживаются участки с повышенной его экспрессией на 30-60-е сутки постнатального онтогенеза крысы, более характерные для поверхностных зон субъядер. Наряду с нейроглией, встречаются тела отдельных S100-позитивных нейронов. В поздние сроки (к 104-м суткам) данные изменения нивелируются, и содержание S100 в контроле и опыте становится близким. Учитывая роль S100 в регенераторных и метаболических процессах, можно предполагать, что изменения его содержания носят реактивный характер, участвуют в компенсаторных процессах в ЛКТ при амблиопии, указывая на высокую динамику структурно-функциональных изменений в ранние сроки при амблиопии.

Немаловажную роль в формировании и функционировании нервных центров играет состояние их трофического обеспечения. Даже незначительные гемодинамические и гипоксические расстройства у крыс, тем не менее, приводят к нарушению тканевой, и в частности нейронной, организации головного мозга (Радаев А.М., 1999; Хожай Л.И. и др., 2002).

Проведенный в наших исследованиях морфологический и морфометрический анализ изменений микроциркуляции в ЛКТ показал, что на 16-20-е сутки постнатального онтогенеза при амблиопии наблюдается повышенное содержание микрососудов, по сравнению с контролем. С 30-х суток происходит обеднение микрососудистого русла у опытных животных. Наряду с динамикой количественных показателей, имеют место существенные качественные сдвиги. В ядерном центре изменяется распределение микрососудов с образованием обедненных и богатых капиллярами участков. Ангиоархитектоника обоих субъядер ЛКТ существенно более разнообразна в опыте по отношению к контролю, особенно в поздние сроки постнатального онтогенеза. Экспериментальная амблиопия, изменившая функциональную активность ядра совпала со сроками формирования зрелого кровообращения в ядре, значительной динамикой перестройки ангиоархитектоники, выявляемой в контроле. У контрольных животных с 16-х по 60-е сутки происходит переход от диффузного к локально-очаговому трофическому обеспечению нейронов, и изменение метаболической активности числа последних могло явиться фактором, деформирующим структуру микрососудистых сетей (Васильев Ю.Г. и др., 2006).

Для проверки этого предположения представляется необходимым соотнести изменения в микрососудах с данными об энергетических и метаболических процессах в мозге. Изучение мозга предполагает широкое внедрение методов, позволяющих визуально оценивать интенсивность некоторых церебральных биохимических процессов, связанных, в первую очередь, с энергетическим обменом (Лабори Л., 1974).

Применение этих методов позволило не только увидеть различные образования мозга, но по интенсивности энергетического обмена оценить их участие в работе различных функциональных систем. Была сделана попытка реально найти взаимосвязь между информационными и энергетическими процессами, например, при сопоставлении электрофизиологических или психологических характеристик с показателями церебрального энергетического метаболизма (Фокин В.Ф. и др., 1994; Darland D.C., D'Amore P.A., 2001).

При изучении связи между степенью микроциркуляции и энергопотреблением в качестве маркера газообмена и трофических процессов можно исследовать активность сукцинатдегидрогеназы. СДГ - это флавопротеин, фермент, локализованный на внутренней мембране митохондрий, являющийся их специфическим маркером. При изучении дыхательных цепей СДГ является одим из наиболее интересных и активно изучаемых ферментов. СДГ катализирует окисление янтарной кислоты до фумаровой. Через сукцинатдегидрогеназу электроны и протоны от ФАДН2 непосредственно входят в дыхательную цепь (Марри Р.С. и др., 1993).

Поэтому уровень активности СДГ может напрямую указывать на степень окислительных процессов в клетках и энергетическую активность клеточных элементов рассматриваемой зоны. Сукцинатдегидрогеназа обладает определенной специфичностью и катализирует превращение только одного вещества, что повышает ценность исследования ее гистохимии (Альбертс Б., 1994; Виноградов А.Д., 1999).

По активности СДГ судят об интенсивности аэробного дыхания в клетках. Гистохимическое выявление СДГ дает ценную информацию об активности цикла Кребса. Фермент имеет Н-группы, от которых зависит его активность. СДГ ингибируется фумаровой кислотой, образующейся в ходе реакции, рН-оптимум СДГ колеблется в пределах от 7,6 до 8,5. При точном соблюдении условий выявления СДГ количество продукта реакции линейно зависит от ферментативной активности. СДГ является ФАД-зависимой дегидрогеназой. СДГ часто используется как специфическая метка митохондрий, т. к. она весьма прочно связана с внутренней мембраной этих органелл (Ленинджер А., 1985). Кроме того, СДГ является наиболее чувствительной ферментной реакцией в дыхательной цепи митохондрий, реагирующей даже на незначительные физиологические нагрузки, которые испытывает организм (Ленинджер А., 1985; Виноградов А.Д., 1999).

Активность СДГ и содержание микрососудов находятся в положительной корреляционной зависимости (Хуторян Б.М., 2005), что подтверждено нами и в других исследованиях. Активность фермента в свою очередь взаимосвязана с особенностями функциональной активности нейронов крыс (Ливанова Л.М., 1991).

Изучение распределения СДГ в ЛКТ обнаружило высокую динамичность его содержания как в контроле, так и в опыте. В контроле наблюдается высокий уровень СДГ в ранние сроки после рождения. С 16-х по 30-е сутки выявляется высокая активность фермента в телах, при умеренном его содержании в нейропиле. Высокая плотность перикарионов нейронов в эти сроки сопровождается высокой энергопродукцией ЛКТ в целом. Метаболическая активность подтверждается максимальной концентрацией капилляров к 30-м суткам. Однако каждый капилляр в эти сроки обеспечивает до нескольких десятков тел нейронов, слабо дифференцирована система контроля локального притока, что, в частности, проявляется в отсутствии или слабом развитии мышечной стенки во внутриорганных артериях и артериолах. С 60-х суток при уменьшении общего числа микрососудов наблюдается их высокая концентрация в непосредственном окружении тел нейронов. Происходит переход к индивидуальному или узколокальному трофическому обеспечению нервных клеток. Капиллярные петли охватывают отдельные клетки или небольшие группы по 4-5 нейронов, формируются мышечные оболочки в стенке приносящих сосудов. Изменения в микроциркуляторном русле соответствуют динамике содержания СДГ. Фермент сохраняет высокую активность в телах нейронов, но объемная их плотность в ядре снижается, а абсолютные размеры каждой клетки увеличиваются. Активность нейропиля существенно ниже, чем в телах нервных клеток. Данная особенность, вероятно, и сопровождается локальной концентрацией капилляров вокруг наиболее энергоактивных участков ЛКТ.

При амблиопии динамика изменений СДГ существенно отличается от контроля. В ранние сроки на 16-24-е сутки содержание фермента повышено как в телах нервных клеток, так и в нейропиле. Это совпадает с высокой динамикой дегенеративно-апоптотических процессов в данные сроки и соответствует представлениям об энергетической активности в апоптотических нейронах. С увеличением сроков появляется значительный полиморфизм активности СДГ. Участки с высоким содержанием фермента перемежаются с зонами низкой его концентрации. В телах нейронов уровень СДГ колеблется от высокого до низкого. Общая энергетическая активность ядер падает при сохранении локальных участков с высоким уровнем окислительно-метаболических процессов. Динамика энергопотребления сопровождается дисонтогенезом развития микрососудистого русла, описанным выше.

Наши наблюдения по динамике метаболической активности ЛКТ в постнатальном онтогенезе и их изменения при амблиопии соотносятся с представлениями других авторов. С их точки зрения, головной мозг является органом, сильно зависимым от кровообращения. Формирование сосудов и функциональная активность нейронов играют ключевую роль в формировании мозга и особенностях его психоэмоциональной функции (Вайдо А.И. и др., 2001; Бедров Я.А. и др., 2004; Denning K.S., Reinagel P., 2005).

Изменения, происходящие с восстановлением функций головного мозга после повреждения, носят активный, гуморально регулируемый характер. Регуляция в свою очередь взаимозависима от уровня организации сосудистых образований мозга. Особенности распределения кровообращения, компенсации при нарушениях трофического обеспечения связаны с видом кровеносного сосуда. Изменения эти могут носить местный или узколокальный характер (Ганнушкина И.В., 1977; Верещагин Н.В. и др., 1999). Мозаичность уровня трофического обеспечения соотносится с представлениями о роли апоптозов в развитии мозга (Коржевский Д.Э., Отеллин В.А., 2001). Роль в апоптозах может иметь удаленность от источников и условий трофического обеспечения, что обусловлено механизмами газообмена и распределения нутриентов.

В связи с вопросом о компенсаторных возможностях мозга и его пластичности нельзя не обратить внимание на проблему клеточной регенерации нервных структур. До последнего времени возможность таковой в зрелом мозге млекопитающих принципиально отвергалась. Но последние данные указывают на некоторую вероятность данных процессов в перивентрикулярной зоне коры больших полушарий и гиппокампе. Возможность пролиферативной активности в субвентрикулярных зонах гипоталамуса в настоящее время также считается вполне доказанной за счет выявления пролиферативных белков, а также исследования с применением меченых нуклеотидов. В частности, эти явления наблюдаются при экспериментальном исследовании нестина. У крыс наблюдалась митотическая активность субэпендимальных клеток, эпендимоцитов, таницитов и специализированных эпендимоцитов субкоммиссурального органа III и IV желудочков, что указывает на наличие матричных клеток у млекопитающих не только в терминальных, но и в стволовых отделах мозга (Chouaf-Lakhdar L. et al., 2003).

Изучение патогенеза, во всяком случае части нервных и психиатрических заболеваний, значимо упрощается при знании развития головного мозга. Эндогенно и экзогенно обусловленный дисонтогенез может играть важную этиологическую роль в развитии психиатрических и неврологических заболеваний. Особенно интересна регуляция развития нейронов, нейронных ансамблей и региональной организации нервных центров головного мозга. Она может быть обусловлена как молекулярными генетическими взаимодействиями, так и влиянием экзогенных и эндогенных факторов на пренатальный и постнатальный нейрогенез (Корочкин Л.Н., 1991). Эти воздействия могут существенно изменять формирование нервной системы, приводя к увеличению вероятности патологических изменений в формировании мозга и образованию новых патологических связей, ведя к дисфункции головного мозга (Cудаков К.И., 1996).

В раннем постнатальном онтогенезе в результате невысокой степени зрелости нейронных ансамблей и их окружения наблюдается высокая степень пластичности к разнообразным внутренним и внешним влияниям. Так, деафферентация с конкурентными взаимодействиями является фактором, который способен резко изменить дальнейшее формирование нейронных ансамблей (Shatz C.J., Stryker M.P., 1978; Antonini A., Stryker M.P., 1996, 1998).

Динамические внешние стимуляции могут существенно изменить формирование мозга. Наиболее существенны они, если совпадают с критическим моментом в развитии нервных центров. Наблюдаемые в клинических исследованиях необратимые изменения зрительного анализа с развитием центральной слепоты в позднем детском и подростковом возрасте, при морфологических исследованиях проявляются в грубых изменениях нейроархитектоники, глиоархитектоники (в первую очередь астроцитов) и ангиоархитектоники. При этом, если в ранние сроки при обратимых нарушениях функции ЛКТ превалирующими являются нарушения числа, динамики формирования нейронов, то в отдаленные сроки более существенна динамика структурнофункционального дисонтогенеза астроцитов, микрососудов, особенностей окислительных процессов в мозге. По-видимому, структурнофункциональные реакции нейронов в ранние сроки после повреждения детерминируют последующие перестройки в глиоархитектонике и ангиоархитектонике, которые закрепляют и поддерживают результаты изменений в ЛКТ при амблиопии.

мозг амблиопия память

Список литературы

1. Альбертс, Б. Молекулярная биология клетки / Б. Альбертс [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир, 1994. - 517 с.

2. Балабан, П.М. Обчение и развитие : общая основа двух явлений / П.М. Балабан, И.С. Захаров. - М.: Наука, 1992.

3. Бедров, Я.А. Изменение роли вазомоций артериального сосуда в зависимости от величины внутрисосудистого давления / Я.А. Бедров, Д.П. Дворецкий, Г.В. Чернявская // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. - 2004. - Т. 90. - № 8. - С. 505.

4. Вайдо, А.И. Долгосрочное влияние стресса на молекулярные, цитогенетические и морфологические характеристики гиппокампа крыс с разной возбудимостью нервной системы / А.И. Вайдо [и др.] //Физиологическое общество им. И.П. Павлова. Съезд XVIII : Тез. докл. - М. :ГЭОТАР-МЕД, 2001. - С. 46.

5. Васильев, Ю.Г. Влияние различных фракций центрифугата мозговой ткани зародыша крысы на развитие организма в постнатальном онтогенезе / Ю.Г. Васильев // Материалы Российской научной конференции, посвященной 80-летию МВА им. К.И. Скрябина: «Актуальные проблемы ветеринарной науки». - М. : Изд. МВА им. К.И. Скрябина, 1999. - С. 90-91.

6. Васильев, Ю.Г. Динамика формирования центральной нервной и мышечной систем в условиях длительной двигательной депривации / Ю.Г. Васильев [и др.] // Успехи современного естествознания. - 2004. - № 2. - С. 31.

7. Васильев, Ю.Г. Изменения глиоархитектоники в латеральном коленчатом теле при амблиопии / Ю.Г. Васильев, О.А. Корепанова, Д.С. Берестов // Морфологические ведомости. - 2006. - № 1-2. - С. 14-16.

8. Васильев, Ю.Г. Морфология двигательных ядер спинного мозга при хронической гиподинамии / Ю.Г. Васильев, И.Р. Багаутдинов // Фундаментальные исследования. - 2005. - № 5. - С. 104.

9. Васильев, Ю.Г. Состояние нейроглиально-сосудистых комплексов при фармакологическом воздействии нейролептиков / Ю.Г. Васильев, О.Ю. Гурина, Р.А. Никишин // Материалы международной конференции, посвященной 150-летию И.П. Павлова: «Механизмы функционирования висцеральных систем». - СПб. : Изд. Росс. Акад. наук, 1999. - С. 70-71.

10. Верещагин, Н.В. Структурно-функциональные уровни сосудистой системы и патология головного мозга при атеросклерозе и артериальной гипертензии (опыт системного анализа) / Н.В. Верещагин, В.А. Моргунов, Т.С. Гулевская // Вестник РАМН. - 1999. - № 5. - С. 3-9.

11. Виноградов, А.Д. Митохондриальная АТФ-синтезирующая машина: пятнадцать лет спустя / А.Д. Виноградов // Биохимия. - 1999. - Т. 64. - Вып.11.

- С.1443-1456.

12. Ганнушкина, И.В. Функциональная ангиоархитектоника головного мозга / И.В. Ганнушкина, А.П. Шафранова, Т.Р. Рясина. - М.: Медицина. - 1977. - 308 с.

13. Глиальный фибриллярный кислый белок в структурах мозга крыс при выработке пассивно-оборонительного навыка / Л.А. Дзяк [и др.] // Нейрофизиология. - 1999. - Т. 31. - № 4. - С. 34-38.

14. Гурина, О.Ю. Ангиоархитектоника некоторых органов кролика в норме и при патологических воздействиях / О.Ю. Гурина, Ю.Г. Васильев, Р.А. Никишин // Актуальные проблемы биологии и медицины. - Астрахань : Изд. АстрГМА, 2000. - С. 47-48.

15. Дудина, Ю.В. Состояние NADPH-диафоразы и кальцийсвязывающих белков в нейронах гиппокампальной формации крыс при экспериментальной эпилепсии, вызванной каинатом / Ю.В. Дудина // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2005. - Т. 139. - № 3 - С. 287-290.

16. Дука, Т.И. Глиальный фибриллярный кислый белок в головном мозгу крыс, подвергнутых пренатальному стрессу / Т.И. Дука, В.И. Черная // Нейрофизиология. - 1999. - № 3. - С. 249-250.

17. Корепанова, О.А. Морфология латерального коленчатого тела в норме и при амблиопии : автореф. дис … канд. мед. наук. - Саранск, 2006. - 18 с.

18. Коржевский, Д.Э. Глиальный фибриллярный кислый белок в астроцитах неокортекса человека / Д.Э. Коржевский, В.А. Отеллин, И.П. Григорьев // Морфология. - 2004. - Т.126. - № 5. - С. 7-10.

19. Коржевский, Д.Э. Морфологические основы формирования гематоликворного барьера сосудистого сплетения головного мозга в пренатальном онтогенезе человека / Д.Э. Коржевский, В.А. Отеллин // Журнал эвол. биохим. и физиол. - 2001. - Т. 37. - №2. - С. 150-153.

20. Коржевский, Д.Э. Подавление экспрессии глиального фибриляторного кислого белка в астроцитах поверхностной глиальной пограничной мембраны при травматическом субарахноидальном кровоизлиянии / Д.Э. Коржевский, М.Г. Николейшвили, В.А. Отеллин // Морфология. - 2005. - Т.127. - № 1. - С. 58-59.

21. Корочкин, Л.Н. Генетическая регуляция процессов нейрогенеза / Л.Н. Корочкин // Онтогенез. - 1991. - Т. 20. - № 6. - С. 593-606.

22. Коршунов, А.Г. Иммуногистохимическое изучение экспрессии эпителиального антигена BER EP4 и других тканеспецифичных антигенов в первичных и метастатических опухолях головного мозга / А.Г. Коршунов, С. В. Лахтеева // Архив патологии. - 1998. - № 6. - С. 40-47.

23. Котляр, Б.И. Нейробиологические основы обучения / Б.И. Котляр. - М. : Мир, 1989.

24. Лабори, Л. Метаболические и фармакологические основы нейрофизиологии / Л. Лабори. - М., 1974. - 125 с.

25. Ленинджер, А. Основы биохимии / А. Ленинджер. - М. : Мир, 1991. - 384 с.

26. Лещинська, І.О. Вміст нервовоспецифічних білків NCAM, ГФКБ та S100 beta у сироватці крові щурів після одноразового опромінення дозою 0,25 Гр

/ І.О. Лещинська [и др.] // Укр. радіол. журн. - 2000. - № 2. - С. 164-167.

27. Ливанова, Л.М. Дыхание и окислительное фосфорилирование митохондрий мозга крыс с разным типом поведения / Л.М. Ливанова [и др.] // ЖВНД. - 1991. - Т. 41. - С. 973.

28. Максимова, О.А. Нейронные механизмы пластичности поведения / О.А. Максимова, П.М. Балабан. - М. : Наука, 1983.

29. Мари, Р. Биохимия человека: В 2 т. Т.1. Пер с англ. / Р. Мари [и др.]. - М. : Мир, 1993. - 384 с.

30. Радаев, А.М. Своеобразие формирования межнейронных связей - главный результат легкой перинатальной патологии / А.М. Радаев, А.Г. Гретен // Российские морфологические ведомости. - 1999. - № 1-2. - С. 132.

31. Ройтбак, А.И. Глия и ее роль в нервной деятельности / А.И. Ройтбак. - СПетербург : Наука, 1993. - 352 с.

32. Роуз, С. Устройство памяти. От молекул к сознанию / С. Роуз. - М. : Мир, 1995.

33. Слоним, А.Д. Инстинкт. Загадки врожденного поведения организмов / А.Д. Слоним. - Л. : Наука, 1967.

34. Соколов, Е.Н. Нейронные механизмы памяти и обучения / Е.Н. Соколов. - М. : Наука, 1981.

35. Сторожук, В.М. Нейронные механизмы обучения / В.М. Сторожук. - Киев : Наукова Думка, 1986.

36. Cудаков, К.И. Пластичность системных механизмов мозга / К.И. Cудаков // Успехи физиологических наук. - 1996. - Т. 27. - № 3. - С. 3-27.

37. Фокин, В.Ф. Энергетический аспект деятельности головного мозга при нормальном старении и болезни Альцгеймера / В.Ф. Фокин, Н.В. Пономарева, С.И. Гаврилова // Вестник АМН. - 1994. - Вып. 1. - С. 39-41.

38. Хожай, Л.И. Формирование неокортекса у крыс после пренатальной гипоксии / Л.И. Хожай, В.А. Отеллин, В.Б. Косткин // Морфология. - 2002. - Т. 122. - № 5. - С. 34-38.

39. Хуторян, Б.М. Взаимосвязь морфогистохимических показателей системы

«нейрон-глия-капилляр» с активностью СДГ и НАД-диафоразы в мозжечке человека в постнатальном онтогенезе : автореф. дис. … канд. мед. наук / Б.М. Хуторян. - Уфа, 2005. - 22 с.

40. Эрман, Л. Эволюция и генетика поведения / Л. Эрман, П. Парсонс. - М.: Мир, 1985.

41. Antonini, A. Effect of sensory disuse on geniculate afferents to cat visual cortex /

A. Antonini, M.P. Stryker // Visual Neuroscience. - 1998. - Vol. 15. - P. 401- 409.

42. Antonini, A. Plasticity of geniculocortical afferents following brief or prolonged monocular occlusion in the cat / A. Antonini, M.P. Stryker // The Journal of Comparative Neurology. - 1996. - Vol. 369. - P. 64-82.

43. Assimakopoulou, M. Microvesel density in the brain tumors / M. Assimakopoulou [et al.] // Anticancer Research. - 1997. - Vol. 17. - P. 4747-4753.

44. Banati, R. B. Neuropathological imaging: in vivo detection of glial activation as a measure of disease and adaptive change in the brain / R.B. Banati // British Medical Bulletin. - 2003. - Vol. 65. - P. 121-131.

45. Brown, R.C. Protection against hypoxia-induced blood-brain barrier disruption : changes in intracellular calcium / R.C. Brown [et al.] // American Journal of Physiology Cell Physiology. - 2004. - Vol. 286. - P. 1045-C1052.

46. Cheng, S.Y. Intracererebral tumor-assotiated hemorrhage caused by overexertion of the vascular endothelial growth factor isoforms / S.Y. Cheng, W.K. Cavenee,

H.S. Huang // The Proceedings of the National Academy of Sciences USA. - 1997. - Vol. 94. - P. 12081.

47. Chorover, S.L. Shor-term retrograde amnesia in rats / S.L. Chorover, P.H. Schiller // Journal of Comparative Physiology. - 1965. - Vol. 59. - P. 73-78.

48. Chouaf-Lakhdar, Latifa Proliferative activity and nestin expression in periventricular cells of the adult rat brain / Chouaf-Lakhdar Latifa [et al.] // NeuroReport. - 2003. - Vol. 14. - P. 633-636.

49. Darland, D.C. Cell-cell interactions in vascular development / D.C. Darland, P.

A. D'Amore // Current topics in developmental biology. - 1997. - № 5. - P. 107- 149.

50. Denning, K.S. Visual control of burst priming in the anesthetized lateral geniculate nucleus / K.S. Denning, P. Reinagel // The Journal of Neuroscience. - 2005.

- № 6. - P. 3531.

51. Ment, L.R. An in vitro three-dimensional coculture model of cerebral microvascular angiogenesis and differentiation / L.R. Ment [et al.] // In vitro Cellular and Developmental Biology Animal Plant. - 1997. - Vol. 33. - № 9. - P. 684-691.

52. Murphy, S. Astrocyte-derived lipoxigenase product evokes endotheliumdependent relaxation of the basilar artery / S. Murphy [et al.] // Journal of Neuroscience Research. - 1994. - Vol. 38. - P. 314-318.

53. Nag, S. Role of vascular endothelial growth factor in blood-brain barrier breakdown and angiogenesis in brain trauma / S. Nag, D.W. Kiity, J.L.Takahashi // Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. - 1997. - Vol. 58. - P. 912-921.

54. Pearce, B. Eiconasoids, purine and hormone receptors / B. Pearce, G.P. Wilkin // Neuroglia . - 1995. - P. 377-386.

55. Pelinka, L.E. Circulating S100B is increased after bilateral femur fracture without brain injury in the rat / L.E. Pelinka [et al.] // British Journal of Anaesthesia.

- 2003. - № 1(4). - P. 595-597.

56. Shatz, C.J. Ocular dominance in layer IV of the cat's visual cortex and the effects of monocular deprivation / C.J. Shatz, M.P. Stryker // The Journal of Physiology.

- 1978. - Vol. 281. - P. 267-283.

57. Shiratsuchi, T. Cloning and characterization of BAI2 and BAI3, novel genes homologous to brain-specific angiogenesis inhibitor 1 / T. Shiratsuchi [et al.] // Cytogenetics and Cell Genetics. - 1997. - Vol. 79. - P. 103-108.

58. Zhao, X. Early loss of astrocytes after experimental traumatic brain injury / X. Zhao [et al.] // Glia. - 2003. - Vol. 44. - P. 140 - 152.

Размещено на Allbest.ru